內(nèi)芯具有圓環(huán)狀盤根的膠筒、封隔器和橋塞的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及石油開(kāi)采工業(yè)的密封技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種能承受高溫高壓的內(nèi)芯具有圓環(huán)狀盤根的膠筒及具有該膠筒的封隔器和橋塞。膠筒的密封體包括多個(gè)內(nèi)芯，內(nèi)芯均具有膠體和呈圓環(huán)狀的基體，多個(gè)所述內(nèi)芯整體上沿所述膠筒的軸向方向排列；基體由相互交叉的耐高溫高壓的多根纖維絲組成，膠體粘接各纖維絲，并且膠體分布于各所述基體的表面上以致多個(gè)軸向排列的內(nèi)芯的內(nèi)部和外部分別形成所述內(nèi)表面和外表面。由于基體具有相互交叉的纖維絲，膠體分布于各基體的表面上和內(nèi)部并將各纖維絲粘接。當(dāng)膠筒受到軸向壓力而膨脹時(shí)，纖維絲將限制該膨脹，從而在整體上增加膠筒的結(jié)構(gòu)硬度，增加膠筒的抗壓強(qiáng)度。
【專利說(shuō)明】
內(nèi)芯具有圓環(huán)狀盤根的膠筒、封隔器和橋塞
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及石油開(kāi)采工業(yè)的密封技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種能承受高溫高壓的內(nèi)芯具有圓環(huán)狀盤根的膠筒及具有該膠筒的封隔器和橋塞。
【背景技術(shù)】
[0002]封隔器是油田井下采油的一種關(guān)鍵工具，廣泛應(yīng)用于油田分注、分層改造、分層采油、機(jī)械管道堵水等多種作業(yè)，封隔器需要進(jìn)行環(huán)空的封隔，以實(shí)現(xiàn)油氣分層。橋塞也是采油工作中普遍使用的一種油氣分層的工具。封隔器和橋塞的主要區(qū)別是，封隔器一般是在壓裂、酸化、找漏等措施施工時(shí)暫時(shí)的留在井內(nèi)，而橋塞是在封層采油等措施時(shí)暫時(shí)或永久地留在井內(nèi)。封隔器和中心管同時(shí)留井，配上丟手可以單獨(dú)留井，而橋塞則是單獨(dú)留井。從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，封隔器是中空結(jié)構(gòu)，可以自由流動(dòng)油氣水，而橋塞中則是實(shí)心結(jié)構(gòu)。
[0003]作為油氣分離的工具，封隔器和橋塞都需要膠筒，膠筒作為密封的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量直接影響封隔器和橋塞的密封效果和使用壽命，在封隔器和橋塞中起著決定性的作用。膠筒一般采用橡膠類材料制成，故稱之為膠筒。但膠筒僅是一種行業(yè)內(nèi)約定成俗的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，用于表示起到密封作用的功能性部件，而不僅僅指膠筒只能由橡膠制作。當(dāng)膠筒承受一定的壓力來(lái)促使其變形用來(lái)密封時(shí)，需要考慮膠筒本身的形變能力，若形變不足會(huì)導(dǎo)致其無(wú)法起到密封作用;若形變過(guò)大，可能導(dǎo)致膠筒因壓潰而失效，喪失恢復(fù)能力。最重要的是，當(dāng)膠筒在井下受到高溫蒸汽作用時(shí)，膠筒更多的是受到高溫高壓的同時(shí)作用而失效導(dǎo)致失去恢復(fù)能力。
[0004]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于構(gòu)成膠筒的膠體的軟硬(一定壓力下膠體的變形程度)有差異，例如當(dāng)使用較軟的膠體制成膠筒時(shí)，該膠筒會(huì)因無(wú)法承受住額定大小的軸向壓力而被壓潰，或者說(shuō)此時(shí)膠筒在額定大小的軸向壓力下變形過(guò)大而被壓潰。而當(dāng)膠筒較硬時(shí)，該膠筒在住額定大小的軸向壓力作用下無(wú)法充足變形，導(dǎo)致膠筒無(wú)法起到密封作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的膠筒，來(lái)增加膠筒的抗壓強(qiáng)度的范圍。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種膠筒，膠筒具有密封體，所述密封體具有位于中心的通孔、位于所述通孔處的內(nèi)表面、與所述內(nèi)表面相對(duì)應(yīng)的外表面、以及分別位于所述膠筒兩端的第一端部和第二端部，所述密封體包括多個(gè)內(nèi)芯，各所述內(nèi)芯均具有膠體和呈圓環(huán)狀的基體，多個(gè)所述內(nèi)芯整體上沿所述膠筒的軸向方向排列；
