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内芯具有圆环状盘根的胶筒及具有该胶筒的封隔器和桥塞。
背景技术：
封隔器是油田井下采油的一种关键工具，广泛应用于油田分注、分层改造、分层采油、机械管道堵水等多种作业，封隔器需要进行环空的封隔，以实现油气分层。桥塞也是采油工作中普遍使用的一种油气分层的工具。封隔器和桥塞的主要区别是，封隔器一般是在压裂、酸化、找漏等措施施工时暂时的留在井内，而桥塞是在封层采油等措施时暂时或永久地留在井内。封隔器和中心管同时留井，配上丢手可以单独留井，而桥塞则是单独留井。从结构上说，封隔器是中空结构，可以自由流动油气水，而桥塞中则是实心结构。作为油气分离的工具，封隔器和桥塞都需要胶筒，胶筒作为密封的关键部件，其质量直接影响封隔器和桥塞的密封效果和使用寿命，在封隔器和桥塞中起着决定性的作用。胶筒一般采用橡胶类材料制成，故称之为胶筒。但胶筒仅是一种行业内约定成俗的技术术语，用于表示起到密封作用的功能性部件，而不仅仅指胶筒只能由橡胶制作。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，当胶筒在井下受到高温蒸汽作用时，胶筒更多的是受到高温高压的同时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，例如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。而当胶筒较硬时，该胶筒在住额定大小的轴向压力作用下无法充足变形，导致胶筒无法起到密封作用。
技术实现要素：
本实用新型的一个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的范围。根据本申请的一个方面，提供一种胶筒，胶筒具有密封体，所述密封体具有位于中心的通孔、位于所述通孔处的内表面、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，所述密封体包括多个内芯，各所述内芯均具有胶体和呈圆环状的基体，多个所述内芯整体上沿所述胶筒的轴向方向排列；其中，所述基体由相互交叉的耐高温高压的多根纤维丝组成，所述胶体粘接各所述纤维丝，并且所述胶体分布于各所述基体的表面上以致多个轴向排列的所述内芯的内部和外部分别形成所述内表面和外表面。优选地，各所述基体均与所述胶筒的径向方向成夹角β；其中，5°≤β≤45°。优选地，所述基体的截面为正方形、长方形或圆形。优选地，所述基体为石墨盘根或碳纤维盘根。优选地，在所述胶筒的轴向方向上，各所述内芯相互通过所述胶体粘接并且粘接的各所述内芯的轴向方向的长度之和等于所述通孔的长度。优选地，所述基体的厚度为1.8cm-2.5cm。优选地，所述基体的数量为3-12个。优选地，在所述轴向方向上，相邻的所述基体之间的所述胶体的厚度相同。优选地，胶筒还包括在所述胶筒的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远离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，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。根据本申请的另一个方面，提供一种封隔器，该封隔器具有上述技术方案之一所限定的胶筒。根据本申请的再一个方面，提供一种桥塞，该桥塞具有上述技术方案之一所限定的胶筒。首先，根据本申请提供的上述技术方案，由于基体中包含多根纤维丝，当纤维丝的数量较多时内芯偏硬，当纤维丝的数量较少时内芯偏软，这样就可以根据纤维丝的数量来调节内芯的软硬程度，这样能够通过改变内芯的硬度来直接改变胶筒整体的硬度，达到增加胶筒的抗压强度范围的目的。其次，本申请的基体具有相互交叉的纤维丝，胶体将各纤维丝粘接。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。再次，本申请涉及的多个内芯轴向排列，在石油开采过程中若有个别内芯损坏，可以将损坏的内芯更换为新的内芯，而其余内芯不再更换。这样从整体上而言，增加了单个内芯平均的使用时长，能够大大减小胶筒的使用量，降低生产成本。另外，当本申请的基体选择为盘根时，可以选用现有的耐高温高压的盘根，这样，当胶体与石墨盘根或碳纤维盘根结合而成为内芯时，盘根整体能起到支撑作用，而胶体能起到变形和密封加强的作用。本申请选用现有的盘根，而不用制作专门的用作基体的盘根，能够增加生产的灵活性。据发明人所知，现有的石墨盘根和碳纤维盘根可以耐受住高温高压的作用，但石墨盘根和碳纤维盘根的回弹性较差。在本申请中，胶体分散于盘根之中，在轴向压力消失后胶体有助于被压缩的盘根进行回弹，从而有利于胶筒从井下取出。最后，本申请的基体均与胶筒的径向方向成夹角，这样在胶筒受到轴向压力作用时，内芯首先变成与胶筒的径向方向平行，然后内芯才进行径向的向内和向外凸起。而在内芯由倾斜状态变为与径向方向平行的状态中，内芯自身并不会产生径向方向的变形，只是胶筒会产生径向方向的变形。这样，从总体来看，增加了胶筒的径向方向的变形量，能够克服胶筒较硬而径向方向变形不足的缺陷。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申请的一些具体实施例。