一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒的制作方法
【专利摘要】本发明具体提供了一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒，其胶筒体包括两个边胶筒和位于它们之间的中胶筒，且中胶筒的两端分别与边胶筒之间以隔环相隔并紧密接触；两个边胶筒的肩部处分别设置有当胶筒体受到相向的轴向挤压力时沿胶筒体径向扩张的用于保护边胶筒的肩部的多层螺旋弹簧圆环。本发明的多层螺旋弹簧对胶筒体的肩部有效的起到了保护作用，坐封时，多层螺旋弹簧涨开堵住环空，防止胶筒的挤出，解封回收时，多层螺旋弹簧在弹簧拉力作用下回缩，避免了常规胶筒回缩困难的问题；胶筒体工作时，即使单段密封失效，其余两段也可起到有效地密封作用。本发明具有较高的承压和抗变形能力，可以满足高温、高压、解封可回收的需求。
【专利说明】一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒
【技术领域】
[0001]本发明涉及油、气田压裂施工的井下工具【技术领域】，具体是一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒。
【背景技术】
[0002]压缩式封隔器是油、气田储层改造、生产等作业的重要井下作业工具，胶筒是封隔器的核心部件，胶筒的性能直接影响到封隔器的性能。压缩式封隔器在工作时，其胶筒会受到挤压而膨胀，其内部存在很大的挤压应力。由于胶筒的上、下肩部(与胶筒座接触部分叫做肩部)受到挤压会产生向环空挤入的应力，当此应力大于胶筒橡胶的抗剪切力时胶筒会被撕裂，尤其是在高温、高压的环境中更容易损坏。所以，胶筒的上、下肩部为胶筒的易损坏点。目前的胶筒肩部保护措施主要是在胶筒两端设计有塑料、金属护伞等机构，但是这些机构大都是“一次性”或者“永久式”的，不满足封隔器可解封回收的需求。
[0003]为此，针对目前井下施工及压裂工艺的需求，需要开发一种满足高温、高压，可回收式封隔器的高性能胶筒。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服目前压缩式封隔器胶筒不能满足高温、高压、可解封回收的需求的问题，提供一种具有胶筒体结构及特殊胶筒肩部保护结构的压缩式封隔器胶筒。
[0005]为此，本发明提供了一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒，其技术方案是:一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒，包括胶筒体，所述胶筒体包括两个边胶筒和一个中胶筒，所述中胶筒位于两个边胶筒之间，且中胶筒的两端分别与边胶筒之间以隔环相隔，边胶筒和中胶筒分别与隔环紧密接触；所述两个边胶筒的肩部处分别设置有当胶筒体受到相向的轴向挤压力时沿胶筒体径向扩张的用于保护边胶筒的肩部的多层螺旋弹簧圆环。
[0006]上述多层螺旋弹簧圆环包括外螺旋弹簧圆环以及套设于外螺旋弹簧圆环内的内螺旋弹簧圆环。
[0007]上述内螺旋弹簧圆环)的数量至少为I个。
[0008]上述多层螺旋弹簧圆环镶嵌在所述边胶筒的肩部上。
[0009]上述多层螺旋弹簧圆环与边胶筒硫化为一体。
[0010]上述多层螺旋弹簧圆环的圆心位于所述胶筒体的中心轴线上，且所述多层螺旋弹簧圆环的外径与边胶筒的外径相等；所述多层螺旋弹簧圆环的径向平行于所述胶筒体的径向；所述多层螺旋弹簧圆环的截面圆半径大于胶筒体与套管内壁之间的环空间隙距离。
[0011]上述边胶筒由橡胶材料制成，且其硬度为绍尔A95度。
[0012]上述中胶筒由橡胶材料制成，且其硬度为绍尔A85度。
