專利名稱：油氣田用壓縮式封隔器密封筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油氣田用封隔設(shè)備，特別涉及一種油氣田用封隔器中的部件。
背景技術(shù)：
在油氣田開發(fā)領(lǐng)域，封隔器是實(shí)施分層采油、分層注水、分層壓裂、酸化或機(jī)械卡 堵等井下注采工藝的重要元器件，壓縮式封隔器是封隔器中較常用的一種，具有彈性的密 封筒是壓縮式封隔器的核心部件，它將直接影響到封隔器的工作質(zhì)量?，F(xiàn)有密封筒一般是由橡膠制成的膠筒(如


圖10所示)，通過兩端擠壓使其變形形成 對油氣井外套管和內(nèi)芯(軸或管)的密封，但壓力過大時(shí)，膠筒受到的壓縮量更大，極易使其 損壞。在油氣田的開發(fā)中，油氣井的開采深度越來越深，隨著油氣井深度的增加，開采工作 環(huán)境的溫度、壓力越大，化學(xué)腐蝕性也越強(qiáng)，因此，就對封隔器的膠筒提出了適應(yīng)上述惡劣 工況的更高要求，即密封部件的承壓能力、耐高溫能力和耐腐蝕能力等。為提高膠筒的承壓能力，出現(xiàn)了帶金屬肩保的膠筒(如
圖11所示)，但由于材料本 身特性的限制，其承壓能力、耐高溫和耐腐蝕能力仍然有限，尤其是當(dāng)工作環(huán)境壓力達(dá)到 70 105Mpa，溫度達(dá)到160°C左右時(shí)，國內(nèi)外幾乎所有的封隔器膠筒均不能滿足使用要求 (如比較有代表性的貝克公司生產(chǎn)的封隔器膠筒也只能滿足在84Mpa、160°C工況下短時(shí)間 工作，不能在100Mpa、160°C的工況下正常工作)。甚至化工部標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2701-95《油氣田 用壓縮(Ys)式封隔器膠筒》中的要求也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前油氣田深井開采的要求。因此，需探索一種油氣田用的壓縮式封隔器密封筒，使其承壓、耐高溫和耐腐蝕能 力更強(qiáng)，以適應(yīng)當(dāng)前油氣田開采深井工況的要求。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種油氣田用壓縮式封隔器密封筒，通過全新的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)和選材，大幅提升封隔器密封筒的承壓、耐高溫和耐腐蝕性能，以達(dá)到適應(yīng)當(dāng)前油氣田 深井工況使用要求的目的。本實(shí)用新型的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，包括用于套在封隔器內(nèi)芯上使用的 膠筒，所述膠筒外套設(shè)置有由聚四氟乙烯制成的外套筒。進(jìn)一步，所述外套筒的一端設(shè)置徑向向內(nèi)延伸并包覆膠筒端面的環(huán)形壓邊；進(jìn)一步，所述環(huán)形壓邊內(nèi)側(cè)設(shè)置橫截面為半圓形的環(huán)形凸起，所述膠筒端部設(shè)置 與環(huán)形凸起配合的環(huán)形凹槽；進(jìn)一步，所述外套筒筒壁的縱截面形狀為沿軸向并列且開口沿徑向朝內(nèi)的弧形首 尾相接形成的輪廓；進(jìn)一步，所述膠筒內(nèi)套設(shè)置有承壓芯骨，承壓芯骨上設(shè)置封隔器內(nèi)芯的軸向密 封；進(jìn)一步，所述承壓芯骨為內(nèi)套于膠筒的承壓套筒，所述承壓套筒內(nèi)圓沿周向設(shè)置 環(huán)形槽，環(huán)形槽內(nèi)嵌有密封圈；[0013]進(jìn)一步，所述環(huán)形槽底部設(shè)置貫穿承壓套筒筒壁的流通孔，所述環(huán)形槽由通過流 通孔與膠筒成一體的膠筒材料填充；進(jìn)一步，所述承壓芯骨的長度短于膠筒長度與環(huán)形壓邊的厚度之和形成壓縮距；進(jìn)一步，所述承壓芯骨由金屬制成；進(jìn)一步，所述膠筒和膠環(huán)均由丙烯酸酯、硅膠或氫化丁晴橡膠制成；進(jìn)一步，所述膠筒、承壓芯骨和外套筒通過硫化模一次硫化粘接制成一體；進(jìn)一步，所述聚四氟乙烯由玻璃纖維、二硫化鉬、銅粉、石墨、聚苯酯或三氧化二鉻 填充改性。