半包增强套、密封胶筒及封隔器的制作方法

本申请涉及密封领域，特别是涉及一种适用于密封胶筒的半包增强套、具有该半包增强套的密封胶筒及安装有该密封胶筒的封隔器。

背景技术：

图1是上端密封环2的结构示意图，图2是具有该上端密封环2的密封胶筒安装于套管4及中心管5之间的结构示意图。如图3所示，当上端密封环2较软时，上端密封环2的上部会产生肩突6，该肩突6在压力过大时会破裂而导致密封胶筒的密封失效。如图4所示，当上端密封环2较硬时，上端密封环2的外表面与套管4不贴合/不抵触而形成间隙，中间密封环3会在该间隙内向上移动形成肩突6。密封胶筒的受力，按时序分为两个阶段：第一阶段，密封胶筒受到自上而下的竖直压力使密封胶筒径向延伸形成与套管4及中心管5的密封；第二阶段，向井下注入大量的高温高压蒸汽进行闷井，致使密封胶筒受到自下而上的高温高压蒸汽的作用。图3和图4示出了第二阶段后下端密封环7的下部向上翘起的变形情况。

2002年第九期的《石油机械》公开了《封隔器压缩胶筒“防突”新结构》，其中记载有如下内容：“由于防突结构是用来覆盖封隔器和套管间的环形间隙，封隔器坐封时，一旦胶筒变形与套管壁接触，在外载作用下，防突装置就会展开罩住封隔器与套管壁间的环隙，阻止胶筒朝此环隙中突出，迫使胶筒呈各向均匀压缩状态，产生和保持胶筒较高的接触应力，从而获得良好的密封”。“……主要有铜碗固化型和钢网或钢带固化型两种。前者是将两个2mm厚的铜碗分别固化在两个端胶筒某一端面上，后者是将厚1mm左右的钢网或钢带分别固化在两个端胶筒某一端面上”。根据上述记载，可以在上端密封环的上部分包覆铜套，来防止上端密封环产生肩突。但是，若铜套较厚，上端密封环在受压时径向延伸不足，铜套与套管之间存在间隙，形成类似于图4所示的肩突，而上端密封环本身也会产生较小的肩突；若铜套较薄，则无法防止上端密封环产生类似于图3类似的肩突。

同样地，在第一阶段，若下端密封环较软则下端密封环的下环面产生向下的肩突；若下端密封环较硬则中间密封环的下环面产生向下的肩突。可能地，当第一阶段的竖直压力足够大时，下端密封环的肩突和中间密封环的肩突还未支撑到第二阶段已经破裂，在受到第二阶段自下而上的高温高压蒸汽作用时，破裂肩突因向上移动而消失转形为破裂面，破裂面由于受到高温高压蒸汽的持续作用而导致密封胶筒的密封失效。所以，当拆下密封失效的密封胶筒后，会发现下端密封环的下环面未产生肩突及中间密封环的下环面未产生肩突，而误认为下端密封环并无设置铜套来增加硬度的必要，更不会调节铜套厚度来同时防止下端密封环和中间密封环的肩突。而现有技术虽然也有在密封胶筒的上下两端同时设置铜套的情况，但其目的是为了防止密封胶筒上下两端安装时反向，其本质是一种防呆设计。

通常，本领域技术人员会试图选定合适厚度的铜套，在该厚度时，既能防止端部密封环的肩突又能防止中间密封环的肩突。此时，安装于上端密封环的铜套的厚度有可能与安装于下端密封环的铜套的厚度相同。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种与现有思路不同的解决上端密封环和中间密封环肩突问题的技术方案。