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是本申请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是本申请一个实施例的胶筒的结构示意图；图3是本申请一个实施例的内芯的结构示意图；图4是本申请另一个实施例的胶筒的结构示意图；图5是图4所示的胶筒被轴向压力压缩过程中的结构示意图；图6是图4所示的胶筒被轴向压力压缩后的结构示意图；图7是本申请一个实施例涉及的约束套的结构示意图；图8是本申请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9是图8中胶筒被轴向压力压缩过程中的结构示意图，其示出了在密封体表面形成的凸起；图10是图8中胶筒被轴向压力压缩后的结构示意图，其示出了压缩后的约束套与密封体的位置关系；图11是根据本申请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；108-基体，109-胶体，111-内芯；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，由于胶筒的软硬有差异，例如，当使用聚醚醚酮材料为胶体时，由其制作的胶筒较硬，达到坐封需要的压力较大或者说在额定大小的轴向压力下胶筒变形不足。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，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由多个如图3所示的内芯111在轴向方向上叠加而成，即在每一个轴向距离内均具有一个内芯111。密封体50具有位于中心的通孔103，该通孔103由内表面102限定而形成，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或第二端部105时，胶筒10整体将被轴向压缩而进行径向扩张，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。一般地，内表面102与中心管30之间的空隙较小(几近相互贴合)，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分别将内表面102和外表面101的最大的凸起大小进行了限定，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，虽然掺杂的纤维丝每个均与胶体相连，但各个纤维丝之间基本不连接或者连接较少，所以只能很有限地增加胶筒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基体108，并使胶体109分布于基体108的表面上并粘接各纤维丝来形成内芯111，这样结构的内芯具有在径向方向的延展性，或者说，由于各纤维丝相互纠缠在一起而使内芯能在一定范围内直径变大而不发生断裂(主要是纤维丝的断裂)，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将各交叉的纤维丝紧紧地连接在一起，若要使得内芯111的直径增大到一定程度，就需要更大的轴向压力F。归纳而言，各纤维丝交叉形成一个抵抗力，胶体将各纤维丝粘接又形成一个抵抗力，在这两个抵抗力的作用下，胶筒10整体比较难压缩，这相当于胶筒10变硬。当内芯111的一定体积内的纤维丝的数量大致相同时，发明人发现可以通过改变内芯的厚度来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；同样地，可以通过增加内芯111的一定体积内的纤维丝的数量来调整相互交叉的纤维丝的数量，进而也能调整所需的轴向压力F的大小或者说坐封力的大小。上文提到密封体50由多个如图3所示的内芯111在轴向方向上叠加而成，如图3所示，内芯111包括基体108和胶体109两部分。图3仅为了结构上的清晰需要，而仅示出了包覆于基体108所有表面的胶体109，例如，当基体108的横截面为圆形时，图3中的胶体109位于基体108的圆周上。图3未示出渗入基体108内部的胶体109。基体108由多根耐高温高压的纤维丝聚合而成，例如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。在一个实施例中，各根纤维丝经纬编织在一起而形成基体108，在其它是实施例中各根纤维丝还可以以其它方式编织在一起而形成基体108。通过上面的叙述可知，在本申请的技术方案中，并不必然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，更确切地说是由胶体109来完成。上文所述，胶体109分布于各基体108的表面上和内部并将各纤维丝粘接。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。参见图2、图3和图4，多个如图3所示的螺旋状的内芯111在轴向方向排列形成图4中所示的胶筒10。胶筒10的两个端部104、105通过胶体109来找平。各内芯111整体上呈圆环状并沿胶筒10的轴向方向A延伸。当相邻基体108之间的胶体109的厚度相同时，能够尽可能地使胶筒10的在相同面积内的硬度基本相同，防止胶筒10受力不均而在局部发生坍塌。但是，当如图11所示，当胶筒10为三段式时，每一段胶筒均可以为一个单独的胶筒，这样图11所示的胶筒10就相当于由三个相互独立的胶筒在轴向方向上拼接而成。图11仅以胶筒10为三段式作为举例，在其它实施例中胶筒还可以具有其它段，例如两段或者五段。根据本申请的技术方案，由于胶体109内包覆有内芯111，内芯111的基体108具有相互交叉的纤维丝，胶体109分布于基体108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，为圆环状的基体108时，当内芯111受到轴向压力F时，内芯111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，相邻的基体108之间的胶体109的厚度相同，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4，在轴向方向A上，各内芯111相互通过胶体109粘接并且粘接的各内芯111的轴向方向的长度之和等于通孔103的长度，从而形成多个密封段。