CN205638339U - 具有螺旋状内芯的胶筒 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油开采工业的密封技术领域，特别是涉及一种能承受高温高压的具有螺旋状内芯的胶筒。胶筒包括多个均呈筒状的内芯，各内芯整体上沿胶筒的轴向方向延伸并在轴向方向设有开口，各内芯整体上呈螺旋状围绕通孔并向外表面方向扩展；其中，各内芯均具有相互交叉的耐高温高压的多根纤维丝，胶体分布于各内芯的表面上和内部并将各纤维丝粘接。由于胶体内包覆有内芯，内芯具有相互交叉的纤维丝，胶体分布于各内芯的表面上和内部并将各纤维丝粘接。当胶筒受到轴向压力而膨胀时，纤维丝将限制该膨胀，从而在整体上增加胶筒的结构硬度，增加胶筒的抗压强度。

Description

具有螺旋状内芯的胶筒

技术领域

本实用新型涉及石油开采工业的密封技术领域，特别是涉及一种能承受高温高压的具有螺旋状内芯的胶筒。

背景技术

胶筒是用于石油开采领域的密封件，胶筒一般采用橡胶类材料制成，故称之为胶筒。应当注意的是，胶筒仅是一种行业内约定成俗的技术术语，用于表示在石油开采过程中配合封隔器使用的一个功能性部件，而不仅仅指胶筒的材料需要由橡胶制作。当胶筒承受一定的压力来促使其变形用来密封时，需要考虑胶筒本身的形变能力，若形变不足会导致其无法起到密封作用；若形变过大，可能导致胶筒因压溃而失效，丧失恢复能力。最重要的是，当胶筒受到高温蒸汽作用时，胶筒更多的是受到高温高压的作用而失效导致失去恢复能力。

发明人发现，由于构成胶筒的胶体的软硬(一定压力下胶体的变形程度)有差异，当使用较软的胶体制成胶筒时，该胶筒会因无法承受住额定大小的轴向压力而被压溃，或者说此时胶筒在额定大小的轴向压力下变形过大而被压溃。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新的结构设计的胶筒，来增加胶筒的抗压强度。

本实用新型提供一种胶筒，具有密封体，所述密封体具有位于中心的通孔、位于通孔处的内表面、与所述内表面相对应的外表面、以及分别位于所述胶筒两端的第一端部和第二端部，所述胶筒包括多个均呈筒状的内芯，各所述内芯整体上沿所述胶筒的轴向方向延伸并在所述轴向方向设有开口，各所述内芯整体上呈螺旋状围绕所述通孔并向所述外表面方向扩展；其中，各所述内芯均具有相互交叉的耐高温高压的多根纤维丝，胶体分布于各所述内芯的表面上和内部并将各所述纤维丝粘接。

优选地，在所述轴向方向上，数量为一个的所述内芯的长度等于所述通孔的长度。

优选地，在所述轴向方向上，数量为至少两个的所述内芯相互粘接并且粘接的各所述内芯的长度之和等于所述通孔的长度。

优选地，所述内芯的厚度为1.8mm-2.5mm，所述内芯的数量为10-15。

优选地，相邻的所述内芯在所述开口处相互连接。

优选地，所述的胶筒还包括在所述轴向方向上延伸的约束套，所述约束套整体呈扩口状，所述约束套的扩口端套设在所述第一端部或所述第二端部上，所述约束套的缩口端伸过被所述扩口端套设的所述第一端部或所述第二端部来用于承受轴向压力。

优选地，在承受所述轴向压力后，所述约束套整体呈圆筒状。

优选地，所述缩口端具有向内的倒边。

优选地，被所述扩口端套设的所述第一端部或所述第二端部呈缩口状来与所述扩口端相配合。

优选地，所述约束套为铜质，所述扩口端22的最大厚度小于或等于2mm。

优选地，所述约束套的数量为两个，其中一个所述约束套的扩口端套设在所述第一端部，另一个所述约束套的扩口端套设在所述第二端部上。

根据本实用新型提供的上述技术方案，由于胶体内包覆有内芯，内芯具有相互交叉的纤维丝，胶体分布于各内芯的表面上和内部并将各纤维丝粘接。当胶筒受到轴向压力而膨胀时，纤维丝将限制该膨胀，从而在整体上增加胶筒的结构硬度，增加胶筒的抗压强度。

