封隔器以及封隔器的制造方法与流程

1.本技术涉及油气设备领域，特别涉及一种封隔器以及封隔器的制造方法。


背景技术：

2.石油固井技术中，在井内钻探完成后，向井中下套管和尾管至井底，并向尾管中浇注水泥，使得水泥填充套管与井壁之间的缝隙，以达到固定套管与封固高压油气的作用。这个过程可能会造成高温高压气体和水泥进入套管与尾管之间的间隙，并沿间隙继续上行，为提高固井质量，需对该间隙进行封堵。
3.目前，一种封隔器中，包括中心杆以及套在中心杆外的坐封组件，该坐封组件由橡胶筒以及位于橡胶筒两端的挤压结构组成，该挤压结构可以从橡胶筒的两端挤压橡胶筒，以使橡胶筒的中部隆起，并与套管抵接，以形成密封。
4.但是，上述封隔器中，橡胶筒的密封性能较弱，容易失效，进而导致封隔器的密封性能较差。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种封隔器以及封隔器的制造方法。所述技术方案如下：
6.根据本技术的第一方面，提供了一种封隔器，所述封隔器包括膨胀管、至少两个密封环以及柱状膨胀体；
7.所述膨胀管包括一体的第一管段和第二管段，所述至少两个密封环套在所述膨胀管的第一管段外，且与所述膨胀管的外壁固定，所述密封环包括橡胶管以及位于所述橡胶管上的金属环；
8.所述柱状膨胀体位于所述膨胀管的第二管段内，所述第二管段的内径大于所述第一管段的内径，所述柱状膨胀体的外径与所述第二管段的内径相等；
9.其中，所述柱状膨胀体用于在进行密封时，移动至所述第一管段，将所述第一管段的内径扩张，使所述第一管段外的至少两个密封环与套管抵接以形成密封。
10.可选地，所述密封环包括多个金属环，所述多个金属环沿所述橡胶管的轴线方向在所述橡胶管的外表面排布。
11.可选地，所述橡胶管的外壁上设置有多个凹槽，所述多个金属环一一对应的位于所述多个凹槽中。
12.可选地，所述橡胶管的内壁与所述膨胀管的外壁构成螺纹连接。
13.可选地，所述金属环的材料包括铜。
14.可选地，所述柱状膨胀体朝向所述第一管段的一端设置有锥状结构。
15.可选地，所述橡胶管的材料包括全氟醚橡胶。
16.可选地，所述封隔器还包括连接杆，所述连接杆位于所述膨胀管中，且所述连接杆的一端与所述柱状膨胀体的朝向所述第一管段的一端连接。
17.另一方面，提供了一种封隔器的制造方法，所述方法包括：
18.获取膨胀管，所述膨胀管包括一体的第一管段和第二管段；
19.在所述膨胀管的第一管段的外部形成至少两个密封环；
20.将柱状膨胀体插入所述膨胀管的第二管段内，以使所述第二管段的内径扩张至大于所述第一管段的内径，所述柱状膨胀体的外径与所述第二管段的内径相等。
21.可选地，所述在所述膨胀管的第一管段的外部形成至少两个密封环，包括：
22.将多个金属环套在所述膨胀管的第一管段外；
23.在所述第一管段外设置橡胶，并通过模具将所述橡胶以及所述多个金属环挤压在所述膨胀管外；
24.对所述模具进行加热；
25.待所述模具冷却后去除所述模具。
26.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
27.提供一种封隔器，该封隔器包括膨胀管、至少两个密封环以及柱状膨胀体，密封环包括橡胶管以及位于橡胶管上的金属环。通过该封隔器进行封隔时，可以将柱状膨胀体向膨胀管的第一管段进行移动，以从膨胀管的内侧撑开膨胀管，使膨胀管扩张，外径变大，进而套在膨胀管上的密封环的外径随之增大，并可以与套管抵接以形成密封，该密封由形变的膨胀管、橡胶管以及橡胶管上的金属环共同形成，结构稳定，密封性能较强，使得该封隔器能够在各种工况下保持良好的密封性。解决了相关技术中封隔器密封性能较差的问题，达到了提高封隔器密封性能的效果。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是相关技术中一种封隔器的结构示意图；
30.图2是本技术实施例提供的一种封隔器的结构示意图；
31.图3是图1所示密封环的结构示意图；
32.图4是图2所示密封环的局部视图；
33.图5是本技术实施例提供的封隔器密封完成后的结构示意图；
