专利名称：一种大弧度弓形密封胶筒的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油气田用压缩式封隔器，特别是涉及一种大弧度弓形密封胶筒。
背景技术：
在油气田开发领域，封隔器是实施分层采油、分层注水、分层压裂或酸化及机械长堵保证井下注采工艺实施的重要元器件。而这个元器件的核心零部件“封隔器胶筒”又是封隔器最核心的重要零部件，它的质量好坏直接影响整个石油产业的开采工作，能否顺利进行。当今，石油作为关键的民生能源资源和国家的战略资源受到国内国外的高度重视，人类已经高度的依赖石油，而石油的消耗速度在全球迅速上升，而人类在尚未开发出更为价廉高效的能源资源替代石油之前，如何有效的开采现有石油资源是关系到整个世界生存的重大现实问题。所以实施深井开采技术，挖掘深层储存油源是我国乃至世界石油开发的局势。目前，随着易开发油田的逐渐减少和勘探技术深入发展。国内油田开发的深度普遍加深，开发难度逐渐加大，并且随着超深井的开采，这就对井下封隔器胶筒的质量要求越来越高，以确保井下的正常施工开采。固封隔器胶筒面临的工况条件也就越来越恶劣，主要是随着开采深度的增加，温度越来越高160 200°C，压力越来越大，70 110 MPa，并且还需耐化学腐蚀。现今国内生产的传统封隔器胶筒如图4、图5和图6所示以及和化工部关于生产封隔器胶筒的标准HCV2701-95，在质量已远远不能保证现代油田的深井或超深井开采的要求，进口的封隔器胶筒质量好的也仅仅上能达到150 160°C，压力在84 MPa以下的工作条件，在国际上还没有任何一家生产厂制造出能满足160 200°C高温、压力70 110 MPa工作条件的封隔器胶筒。因此，随着现代石油工业的高速发展，随着油井的不断加深创造出能确保耐高温160 200°C、耐高压70 IlOMPa.并且耐化学腐蚀，新型封隔器胶筒能保证深井和超深井的石油开采，已是国内国外的一大难题，基于此，我国科技部已把封隔器胶筒的质量提高列入“863”科技项目之一的重要攻克难题。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是克服现有封隔器密封胶筒不能在恶劣工况下使用的缺陷，提供一种大弧度弓形密封胶筒，该密封胶筒可以满足压力为70 105Mpa、温度为150 200°C和腐蚀性工况下的使用要求，并且卸压以后通过橡胶胶筒的弹性回弹解除密封。为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案本实用新型的大弧度弓形密封胶筒，包括胶筒、支撑骨架，胶筒套在支撑骨架的外侧，在胶筒的外侧套有将胶筒包住的弓形外套筒，在支撑骨架的内径表面设有矩形密封槽和位于其中的密封圈，弓形外套筒的上端设有保护盖，在支撑骨架底部外缘上设有凸台，凸台包住弓形外套筒的下部，在弓形外套筒和支撑骨架的底部设有与胶筒连通的流道孔。弓形外套筒用耐高温、耐高压、耐腐蚀且摩擦系数较小的材料制成，比如聚四氟乙烯、改性填充聚四氟乙烯等。在支撑骨架底部设置流道孔的目的是硫化成型密封胶筒时作为补料孔使用。设保护盖的目的是避免高压时弓形外套筒产生蠕变而发生翘轴，避免了卡住外套管和封隔器密封胶筒上端垫块的现象，所以保护盖起到了肩保作用。为了进一步增加前述密封胶筒对内芯的密封能力，可做如下改进支撑骨架的内侧上部设有矩形密封圈，在矩形密封圈的上面设有与其接触的压盖，压盖的水平底部与支撑骨架之间的压缩距为1. 5 2mm。为了避免在受压状态下胶筒产生翘曲，弓形外套筒的底部内侧为凹槽结构，胶筒底部形状与其对应。优选的，弓形外套筒的中间部分为圆弧形。这样在密封胶筒受到压力时，胶筒的变形应力集中于中间部分，达到环形密封效果。优选的，前述大弧度密封胶筒中的弓形外套筒和矩形密封圈选用聚四氟乙烯或改性填充聚四氟乙烯制备。前述密封胶筒中的外套筒是采用改性填充聚四氟乙烯、聚苯脂填充材料或聚苯脂材料制备而成。填充聚四氟乙烯可以进一步提高聚四氟乙烯的耐压强度，而改性处理的目的是使填充聚四氟乙烯外套筒便于与胶筒和支撑骨架通过硫化工艺粘结，使粘结更牢固可罪。为了提高支撑骨架的承压能力，前述密封胶筒中的支撑骨架和压盖由金属制备而成。当然也可以选择其他承压能力强的材料来制备。