實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，包括用于套 在封隔器內(nèi)芯上使用的膠筒，所述膠筒外套設(shè)置有由聚四氟乙烯制成的外套筒，使用時(shí)，膠 筒受壓后向徑向膨脹變形，在膠筒的作用下，外套筒緊貼油氣井外套管形成軸向密封，利用 聚四氟乙烯(PTFE)耐高溫、強(qiáng)度比橡膠大、靜摩擦系數(shù)小且耐腐蝕等特性，提高密封面的接 觸強(qiáng)度，可使密封筒滿足壓力為90 105Mpa、溫度為160 180°C和腐蝕性工況下的使用 要求，同時(shí)，膠筒向內(nèi)膨脹形成封隔器內(nèi)芯的軸向密封，滿足封隔器的工作要求。另外，內(nèi)套 設(shè)置承壓芯骨，當(dāng)壓縮一定距離后，承壓芯骨起到支承作用，承受繼續(xù)增加的壓力，避免膠 筒的變形量繼續(xù)增大而受到損壞，使密封筒的承壓能力大幅提升，使用壽命延長。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)-
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為彈性體的結(jié)構(gòu)示意-步描述。圖3為圖2的A-A剖視圖；圖4為支撐套的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為套筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為外套筒筒壁的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實(shí)用新型工作前狀態(tài)示意圖；圖8為本實(shí)用新型處于工作狀態(tài)的示意圖；圖9為本實(shí)用新型卸壓后狀態(tài)示意圖；
圖10為現(xiàn)有技術(shù)中的膠筒示意圖；
圖11為現(xiàn)有技術(shù)中帶肩保的膠筒示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為彈性體的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為圖2的A-A 剖視圖，圖4為支撐套的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為套筒的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為外套筒筒壁的另一 種結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示本實(shí)施例的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，包括用于套在封隔器 內(nèi)芯5上使用的膠筒1，所述膠筒1外套設(shè)置有由聚四氟乙烯制成的外套筒4，膠筒受壓后 向徑向膨脹變形，在膠筒的作用下，外套筒緊貼油氣井外套管6形成軸向密封，利用聚四氟 乙烯(PTFE)材料耐高溫、強(qiáng)度比橡膠大、靜摩擦系數(shù)小且耐腐蝕等特性，提高密封面的接觸 強(qiáng)度，可使密封筒滿足壓力為90 105Mpa、溫度為160 180°C和腐蝕性工況下的使用要求，同時(shí)，膠筒向內(nèi)膨脹形成封隔器內(nèi)芯的軸向密封，滿足封隔器的工作要求。卸壓以后，通 過膠筒的彈性回彈，解除密封。當(dāng)然，使用其他與聚四氟乙烯性質(zhì)相似的材料制成外套筒， 也可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的。本實(shí)施例中，所述外套筒4的一端設(shè)置徑向向內(nèi)延伸并包覆膠筒1端面的環(huán)形壓 邊如，提高受壓面的接觸強(qiáng)度，使密封筒的承壓能力更好。本實(shí)施例中，所述環(huán)形壓邊如內(nèi)側(cè)設(shè)置橫截面為半圓形的環(huán)形凸起4b，所述膠筒 1端部設(shè)置與環(huán)形凸起4b配合的環(huán)形凹槽la，在環(huán)形壓邊受壓使膠筒變形時(shí)，通過環(huán)形凸 起引導(dǎo)其變形膨脹方向，使環(huán)形壓邊向下壓縮時(shí)膠筒與支撐套之間保持緊貼，防止其脫開。本實(shí)施例中，所述外套筒4筒壁的縱截面形狀為沿軸向并列且開口沿徑向朝內(nèi)的 弧形首尾相接形成的輪廓，將工作表面接觸外套管的聚四氟乙烯外套筒加工成彈性模量最 佳的幾何形狀，回彈力最大，增強(qiáng)軸向受壓能力和增大徑向形變的最大位移量，同時(shí)，也增 強(qiáng)密封筒的回彈力，達(dá)到卸壓后需要密封筒與外套管脫離松弛的工藝質(zhì)量要求。