CN203847059U - 一种多次重复坐封压缩式封隔器胶筒 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种多次重复坐封压缩式封隔器胶筒，此压缩式封隔器胶筒的肩部采用特殊可回收的保护设计，在胶筒的上、下肩部镶嵌一个双层螺旋弹簧圆环，同胶筒硫化在一起，可随胶筒一起膨胀、收缩。在胶筒的内表面和外表面设计有凹槽，此凹槽可以避免胶筒内部应力集中损坏胶筒。降低了封隔器胶筒内部应力产生的集中损坏度，提高了封隔器胶筒的承压和抗形变的能力，且满足了多次重复坐封的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种油、气田压裂施工的井下工具领域，具体涉及一种可多次坐封型的压缩式高温、高压封隔器胶筒。
背景技术
压缩式封隔器是油、气田储层改造、生产等作业的重要井下作业工具，胶筒是封隔器的核心部件，胶筒的性能直接影响到封隔器的性能。
压缩式封隔器在工作时，其胶筒会受到挤压而膨胀，其内部存在很大的挤压应力。由于胶筒的上、下肩部（与胶筒座接触部分叫做肩部）受到挤压会产生向环空挤入的应力，当此应力大于胶筒橡胶的抗剪切力时胶筒会被撕裂，尤其是在高温、高压的环境中更容易损坏。所以，胶筒的上、下肩部为胶筒的易损坏点。
目前的胶筒肩部保护措施主要是在胶筒两端设计有塑料、金属护伞等机构，但是这些机构大都是“一次性”的，不满足胶筒多次重复坐封、解封的需求。
为此，针对目前压裂工艺的需求，需要开发一种满足多次重复坐封的高压、高温压缩式胶筒。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种满足多次重复坐封的、耐高压、高温的压缩式封隔器胶筒，即一种多次重复坐封压缩式封隔器胶筒。
此压缩式封隔器胶筒的肩部采用特殊可回收的保护设计，在胶筒的上、下肩部镶嵌一个双层螺旋弹簧圆环，同胶筒硫化在一起，此圆环可以随胶筒一起膨胀、收缩。在胶筒的内表面和外表面设计有凹槽，此凹槽可以避免胶筒内部应力集中损坏胶筒。
具体技术方案是：在多次重复坐封压缩式封隔器胶筒的胶筒肩部处设置有在封隔器胶筒受到相向的轴向挤压力时沿封隔器胶筒径向扩张的弹性保护件。
弹性保护件镶嵌在所述胶筒肩部上。
弹性保护件与封隔器胶筒硫化为一体。
弹性保护件由至少两个螺旋弹簧圆环构成，且该两个螺旋弹簧圆环同心、半径大小不同，小半径螺旋弹簧圆环环置于大半径螺旋弹簧圆环中；
所述螺旋弹簧圆环的径向平行于所述封隔器胶筒的径向；
弹性保护件的截面圆半径大于封隔器胶筒座与套管的内壁环空的间隙。
封隔器胶筒的上、下端面为锥面。
封隔器胶筒的内、外表面上分别设置有多组周向环绕、轴向排布的内凹槽组、外凹槽组，且内凹槽组和外凹槽组在封隔器胶筒的轴向上相间排布。
构成内凹槽组的内凹槽为V型槽；
构成外凹槽组的外凹槽为直角凹槽，且相邻的直角凹槽的直角相邻。
本实用新型的特点是：通过在胶筒肩部镶嵌至少两层螺旋弹簧圆环，且该螺旋弹簧圆环在封隔器胶筒受到轴向挤压力时可随着封隔器胶筒一起膨胀、收缩（螺旋弹簧圆环可沿封隔器胶筒径向扩张），且在封隔器胶筒的内外面上设置了多个相间设置的内外凹槽，降低了封隔器胶筒内部应力产生的集中损坏度，提高了封隔器胶筒的承压和抗形变的能力，且满足了多次重复坐封的需求。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：
图1是螺旋弹簧圆环结构示意图；
图2是双层螺旋弹簧圆环构成的弹性保护件的结构截面示意图；
图3是胶筒肩部处设置有由双层螺旋弹簧圆环构成的弹性保护件的封隔器胶筒结构示意图；