进一步地，本申请涉及的内芯具有开口，内芯整体上呈螺旋状设置，这样生产过程中产生的大小不同的内芯都能够用于制作胶筒，提高了材料的使用效率，降低了胶筒的生产成本。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。附图中：

图1是本实用新型一个实施例的胶筒与中心管及套管的位置关系示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的胶筒的结构示意图；

图3是根据本实用新型一个实施例涉及的约束套的结构示意图；

图4是根据本实用新型一个实施例的包含约束套的胶筒的结构示意图，其示出了压缩前的约束套与密封体的位置关系；

图5是图4中压缩过程中的约束套与密封体的结构示意图，其示出了在密封体表面形成的一个凸起；

图6是图4中压缩后的约束套与密封体的结构示意图；

图7是根据本实用新型另一个实施例的胶筒的部分结构示意图

图8是图7中内层内芯的结构示意图；

图9是根据本实用新型一个实施例的三段式的胶筒的结构示意图。

图中的附图标记如下：

10-胶筒，101-外表面，102-内表面，103-通孔，104-第一端部，105-第二端部；

106-内层内芯，107-中层内芯，108-外层内芯，109-胶体，110-开口；

20-约束套，21-缩口端，22-扩口端；

30-中心管；

40-套管；

50-密封体；

60-凸起；

200-压缩式封隔器；

A-轴向方向；

F-轴向压力。

具体实施方式

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、分层采油、机械管道堵水等多种作业目的需要，封隔器需要进行环空的封隔，而实现环空封隔的核心部件是胶筒。胶筒作为封隔器的核心部件，它的质量直接影响封隔器的使用效果和使用寿命，在封隔器中起着决定性的作用。发明人发现，由于构成胶筒的胶体的软硬有差异，例如，当使用聚醚醚酮材料为胶体时，由于聚醚醚酮较硬，达到坐封时的压力较大。当使用较软的胶体制成胶筒时，该胶筒会因无法承受住额定大小的轴向压力而被压溃。

如图1所示的压缩式封隔器200具有本申请的胶筒10，所述胶筒10整体为筒状。压缩式封隔器200需要在井筒中把不同的油层、水层分隔开并承受一定压差，要求既能下到井筒预定位置，封隔严，又能在井下具有耐久性，需要时可顺利起出。

在如图2所示的一个实施例中，提供一种胶筒10，胶筒10具有密封体50，密封体50具有位于中心的通孔103，该通孔103由内表面102所形成，外表面101位于与内表面102相对应的通孔103的外侧处，胶筒10两端为第一端部104和第二端部105。当轴向方向A的轴向压力F作用于第一端部104和第二端部105时，胶筒10整体将被轴向压缩而径向扩张，促使外表面101向外凸起以及内表面102向内凸起。压缩完成后，内表面102与图1中的中心管30密封，外表面101与图1中的套管40密封。参见图4、图5和图6，一般地，内表面102与中心管30之间的空隙较小，而外表面101与套管40之间的间隙较大，由于中心管30和套管40的限定作用，所以导致外表面101向外凸起的程度大于内表面102向内凸起的程度。

发明人在解决胶体较软的过程中，曾在胶体中掺杂多个相互分离的耐高温高压的纤维丝，该结构能在一定程度上能够解决胶筒10整体偏软的问题。但是，发明人进一步发现，虽然掺杂的纤维丝与胶体相连，但各个纤维丝之间基本不连接或者连接较少，所以只能有限地增加胶筒10的硬度。所以，发明人设计了如下的技术方案：使用相互交叉的多根纤维丝组成一个内芯，这样结构的内芯具有一定的在径向方向的延展性，或者说，内芯能在一定范围内直径变大而不发生断裂，在内芯直径变大的过程中，相互交叉的纤维丝将抵消一部分促使其直径变大的轴向压力F，从而若要使得内芯的直径增大到一定程度，需要提供更大的轴向压力F。尤其是，胶体109分布于各所述内芯的表面上和内部并将各纤维丝粘接的设计，造成胶体109将各交叉的纤维丝紧紧地连接在一起，若要使得内芯的直径增大到一定程度，需要提供的轴向压力F就更大了。也就是说，胶液固化为胶体，胶体将各纤维丝粘接而形成一个抵抗力，各纤维丝交叉又形成一个抵抗力，在这两个抵抗力的作用下，胶筒10整体比较难压缩，这表现为胶筒10变硬。发明人经过试验，发现可以通过改变内芯的厚度来大概调整相互交叉的纤维丝的数量，进而能调整所需的轴向压力F的大小或者说坐封力的大小。进一步地，本申请涉及的内芯具有开口110，内芯整体上呈螺旋状设置，这样生产过程中产生的大小不同的内芯都能够用于制作胶筒，提高了材料的使用效率，降低了胶筒的生产成本。尤其是，当相邻的内芯在开口110处相互连接时，并且是开口110相互结合，这样使得整体上来看，若干个内芯形成一个整体的内芯，不会因为两个内芯的开口110处有很大的间距，而使得内芯的含量变低，进而影响胶筒10整体的抗压强度。