根据本申请的一个方面，提供一种适用于密封胶筒的半包增强套，所述密封胶筒包括位于两端的端部密封环以及位于中间的中间密封环，所述半包增强套包括：

在水平方向延伸的一体成形的环片，所述环片的中心具有与所述端部密封环的通孔同轴设置的开孔，所述环片的环面能与所述端部密封环的一个环面相贴；

在竖直方向延伸的套筒，所述套筒的上边缘固定连接于所述环片的外边缘，所述套筒的内表面能与所述端部密封环的外表面相贴，以防止所述端部密封环产生肩突；所述套筒具有在所述套筒的表面延伸的间隙，所述间隙将所述套筒的一部分或全部分割为两个以上的齿片，以减小所述端部密封环与所述半包增强套结合体的硬度来防止所述中间密封环产生肩突；

所述半包增强套安装于所述端部密封环后，所述套筒的下边缘朝向所述中间密封环；在所述端部密封环受到轴向压力而在竖直方向被压缩后，所述套筒的下边缘与所述中间密封环不接触，以防止所述中间密封环被所述套筒的所述下边缘刺穿。

优选地，所述间隙的上端与所述套筒的所述上边缘相接，所述间隙的下端与所述套筒的所述下边缘相接，所述间隙将所述套筒的全部分割为所述齿片以减小所述结合体的硬度。

优选地，所述间隙的上端与所述套筒的所述上边缘不相接，所述间隙的下端与所述套筒的所述下边缘相接，所述间隙将所述套筒的一部分分割为所述齿片以减小所述结合体的硬度。

优选地，所述间隙在所述竖直方向延伸而将所述套筒的一部分或全部分割为在所述竖直方向延伸的所述齿片，以减小所述结合体的硬度。

优选地，所述间隙与所述竖直方向之间的夹角为β，所述间隙将所述套筒的一部分或全部分割为在与所述竖直方向成夹角为β的方向延伸的所述齿片；通过减小所述夹角来减小所述结合体的硬度，通过增大所述夹角来增大所述结合体的硬度。

优选地，所述间隙均小于等于2mm。

优选地，所述齿片的数量为2-12个。

优选地，所述间隙的形状为直线或相同的曲线。

优选地，各所述齿片的形状及大小相同。

优选地，所述齿片在水平方向展开后，所述环片位于所述半包增强套的中心，所述环片的所述外边缘与所述齿片一体连接；所述间隙向远离所述环片的方向延伸并逐渐增大。

根据本申请的又一个方面，提供一种密封胶筒，包括位于两端的端部密封环以及位于中间的中间密封环，所述端部密封环上安装有半包增强套。

根据本申请的再一个方面，提供一种封隔器，该封隔器具有上述的密封胶筒。

本申请提供的技术方案至少具有如下技术效果：

在本申请中，在保持半包增强套材料硬度或材料厚度不变的情况下，通过设置套筒间隙的大小、数量、长度、夹角来降低半包增强套与端部密封环结合体的硬度，降低了对半包增强套材料硬度或材料厚度的要求。

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是上端密封环的结构示意图，下端密封环的形状与上端密封环的结构相似；

图2是未施加竖直压力时，上端密封环、中间密封环及下端密封环组成的密封胶筒与套管及中心管的位置关系图；

图3是图2所示的上端密封环较软时，施加轴向压力后密封胶筒与套管及中心管的位置关系图；

图4是图2所示的上端密封环较硬时，施加轴向压力后密封胶筒与套管及中心管的位置关系图；

图5是图2所示的上端密封环包覆半包增强套且未施加竖直压力时密封胶筒与套管及中心管的位置关系图；

图6是本申请一个实施例的半包增强套的结构示意图；

图7是图6所示半包增强套展开后的俯视图；

图8是本申请另一个实施例的半包增强套的结构示意图；

图9是图8所示半包增强套展开后的俯视图；

图10是本申请再一个实施例的半包增强套的结构示意图。

图2、图3、图4、图5中仅示出了右侧半剖图。

图中的附图标记如下：

1-半包增强套；

11-环片，111-开孔，112-环片外边缘；

12-套筒，121-套筒上边缘，122-套筒下边缘，123-套筒间隙，124-齿片，125-束带；

2-上端密封环；

21-上端密封环外表面；

22-上端密封环上环面；

23-上端密封环下环面；

24-上端密封环通孔；

3-中间密封环；

4-套管；

5-中心管；

6-肩突；

7-下端密封环；

y-竖直方向；

β-套筒间隙与竖直方向之间的夹角。

具体实施方式

图5示出了本申请半包增强套1包覆于上端密封环2的结构，参见图1和从图5，半包增强套1包覆上端密封环外表面21的上部分和上端密封环上环面22，而不包覆上端密封环下环面23。