34.图6是本技术实施例示出的一种封隔器的制造方法的流程图；
35.图7是本技术实施例示出的另一种封隔器的制造方法的流程图。
36.通过上述附图，已示出本技术明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本技术构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本技术的概念。
具体实施方式
37.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
38.图1是相关技术中一种封隔器的结构示意图，如图1所示，该封隔器包括中心杆11
以及套在中心杆11外的坐封组件12，该坐封组件12包括橡胶筒12a以及位于橡胶筒12a两端的挤压结构12b。通过位于橡胶筒12a的两端的挤压结构12b，分别向橡胶筒12a的中心施加作用力，使得橡胶筒12a沿径向(径向即指在径向平面内通过轴心线的方向)隆起变形。如此即可填充橡胶筒12a与套管c之间的间隙，实现密封。
39.然而，井下环境较为苛刻，例如井下的温度较高，且井下温度随井深的增加而增加。同时，橡胶筒的密封性能较弱，难以承受井下高温高压的物理环境，容易失效，导致封隔器的性能较差，进而导致固井效果差。
40.本技术实施例提供了一种封隔器，可以解决上述提出的一些问题。
41.图2是本技术实施例提供的一种封隔器的结构示意图，如图2所示，封隔器2包括膨胀管21、至少两个密封环22以及柱状膨胀体23。
42.膨胀管21包括一体的第一管段21a和第二管段21b，至少两个密封环22套在膨胀管21的第一管段21a外，且与膨胀管21的外壁固定，密封环22包括橡胶管221以及位于橡胶管221上的金属环222，其中，金属环222固定于橡胶管221中。其中，金属环222具有耐高温以及耐高压等特点，大大提高了密封环22的抗高温及高压的能力，进而提高密封环22的密封性能。
43.柱状膨胀体23位于膨胀管21的第二管段21b内，第二管段21b的内径d2大于第一管段21a的内径d1，柱状膨胀体23的外径d3与第二管段21b的内径d2相等，也即是柱状膨胀体23的外径d3大于第一管段21a的内径d1。
44.其中，通过该封隔器进行密封时，可以逐渐将柱状膨胀体23移动至第一管段21a，第一管段21a在柱状膨胀体的支撑下发生扩张，其内径d1增加，即第一管段21a发生塑性变形(塑性变形指构件受载超过弹性变形范围之后将发生永久的变形)。使第一管段21a外的至少两个密封环22与套管c抵接以形成密封。即柱状膨胀体23从第二管段21b移动至第一管段21a，因柱状膨胀体23的外径d3大于第一管段21a的内径d1，使得第一管段21a在柱状膨胀体23的挤压下，沿径向扩张，带动位于膨胀管21的第一管段21a外的至少两个密封环22与套管c抵接，进而形成密封。
45.综上所述，本技术实施例提供了一种封隔器，该封隔器包括膨胀管、至少两个密封环以及柱状膨胀体，密封环包括橡胶管以及位于橡胶管上的金属环。通过该封隔器进行封隔时，可以将柱状膨胀体向膨胀管的第一管段移动，以从膨胀管的内侧撑开膨胀管，使膨胀管扩张，外径变大，进而套在膨胀管上的密封环的外径随之增大，并可以与套管抵接以形成密封，该密封由形变的膨胀管、橡胶管以及橡胶管上的金属环共同形成，结构稳定，密封性能较强，使得该封隔器能够在各种工况下保持良好的密封性。解决了相关技术中封隔器密封性能较差的问题，达到了提高封隔器密封性能的效果。
46.可选地，图3是图1所示密封环的结构示意图，请参考图3，密封环22包括多个金属环222，多个金属环222沿橡胶管221的轴线方向f在橡胶管221的外表面排布。其中，由于橡胶管221在压力作用下，会自发向压力作用方向膨胀。如此结构，通过柱状膨胀体挤压膨胀管的第一管段时，第一管段的内径在压力作用下增大，进而挤压密封环22，使得密封环22沿其径向向靠近套管方向扩张，进而与套管c紧密接触，实现密封。同时，排布于橡胶管221表面的金属环222具有耐高温、耐高压等特点，通过该金属环222与橡胶管221所组成的密封环22，在高温高压的环境下，仍可以保持较好的密封性，进而使得封隔器在井下的恶劣工况