[0007]其中，所述基體由相互交叉的耐高溫高壓的多根纖維絲組成，所述膠體粘接各所述纖維絲，并且所述膠體分布于各所述基體的表面上以致多個(gè)軸向排列的所述內(nèi)芯的內(nèi)部和外部分別形成所述內(nèi)表面和外表面。
[0008]優(yōu)選地，各所述基體均與所述膠筒的徑向方向成夾角β;
[0009]其中，5°<β<45°。
[0010]優(yōu)選地，所述基體的截面為正方形、長(zhǎng)方形或圓形。
[0011]優(yōu)選地，所述基體為石墨盤根或碳纖維盤根。
[0012]優(yōu)選地，在所述膠筒的軸向方向上，各所述內(nèi)芯相互通過(guò)所述膠體粘接并且粘接的各所述內(nèi)芯的軸向方向的長(zhǎng)度之和等于所述通孔的長(zhǎng)度。
[0013]優(yōu)選地，所述基體的厚度為1.8cm-2.5cm。
[0014]優(yōu)選地，所述基體的數(shù)量為3-12個(gè)。
[0015]優(yōu)選地，在所述軸向方向上，相鄰的所述基體之間的所述膠體的厚度相同。
[0016]優(yōu)選地，膠筒還包括在所述膠筒的軸向方向上延伸的約束套，所述約束套整體呈擴(kuò)口狀，所述約束套的擴(kuò)口端套設(shè)在所述第一端部或所述第二端部上，所述約束套的縮口端遠(yuǎn)離被所述擴(kuò)口端套設(shè)的所述第一端部或所述第二端部來(lái)用于承受軸向壓力。
[0017]優(yōu)選地，所述縮口端具有向內(nèi)的倒邊。
[0018]優(yōu)選地，被所述擴(kuò)口端套設(shè)的所述第一端部或所述第二端部呈縮口狀來(lái)與所述擴(kuò)口端相配合。
[0019]優(yōu)選地，所述約束套為銅質(zhì)，所述擴(kuò)口端的最大厚度小于或等于2mm。
[0020]優(yōu)選地，所述約束套的數(shù)量為兩個(gè)，其中一個(gè)所述約束套的擴(kuò)口端套設(shè)在所述第一端部，另一個(gè)所述約束套的擴(kuò)口端套設(shè)在所述第二端部上。
[0021 ]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種封隔器，該封隔器具有上述技術(shù)方案之一所限定的膠筒。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種橋塞，該橋塞具有上述技術(shù)方案之一所限定的膠筒。
[0023]首先，根據(jù)本申請(qǐng)?zhí)峁┑纳鲜黾夹g(shù)方案，由于基體中包含多根纖維絲，當(dāng)纖維絲的數(shù)量較多時(shí)內(nèi)芯偏硬，當(dāng)纖維絲的數(shù)量較少時(shí)內(nèi)芯偏軟，這樣就可以根據(jù)纖維絲的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)內(nèi)芯的軟硬程度，這樣能夠通過(guò)改變內(nèi)芯的硬度來(lái)直接改變膠筒整體的硬度，達(dá)到增加膠筒的抗壓強(qiáng)度范圍的目的。
[0024]其次，本申請(qǐng)的基體具有相互交叉的纖維絲，膠體將各纖維絲粘接。當(dāng)膠筒受到軸向壓力而膨脹時(shí)，纖維絲將限制該膨脹，從而在整體上增加膠筒的結(jié)構(gòu)硬度，增加膠筒的抗壓強(qiáng)度。
[0025]再次，本申請(qǐng)涉及的多個(gè)內(nèi)芯軸向排列，在石油開(kāi)采過(guò)程中若有個(gè)別內(nèi)芯損壞，可以將損壞的內(nèi)芯更換為新的內(nèi)芯，而其余內(nèi)芯不再更換。這樣從整體上而言，增加了單個(gè)內(nèi)芯平均的使用時(shí)長(zhǎng)，能夠大大減小膠筒的使用量，降低生產(chǎn)成本。