本申请基于如下的思路：在保持半包增强套1对端部密封环包覆力的同时，降低半包增强套1对端部密封环径向延伸的限制力。

参见图6、图8和图10，该半包增强套1包括：

在水平方向延伸的一体成形的环片11，该环片11的中心具有与图1所示上端密封环通孔24同轴设置的开孔111，环片11的处于套筒12内部的环面能与上端密封环2的上环面相贴或者与下端密封环7的下环面相贴。

在竖直方向延伸的套筒12，套筒上边缘121固定连接于环片外边缘112，套筒12的内表面能与上端密封环2的外表面或下端密封环7的外表面相贴，以防止上端密封环2的上环面产生如图3所示的肩突6，或者防止下端密封环7的下环面产生肩突6。套筒12具有在其表面延伸的套筒间隙123，如图6所示的套筒间隙123将套筒12全部分割为两个以上的齿片124，或者如图10所示的套筒间隙123将套筒12的一部分分割为两个以上的齿片124。

上端密封环2及下端密封环7在受到轴向压力(包括第一阶段的竖直向下压力及第二阶段高温高压气体施加的竖直向上的压力)时做径向延伸，包覆于上端密封环外表面21及下端密封环7外表面的套筒12被带动做同步的径向延伸。故而上端密封环2及下端密封环7在径向延伸时需要克服套筒12的束缚。在本申请中，套筒间隙123的设置将套筒12分割为相互分离的齿片124，当上端密封环2及下端密封环7径向延伸时，各齿片124被带动做同步的靠近套管4的运动，由于各个齿片124之间存在套筒间隙123而各自逐渐分离，这样能够大大降低套筒12对上端密封环2及下端密封环7的束缚，使得在受到相同大小的轴向压力时，上端密封环2及下端密封环7能够在径向方向做更多的延伸，相当于减小了半包增强套1与端部密封环(上端密封环2、下端密封环7)结合体的硬度，能够防止因结合体硬度过大造成中间密封环3产生向上和向下的肩突6。

竖直方向延伸的套筒12与水平方向延伸的环片11固定连接，套装在增强套1内的上端密封环2或下端密封环7在承受轴向压力时，上端密封环2或下端密封环7在竖直方向的长度变小而做径向延伸。由于套管12与上端密封环2或下端密封环7紧密贴合，环片11会对上端密封环2的上表面或下端密封环7的下表面产生包覆，上端密封环2需要克服半包增强套1的向下的包覆力并向上凸起才能形成肩突6。所以，上端密封环2上设置半包增强套1可以有效地防止上端密封环2上的肩突6的产生；而下端密封环7同样需要克服半包增强套1的向上的包覆力并向下凸起才能形成肩突6。所以，下端密封环7设置半包增强套1可以有效地防止下端密封环7的下环面产生肩突6。

通过上面的叙述可知，在半包增强套1选定材料的情况下，若该半包增强套1能有效地防止上端密封环2的上环面或下端密封环7的下环面产生肩突6，则保持半包增强套1的厚度不变，否则应该增加半包增强套1的厚度。在半包增强套1的材料及厚度均确定的情况下，若半包增强套1与端部密封环结合体的硬度过大，则可以通过如下方案进行降低：

方案一：增加套筒间隙123的数量。在一个实施例中，套筒间隙123的数量为2个；在另一个实施例中，套筒间隙123的数量为12个；在图7和图9所示实施例中，套筒间隙123的数量为10个。

方案二：增加套筒间隙123的大小：在一个实施例中，套筒间隙123为2mm；在另一个实施例中，套筒间隙123为0.5mm；在再一个实施例中，套筒间隙123为1mm。