如图7所示的实施例中，胶筒10包括内层内芯106、中层内芯107和外层内芯108三个内芯，图7仅为示意性的示出了胶筒10具有12个内芯中的一部分，一般地，所述内芯的数量设置为10-15，例如在一个实施例中可以将内芯的数量选择为10个，在另一个实施例中将内芯的数量选择为15个。需要特别注意的是，各所述内芯均具有相互交叉的耐高温高压的多根纤维丝(图中未示出)，例如各根纤维丝经纬编织在一起。纤维丝可以为玻璃纤维或者碳纤维等其它耐高温高压的材质。所述纤维丝的直径为7-30μm，这样就能在一个内芯上具有数量庞大的纤维丝，能极大的提高胶筒10的硬度，在其它实施例中纤维丝的直径还可以为其它数值，但根据发明人的试验，以不超过2mm为宜。这是因为，发明人发现，将形成胶体109的胶液渗入多纤维丝的内芯比较困难，当内芯的厚度为2mm时胶液渗入的速度为最佳，当内芯的厚度大于2.5mm后胶液渗入的速度将会非常慢。所以，在一个实施例中，各所述内芯的厚度为2mm，在其它实施例中也可以为1.8mm或者2.5mm。从图7可以看出，内层内芯106长度较小，中层内芯107较大，而外层内芯108最大。在其它实施例中，还可以将内层内芯106、中层内芯107和外层内芯108均设置为等长度，然后螺旋向外扩张。为了保持内外表面102、101平坦，可以通过在内层内芯106内部和外层内芯108外部设置胶体109来找平。参见图8，内层内芯106整体均包覆有胶体109，在图8中表现为内外表面具有胶体109，而为了表现各层内芯之间的关系，胶体109在图7中并未示出。

通过上面的叙述可知，在本申请的技术方案中，并不需要该纤维丝具有弹性，这是由于胶筒10的收缩和膨胀由密封体50来完成，更确切地说是由密封体50中的胶体109来完成。上文所述，胶体109分布于各所述内芯的表面上和内部并将各所述纤维丝粘接。理想的情况是，胶体109粘接每根纤维丝，并将各纤维丝交叉地粘接在一起。由于内芯的内外均被胶体109密封，从而从整体上看，内芯并不如图7和图8所示的那样明显，而如普通胶筒那样的整体均被胶体覆盖。

参见图2，各所述内芯整体上呈圆筒状并沿所述胶筒10的轴向方向A延伸，如图7所示的那样，在所述胶筒10的径向方向的一个截面上的各所述内芯的直径各不相同，这样的结构能增加胶筒10的硬度。当内芯之间的胶体109的厚度相同时，还能够尽可能地使胶筒10的在相同面积内的硬度基本相同，否则胶筒10受力不均而在局部发生坍塌。但是，当如图9所示，当胶筒10为三段式时，每一段胶筒的径向的横截面都可以如图7所示，这样就图9所示的胶筒10整体而言，就具有三个直径相同的在轴向方向上依次分布的内芯。