[0026]另外，當(dāng)本申請(qǐng)的基體選擇為盤根時(shí)，可以選用現(xiàn)有的耐高溫高壓的盤根，這樣，當(dāng)膠體與石墨盤根或碳纖維盤根結(jié)合而成為內(nèi)芯時(shí)，盤根整體能起到支撐作用，而膠體能起到變形和密封加強(qiáng)的作用。本發(fā)明選用現(xiàn)有的盤根，而不用制作專門的用作基體的盤根，能夠增加生產(chǎn)的靈活性。據(jù)發(fā)明人所知，現(xiàn)有的石墨盤根和碳纖維盤根可以耐受住高溫高壓的作用，但石墨盤根和碳纖維盤根的回彈性較差。在本申請(qǐng)中，膠體分散于盤根之中，在軸向壓力消失后膠體有助于被壓縮的盤根進(jìn)行回彈，從而有利于膠筒從井下取出。
[0027]最后，本申請(qǐng)的基體均與膠筒的徑向方向成夾角，這樣在膠筒受到軸向壓力作用時(shí)，內(nèi)芯首先變成與膠筒的徑向方向平行，然后內(nèi)芯才進(jìn)行徑向的向內(nèi)和向外凸起。而在內(nèi)芯由傾斜狀態(tài)變?yōu)榕c徑向方向平行的狀態(tài)中，內(nèi)芯自身并不會(huì)產(chǎn)生徑向方向的變形，只是膠筒會(huì)產(chǎn)生徑向方向的變形。這樣，從總體來(lái)看，增加了膠筒的徑向方向的變形量，能夠克服膠筒較硬而徑向方向變形不足的缺陷。
【附圖說(shuō)明】
[0028]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。附圖中:
[0029]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的膠筒與中心管及套管的位置關(guān)系示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的膠筒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)芯的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的膠筒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖5是圖4所示的膠筒被軸向壓力壓縮過(guò)程中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖6是圖4所示的膠筒被軸向壓力壓縮后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例涉及的約束套的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的包含約束套的膠筒的結(jié)構(gòu)示意圖，其示出了壓縮前的約束套與密封體的位置關(guān)系；
[0037]圖9是圖8中膠筒被軸向壓力壓縮過(guò)程中的結(jié)構(gòu)示意圖，其示出了在密封體表面形成的凸起；
[0038]圖10是圖8中膠筒被軸向壓力壓縮后的結(jié)構(gòu)示意圖，其示出了壓縮后的約束套與密封體的位置關(guān)系；
[0039]圖11是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三段式的膠筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖中的附圖標(biāo)記如下:
[0041 ] 10-膠筒，101-外表面，102-內(nèi)表面，103-通孔，104-第一端部，105-第二端部；
[0042]108-基體，109-膠體，111-內(nèi)芯；
[0043]20-約束套，21-縮口端，22-擴(kuò)口端；
[0044]30-中心管；
[0045]40-套管；
[0046]50-密封體；
[0047]60-凸起；
[0048]200-壓縮式封隔器；
[0049]A-軸向方向；
[0050]F-軸向壓力。
【具體實(shí)施方式】