图4是胶筒肩部处设置有由双层螺旋弹簧圆环构成的弹性保护件的封隔器胶筒处于工作状态时（受轴向挤压）的局部示意图；
图5是胶筒肩部处设置有由双层螺旋弹簧圆环构成的弹性保护件的封隔器胶筒工作时（受轴向挤压）的胶筒肩部放大示意图；
图6是胶筒肩部处设置有由双层螺旋弹簧圆环构成的弹性保护件的封隔器胶筒处于解封状态时的示意图。
附图标记说明：1、大半径螺旋弹簧圆环；2、小半径螺旋弹簧圆环；3、封隔器胶筒；4、上胶筒座；5、套管；6、封隔器中心管；7、下胶筒座；8、胶筒肩部；9、弹性保护件；10、内凹槽；11、外凹槽；12、环空。
具体实施方式
结合压缩式封隔器工作原理对本实施例进行阐述。
如附图4所示，压缩式封隔器的核心结构包括封隔器中心管6（即中心管）、上胶筒座4、下胶筒座7和封隔器胶筒3（又称胶筒），封隔器坐封时，上、下胶筒座4、7受力挤压胶筒3，胶筒3受挤压后膨胀导致胶筒3外表面紧贴套管5的内壁，胶筒3内表面紧贴封隔器中心管6的外表面，封隔器实现坐封。
接着结合胶筒3的肩部保护机构和消除胶筒3内部应力集中进行阐述：
其一、胶筒肩部保护：
如附图5所示，封隔器在坐封时，由于胶筒3受到挤压导致内部存在较大的挤压应力，胶筒3的内、外表面别由封隔器的中心管6外壁和套管5内壁支撑，可以平衡胶筒3内部的挤压应力；胶筒3的上、下端面的表面由封隔器的上、下胶筒座4、7支撑，可以平衡胶筒3内部的挤压应力。
然而，封隔器的上、下肩部即胶筒肩部8的外边为封隔器胶筒座（上、下胶筒座4、7）与套管5的内壁的环空，没有外部的支撑面来平衡胶筒3的内部的挤压应力。此时，胶筒3的上、下肩部为双层螺旋弹簧圆环（小半径螺旋弹簧圆环2置于大半径螺旋弹簧圆环1内，小半径螺旋弹簧圆环2与大半径螺旋弹簧圆环1同平面设置，且其小半径螺旋弹簧圆环2和小半径螺旋弹簧圆环1的径向平行于胶筒3的径向）机构，此螺旋弹簧圆环随胶筒3的径向膨胀而扩张。最后螺旋弹簧圆环受上、下胶筒座4、7相向挤压随胶筒3一起径向扩张紧贴套管5内壁。
由于螺旋弹簧圆环的截面圆半径远大于封隔器胶筒座（上、下胶筒座4、7）与套管5的内壁环空12的间隙，螺旋弹簧圆环不能继续向封隔器与套管5的环空膨胀，此时螺旋弹簧圆环作为胶筒肩部8的支撑面平衡胶筒3内部的挤压应力以及环空12内的液体高压。
如附图6所示，当封隔器解封时，封隔器的上、下胶筒座4、7对胶筒3的挤压力撤销，胶筒3收缩复位，胶筒3上、下肩部的螺旋弹簧圆环随胶筒3的橡胶一起收缩复位，当再次坐封时，螺旋弹簧圆环随胶,3的橡胶膨胀一起径向扩张，此螺旋弹簧圆环可多次保护胶筒。
其二、消除胶筒内部应力集中：
胶筒3内、外表面设计有凹槽，此凹槽可以使胶筒3在被压缩时其内部应力分布均匀，防止胶筒3内部局部应力集中而损坏胶筒。
具体如图3、6所示，封隔器胶筒3的内、外表面上分别设置有多组周向环绕、轴向排布的内凹槽组、外凹槽组，且内凹槽组和外凹槽组在封隔器胶筒3的轴向上相间排布（即彼此错开，不在同一直径圆环上），且构成内凹槽组的内凹槽为V型槽；构成外凹槽组的外凹槽为直角凹槽，且相邻的外凹槽组中的直角凹槽的直角相邻。
从以上各实施例，不难看出，为了提供一种满足多次重复坐封的、耐高压、高温的压缩式封隔器胶筒，即一种多次重复坐封压缩式封隔器胶筒，其主要改进处是在胶筒肩部8处设置有在封隔器胶筒3受到相向的轴向挤压力时沿封隔器胶筒3径向扩张的弹性保护件9，如前述的封隔器在受到上、下胶筒座4、7对胶筒3的挤压力时，弹性保护件9便会与封隔器胶筒3一起沿径向扩张。此处需要强调的是，弹性保护件9镶嵌在胶筒肩部8上，而为了实现其与封隔器胶筒3同时扩张或收缩，特地将弹性保护件9与封隔器胶筒3硫化为一体，使得构成封隔器胶筒3的橡胶渗透于弹性保护件9的内部，如附图3所示，弹性保护件9可以随封隔器胶筒3的膨胀一起膨胀。
