CN202140063U

CN202140063U - 一种压缩式封隔器胶筒

Info

Publication number: CN202140063U
Application number: CN201120263623U
Authority: CN
Inventors: 李恩军
Original assignee: SHANGHAI DAWNFUL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI DAWNFUL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2021-07-25

Abstract

本实用新型涉及一种压缩式封隔器胶筒。该压缩式封隔器胶筒具有纤维或织物与橡胶材料的复合护肩。与现有的压缩式封隔器胶筒相比，本实用新型的压缩式封隔器胶筒具有更好的粘合性、延展性、弹性、承压能力及密封效果，从而延长了胶筒使用寿命。

Description

一种压缩式封隔器胶筒

技术领域

本实用新型涉及一种新型压缩式封隔器胶筒及其制备方法和用途，特别适用于油田分层注水、洗井、固井、压裂、酸化及堵水等作业。

技术背景

封隔器是油田井下采油的一种关键工具，广泛使用于油田分注、分层改造、压裂、分层采油、机械管道堵水等多种作业目的需要。胶筒作为封隔器的主要组成部分，它的质量直接影响到封隔器的正常使用效果，使用寿命等，在封隔器中起着决定性的作用。胶筒在高温环境中承受较高压差时，胶筒肩部易被压裂，使胶筒密封失效，从而造成封隔器的耐压差低、使用寿命短。因此，目前使用的高温高压封隔器胶筒，常在胶筒的两端加金属环或金属网保护结构，在压差不是很高的情况下，基本满足了使用要求，但随着压差的进一步升高，胶筒肩部仍改变不了在突出变形的情况下压裂的缺点，造成胶筒损坏。为了进一步改善上述缺点，有技术在胶筒的肩部进行金属弹簧护肩结构，以及高温塑料护肩结构，但由于与胶筒基材相容性差、收缩率不一致，护肩部分粘合性能较差，在高温高压下更是明显，仍不能很好解决胶筒肩部易突出增大，进而被压裂的缺点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有的技术不足，提供一种新型的耐高温高压压缩式封隔器胶筒，其密封可靠，使用寿命长。

因此，本实用新型提供一种新型耐高温耐高压压缩式封隔器胶筒，它具有纤维或织物与橡胶材料的复合护肩。

本实用新型还提供一种上述压缩式封隔器胶筒的制备方法，它包括：a)制备橡胶混炼胶，b)将所得橡胶混炼胶与纤维或织物的复合材料预成型为压缩式封隔器胶筒毛坯护肩，和c)将所得的压缩式封隔器胶筒毛坯护肩与用于形成胶筒主体的橡胶混炼胶一起模压和硫化。

与目前常用的具有金属环、金属网或金属弹簧、或塑料护肩的压缩式封隔器胶筒相比，本实用新型的压缩式封隔器胶筒具有更好的粘合性，更好的延展性和弹性，能对胶筒进行很好的保护，大大提高胶筒的承压能力及密封效果，延长了胶筒使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型压缩式封隔器胶筒的一个实施方式的示意图，其中护肩壁厚相等。

图2是本实用新型压缩式封隔器胶筒的另一个实施方式的示意图，其中护肩壁厚不相等。

图3是本实用新型压缩式封隔器胶筒的另一个实施方式的示意图，其中护肩壁厚也不相等。

具体实施方式

如图1-3所示，本实用新型压缩式封隔器胶筒包括胶筒主体2和胶筒护肩1。胶筒主体由橡胶材料制成，胶筒护肩由纤维或其织物和橡胶材料制成。胶筒护肩中纤维或其织物约占护肩总重量的10％～75％，优选为：25％～55％。

在图1所示的封隔器胶筒中，护肩的壁厚基本上相同。胶筒可以是单肩结构(上或下端)，也可以采用双肩结构(上和下端)，也就是说，护肩可以包覆封隔器胶筒的一端，也可以包覆封隔器胶筒的两端。护肩高度约为封隔器胶筒高度的1/5～1/2，优选为1/3-1/2。当然，护肩也可以包覆封隔器胶筒的整个外表面，但经济的角度来考虑，护肩通常仅包覆封隔器胶筒的一部分外表面。