根据本申请的技术方案，由于胶体109内包覆有内芯，内芯具有相互交叉的纤维丝，胶体109分布于各内芯的表面上和内部并将各纤维丝粘接。首先，胶体109内混合有纤维丝，当胶筒10受到轴向压力而膨胀(向内和向外)时，纤维丝将限制该膨胀，从而在整体上增加胶筒10的结构硬度，增加胶筒10的抗压强度。尤其是，纤维丝组成为一个圆筒状的内芯时，当内芯受到轴向压力F时，内芯能够均匀地径向扩张，受到轴向压力时能使得胶筒10的内表面102基本上均匀地向内凸起，外表面101均匀地向外凸起，防止了不均匀径向扩张而导致胶筒10的局部坍塌。并且，在本申请的一个实施例中，各层内芯之间的胶体厚度相同，这样就能保证受到轴向压力F作用的胶筒10的端部能够在其表面上均匀地受力，防止了胶筒10的端部被压溃。

参见图7，当图7中的胶筒10的内层内芯106与胶筒10的通孔103一样长时，也就是说，在轴向方向A上，数量为一个的内芯的长度等于通孔103的长度，其可以形成图2中所示的胶筒10。相同地，在所述轴向方向A上，数量为至少两个的所述内芯相互粘接并且粘接的各所述内芯的长度之和等于所述通孔103的长度，例如为三个时，其可以形成图9中所示的胶筒10，从而形成多个密封段。图9中未示出在两个端部设置的约束套，但示出了在每段胶筒相接的地方设置了约束套20。

下面将详细叙述胶筒10的约束套20。

参考图3-图6，其中图3示出了在被轴向压力F压缩前的约束套20的结构示意图，图4示出了被轴向压力F压缩前的约束套20与密封体50的位置关系示意图，图5示出了被轴向压力F压缩过程中约束套20与密封体50的变化示意图，图6示出了压缩后的约束套20与密封体50的形状示意图。

如图3所示，约束套20整体呈扩口状，其具有扩口端22和缩口端21。参见图4，所述约束套20的扩口端22套设在所述第一端部104和所述第二端部105上，在其它实施例中，扩口端22还可以只套设在第一端部104和第二端部105之一上，其主要取决了该端部是否需要约束变形来防止在压缩过程中变形过大。在图4-图6中，所述约束套20的数量为两个，其中一个所述约束套20的扩口端22套设在所述第一端部104，另一个所述约束套20的扩口端22套设在所述第二端部105上。参见图5，所述约束套20的缩口端21伸过被所述扩口端22套设的所述第一端部104或所述第二端部105来用于承受轴向压力。在图4和图5中，仅为示意性的示出约束套20和密封体50的位置关系，实际上，约束套20是与密封体50紧密结合的，即两者之间相互接触。从图6可以看出，在承受轴向压力F后，所述约束套20整体呈圆筒状。并且，约束套20的扩口端22与缩口端21的直径基本相同，并且两者的直径与套管40的内径相同，此时密封体50的外表面101与套管40密封，而且密封体50的内表面102与中心管30密封。

约束套20的作用在本申请中非常重要，这是由于本申请的内芯均轴向设置，而对内芯产生作用的也是轴向压力。所以，非常可能地，内芯会因轴向压力的作用而在径向方向散开，导致胶筒10的各个内芯分离。通过约束套20在端部的约束，能够限制住内芯在最外两侧处的分离。而内芯的其它地方的都有胶体填充，所以分离的可能性较小。