[0051]封隔器是油田井下采油的一種關(guān)鍵工具，廣泛使用于油田分注、分層改造、分層采油、機(jī)械管道堵水等多種作業(yè)目的需要，封隔器需要進(jìn)行環(huán)空的封隔，而實(shí)現(xiàn)環(huán)空封隔的核心部件是膠筒。膠筒作為封隔器的核心部件，它的質(zhì)量直接影響封隔器的使用效果和使用壽命，在封隔器中起著決定性的作用。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于膠筒的軟硬有差異，例如，當(dāng)使用聚醚醚酮材料為膠體時(shí)，由其制作的膠筒較硬，達(dá)到坐封需要的壓力較大或者說(shuō)在額定大小的軸向壓力下膠筒變形不足。當(dāng)使用較軟的膠體制成膠筒時(shí)，該膠筒會(huì)因無(wú)法承受住額定大小的軸向壓力而被壓潰。
[0052]如圖1所示的壓縮式封隔器200具有本申請(qǐng)的膠筒10，膠筒10整體為筒狀。壓縮式封隔器200需要在井筒中把不同的油層、水層分隔開(kāi)并承受一定壓差，要求既能下到井筒預(yù)定位置，封隔嚴(yán)，又能在井下具有耐久性，需要時(shí)可順利起出。
[0053]在如圖2所示的一個(gè)實(shí)施例中，提供一種膠筒10，膠筒10具有密封體50，密封體50由多個(gè)如圖3所示的內(nèi)芯111在軸向方向上疊加而成，即在每一個(gè)軸向距離內(nèi)均具有一個(gè)內(nèi)芯111。密封體50具有位于中心的通孔103，該通孔103由內(nèi)表面102限定而形成，外表面101位于與內(nèi)表面102相對(duì)應(yīng)的通孔103的外側(cè)處，膠筒10兩端為第一端部104和第二端部105。當(dāng)軸向方向A的軸向壓力F作用于第一端部104或第二端部105時(shí)，膠筒10整體將被軸向壓縮而進(jìn)行徑向擴(kuò)張，促使外表面101向外凸起以及內(nèi)表面102向內(nèi)凸起。壓縮完成后，內(nèi)表面102與圖1中的中心管30密封，外表面101與圖1中的套管40密封。一般地，內(nèi)表面102與中心管30之間的空隙較小(幾近相互貼合)，而外表面101與套管40之間的間隙較大，由于中心管30和套管40分別將內(nèi)表面102和外表面101的最大的凸起大小進(jìn)行了限定，所以導(dǎo)致外表面101向外凸起的程度大于內(nèi)表面102向內(nèi)凸起的程度。
[0054]發(fā)明人在解決膠體較軟的過(guò)程中，曾在膠體中摻雜多個(gè)相互分離的耐高溫高壓的纖維絲，該結(jié)構(gòu)能在一定程度上能夠解決膠筒10整體偏軟的問(wèn)題。但是，發(fā)明人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，雖然摻雜的纖維絲每個(gè)均與膠體相連，但各個(gè)纖維絲之間基本不連接或者連接較少，所以只能很有限地增加膠筒10的硬度。所以，發(fā)明人設(shè)計(jì)了如下的技術(shù)方案:使用相互交叉的多根纖維絲組成一個(gè)基體108，并使膠體109分布于基體108的表面上并粘接各纖維絲來(lái)形成內(nèi)芯111，這樣結(jié)構(gòu)的內(nèi)芯具有在徑向方向的延展性，或者說(shuō)，由于各纖維絲相互糾纏在一起而使內(nèi)芯能在一定范圍內(nèi)直徑變大而不發(fā)生斷裂(主要是纖維絲的斷裂)，在內(nèi)芯直徑變大的過(guò)程中，相互交叉的纖維絲將抵消一部分促使其直徑變大的軸向壓力F，從而若要使得內(nèi)芯的直徑增大到一定程度，需要提供更大的軸向壓力F。尤其是，膠體109將各交叉的纖維絲緊緊地連接在一起，若要使得內(nèi)芯111的直徑增大到一定程度，就需要更大的軸向壓力F。歸納而言，各纖維絲交叉形成一個(gè)抵抗力，膠體將各纖維絲粘接又形成一個(gè)抵抗力，在這兩個(gè)抵抗力的作用下，膠筒10整體比較難壓縮，這相當(dāng)于膠筒10變硬。當(dāng)內(nèi)芯111的一定體積內(nèi)的纖維絲的數(shù)量大致相同時(shí)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)改變內(nèi)芯的厚度來(lái)調(diào)整相互交叉的纖維絲的數(shù)量，進(jìn)而能調(diào)整所需的軸向壓力F的大小或者說(shuō)坐封力的大??；同樣地，可以通過(guò)增加內(nèi)芯111的一定體積內(nèi)的纖維絲的數(shù)量來(lái)調(diào)整相互交叉的纖維絲的數(shù)量，進(jìn)而也能調(diào)整所需的軸向壓力F的大小或者說(shuō)坐封力的大小。