由于封隔器胶筒外表面各个部分所受压力可能不同，因此护肩各部分的厚度和倾斜角度可以不同，可以作相应调整。护肩的厚度通常为胶筒壁厚相对尺寸的1/10～1/5，图2和图3分别表示了护肩壁厚度和倾斜角度不相等的实施方式(圆弧内角设计)。

用于制备本实用新型的封隔器胶筒护肩的纤维可以是耐高温、高强度和高模量的纤维，例如芳纶纤维、碳纤维，或两者的混合物。芳纶纤维强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。碳纤维的比重不到钢的1/4，但拉伸强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模亦高于钢。

芳纶纤维代表性的例子包括，但不限于对位芳族聚酰胺、间位芳族聚酰胺、以及它们的混合物。可用于本实用新型的对位芳族聚酰胺没有特别的限制，可以是常规的对位芳族聚酰胺，其代表性的例子包括，但不限于：聚对苯二甲酸对苯二胺，例如

知以及类似物；聚对苯二甲酸对苯二胺的共聚物，例如

知

以及类似物；聚对苯甲酰胺；聚对苯甲酰胺的共聚物；聚砜酰胺、聚砜酰胺共聚物、以及它们的混合物。本实用新型压缩式封隔器胶筒护肩复合材料中，可以使用的芳纶纤维织物的面密度为60g～220g/m²，橡胶含量180-260g/m²。

碳纤维是指聚丙烯腈、沥青基以及粘胶基炭纤维，可用于本实用新型的炭纤维没有特别的限制，其代表性的例子如

以及其类似物。本实用新型压缩式封隔器胶筒护肩复合材料中，可以使用的炭纤维织物的密度为60g～300g/m²，橡胶含量180-260g/m²。

在本实用新型的耐高温耐高压压缩式封隔器胶筒护肩中还可以使用上述芳纶纤维、碳纤维或其混合物制成的织物，如非织造织物、织造织物、经编织物、针织物、毡状物、网状物或网筛结构，优选的是上述纤维的非织造织物、针织物或网状物。本实用新型压缩式封隔器胶筒护肩复合材料中，可以使用的织物的密度为60g～250g/m²，橡胶含量180-260g/m²。

本实用新型压缩式封隔器胶筒可以使用本领域中常规的橡胶材料，优选为特种的耐介质耐高温橡胶，例如包括丁腈橡胶、氟橡胶、或它们的混合物。其代表性的例子包括，但不限于：氢化丁腈橡胶(HNBR，如

)，或羧基丁腈橡胶(XNBR)，或氢化羧基丁腈橡胶(HXNBR)，或四丙氟橡胶(FEPM，如

)，或氟橡胶(FKM，如

)，或全氟醚橡胶(FFKM)、或它们的混合物。

在本实用新型压缩式封隔器胶筒中，胶筒主体中所用的橡胶材料可以与护肩中所用的橡胶材料相同或不同。在优选的实施方式中，胶筒主体中所用的橡胶材料应与护肩中所用的橡胶材料相同或相近，以提高主体材料与护肩材料之间的粘接性。上述的复合护肩优选与胶筒主体一起硫化成型。

本实用新型压缩式封隔器胶筒的制备方法例如包括如下步骤：

(1)橡胶混炼胶的制备

用于制备本实用新型压缩式封隔器胶筒主体和/或护肩的橡胶混炼胶包括100重量份橡胶材料、30～90重量份(优选为40-85重量份)炭黑和/或白炭黑和1～10重量份交联剂。任选地，也可加入橡胶领域中常用的交联促进剂、增塑剂、防老剂、润滑剂、矿物填料、加工助剂或它们的混合物。

上述的交联剂可以是橡胶领域中常用的交联剂，例如包括自由基交联剂或氧化还原交联剂。优选的例子例如包括过氧化二异丙苯、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷、或它们的混合物。交联剂的优选用量可以为每100重量份橡胶材料1～5重量份。

上述的交联促进剂可以是橡胶领域中常用的交联促进剂，例如包括三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基氰脲酸酯、反应型共架桥剂1，2聚丁二烯。交联促进剂的用量可以为每100重量份橡胶材料0～8重量份，优选为1～5重量份。