在图4和图5所示实施例中，第一端部104和第二端部105的边缘倒角处理来与约束套20相适应，也就是说，被所述扩口端22套设的所述第一端部104和所述第二端部105呈缩口状来与所述扩口端22相配合。胶筒10的这种设计可以增加胶筒10的端部与约束套20的接触面积，并且该种设计的端部与轴向压力F之间具有夹角，从而需要更大的轴向压力F才能压缩密封体50产生额定大小的形变，一定程度的增大了需要的坐封力。如图6所示，当施加轴向压力F后，胶筒10将向径向方向而向内和向外延伸，由于套管40的束缚，此时约束套20将在套管40限制的范围内进行径向的扩张，最终约束套20的扩口端22将与密封体50的直径基本相同，且与套管40的内径也基本相同。如图5所示，在压缩过程中，会形成凸起，图5中示意性的示出了一个凸起60，在实际压缩时，密封体50的外表面101整体作为凸起向外扩张，内表面102整体作为凸起而向内扩张。非常重要的，若约束套20选择为不宜变形的材料，那么如图5所示的那样，当继续压缩时，凸起60将和约束套20的上边缘接触，并最终对凸起60造成剪切，影响了密封体50的密封。在本申请中约束套选择为铜套，并且在厚度上限定扩口端22的最大厚度不超过2mm，扩口端22指的是例如图3中整个喇叭状的边缘，而非一个图3中最右侧的那个端面。这样的限定能够使得约束套20不会对凸起60造成损伤，或者损伤较为轻微。并且也有利于在压缩过程中，套管40对约束套20产生变形而成为如图6所示的那样。基于同样的道理，也不能在压缩前使用如图6中所示的那样的直角型的约束套20，否则在压缩的过程中约束套20也会对逐渐凸起的密封体的外表面101产生剪切。在本申请中，所述约束套20为喇叭口状，在压缩的过程中，约束套20与凸起60是一种面接触而非线接触，大大减少了凸起60损伤的可能性。而如图3所示，缩口端21具有向内的倒边，在压缩时倒边将围绕中心管30，并且倒边来接收轴向压力F，这样的设计能够使压缩套20有序地、逐渐的变形，不会被轴向压力F突然压溃。本申请选择约束套20为铜套的另一个重要原因在于，这样在将封隔器200从井下起出时，铜套容易变形，不会卡在套管40之间。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本申请的多个示例性实施例，但是，在不脱离本申请精神和范围的情况下，仍可根据本申请公开的内容直接确定或推导出符合本申请原理的许多其他变型或修改。因此，本申请的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种具有螺旋状内芯的胶筒，具有密封体，所述密封体(50)具有位于中心的通孔(103)、位于通孔(103)处的内表面(102)、与所述内表面(102)相对应的外表面(101)、以及分别位于所述胶筒(10)两端的第一端部(104)和第二端部(105)，其特征在于，

所述胶筒(10)包括多个均呈筒状的内芯，各所述内芯整体上沿所述胶筒(10)的轴向方向延伸并在所述轴向方向设有开口(110)，各所述内芯整体上呈螺旋状围绕所述通孔(103)并向所述外表面(101)方向扩展；

其中，各所述内芯均具有相互交叉的耐高温高压的多根纤维丝，胶体(109)分布于各所述内芯的表面上和内部并将各所述纤维丝粘接。

2.根据权利要求1所述的具有螺旋状内芯的胶筒，其特征在于，

在所述轴向方向上，数量为一个的所述内芯的长度等于所述通孔(103)的长度。

3.根据权利要求1所述的具有螺旋状内芯的胶筒，其特征在于，

在所述轴向方向上，数量为至少两个的所述内芯相互粘接并且粘接的各所述内芯的长度之和等于所述通孔(103)的长度。

4.根据权利要求1所述的具有螺旋状内芯的胶筒，其特征在于，

所述内芯的厚度为1.8mm-2.5mm，所述内芯的数量为10-15。

5.根据权利要求1所述的具有螺旋状内芯的胶筒，其特征在于，

相邻的所述内芯在所述开口(110)处相互结合。

6.根据权利要求1所述的具有螺旋状内芯的胶筒，其特征在于，还包括：

在所述轴向方向上延伸的约束套(20)，所述约束套(20)整体呈扩口状，所述约束套(20)的扩口端(22)套设在所述第一端部(104)或所述第二端部(105)上，所述约束套(20)的缩口端(21)伸过被所述扩口端(22)套设的所述第一端部(104)或所述第二端部(105)来用于承受轴向压力。

7.根据权利要求6所述的具有螺旋状内芯的胶筒，其特征在于，

所述缩口端(21)具有向内的倒边。

8.根据权利要求6所述的具有螺旋状内芯的胶筒，其特征在于，

被所述扩口端(22)套设的所述第一端部(104)或所述第二端部(105)呈缩口状来与所述扩口端(22)相配合。

9.根据权利要求6所述的具有螺旋状内芯的胶筒，其特征在于，

所述约束套(20)为铜质，所述扩口端22的最大厚度小于或等于2mm。

10.根据权利要求6所述的具有螺旋状内芯的胶筒，其特征在于，

所述约束套(20)的数量为两个，其中一个所述约束套(20)的扩口端(22)套设在所述第一端部(104)，另一个所述约束套(20)的扩口端(22)套设在所述第二端部(105)上。