图4中示出了11个内芯111，在其它实施例中，内芯的数量还可以为其它，例如2个或者12个。基体108的厚度为1.8cm-2.5cm，数量为2-12个。在一个优选实施例中基体108的数量为5个，这样内芯111的数量也为5个。纤维丝的直径为7-30μm，这样就能在一个内芯111上具有数量庞大的纤维丝，能极大的提高胶筒10的硬度。根据发明人的试验，基体108的厚度以不超过2cm为宜。这是因为，发明人发现，需要将形成胶体109的胶液渗入基体108中来形成内芯111，但随着基体108厚度的增加胶液的渗入速度将逐渐变慢。尤其是当基体108的厚度大于2.5cm后胶液渗入的速度将会非常慢。所以，在一个实施例中，各基体108的厚度为2cm，在其它实施例中也可以为1.8cm或者2.5cm。参见图4、图5和图6，其示出了受到轴向压力F时胶筒10的变形过程。从图4可以看出，在胶筒未受到轴向压力F压缩时基体108均与胶筒10的径向方向成夹角β，在图4中β为10°角。在其它实施例中，β还可以为5°角或45°角。本申请中设置β的原因在于，当内芯111整体较硬而受到额定大小的轴向压力F而致胶筒10变形不足而无法起到密封作用时，内芯111首先从与胶筒10的径向方向成夹角β而变成如图5所示的内芯111首先从与胶筒10的径向方向水平，进而如图6所示的那样内芯再进行径向的凸起。这样的结构能够提高胶筒10的变形程度。盘根(packing)，通常由较柔软的线状物编织而成，通常截面积是正方形或长方形、圆形。在本申请的一个实施例中，基体108为石墨盘根或碳纤维盘根。在一个实施例中，基体108的横截面为四边形，例如正方形。在其它实施例中，基体108的横截面也可以为圆形。下面将详细叙述胶筒10的约束套20。参考图7、图8、图9和图10，其中图7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8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9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10示出了压缩后的约束套20与密封体50的形状示意图。如图7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8，约束套20的扩口端22套设在第一端部104和第二端部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8-图10中，约束套20的数量为两个，其中一个约束套20的扩口端22套设在第一端部104，另一个约束套20的扩口端22套设在第二端部105上。参见图9，约束套20的缩口端21远离被扩口端22套设的第一端部104或第二端部105来用于承受轴向压力。在图8和图9中，仅为结构清晰的需要而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10可以看出，在承受轴向压力F后，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111均轴向设置，而对内芯111产生作用的也是轴向压力。所以，非常可能地，位于密封体50两端的内芯111会因轴向压力的作用而在径向方向与中心管30和套管40先行接触，导致密封体50中部的内芯111因受力过小而无法产生径向凸起。通过约束套20在端部的约束，能够首先使中部的内芯111先行凸起，当中部的内芯111被中心管30和套管40限制住后，两端的内芯111再发生径向凸起并带动约束套20产生图8、图9和图10那样的变形。或者首先使中部的内芯111先行凸起，并在此过程中，两端的内芯111也发生径向凸起并带动约束套20产生图8、图9和图10那样的变形。上述两种方式均是为了防止密封体50的两端先行凸起而做的专门设计。在图8和图9所示实施例中，第一端部104和第二端部105的边缘经过倒角处理，来与约束套20相适应，也就是说，被扩口端22套设的第一端部104和第二端部105呈缩口状来与扩口端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10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9所示，在压缩过程中，会形成凸起，图9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，只是本申请在一个实施例中刻意通过约束套20的设计来将密封体50的中部的凸起速度快于其两端的凸起速度。非常重要的，若约束套20选择为不宜变形的材料，那么如图9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7中整个喇叭状的边缘，而非图7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10所示的那样。基于同样的道理，也不能在压缩前使用如图10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，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7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。基于同样的道理，也可以选择我易变形的银作为约束套。本申请还提供一种封隔器，该封隔器具有上述技术方案之一所限定的胶筒10。本申请还提供一种桥塞，该桥塞具有上述技术方案之一所限定的胶筒10。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。