上述的增塑剂可以是橡胶领域中常用的增塑剂，例如包括偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯。增塑剂的用量可以为每100重量份橡胶材料0～15重量份，优选为0～10重量份，更优选为3～10重量份。

上述的防老剂可以是橡胶领域中常用的防老剂，例如包括二苯胺类防老剂，优选4，4′-二(苯基异丙基)二苯胺。防老剂的用量可以为每100重量份橡胶材料0～10重量份，优选为0～8重量份，更优选为1～5重量份。

上述的加工助剂可以是橡胶领域中常用的加工助剂，例如包括硬脂酸、硬脂酸钠、巴西棕榈蜡、有机硅化合物、脂肪酸衍生物及蜡混合物。加工助剂的用量可以为每100重量份橡胶材料0～10重量份，优选为0～8重量份，更优选为1～5重量份。

上述的矿物填料可以是橡胶领域中常用的矿物填料，例如包括金属氧化物如氧化锌、金属盐如硫酸钡、或它们的混合物。矿物填料的用量可以为每100重量份橡胶材料0～30重量份，优选为0～10重量份，更优选为1～5重量份。

通常先将上述橡胶材料放在双辊开炼机上，塑炼均匀并包辊，接着将其他所有辅料混合均匀，并慢慢地分批加入开炼机，使其与橡胶混炼均匀，接着出片，得到橡胶混炼胶。也可利用橡胶密炼机进行橡胶混炼胶的制备。

下面列举了上述橡胶混炼胶的优选配方。

表一、橡胶混炼胶配方

(2)浸胶或擦胶的纤维或其织物的制备

取上述橡胶混炼胶，在双辊开炼机上薄通至0.5～2.0mm薄片，分割成小块状后，与适量的有机溶剂一起加入搅拌机中溶解，搅拌数小时，直至橡胶混炼胶完全溶解或分散，搅拌均匀，即制得相应的橡胶胶浆，胶浆浓度20％～35％。将所得的胶浆通过刮涂机涂敷在纤维或织物上，接着将其晾干，待用。或者，通过擦胶工艺将橡胶混炼胶压敷在纤维或织物的上下面上，所得擦胶织物待用。

上述的有机溶剂是能够溶解或分散本实用新型中所用橡胶材料的有机溶剂，例如包括羧酸酯、醚、酮、烷烃、环烷烃、芳烃或它们的混合物，优选地包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醚、丙酮、戊酮、甲基异丁基甲酮、己烷、环己烷、苯、甲苯或它们的混合物，更优选地包括乙酸丁酯、甲基异丁基甲酮或它们的混合物。

(3)毛坯护肩的制备

将准备待用的浸胶或擦胶的纤维或织物在预成型模具中预成型成毛坯护肩形状。根据需要，毛坯护肩形状可以是碗形、半球形、或其它合适的形状。

(4)封隔器胶筒的制备

将毛坯护肩安装在封隔器胶筒模具的一端或两端，接着注入其余的橡胶混炼胶，模压和硫化。模压和硫化通常在140～170℃的温度和15～30MPa的压力下进行，硫化时间通常为30分钟到2小时，优选为45分钟到1小时左右。

本实用新型与已有技术相比具有如下优点：由于选用的是耐高温高强高模有机纤维、无机纤维或两者组合物的浸胶复合材料为护肩，耐高温性好、强度高，与橡胶胶筒基材具有很好的相容性或粘结性能，且收缩率接近一致，在高温高压差下，确保了胶筒承压能力以及密封效果。

实施例

下面结合实施例，对本实用新型进一步详细描述，但实用新型的实施方式不限于此。

各实施例制得的封隔器胶筒的性能按HG/T 2701-1995油气田用压缩式(YS)封隔器胶筒的行业标准进行测定，例如测定未老化或老化后封隔器胶筒的拉伸强度、扯断伸长率、强度以及压缩永久变形：