方案三：降低套筒间隙123与竖直方向的夹角β的角度：在图6所示实施例中，夹角β为0°；在图8所示实施例中，夹角β为30°。明显地，当夹角β越接近于90°时，半包增强套1对端部密封环的束缚力越大。

方案四：增加套筒间隙123的长度：在图6及图8所示实施例中，套筒间隙123的上端与套筒上边缘121相接，套筒间隙123的下端与套筒下边缘122相接，套筒间隙123将套筒12的全部分割为齿片124。在图10所示实施例中，套筒间隙123的上端与套筒上边缘121之间设置有束带125，束带125上不设置套筒间隙123。即，套筒间隙123的上端与套筒上边缘121不相接，套筒间隙123的下端与套筒下边缘122相接，套筒间隙123将套筒12的下部分割为齿片124。明显地，当套筒间隙123的长度越大时，半包增强套1与端部密封环结合体的硬度越小。所以可以通过调节束带125的大小来调节结合体的硬度。

方案五：以上方案两种、三种或四种的结合。

通过上述技术方案，可以在保持半包增强套1材料硬度或材料厚度不变的情况下，通过设置套筒间隙123的大小、数量、长度、夹角来降低半包增强套1与端部密封环结合体的硬度，降低了对半包增强套1材料硬度或材料厚度的要求。

为了保持结合体在受压时径向延伸的一致性，在一个实施例中，套筒间隙123形状为直线或相同的曲线，这样半包增强套1对上端密封环2包覆的各点或下端密封环7包覆的各点的束缚力基本是相同的，提高了结合体硬度的均匀性。在另一个实施例中，各齿片124的形状及大小相同，这同样有助于提高结合体硬度的均匀性。

作为对本申请半包增强套1形状的另一角度的描述和限定如下：如图7和图9所示，齿片124在水平方向展开后，环片11位于半包增强套1的中心，环片外边缘112与齿片124一体连接，套筒间隙向远离环片11的方向延伸并逐渐增大，齿片124与环片11不在同一水平面上。由于存在束带125，图10所示半包增强套1的齿片124展开后与环片11不在同一水平面上。

当半包增强套1安装于上端密封环2及下端密封环7后，套筒下边缘122朝向中间密封环3，即如图5所示的半包增强套1包覆上端密封环外表面21的上部分和上端密封环上环面22。在未示出的半包增强套1安装于下端密封环7的结构中，半包增强套1包覆下端密封环7的外表面的下部分和下端密封环7的下环面。在上端密封环2及下端密封环7受到轴向压力而在竖直方向被压缩后，套筒下边缘122应该与中间密封环3不接触，以防止中间密封环3被套筒下边缘122刺穿。由于密封胶筒在承受第一阶段的竖直压力时，中间密封环3分别向上端密封环2及下端密封环7位移，若半包增强套1与压缩后的上端密封环2及下端密封环7在竖直方向上长度相同，中间密封环3与套筒下边缘122相接触而存在被刺穿的可能。故当上端密封环2及下端密封环7长度相同时，半包增强套1的长度应该小于压缩后的上端密封环2及下端密封环7的长度。当上端密封环2及下端密封环7长度不同时，包覆于上端密封环2上的半包增强套1应该小于压缩后的该上端密封环2的长度，包覆于下端密封环7上的半包增强套1应该小于压缩后的该下端密封环7的长度。对于半包增强套1的长度应该小于端部密封环(上端密封环2及下端密封环7)的具体数值，本申请限定为：在端部密封环受到轴向压力而在竖直方向被压缩时，套筒下边缘122应该与中间密封环3不接触。

本申请还提供一种密封胶筒，包括位于两端的上端密封环2、下端密封环7以及位于中间的中间密封环3，上端密封环2、下端密封环7上安装有上述的半包增强套1。

本申请还提供一种封隔器，该封隔器具有安装有上述半包增强套1的密封胶筒。

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。