中，能够具有较好的密封性。
47.可选地，橡胶管221的外壁上设置有多个凹槽221a，多个金属环222一一对应的位于多个凹槽221a中。图4是图2所示密封环a位置的局部视图，如图4所示，金属环22嵌于凹槽221a中，且金属环222与橡胶管221的表面平齐。如此结构，加强了金属环222与橡胶管221之间贴合的紧密性，在密封环22因受力而沿其径向扩张时，使得金属环222难以脱出凹槽221a，进而避免在金属环222工作时因与橡胶管221分离而造成的密封失效。
48.可选地，金属环222的外径与橡胶管221的外径相等，也即是金属环222的外壁与橡胶管221的外壁平齐，在柱状膨胀体挤压膨胀管的第一管段时，第一管段挤压密封环22，金属环22能够与套管c紧密贴合，加强密封环22的密封效果。
49.可选地，橡胶管的内壁与膨胀管的外壁构成螺纹连接。其中，膨胀管21的外壁上具有螺纹结构211，该螺纹结构211与橡胶管221的内壁紧密接触。在本技术实施例提供的封隔器的工作过程中，通过柱状膨胀体沿其轴线上行并对膨胀管的第一管段进行扩径，扩径时膨胀管会受到来自柱状膨胀体径向的压力及沿膨胀管轴线方向向上的推力。橡胶管221的内壁与膨胀管21的外壁之间形成螺纹连接，使得膨胀管21在受到柱状膨胀体的推力时，与橡胶管21之间扔保持紧密贴合的状态，并难以在推力作用下与橡胶管21分离，进而造成密封失效的问题。
50.其中，膨胀管21包括在外力作用下能够发生塑性变形的材料，如此结构，使得膨胀管21在通过柱状膨胀体23扩径时，沿其径向向外扩径且不发生回弹，如此能够对位于膨胀管21外的密封环22起到支撑作用，使密封环22保持与套管紧密接触的状态。同时，也不会对膨胀管21造成破坏。此外，膨胀管21还具有耐高温、高压等特点，课进一步提高本技术实施例提供的封隔器的使用寿命。
51.可选地，金属环的材料包括铜。本技术实施例提供的封隔器的金属环应用于井下的高温高压环境，同时，石油开采技术中常用到各类化学试剂，以达到降粘以及防垢的效果。因此，该金属环需能够在苛刻环境中保持良好的稳定性，进而与橡胶管配合，提高密封效果。本技术实施例提供的封隔器的金属环的材料选用金属铜。铜(化学式：cu)具有延展性好、耐热性高以及化学稳定程度高等特点，其中，铜还具有良好的耐腐蚀性能，尤其在碱性环境下，难以发生化学变化，能够在与井下各类化学试剂接触时保持自身性质不发生变化。同时，铜具有延展性高的特点，当密封环受到膨胀管的第一管段给予的径向上的压力时，密封环在压力作用下向外扩张，使得橡胶管沿径向向靠近套管c的方向膨胀，铜制金属环较易在压力作用下发生形变，进而与橡胶管一起沿径向扩大，如此结构，使得金属环能够与套管c紧密贴合，并增强密封环的抗高温、高压以及密封性能。
52.同时，金属铜可以进行多次回收而无损其机械性能，大大提高了本技术实施例提供的封隔器的耐用性，并满足环保要求。
53.可选地，请参考图2，柱状膨胀体23朝向第一管段21a的一端设置有锥状结构23a。其中，柱状膨胀体23预置于膨胀管的第二管段21b中，且柱状膨胀体23的外径d3等于第二管段21b的内径d2。位于柱状膨胀体23的一端的锥状结构23a，使得柱状膨胀体23能够较为轻易的塞入第二管段21b中，如此结构，能够避免柱状膨胀体23进入第二管段21b时对膨胀管21造成损伤，并且有效降低了本技术实施例提供的封隔器的密封难度。
54.可选地，橡胶管的材料包括全氟醚橡胶。其中，全氟醚橡胶又称全氟橡胶。全氟醚
橡胶是一种合成弹性体，通过四氟乙烯(化学式：cf2＝cf2)、全氟甲基乙烯基醚(化学式：cf
3-o-cf＝cf2)、全氟苯基乙烯基醚(化学式：cf2＝cf-o-c6f5)以及全氟苯氧丙基乙烯基醚(化学式：c6f
5-o-cf(ch3)-cf