本實(shí)施例中，所述膠筒1內(nèi)套設(shè)置有承壓芯骨，承壓芯骨上設(shè)置封隔器內(nèi)芯5的軸 向密封，當(dāng)壓縮一定距離后，承壓芯骨起到支承作用，承受繼續(xù)增加的壓力，避免膠筒的變 形量繼續(xù)增大而受到損壞，使密封筒的承壓能力大幅提升，使用壽命延長。本實(shí)施例中，所述承壓芯骨為內(nèi)套于膠筒1的承壓套筒2，所述承壓套筒2內(nèi)圓沿 周向設(shè)置環(huán)形槽加，環(huán)形槽加內(nèi)嵌有密封圈3，環(huán)形槽可以沿承壓套筒軸向并列設(shè)置為多 個，以實(shí)現(xiàn)對內(nèi)管的多點(diǎn)密封，達(dá)到更好的密封效果，該結(jié)構(gòu)簡單合理，可很好的實(shí)現(xiàn)對封 隔器內(nèi)芯的軸向密封。當(dāng)然，承壓芯骨不僅限于套筒形狀，也可是其他形狀，只要滿足兩端 能起到承壓作用即可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的。本實(shí)施例中，所述環(huán)形槽加底部沿周向并列設(shè)置多個貫穿承壓套筒2筒壁的流通 孔2b，所述環(huán)形槽加由通過流通孔2b與膠筒1成一體的膠筒材料填充，多個流通孔可使膠 筒受壓縮時(shí)更容易從流通孔擠出，對環(huán)形槽內(nèi)的填充材料形成擠壓，使其貼緊封隔器內(nèi)芯 5，從而對內(nèi)芯5形成密封。流通孔的數(shù)量越多，受壓時(shí)越多填充材料能通過其流動，密封效 果越好，但同時(shí)也會降低支撐套的強(qiáng)度，因此，制造時(shí)應(yīng)考慮兩方面因素確定流通孔的大小 和數(shù)量。本實(shí)施例中，所述承壓套筒2的長度短于膠筒長度與環(huán)形壓邊的厚度之和形成壓 縮距，在化工部標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2701-95《油氣田用壓縮(Ys)式封隔器膠筒》中壓縮距的定義是 膠筒在座封時(shí)，其軸向被壓縮的長度。使膠筒被壓縮長度等于壓縮距時(shí)即可轉(zhuǎn)由承壓套筒 承壓，使膠筒恰好達(dá)到座封要求而不繼續(xù)受壓變形，避免損壞。壓縮距是根據(jù)體積相等原則 計(jì)算得出的長度加上該長度的1/3的補(bǔ)償值得出。當(dāng)然，壓縮距也可通過封隔器上的壓縮 部件留出，即在壓縮部件上設(shè)置一個用于對承壓套筒讓位的盲孔，承壓套筒頂住盲孔底部 時(shí)，膠筒座封完成。本實(shí)施例中，所述承壓套筒2由金屬制成，強(qiáng)度高，承壓能力強(qiáng)，易于制造和獲取。本實(shí)施例中，所述膠筒1由丙烯酸酯、硅膠或氫化丁晴橡膠制成，三者均具有良好 的耐高溫和耐腐蝕性。本實(shí)施例中，所述膠筒1、承壓套筒2和外套筒4通過硫化模一次硫化粘接制成一 體，使三者之間粘接可靠，生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)。本實(shí)施例中，所述聚四氟乙烯由玻璃纖維、二硫化鉬、銅粉、石墨、聚苯酯或三氧化二鉻填充改性，改性后的聚四氟乙烯制成的套筒便于與膠筒和金屬承壓芯骨通過硫化工藝 進(jìn)行粘接，粘接更牢固可靠，同時(shí)，也能進(jìn)一步提高聚四氟乙烯的耐壓強(qiáng)度。如圖7、圖8和圖9所示，本實(shí)用新型在實(shí)際使用時(shí)有三種狀態(tài)1.工作前的狀態(tài)將其置于固定設(shè)置的墊塊上，墊塊與封隔器的壓縮部件形成壓 縮結(jié)構(gòu)；2.工作時(shí)的狀態(tài)通過壓縮部件推動環(huán)形壓邊如壓縮膠筒1，隨著壓縮距h逐漸 減小，膠筒1逐漸膨脹變形，當(dāng)h = 0時(shí)，膠筒1膨脹使外套筒4變形并緊貼油氣田外套管6 內(nèi)壁對其形成軸向密封，同時(shí)，膠筒1通過流通孔2b擠壓位于環(huán)形槽加內(nèi)的填充材料(橡 膠)，使其緊貼封隔器內(nèi)芯5外壁對其形成軸向密封，密封筒處于工作狀態(tài)；3.卸壓后的狀態(tài)卸壓后在膠筒的回彈作用下，帶動粘接在膠筒上的外套筒回 彈，解除密封，達(dá)到卸壓后需要密封筒與外套管脫離松弛的工藝質(zhì)量要求。