实施例1、

按如下配方(重量份)备料：氢化丁腈橡胶

C4369(朗盛公司)100份，N550炭黑(卡博特公司)85份，硬脂酸2.5份，防老剂Naugard 445(科聚亚公司)1.5份，过氧化二异丙苯(40％有效成分)5.0份，交联促进剂Pertac/GR(德国Kettlitz-Chemie公司)5.0份，偏苯三酸三辛酯10.0份，氧化锌5.0份；将上述原材料加入开炼机中，80℃下混炼均匀，得到氢化丁腈混炼胶。称取上述氢化丁腈混炼胶10Kg，薄通厚度至2mm，切成小块状后，放进50L的料筒中，加入按照乙酸丁酯/甲基异丁基甲酮＝50∶50质量比配置的混合溶剂25Kg，开启搅拌，直至氢化丁腈混炼胶溶解均匀。将所得浓度28.5％的胶浆通过刮涂机涂敷在面密度70g/m²的芳纶纤维织物上，热空气干燥，溶剂挥发后得到浸胶的芳纶纤维织物复合材料。将此浸胶织物在预成型模具中压制成碗型毛坯护肩。将此毛坯护肩安装在胶筒模具的一端，接着注入氢化丁腈橡胶混炼胶，在160℃，20MPa模压下，一同硫化45分钟，取出模压产品，待空气中冷却后，进行飞边修理，即可制成本实用新型压缩式封隔器胶筒(1)。

实施例2、

按如下配方(重量份)备料：氢化羧化丁腈橡胶

XT(朗盛公司)100份，N550炭黑50份，白炭黑35份，硬脂酸2.5份，防老剂Naugard 4451.5份，过氧化二异丙苯(40％有效成分)7.0份，三烯丙基异氰脲酸酯1.5份，偏苯三酸三辛酯5.0份，氧化锌5.0份；将上述原材料加入开炼机中，80℃下混炼均匀，得到氢化羧化丁腈混炼胶。称取上述氢化丁腈混炼胶10Kg，薄通厚度至2mm，切成小块状后，放进50L的料筒中，加入按照乙酸丁酯/甲基异丁基甲酮＝50∶50质量比配置的混合溶剂30Kg，开启搅拌，直至氢化丁腈混炼胶溶解均匀。将所得浓度25.0％的胶浆通过刮涂机涂敷在面密度160g/m²的芳纶纤维织物上，热空气干燥，溶剂挥发后得到浸胶的芳纶纤维织物复合材料。将此浸胶织物在预成型模具中压制成碗型毛坯护肩。将此毛坯护肩安装在胶筒模具的一端，接着注入氢化羧化丁腈橡胶混炼胶，在160℃，20MPa模压下，一同硫化45分钟，取出模压产品，待空气中冷却后，进行飞边修理，即可制成本实用新型压缩式封隔器胶筒(2)。

实施例3、

按如下配方(重量份)备料：四丙氟橡胶FA100S(旭硝子公司)100份，N990炭黑(卡博特公司)40份，N550炭黑20份，硬脂酸钠2.0份，过氧化二异丙苯(40％有效成分)5.0份，三烯丙基异氰脲酸酯4.0份；将上述原材料加入开炼机中，80℃下混炼均匀，得到四丙氟橡胶混炼胶。称取上述四丙氟橡胶混炼胶10Kg，薄通厚度至2mm，切成小块状后，放进50L的料筒中，加入按照乙酸丁酯/甲基异丁基甲酮/四氢呋喃＝50∶30∶20质量比配置的混合溶剂20Kg，开启搅拌，直至四丙氟橡胶混炼胶溶解均匀。将所得浓度33.3％的胶浆通过刮涂机涂敷在面密度120g/m²的芳纶纤维织物上，热空气干燥，溶剂挥发后得到浸胶的芳纶纤维织物复合材料。将此浸胶织物在预成型模具中压制成碗型毛坯护肩。将此毛坯护肩安装在胶筒模具的两端，接着注入四丙氟橡胶混炼胶，在165℃，20MPa模压下，一同硫化2小时，取出模压产品，在烘箱中200℃下，二次硫化8个小时，待空气中冷却后，进行飞边修理，即可制成本实用新型压缩式封隔器胶筒(3)。