[0055]上文提到密封體50由多個(gè)如圖3所示的內(nèi)芯111在軸向方向上疊加而成，如圖3所示，內(nèi)芯111包括基體108和膠體109兩部分。圖3僅為了結(jié)構(gòu)上的清晰需要，而僅示出了包覆于基體108所有表面的膠體109，例如，當(dāng)基體108的橫截面為圓形時(shí)，圖3中的膠體109位于基體108的圓周上。圖3未示出滲入基體108內(nèi)部的膠體109。基體108由多根耐高溫高壓的纖維絲聚合而成，例如纖維絲可以為玻璃纖維或者碳纖維等其它耐高溫高壓的材質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，各根纖維絲經(jīng)瑋編織在一起而形成基體108，在其它是實(shí)施例中各根纖維絲還可以以其它方式編織在一起而形成基體108。
[0056]通過(guò)上面的敘述可知，在本申請(qǐng)的技術(shù)方案中，并不必然需要該纖維絲具有彈性，這是由于膠筒10的收縮和膨脹由密封體50來(lái)完成，更確切地說(shuō)是由膠體109來(lái)完成。上文所述，膠體109分布于各基體108的表面上和內(nèi)部并將各纖維絲粘接。理想的情況是，膠體109粘接每根纖維絲，并將各纖維絲交叉地粘接在一起。
[0057]參見(jiàn)圖2、圖3和圖4，多個(gè)如圖3所示的螺旋狀的內(nèi)芯111在軸向方向排列形成圖4中所示的膠筒10。膠筒10的兩個(gè)端部104、105通過(guò)膠體109來(lái)找平。各內(nèi)芯111整體上呈圓環(huán)狀并沿膠筒10的軸向方向A延伸。當(dāng)相鄰基體108之間的膠體109的厚度相同時(shí)，能夠盡可能地使膠筒10的在相同面積內(nèi)的硬度基本相同，防止膠筒10受力不均而在局部發(fā)生坍塌。但是，當(dāng)如圖11所示，當(dāng)膠筒10為三段式時(shí)，每一段膠筒均可以為一個(gè)單獨(dú)的膠筒，這樣圖11所示的膠筒10就相當(dāng)于由三個(gè)相互獨(dú)立的膠筒在軸向方向上拼接而成。圖11僅以膠筒10為三段式作為舉例，在其它實(shí)施例中膠筒還可以具有其它段，例如兩段或者五段。
[0058]根據(jù)本申請(qǐng)的技術(shù)方案，由于膠體109內(nèi)包覆有內(nèi)芯111，內(nèi)芯111的基體108具有相互交叉的纖維絲，膠體109分布于基體108的表面上和內(nèi)部并將各纖維絲粘接。首先，膠體109內(nèi)混合有纖維絲，當(dāng)膠筒10受到軸向壓力而膨脹(向內(nèi)和向外)時(shí)，纖維絲將限制該膨脹，從而在整體上增加膠筒10的結(jié)構(gòu)硬度，增加膠筒10的抗壓強(qiáng)度。尤其是，為圓環(huán)狀的基體108時(shí)，當(dāng)內(nèi)芯111受到軸向壓力F時(shí)，內(nèi)芯111能夠均勻地徑向擴(kuò)張，受到軸向壓力時(shí)能使得膠筒10的內(nèi)表面102基本上均勻地向內(nèi)凸起，外表面1I均勻地向外凸起，防止了不均勻徑向擴(kuò)張而導(dǎo)致膠筒10的局部坍塌。并且，在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，相鄰的基體108之間的膠體109的厚度相同，這樣就能保證受到軸向壓力F作用的膠筒10的端部能夠在其表面上均勻地受力，防止了膠筒10的端部被壓潰。
[0059]參見(jiàn)圖4，在軸向方向A上，各內(nèi)芯111相互通過(guò)膠體109粘接并且粘接的各內(nèi)芯111的軸向方向的長(zhǎng)度之和等于通孔103的長(zhǎng)度，從而形成多個(gè)密封段。圖4中示出了 11個(gè)內(nèi)芯111，在其它實(shí)施例中，內(nèi)芯的數(shù)量還可以為其它，例如2個(gè)或者12個(gè)?；w108的厚度為1.8cm-2.5cm，數(shù)量為2-12個(gè)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中基體108的數(shù)量為5個(gè)，這樣內(nèi)芯111的數(shù)量也為5個(gè)。纖維絲的直徑為7-30μπι，這樣就能在一個(gè)內(nèi)芯111上具有數(shù)量龐大的纖維絲，能極大的提高膠筒10的硬度。根據(jù)發(fā)明人的試驗(yàn)，基體108的厚度以不超過(guò)2cm為宜。這是因?yàn)椋l(fā)明人發(fā)現(xiàn)，需要將形成膠體109的膠液滲入基體108中來(lái)形成內(nèi)芯111，但隨著基體108厚度的增加膠液的滲入速度將逐漸變慢。尤其是當(dāng)基體108的厚度大于2.5cm后膠液滲入的速度將會(huì)非常慢。所以，在一個(gè)實(shí)施例中，各基體108的厚度為2cm，在其它實(shí)施例中也可以為1.8cm或者2.5cm。