前述密封胶筒中的密封圈由橡胶制备而成。密封圈的作用是防尘以及安装时对内芯进行初始密封，所以可以选用橡胶制备。前述的密封胶筒，对弓形外套筒进行表面改性处理后与支撑骨架紧密贴合形成空心腔室，再将橡胶经过高温高压压入空心腔室进行硫化，通过硫化模具一次硫化加工使弓形外套筒、胶筒和支撑骨架粘结制成一体。聚四氟乙烯材料具有耐高温、强度大、静摩擦系数小且耐腐蚀等特性，可以提高密封面的接触强度，使密封胶筒满足压力为70 105Mpa、温度为150 200°C和腐蚀性工况下的使用要求，对其进行填充和改性，可以进一步提高聚四氟乙烯的耐压强度并具有一定的粘接性能，使外套筒与胶筒粘接在一起成为一体，这样就可以在卸压后，通过橡胶胶筒的弹性回弹带动弓形外套筒从而解除密封。与现有技术相比，本实用新型的密封胶筒设有弓形外套筒和支撑骨架，密封胶筒受压后向下移动使胶筒产生膨胀变形，在胶筒在膨胀作用下，弓形外套筒紧贴油气井外套管而形成轴向密封，而设置保护盖可以避免工作时弓形外套筒产生蠕变而发生翘轴，避免了卡住外套管和封隔器密封胶筒上端垫块的现象，起肩保作用，形成轴向密封后，由支撑骨架承受外部压力，避免了压力过大而致使胶筒受损，在胶筒不受损的情况下，当外部压力卸去后，利用胶筒的弹性回弹带动外套筒，解除对油气井外套管的密封，这样密封胶筒就可以多次使用。因为外套筒是用耐高温、强度大、静摩擦系数小且耐腐蚀的材料制成，所以可以满足恶劣工况(压力70 105Mpa、温度为150 200°C )的使用要求，适应当前油气田深井或超深井开采施工的要求，并且支撑骨架保护了胶筒不受损，使得密封胶筒可以多次使用， 大幅节约了拆装时间和降低了工作成本。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1结构的仰视图；图3是本实用新型另一种结构的示意图；图4、图5和图6是现有压缩式封隔器密封胶筒结构示意图；图7是图1所示密封胶筒工作时的初始状态；图8是图1所示密封胶筒完成对油气井外套管和内芯密封时的状态。
具体实施方式
如图1和图2所示(图1是图2的A-A剖视图)，本实用新型密封胶筒包括橡胶胶筒5、金属支撑骨架6，橡胶胶筒5套在金属支撑骨架6的外侧，在橡胶胶筒5的外侧套有将橡胶胶筒5包住的聚四氟乙烯或改性填充聚四氟乙烯弓形外套筒4，弓形外套筒4的底部内侧为凹槽结构，胶筒5底部形状与其对应，弓形外套筒4的中间部分为圆弧形(如果弓形外套筒的材料强度在70 llOMpa，那么圆弧形外套筒的外形尺寸R在25 50mm，内壁R在 20 40mm之间，适用于胶筒的尺寸高度在50 120mm)，在金属支撑骨架6的内径表面设有矩形密封槽9和位于其中的橡胶密封圈7，聚四氟乙烯或改性填充聚四氟乙烯弓形外套筒4 的上端设有金属保护盖2，保护盖2的高度为10 15mm，金属保护盖2部分包住弓形外套筒4的上部，即保护盖2完全包住弓形外套筒上部外侧以及顶部的一部分(二分之一以上)， 在金属支撑骨架6底部外缘上设有凸台10，凸台10包住聚四氟乙烯或改性填充聚四氟乙烯弓形外套筒4的下部，在弓形外套筒4和金属支撑骨架6的底部设有与橡胶胶筒5连通的流道孔8。为了进一步增加密封胶筒对内芯的密封能力，可做如下改进在金属支撑骨架 6的内侧上部设置聚四氟乙烯或改性填充聚四氟乙烯矩形密封圈3，在矩形密封圈3的上面有与其接触的金属压盖1，金属压盖1的水平底部与金属支撑骨架6之间的压缩距为1. 5 2mm。在制备时，对弓形外套筒4进行表面改性处理后与支撑骨架6紧密贴合形成空心腔室， 再将橡胶经过高温高压压入空心腔室进行硫化，通过硫化模具一次硫化加工使弓形外套筒 4、胶筒5和支撑骨架6粘结制成一体。外套筒设为弓形几何结构的目的是当受到高压时， 上下结构强度大幅度高于中部弧形部分，通过橡胶的弹性膨胀和外套筒的几何形变，在高压力作用下与外套管紧密贴合，达到环形密封之目的，卸压时，利用橡胶的回弹力以及聚四氟乙烯或改性填充聚四氟乙烯的低摩擦系数小的特性迅速脱离与外管道的接触面。弓形外套筒4高出金属支撑骨架的部分形成压缩距，在化工部标准HG/T 2701-95《油气田用压缩 (Ys)式封隔器胶筒》中压缩距的定义是橡胶胶筒5在座封时，其轴向被压缩的长度。