实施例4、

按如下配方(重量份)备料：过氧化物氟橡胶

GF(杜邦公司)100份，N990炭黑60份，2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷(45％有效成分)2.5份，三烯丙基异氰脲酸酯3.0份，加工助剂HT-290(德国Schill+Seilacher公司)1.5份；将上述原材料加入开炼机中，80℃下混炼均匀，得到过氧化氟橡胶混炼胶。称取上述氟橡胶混炼胶10Kg，薄通厚度至2mm，切成小块状后，放进50L的料筒中，加入按照乙酸丁酯/甲基异丁基甲酮＝50∶50质量比配置的混合溶剂30Kg，开启搅拌，直至氟橡胶混炼胶溶解均匀。将所得浓度25.0％的胶浆通过刮涂机涂敷在面密度220g/m²的芳纶纤维织物上，热空气干燥，溶剂挥发后得到浸胶的芳纶纤维织物复合材料。将此浸胶织物在预成型模具中压制成碗型毛坯护肩。将此毛坯护肩安装在胶筒模具的两端，接着注入氟橡胶混炼胶，在175℃，20MPa模压下，一同硫化2小时，取出模压产品，在烘箱中200℃下，二次硫化16个小时，待空气中冷却后，进行飞边修理，即可制成本实用新型压缩式封隔器胶筒(4)。

实施例5、

按如下配方(重量份)备料：过氧化物氟橡胶

GF(杜邦公司)100份，N990炭黑30份，N550炭黑15份，硫酸钡30份，2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷(45％有效成分)2.5份，三烯丙基异氰脲酸酯3.0份，加工助剂

HT-290 2.0份；将上述原材料加入开炼机中，80℃下混炼均匀，得到过氧化氟橡胶混炼胶。称取上述氟橡胶混炼胶10Kg，薄通厚度至2mm，切成小块状后，放进50L的料筒中，加入按照乙酸丁酯/甲基异丁基甲酮＝50∶50质量比配置的混合溶剂30Kg，开启搅拌，直至氟橡胶混炼胶溶解均匀。将所得浓度25.0％的胶浆通过刮涂机涂敷在面密度280g/m²的炭纤维织物上，热空气干燥，溶剂挥发后得到浸胶的炭纤维织物复合材料。将此浸胶织物在预成型模具中压制成碗型毛坯护肩。将此毛坯护肩安装在胶筒模具的两端，接着注入氟橡胶混炼胶，在175℃，20MPa模压下，一同硫化2小时，取出模压产品，在烘箱中200℃下，二次硫化16个小时，待空气中冷却后，进行飞边修理，即可制成本实用新型压缩式封隔器胶筒(5)。

测试例

按上述测试方法对上述实施例中制得的各压缩式封隔器胶筒成品(1)-(5)进行测试，测试结果如下表中。

虽然为了清楚和理解的目的，已对本实用新型进行了详细的描述，但是在阅读了本申请说明书之后，本领域技术人员将会明白，在不偏离本实用新型的精神和实质的前提下，可以对本实用新型进行各种修改和改变，这些修改和改变均落入所附权利要求书及其等价内容所包括的范围之内。

Claims

1.一种压缩式封隔器胶筒，其特点在于，所述压缩式封隔器胶筒具有纤维或织物与橡胶材料的复合护肩。

2.如权利要求1所述的压缩式封隔器胶筒，其特征在于，所述的复合护肩与胶筒主体一起硫化成型，所述护肩含有与胶筒主体相同或相似的橡胶材料。

3.如权利要求1或2所述的压缩式封隔器胶筒，其特征在于，所述的复合护肩位于所述压缩式封隔器胶筒的一端或两端。

4.如权利要求1或2所述的压缩式封隔器胶筒，其特征在于，所述的纤维或织物与橡胶复合材料护肩的壁厚是相等的。

5.如权利要求1或2所述的压缩式封隔器胶筒，其特征在于，所述的纤维或织物与橡胶复合材料护肩的壁厚是不相等的。

6.如权利要求1所述的压缩式封隔器胶筒，其特征在于，所述的纤维包括芳纶纤维、碳纤维，或两者的混合物。

7.如权利要求1或6所述的压缩式封隔器胶筒，其特征在于，所述的织物包括非织造织物、织造织物、经编织物、针织物、毡状物、网状物或网筛结构。

8.如权利要求1所述的压缩式封隔器胶筒，其特征在于，所述的橡胶包括氢化丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、氢化羧基丁腈橡胶、四丙氟橡胶、氟橡胶、或它们的混合物。