由图1、2不难看出，本弹性保护件10由至少两个螺旋弹簧圆环构成，且该两个螺旋弹簧圆环同心、半径大小不同，大半径螺旋弹簧圆环1将小半径螺旋弹簧圆环2环绕其中；至此，不难看出，本实施例提供的弹性保护件10实质上是由相互环绕的螺旋弹簧圆环构成（可以根据需要设计成3个以上的螺旋弹簧圆环），且这些螺旋弹簧圆环同圆心、半径不同，当然，也可以根据本实施例的发明构思，设计其他具有同等效果的弹性部件，如类似握力器一般。螺旋弹簧圆环的径向平行于封隔器胶筒3的径向，主要是为了在其受到轴向的相向的挤压力后，沿着封隔器胶筒3的径向扩张，以减弱封隔器胶筒3的内部应力对封隔器胶筒3的破坏。
为了有助于使大半径螺旋弹簧圆环1、小半径螺旋弹簧圆环2沿着封隔器胶筒3的径向扩张，直至紧贴套管5的内壁，本实施例特将封隔器胶筒3的上、下端面设计为锥面。
螺旋弹簧圆环的制作是：将螺旋弹簧的头、尾两端焊接即可形成圆环，而双层螺旋弹簧圆环，则是用长度不一的螺旋弹簧制作的半径不一的螺旋弹簧圆环，放置在同一平面上且彼此环绕即可，即将小半径螺旋弹簧圆环放置在大半径螺旋弹簧圆环内，且使得两个圆环同心即可。
Claims (10)
1.一种多次重复坐封压缩式封隔器胶筒，包括胶筒肩部（8），其特征在于：所述胶筒肩部（8）处设置有在封隔器胶筒（3）受到相向的轴向挤压力时沿封隔器胶筒（3）径向扩张的弹性保护件（9）。
2.如权利要求1所述的多次重复坐封压缩式封隔器胶筒，其特征在于：所述弹性保护件（9）镶嵌在所述胶筒肩部（8）上。
3.如权利要求2所述的多次重复坐封压缩式封隔器胶筒，其特征在于：所述弹性保护件（9）与封隔器胶筒硫化为一体。
4.如权利要求1或2或3所述的多次重复坐封压缩式封隔器胶筒，其特征在于：所述弹性保护件（3）由至少两个螺旋弹簧圆环构成，且该两个螺旋弹簧圆环同心、半径大小不同，小半径螺旋弹簧圆环环（2）置于大半径螺旋弹簧圆环（1）中；
所述螺旋弹簧圆环的径向平行于所述封隔器胶筒（3）的径向；
弹性保护件（9）的截面圆半径大于封隔器胶筒座与套管的内壁环空的间隙。
5.如权利要求1或2或3所述的多次重复坐封压缩式封隔器胶筒，其特征在于：所述封隔器胶筒（3）的上、下端面为锥面。
6.如权利要求1或2或3所述的多次重复坐封压缩式封隔器胶筒，其特征在于：所述封隔器胶筒（3）的内、外表面上分别设置有多组周向环绕、轴向排布的内凹槽组、外凹槽组，且内凹槽组和外凹槽组在封隔器胶筒（3）的轴向上相间排布。
7.如权利要求6所述的多次重复坐封压缩式封隔器胶筒，其特征在于：构成内凹槽组的内凹槽为V型槽；
构成外凹槽组的外凹槽为直角凹槽，且相邻的外凹槽组中的直角凹槽的直角相邻。
8.如权利要求4所述的多次重复坐封压缩式封隔器胶筒，其特征在于：所述封隔器胶筒（3）的上、下端面为锥面。
9.如权利要求8所述的多次重复坐封压缩式封隔器胶筒，其特征在于：所述封隔器胶筒（3）的内、外表面上分别设置有多组周向环绕、轴向排布的内凹槽组、外凹槽组，且内凹槽组和外凹槽组在封隔器胶筒（3）的轴向上相间排布。
10.如权利要求9所述的多次重复坐封压缩式封隔器胶筒，其特征在于：构成内凹槽组的内凹槽（10）为V型槽；
构成外凹槽组的外凹槽（11）为直角凹槽，且相邻的直角凹槽的直角相邻。
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