本实施例中的压缩距是根据压缩距的高度体积和环形体积相等原则计算得出的长度加上该长度1/3的补偿值得出。本实用新型还可以将金属保护盖2设置成全包结构，如图3所示，即保护盖2完全包住弓形外套筒上部外侧以及顶部。下面以图1和图2所示的结构为例，说明本实用新型密封胶筒的工作过程如图7 所示，将密封胶筒置于固定垫块上，垫块与封隔器的压缩部件形成压缩结构，橡胶密封圈7 对油气井内芯进行初始密封并且可以防尘。当密封胶筒受到来自压缩部件的压力时，橡胶胶筒5在压力下膨胀变形，在该变形的作用下，聚四氟乙烯或改性填充聚四氟乙烯弓形外套筒4紧贴油气井外套管而形成轴向密封，当压缩部件与金属压盖1接触后，继续下压，矩形密封圈3变形形成对内芯的密封，直至压盖1和金属支撑骨架6接触，此时对外套管和内芯的密封完成，如图8所示。此后，由金属支撑骨架6和压盖1承受来自压缩部件的压力，避免胶筒5的橡胶承受过大的压力而弹性受损，可使胶筒5保持弹性。卸压后，在橡胶胶筒5 的回弹作用下，带动弓形外套筒4回弹，从而解除密封，使卸压后密封胶筒与油气井外套管轻松脱离。由于聚四氟乙烯材料具有耐高温、耐高压、强度比橡胶大、静摩擦系数小且耐腐蚀等特性，可以提高密封面的接触强度，使密封胶筒满足压力为70 105Mpa、温度为150 200 0C和腐蚀性的恶劣工况使用要求。 在前述的实施例中，外套筒和矩形圈是用改性填充聚四氟乙烯制备而成，采用常规的方法对聚四氟乙烯进行填充以进一步提高聚四氟乙烯的耐压强度，而改性的目的是使填充聚四氟乙烯和橡胶胶筒具有较好的粘接性能，可采用常规化学活化处理、等离子刻蚀辉光照射处理或者辐射接枝处理等方法对填充聚四氟乙烯进行表面改性。
权利要求1.一种大弧度弓形密封胶筒，包括胶筒(5)、支撑骨架(6)，胶筒(5)套在支撑骨架(6) 的外侧，其特征在于在胶筒(5 )的外侧套有将胶筒(5 )包住的弓形外套筒(4 )，在支撑骨架 (6)的内径表面设有矩形密封槽(9)和位于其中的密封圈(7)，弓形外套筒(4)的上端设有保护盖(2)，在支撑骨架(6)底部外缘上设有凸台(10)，凸台(10)包住弓形外套筒(4)的下部，在弓形外套筒(4 )和支撑骨架(6 )的底部设有与胶筒(5 )连通的流道孔(8 )。
2.按照权利要求1所述大弧度弓形密封胶筒，其特征在于支撑骨架(6)的内侧上部设有矩形密封圈(3)，在矩形密封圈(3)的上面设有与其接触的压盖(1)，压盖(1)的水平底部与支撑骨架(6)之间的压缩距为1.5 2mm。
3.按照权利要求1所述大弧度弓形密封胶筒，其特征在于弓形外套筒(4)的底部内侧为凹槽结构，胶筒(5)底部形状与其对应。
4.按照权利要求1所述大弧度弓形密封胶筒，其特征在于弓形外套筒(4)的中间部分为圆弧形。
5.按照权利要求1至4任一所述大弧度弓形密封胶筒，其特征在于所述弓形外套筒 (4 )是聚四氟乙烯或改性填充聚四氟乙烯弓形外套筒(4 )。
6.按照权利要求1或2所述大弧度弓形密封胶筒，其特征在于所述支撑骨架(6)是金属支撑骨架(6)。
7.按照权利要求1所述大弧度弓形密封胶筒，其特征在于所述密封圈(7)是橡胶密封圈(7)。
8.按照权利要求2所述大弧度弓形密封胶筒，其特征在于所述矩形密封圈(3)是聚四氟乙烯或改性填充聚四氟乙烯矩形密封圈(3 )。
9.按照权利要求2所述大弧度弓形密封胶筒，其特征在于所述压盖(1)是金属压盖(1)。
专利摘要本实用新型公开了一种大弧度弓形密封胶筒，包括胶筒、支撑骨架，胶筒套在支撑骨架的外侧，在胶筒的外侧套有将胶筒包住的弓形外套筒，在支撑骨架的内径表面设有矩形密封槽和位于其中的密封圈，弓形外套筒的上端设有保护盖，在支撑骨架底部外缘上设有凸台，凸台包住弓形外套筒的下部，在弓形外套筒和支撑骨架的底部设有与胶筒连通的流道孔，本实用新型的密封胶筒可以满足恶劣工况(压力70～105Mpa、温度为150～200℃)的使用要求，适应当前油气田深井或超深井开采施工的要求，并且支撑骨架保护了胶筒不受损，使得密封胶筒可以多次使用，大幅节约了拆装时间和降低了工作成本。
文档编号E21B33/128GK202100230SQ20112016148
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者卢熠, 秦舒浩 申请人:贵阳高新隆硕氟材料有限公司