[0060]參見(jiàn)圖4、圖5和圖6，其示出了受到軸向壓力F時(shí)膠筒10的變形過(guò)程。從圖4可以看出，在膠筒未受到軸向壓力F壓縮時(shí)基體108均與膠筒10的徑向方向成夾角β，在圖4中β為10°角。在其它實(shí)施例中，β還可以為5°角或45°角。本申請(qǐng)中設(shè)置β的原因在于，當(dāng)內(nèi)芯111整體較硬而受到額定大小的軸向壓力F而致膠筒10變形不足而無(wú)法起到密封作用時(shí)，內(nèi)芯111首先從與膠筒10的徑向方向成夾角β而變成如圖5所示的內(nèi)芯111首先從與膠筒10的徑向方向水平，進(jìn)而如圖6所示的那樣內(nèi)芯再進(jìn)行徑向的凸起。這樣的結(jié)構(gòu)能夠提高膠筒10的變形程度。
[0061]盤根(packing)，通常由較柔軟的線狀物編織而成，通常截面積是正方形或長(zhǎng)方形、圓形。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基體108為石墨盤根或碳纖維盤根。在一個(gè)實(shí)施例中，基體108的橫截面為四邊形，例如正方形。在其它實(shí)施例中，基體108的橫截面也可以為圓形。
[0062]下面將詳細(xì)敘述膠筒10的約束套20。
[0063]參考圖7、圖8、圖9和圖10，其中圖7示出了在被軸向壓力F壓縮前的約束套20的結(jié)構(gòu)示意圖，圖8示出了被軸向壓力F壓縮前的約束套20與密封體50的位置關(guān)系示意圖，圖9示出了被軸向壓力F壓縮過(guò)程中約束套20與密封體50的變化示意圖，圖10示出了壓縮后的約束套20與密封體50的形狀示意圖。
[0064]如圖7所示，約束套20整體呈擴(kuò)口狀，其具有擴(kuò)口端22和縮口端21。參見(jiàn)圖8，約束套20的擴(kuò)口端22套設(shè)在第一端部104和第二端部105上，在其它實(shí)施例中，擴(kuò)口端22還可以只套設(shè)在第一端部104和第二端部105之一上，其主要取決了該端部是否需要約束變形來(lái)防止在壓縮過(guò)程中變形過(guò)大。在圖8-圖10中，約束套20的數(shù)量為兩個(gè)，其中一個(gè)約束套20的擴(kuò)口端22套設(shè)在第一端部104，另一個(gè)約束套20的擴(kuò)口端22套設(shè)在第二端部105上。參見(jiàn)圖9，約束套20的縮口端21遠(yuǎn)離被擴(kuò)口端22套設(shè)的第一端部104或第二端部105來(lái)用于承受軸向壓力。在圖8和圖9中，僅為結(jié)構(gòu)清晰的需要而示意性的示出約束套20和密封體50的位置關(guān)系，實(shí)際上，約束套20是與密封體50緊密結(jié)合的，即兩者之間相互接觸。從圖10可以看出，在承受軸向壓力F后，約束套20整體呈圓筒狀。并且，約束套20的擴(kuò)口端22與縮口端21的直徑基本相同，并且兩者的直徑與套管40的內(nèi)徑相同，此時(shí)密封體50的外表面101與套管40密封，而且密封體50的內(nèi)表面102與中心管30密封。
[0065]約束套20的作用在本申請(qǐng)中非常重要，這是由于本申請(qǐng)的內(nèi)芯111均軸向設(shè)置，而對(duì)內(nèi)芯111產(chǎn)生作用的也是軸向壓力。所以，非常可能地，位于密封體50兩端的內(nèi)芯111會(huì)因軸向壓力的作用而在徑向方向與中心管30和套管40先行接觸，導(dǎo)致密封體50中部的內(nèi)芯111因受力過(guò)小而無(wú)法產(chǎn)生徑向凸起。通過(guò)約束套20在端部的約束，能夠首先使中部的內(nèi)芯111先行凸起，當(dāng)中部的內(nèi)芯111被中心管30和套管40限制住后，兩端的內(nèi)芯111再發(fā)生徑向凸起并帶動(dòng)約束套20產(chǎn)生圖8、圖9和圖10那樣的變形?；蛘呤紫仁怪胁康膬?nèi)芯111先行凸起，并在此過(guò)程中，兩端的內(nèi)芯111也發(fā)生徑向凸起并帶動(dòng)約束套20產(chǎn)生圖8、圖9和圖10那樣的變形。上述兩種方式均是為了防止密封體50的兩端先行凸起而做的專門設(shè)計(jì)。