[0013]本发明的有益效果:本发明提供的这种封隔器胶筒的肩部采用特殊可回收的保护结构:即在胶筒的上、下肩部各镶嵌一个多层螺旋弹簧圆环，并与胶筒硫化在一起，此圆环可以随胶筒一起膨胀、收缩；坐封时，多层螺旋弹簧涨开堵住环空，防止胶筒的挤出，解封回收时，多层螺旋弹簧在弹簧拉力作用下回缩，避免了常规胶筒回缩困难的问题。此胶筒采用三胶筒带隔环组合形式，两端边胶筒作用为填堵环空以及部分密封作用，并可防止中间胶筒从环空间隙挤出受到破坏，中间胶筒起到主要密封的作用，工作时，即使单段密封失效，其余两段也可起到有效地密封作用。本发明具有较高的承压和抗变形能力，可以满足高温、高压、解封可回收的需求。
[0014]以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是多层螺旋弹簧圆环示意图；
图2是具有外螺旋弹簧圆环内部套设一个内螺旋弹簧圆环结构的多层螺旋弹簧圆环截面示意图；
图3是本发明的结构示意图；
图4是本发明处于封隔状态时的示意图；
图5是本发明处于封隔状态时的肩部局部放大图；
图6是本发明处于解封状态时的示意图。
[0016]附图标记说明:
1、外螺旋弹簧圆环；2、内螺旋弹簧圆环；3、边胶筒；4、中胶筒；5、隔环；6、上胶筒座；7、套管；8、中心管；9、下胶筒座；10、焊接点。
【具体实施方式】
[0017]实施例1:
如图3所示的一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒，包括胶筒体，所述胶筒体为三胶筒组合式结构，包括两个边胶筒3和一个中胶筒4，所述中胶筒4位于两个边胶筒3之间，且中胶筒4的两端分别与边胶筒3之间以隔环5相隔，边胶筒3和中胶筒4分别与隔环5紧密接触；本胶筒体的结构为三胶筒带隔环组合式结构，其胶筒结构为三段式密封结构，工作时，即使单段密封失效，其余两段也可起到有效地密封作用。所述两个边胶筒3的肩部处分别设置有当胶筒体受到相向的轴向挤压力时沿胶筒体径向扩张的用于保护边胶筒3的肩部的多层螺旋弹簧圆环。本发明提供的这种封隔器胶筒的肩部采用特殊可回收的保护结构:即在胶筒的上、下肩部各镶嵌一个多层螺旋弹簧圆环，并与胶筒硫化在一起，此圆环可以随胶筒一起膨胀、收缩；坐封时，多层螺旋弹簧涨开堵住环空，防止胶筒的挤出，解封回收时，多层螺旋弹簧在弹簧拉力作用下回缩，避免了常规胶筒回缩困难的问题。此胶筒采用三胶筒带隔环组合形式，两端边胶筒作用为填堵环空以及部分密封作用，并可防止中间胶筒从环空间隙挤出受到破坏，中间胶筒起到主要密封的作用，工作时，即使单段密封失效，其余两段也可起到有效地密封作用。
[0018]实施例2:
在实施例1的基础上，所述多层螺旋弹簧圆环包括外螺旋弹簧圆环I以及套设于外螺旋弹簧圆环I内的内螺旋弹簧圆环2，如图1、图2所示，其构造为小的圆柱螺旋弹簧放置于大的螺旋弹簧内，分别将内、外螺旋弹簧的头、尾两端经特殊工艺焊接形成圆环(焊接点10如图1中所示)，此圆环可以径向扩张、收缩；本实施例中的内螺旋弹簧圆环2的数量至少为I个。所述多层螺旋弹簧圆环镶嵌在所述边胶筒3的肩部上并与边胶筒3硫化为一体，橡胶渗透于弹簧的内部，弹簧起到加强橡胶强度的作用，如图3所示。多层螺旋弹簧圆环可以随胶筒的膨胀一起膨胀，并在工作时承受压差作用，达到防止胶筒挤出的作用；多层螺旋弹簧圆环的圆心位于所述胶筒体的中心轴线上，且所述多层螺旋弹簧圆环的外径与边胶筒3的外径相等；多层螺旋弹簧圆环的径向平行于所述胶筒体的径向；多层螺旋弹簧圆环的截面圆半径大于胶筒体与套管7内壁之间的环空间隙距离。边胶筒3橡胶材料硬度在本实施例中为绍尔A95度；中胶筒4为纯橡胶结构，在本实施例中，其橡胶材料硬度为绍尔A85度。本发明具有较高的承压和抗变形能力，可以满足高温、高压、解封可回收的需求，达到试油气作业安全环保技术要求，经济有效。
[0019]下面结合压缩式封隔器工作原理对本实施方式进行阐述。压缩式封隔器的核心结构包括中心管8、上胶筒座6、下胶筒座9和端部的边胶筒3，中间的中胶筒4，如图3、图4所示。封隔器坐封时，上、下胶筒座6、9受力挤压边胶筒3以及中胶筒4，胶筒体受挤压后膨胀导致边胶筒3和中胶筒4外表面紧贴套管7的内壁，边胶筒3和中胶筒4内表面紧贴封隔器中心管8的外表面，封隔器实现坐封。