2-o-ch＝ch2)等成分合成得到。全氟醚橡胶具有热稳定性高、弹性强、耐强腐蚀介质以及耐极大多数溶剂的特点，其中，全氟醚橡胶能够长期在-39摄氏度至288摄氏度之间工作，且对除氟代溶剂以外的所有化学药品均呈稳定状态。因此，当全氟醚橡胶处于苛刻环境中，相较于其他材料具有更长的寿命，轻易不出现材料失效的现象。本技术实施例中橡胶管的材料选用全氟醚橡胶，使得橡胶管能够在受力膨胀时能够与套管c紧密贴合形成密封、难以与井下的各类化学物质发生反应并且应用于井下的苛刻工况中而保持自身性能稳定。如此结构，可进一步提高本技术实施例提供的封隔器的密封性，并延长该封隔器的安全服役寿命，有效降低维护成本。
55.可选地，请参考图2，封隔器2还包括连接杆24，连接杆24位于膨胀管21中，且连接杆24的一端与柱状膨胀体23的朝向第一管段21a的一端连接。连接杆24用于提拉柱状膨胀体23，使得柱状膨胀体23顺利进入第二管段21b以及第一管段21a并使其内径扩大。
56.图5是本技术实施例提供的封隔器密封完成后的结构示意图，封隔器完成密封后，膨胀管的第一管段以及第二管段的内径均与柱状膨胀体的外径相同，且连接杆以及与连接杆相连的柱状膨胀体已经从膨胀管21远离第二管段的一端脱出。因此，图5中未体现连接杆以及柱状膨胀体的结构，如图5所示，在本技术实施例提供的封隔器的工作中，套管c套在膨胀管21外，且膨胀管21远离第一管段的一端与尾管c1连接。通过外部设备向尾管中注入水泥砂浆s，水泥砂浆s进入尾管后，能够充填套管与井壁之间的缝隙，以达到固井的效果。充填过程中，部分水泥砂浆s可能会沿套管c与尾管c1之间的缝隙上行，进而到达膨胀管21与套管c之间的缝隙中，如果这部分水泥砂浆s继续上行，则会对井下的其他工作段造成影响，因此，需对其进行封堵。
57.在封堵水泥砂浆s的过程中，首先连接钻具与连接杆，将连接杆送入到井下预定深度，进而通过送入钻具进行打压(该压力可以为25mpa)，液压力作用于膨胀椎体远离膨胀管的第一管段的一端。同时，钻具向连接杆施加向上的拉力(该拉力可以为10t)，连接杆将预置于膨胀管21的第二管段中的柱状膨胀体提起，使柱状膨胀体沿其轴线方向向第一管段移动，移动过程中，由于柱状膨胀体的外径大于第一管段的内径，即第一管段发生径向膨胀，使得第一管段此时的内径与柱状膨胀体的外径相同，形成塑性变形。且第一管段径向膨胀的同时会挤压套在膨胀管21上的密封环22，密封环22中的橡胶管221以及金属环222也发生塑性变形，从而与套管c紧密贴合，在膨胀管21与套管c之间形成密封，对膨胀管21与套管c之间的水泥砂浆进行封固。
58.综上所述，本技术实施例提供了一种封隔器，该封隔器包括膨胀管、至少两个密封环以及柱状膨胀体，密封环包括橡胶管以及位于橡胶管上的金属环。通过该封隔器进行封隔时，可以将柱状膨胀体向膨胀管的第一管段移动，以从膨胀管的内侧撑开膨胀管，使膨胀管扩张，外径变大，进而套在膨胀管上的密封环的外径随之增大，并可以与套管抵接以形成密封，该密封由形变的膨胀管、橡胶管以及橡胶管上的金属环共同形成，结构稳定，密封性能较强，使得该封隔器能够在各种工况下保持良好的密封性。解决了相关技术中封隔器密封性能较差的问题，达到了提高封隔器密封性能的效果。
59.图6是本技术实施例示出的一种封隔器的制造方法的流程图，该方法包括以下几
个步骤：
60.步骤601、获取膨胀管，膨胀管包括一体的第一管段和第二管段。
61.膨胀管的第二管段用于容置柱状膨胀体，膨胀管的第一管段用于在柱状膨胀体给予的压力下发生变形，并扩径至第一管段的内径与柱状膨胀体的外径相等。
62.步骤602、在膨胀管的第一管段的外部形成至少两个密封环。
63.在膨胀管的第一管段的外壁上设置至少两个密封环，其中，密封环的数量可以根据实际工况确定。示例性的，密封环的数量可以为4。
64.步骤603、将柱状膨胀体插入膨胀管的第二管段内，以使第二管段的内径扩张至大于第一管段的内径，柱状膨胀体的外径与第二管段的内径相等。
65.柱状膨胀体的一端可以具有锥形结构，插入柱状膨胀体时，可以使柱状膨胀体上的锥形结构朝向第二管段，如此可以方便快捷地将柱状膨胀体插入膨胀管，并使第二管段扩径。