[0066]在圖8和圖9所示實(shí)施例中，第一端部104和第二端部105的邊緣經(jīng)過(guò)倒角處理，來(lái)與約束套20相適應(yīng)，也就是說(shuō)，被擴(kuò)口端22套設(shè)的第一端部104和第二端部105呈縮口狀來(lái)與擴(kuò)口端22相配合。膠筒10的這種設(shè)計(jì)可以增加膠筒10的端部與約束套20的接觸面積，并且該種設(shè)計(jì)的端部與軸向壓力F之間具有夾角，從而需要更大的軸向壓力F才能壓縮密封體50產(chǎn)生額定大小的形變，一定程度的增大了需要的坐封力。如圖10所示，當(dāng)施加軸向壓力F后，膠筒1將向徑向方向而向內(nèi)和向外延伸，由于套管40的束縛，此時(shí)約束套20將在套管40限制的范圍內(nèi)進(jìn)行徑向的擴(kuò)張，最終約束套20的擴(kuò)口端22將與密封體50的直徑基本相同，且與套管40的內(nèi)徑也基本相同。如圖9所示，在壓縮過(guò)程中，會(huì)形成凸起，圖9中示意性的示出了一個(gè)凸起60，在實(shí)際壓縮時(shí)，密封體50的外表面101整體作為凸起向外擴(kuò)張，只是本申請(qǐng)?jiān)谝粋€(gè)實(shí)施例中刻意通過(guò)約束套20的設(shè)計(jì)來(lái)將密封體50的中部的凸起速度快于其兩端的凸起速度。非常重要的，若約束套20選擇為不宜變形的材料，那么如圖9所示的那樣，當(dāng)繼續(xù)壓縮時(shí)，凸起60將和約束套20的上邊緣接觸，并最終對(duì)凸起60造成剪切，影響了密封體50的密封。在本申請(qǐng)中約束套選擇為銅套，并且在厚度上限定擴(kuò)口端22的最大厚度不超過(guò)2mm，擴(kuò)口端22指的是例如圖7中整個(gè)喇叭狀的邊緣，而非圖7中最右側(cè)的那個(gè)端面。這樣的限定能夠使得約束套20不會(huì)對(duì)凸起60造成損傷，或者損傷較為輕微。并且也有利于在壓縮過(guò)程中，套管40對(duì)約束套20產(chǎn)生變形而成為如圖10所示的那樣。基于同樣的道理，也不能在壓縮前使用如圖10中所示的那樣的直角型的約束套20，否則在壓縮的過(guò)程中約束套20也會(huì)對(duì)逐漸凸起的密封體的外表面101產(chǎn)生剪切。在本申請(qǐng)中，約束套20為喇叭口狀，在壓縮的過(guò)程中，約束套20與凸起60是一種面接觸而非線接觸，大大減少了凸起60損傷的可能性。而如圖7所示，縮口端21具有向內(nèi)的倒邊，在壓縮時(shí)倒邊將圍繞中心管30，并且倒邊來(lái)接收軸向壓力F，這樣的設(shè)計(jì)能夠使壓縮套20有序地、逐漸的變形，不會(huì)被軸向壓力F突然壓潰。本申請(qǐng)選擇約束套20為銅套的另一個(gè)重要原因在于，這樣在將封隔器200從井下起出時(shí)，銅套容易變形，不會(huì)卡在套管40之間。基于同樣的道理，也可以選擇我易變形的銀作為約束套。
[0067]本發(fā)明還提供一種封隔器，該封隔器具有上述技術(shù)方案之一所限定的膠筒10。
[0068]本發(fā)明還提供一種橋塞，該橋塞具有上述技術(shù)方案之一所限定的膠筒10。
[0069]至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本申請(qǐng)的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本申請(qǐng)精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本申請(qǐng)公開(kāi)的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本申請(qǐng)?jiān)淼脑S多其他變型或修改。