[0020]下面结合胶筒体的肩部保护机构进行阐述:封隔器在坐封时，由于胶筒受到挤压导致内部存在较大的挤压应力，胶筒体的内、外表面别有封隔器的中心管外壁和套管内壁支撑，可以平衡胶筒内部的挤压应力；胶筒的上、下表面的部分面积有封隔器的上、下胶筒座支撑，可以平衡胶筒内部的挤压应力，如附图5所示。然而，封隔器的上、下肩部外边为封隔器胶筒座与套管内壁的环空，没有外部的支撑面来平衡胶筒内部的挤压应力。此时，本发明的胶筒体的上、下肩部为双层螺旋弹簧圆环结构，此螺旋弹簧圆环随胶筒的径向膨胀而扩张。最后螺旋弹簧圆环受胶筒座的挤压随胶筒一起径向扩张紧贴套管内壁。由于螺旋弹簧圆环的截径远大于封隔器胶筒座与套管内壁环空的间隙，螺旋弹簧圆环不能继续向封隔器与套管的环空膨胀，此时螺旋弹簧圆环作为胶筒肩部的支撑面平衡胶筒内部的挤压应力以及环空液体高压。
[0021]当封隔器解封时，封隔器的上、下胶筒座对胶筒的挤压力撤销，胶筒收缩复位，胶筒上、下肩部的螺旋弹簧圆环随胶筒的橡胶一起收缩复位，如附图6所示。当再次坐封时，螺旋弹簧圆环随胶筒橡胶膨胀一起径向扩张。此螺旋弹簧圆环可再次保护胶筒。
[0022]本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒，包括胶筒体，其特征在于:所述胶筒体包括两个边胶筒(3)和一个中胶筒(4)，所述中胶筒(4)位于两个边胶筒(3)之间，且中胶筒(4)的两端分别与边胶筒(3)之间以隔环(5)相隔，边胶筒(3)和中胶筒(4)分别与隔环(5)紧密接触；所述两个边胶筒(3)的肩部处分别设置有当胶筒体受到相向的轴向挤压力时沿胶筒体径向扩张的用于保护边胶筒(3)的肩部的多层螺旋弹簧圆环。
2.如权利要求1所述的一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒，其特征在于:所述多层螺旋弹簧圆环包括外螺旋弹簧圆环(I)以及套设于外螺旋弹簧圆环(I)内的内螺旋弹簧圆环(2)。
3.如权利要求2所述的一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒，其特征在于:所述内螺旋弹簧圆环(2)的数量至少为I个。
4.如权利要求1所述的一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒，其特征在于:所述多层螺旋弹簧圆环镶嵌在所述边胶筒(3)的肩部上。
5.如权利要求4所述的一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒，其特征在于:所述多层螺旋弹簧圆环与边胶筒(3)硫化为一体。
6.如权利要求1所述的一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒，其特征在于:所述多层螺旋弹簧圆环的圆心位于所述胶筒体的中心轴线上，且所述多层螺旋弹簧圆环的外径与边胶筒(3)的外径相等； 所述多层螺旋弹簧圆环的径向平行于所述胶筒体的径向； 所述多层螺旋弹簧圆环的截面圆半径大于胶筒体与套管(7)内壁之间的环空间隙距离。
7.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒，其特征在于:所述边胶筒(3)由橡胶材料制成，且其硬度为绍尔A95度。
8.如权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种带隔环复合弹簧护肩压缩式封隔器胶筒，其特征在于:所述中胶筒(4)由橡胶材料制成，且其硬度为绍尔A85度。
【文档编号】E21B33/122GK104389546SQ201410688087
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】梁陇霞, 隆琴君, 苏敏文, 王芳远, 隆世明, 徐红, 米虎宁, 汤亮, 郝兰香, 邱宗斌, 王 琦, 王涛 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司, 咸阳川庆鑫源工程技术有限公司