66.综上所述，本技术实施例提供了一种封隔器的制造方法，可用于封隔器中，该封隔器包括膨胀管、至少两个密封环以及柱状膨胀体，密封环包括橡胶管以及位于橡胶管上的金属环。通过该封隔器进行封隔时，可以将柱状膨胀体向膨胀管的第一管段移动，以从膨胀管的内侧撑开膨胀管，使膨胀管扩张，外径变大，进而套在膨胀管上的密封环的外径随之增大，并可以与套管抵接以形成密封，该密封由形变的膨胀管、橡胶管以及橡胶管上的金属环共同形成，结构稳定，密封性能较强，使得该封隔器能够在各种工况下保持良好的密封性。解决了相关技术中封隔器密封性能较差的问题，达到了提高封隔器密封性能的效果。
67.图7是本技术实施例示出的另一种封隔器的制造方法的流程图，该方法包括以下几个步骤：
68.步骤701、获取膨胀管，膨胀管包括一体的第一管段和第二管段。
69.获取膨胀管，膨胀管包括可发生塑性变形的材料，使得膨胀管在受到挤压时，可发生塑性变形且膨胀管本身不出现破裂。其中，膨胀管的第二管段的内径与柱状膨胀体的外径相等，且膨胀管的第一管段用于在柱状膨胀体给予的压力下发生变形，并扩径至与柱状膨胀体的外径相同。
70.步骤702、将多个金属环套在膨胀管的第一管段外。
71.将金属环套在第一管段外，其中，金属环的材质包括金属铜。铜具有耐热性好，延展性强等特点，且金属铜能够在各种环境下保持化学稳定性。当铜环受到来自膨胀管的压力时，铜环能够发生塑性变形，并与套管紧密贴合。同时，铜耐高温高压，能够应用于井下的苛刻环境中而不失效，进一步提高了密封环的密封性能。
72.同时，各个铜环之间按一定间距等距排列，如此可提高本技术实施例提供的封隔器制造方法的便捷性。
73.步骤703、在第一管段外设置橡胶，并通过模具将橡胶以及多个金属环挤压在膨胀管外。
74.通过计算，将适量的橡胶均匀包裹在膨胀外管的第一管段外。其中，橡胶的材料包括全氟醚橡胶，全氟醚橡胶具有高弹性、耐腐蚀介质以及热稳定性强的特点。如此，当全氟醚橡胶制成的橡胶管在井下工作时，可在膨胀管给予的压力下发生膨胀，进而与套管紧密贴合，增强密封性。同时，全氟醚橡胶处于井下苛刻的环境中时，相较于其他材料具有更长
的安全服役寿命。
75.同时，第一管段外设置橡胶的位置处，具有螺纹结构，该螺纹结构位于第一管段的外壁。橡胶能够填充螺纹结构的缝隙，并与螺纹结构之间产生巨大的摩擦力，该摩擦力使橡胶与膨胀管紧紧黏附在一起，并难以发生相对运动，保证了制作完成的封隔器在工作时的密封性及稳定性。
76.此外，模具包括上压制模具(压制模具即通过加压的方式，对模具中的材料造型的模具)以及下压制模具，先将包裹好橡胶的膨胀外管放置在下压制模具中，然后将上压制模具放在膨胀管上，两模具进行合盖并压实。
77.步骤704、对模具进行加热。
78.定型方式采用加热的方式。对模具进行组装后，将其放入加热设备对整体模具进行压实并升温至280摄氏度，升温时长为40分钟。
79.步骤705、待模具冷却后去除模具。
80.对模具进行加温后，将模具从加热设备中取出，待模具冷却至室温，即可剥除模具。
81.步骤706、将柱状膨胀体插入膨胀管的第二管段内，以使第二管段的内径扩张至大于第一管段的内径，柱状膨胀体的外径与第二管段的内径相等。
82.柱状膨胀体的一端可以设置有锥形结构，将柱状膨胀体插入膨胀管的第二管段内时，使该锥形结构先行进入第二管段内，如此可以方便快捷的插入柱状膨胀体，且减少可能对膨胀管造成的损伤。
83.综上所述，本技术实施例提供了一种封隔器的制造方法，可用于封隔器中，该封隔器包括膨胀管、至少两个密封环以及柱状膨胀体，密封环包括橡胶管以及位于橡胶管上的金属环。通过该封隔器进行封隔时，可以将柱状膨胀体向膨胀管的第一管段移动，以从膨胀管的内侧撑开膨胀管，使膨胀管扩张，外径变大，进而套在膨胀管上的密封环的外径随之增大，并可以与套管抵接以形成密封，该密封由形变的膨胀管、橡胶管以及橡胶管上的金属环共同形成，结构稳定，密封性能较强，使得该封隔器能够在各种工况下保持良好的密封性。解决了相关技术中封隔器密封性能较差的问题，达到了提高封隔器密封性能的效果。
84.在本技术中，术语“第一”及“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
85.以上仅为本技术的可选实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。