因此，本申請(qǐng)的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種膠筒(10)，具有密封體(50)，所述密封體(50)具有位于中心的通孔(103)、位于所述通孔(103)處的內(nèi)表面(102)、與所述內(nèi)表面(102)相對(duì)應(yīng)的外表面(101)、以及分別位于所述膠筒(10)兩端的第一端部(104)和第二端部(105)，其特征在于， 所述密封體(50)包括多個(gè)內(nèi)芯(111)，各所述內(nèi)芯(111)均具有膠體(109)和呈圓環(huán)狀的基體(108)，多個(gè)所述內(nèi)芯(111)整體上沿所述膠筒(10)的軸向方向排列； 其中，所述基體(108)由相互交叉的耐高溫高壓的多根纖維絲組成，所述膠體(109)粘接各所述纖維絲，并且所述膠體(109)分布于各所述基體(108)的表面上以致多個(gè)軸向排列的所述內(nèi)芯(111)的內(nèi)部和外部分別形成所述內(nèi)表面(102)和外表面(101)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠筒(10)，其特征在于， 各所述基體(108)均與所述膠筒(10)的徑向方向成夾角β; 其中，5。<β<45° ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠筒(10)，其特征在于， 所述基體(108)為石墨盤根或碳纖維盤根。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠筒(10)，其特征在于， 在所述膠筒(10)的軸向方向上，各所述內(nèi)芯(111)相互通過(guò)所述膠體(109)粘接并且粘接的各所述內(nèi)芯(111)的軸向方向的長(zhǎng)度之和等于所述通孔(103)的長(zhǎng)度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠筒(10)，其特征在于， 所述基體(108)的厚度為1.8cm-2.5cm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠筒(10)，其特征在于， 所述基體(108)的數(shù)量為3-12個(gè)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠筒(10)，其特征在于， 在所述軸向方向上，相鄰的所述基體(108)之間的所述膠體(109)的厚度相同。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠筒(10)，其特征在于，還包括: 在所述膠筒(1)的軸向方向上延伸的約束套(20)，所述約束套(20)整體呈擴(kuò)口狀，所述約束套(20)的擴(kuò)口端(22)套設(shè)在所述第一端部(104)或所述第二端部(105)上，所述約束套(20)的縮口端(21)遠(yuǎn)離被所述擴(kuò)口端(22)套設(shè)的所述第一端部(104)或所述第二端部(105)來(lái)用于承受軸向壓力； 優(yōu)選地，所述縮口端(21)具有向內(nèi)的倒邊； 優(yōu)選地，被所述擴(kuò)口端(22)套設(shè)的所述第一端部(104)或所述第二端部(105)呈縮口狀來(lái)與所述擴(kuò)口端(22)相配合； 優(yōu)選地，所述約束套(20)為銅質(zhì)，所述擴(kuò)口端(22)的最大厚度小于或等于2mm; 優(yōu)選地，所述約束套(20)的數(shù)量為兩個(gè)，其中一個(gè)所述約束套(20)的擴(kuò)口端(22)套設(shè)在所述第一端部(104)，另一個(gè)所述約束套(20)的擴(kuò)口端(22)套設(shè)在所述第二端部(105)上。9.一種封隔器，其特征在于，包括權(quán)利要求1-8之一所述的膠筒(10)。10.一種橋塞，其特征在于，包括權(quán)利要求1-8之一所述的膠筒(10)。
【文檔編號(hào)】E21B33/128GK105888601SQ201610274605
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】宋煒, 金浪滔
【申請(qǐng)人】天鼎聯(lián)創(chuàng)密封技術(shù)（北京）有限公司