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本 實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范 圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種油氣田用壓縮式封隔器密封筒，包括用于套在封隔器內(nèi)芯(5)上使用的膠筒(1)，其特征在于所述膠筒(1)外套設(shè)置有由聚四氟乙烯制成的外套筒(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，其特征在于所述外套筒(4) 的一端設(shè)置徑向向內(nèi)延伸并包覆膠筒(1)端面的環(huán)形壓邊(4a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，其特征在于所述環(huán)形壓邊 (4a)內(nèi)側(cè)設(shè)置橫截面為半圓形的環(huán)形凸起(4b)，所述膠筒(1)端部設(shè)置與環(huán)形凸起(4b)配 合的環(huán)形凹槽(la)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，其特征在于所述外套筒(4) 筒壁的縱截面形狀為沿軸向并列且開口沿徑向朝內(nèi)的弧形首尾相接形成的輪廓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，其特征在 于所述膠筒(1)內(nèi)套設(shè)置有承壓芯骨，承壓芯骨上設(shè)置封隔器內(nèi)芯(5)的軸向密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，其特征在于所述承壓芯骨 為內(nèi)套于膠筒(1)的承壓套筒(2)，所述承壓套筒(2)內(nèi)圓沿周向設(shè)置環(huán)形槽(2a)，環(huán)形槽 (2a)內(nèi)嵌有密封圈(3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，其特征在于所述環(huán)形槽 (2a)底部設(shè)置貫穿承壓套筒(2)筒壁的流通孔(2b)，所述環(huán)形槽(2a)由通過流通孔(2b) 與膠筒(1)成一體的膠筒材料填充。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，其特征在于所述承壓套筒(2)的長度短于膠筒長度與環(huán)形壓邊的厚度之和形成壓縮距。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，其特征在于所述承壓套筒 (2)由金屬制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，其特征在于所述膠筒(1) 由丙烯酸酯、硅膠或氫化丁晴橡膠制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，其特征在于所述膠筒 (1)、承壓套筒(2)和外套筒(4)通過硫化模一次硫化粘接制成一體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的油氣田用壓縮式封隔器密封筒，其特征在于所述聚四氟 乙烯由玻璃纖維、二硫化鉬、銅粉、石墨、聚苯酯或三氧化二鉻填充改性。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種油氣田用壓縮式封隔器密封筒，包括用于套在封隔器內(nèi)芯上使用的膠筒，膠筒外套設(shè)置有由聚四氟乙烯制成的外套筒，使用時(shí)，膠筒受壓后向徑向膨脹變形作用于外套筒使其緊貼油氣井外套管形成軸向密封，利用聚四氟乙烯耐高溫、強(qiáng)度比橡膠大、靜摩擦系數(shù)小且耐腐蝕等特性，提高密封面的接觸強(qiáng)度，可使密封筒滿足壓力為90～105MPa、溫度為160～180℃和腐蝕性工況的使用要求，同時(shí)，膠筒向內(nèi)膨脹形成封隔器內(nèi)芯的軸向密封，滿足封隔器的工作要求。另外，內(nèi)套設(shè)置承壓芯骨，當(dāng)壓縮一定距離后，承壓芯骨起到支承作用，承受繼續(xù)增加的壓力，避免膠筒的變形量繼續(xù)增大而受損，使密封筒的承壓能力大幅提升，使用壽命延長。
文檔編號E21B33/128GK201874514SQ20102063883
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
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