全包增强套、密封胶筒及封隔器的制作方法

本申请涉及密封领域，特别是涉及一种全包增强套、密封胶筒及封隔器。

背景技术：

图1是上端密封环的结构示意图，图2是具有该上端密封环的密封胶筒安装于套管及中心管之间的结构示意图。如图3所示，当上端密封环较软时，上端密封环的上部会产生肩突，该肩突非常容易因压力破裂而导致密封胶筒的密封失效。如图4所示，当上端密封环较硬时，上端密封环与套管不贴合/不抵触而形成间隙，中间密封环会在该间隙内向上移动形成肩突。密封胶筒在轴向方向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轴向压力；第二阶段，密封胶筒受到自下而上的高温高压气体的作用。图3和图4示出了第二阶段后下端密封环的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：若铜套较厚，上端密封环在轴向压力作用时径向延伸不足，铜套与套管之间存在间隙，中间密封环会从该间隙向上位移，形成类似于图4所示的肩突，而上端密封环也会产生较小的肩突。当铜套较薄时，上端密封环在轴向压力下径向延伸充足，铜套与套管相互贴合不存在间隙，但较薄的铜套无法防止上端密封环产生类似于图3所示的肩突。

同样地，在第一阶段，若下端密封环较软则下端密封环产生向下的肩突；若下端密封环较硬则中间密封环的下部产生向下的肩突。很有可能，还未进行到第二阶段，下端密封环的肩突和中间密封环的肩突已经失效，所以下端密封环软硬程度的选择也非常有必要。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，但其目的是为了工人现场安装方便，防止密封胶筒上下两端安装时反向。

通常，本领域技术人员会试图选定合适的铜套厚度，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端部密封环的全包增强套，包括：

长形的基片，由在所述基片的长度方向上设置的第一端部、第二端部及所述第一端部和所述第二端部之间的中间部组成，所述基片用于围绕所述端部密封环的外表面并与所述外表面相贴合；并且，当所述基片与所述端部密封环的所述外表面相贴合时，所述第一端部与所述第二端部在所述端部密封环的所述外表面上重合；

与所述基片上边缘一体连接的片状的上凸起，当所述基片与所述端部密封环的所述外表面相贴合时，所述上凸起能被朝向所述端部密封环的通孔方向弯折来与所述端部密封环的上环面相贴合；

与所述基片下边缘一体连接的片状的下凸起，当所述基片与所述端部密封环的外表面相贴合时，所述下凸起能被朝向所述端部密封环的所述通孔方向弯折来与所述端部密封环的下环面相贴合；

所述上凸起、所述下凸起、所述基片一起来防止或减小所述端部密封环产生肩突，所述第一端部与所述第二端部一起通过减小所述端部密封环的硬度来防止或减小中间密封环产生所述肩突。

优选地，所述上凸起的数量为多个，且各所述上凸起之间具有第一间隙；所述第一间隙的设置为，当各所述上凸起被朝向所述通孔方向弯折来与所述上环面相贴合时，相邻的所述上凸起在所述上环面上不相互重合。

优选地，所述上凸起的形状为，与所述基片上边缘一体连接的连接端的宽度大于与所述基片上边缘较远的自由端的宽度。

优选地，所述上凸起宽度由所述连接端向所述自由端逐渐减小；

进一步优选地，当各所述上凸起均与所述上环面贴合时，相邻两个所述上凸起之间的距离小于2mm。

优选地，所述下凸起的数量为多个，且各所述下凸起之间具有第二间隙；所述第二间隙的设置为，当各所述下凸起被朝向所述通孔方向弯折来与所述下环面相贴合时，相邻的所述下凸起在所述下环面上不相互重合。

优选地，所述下凸起的形状为，与所述基片下边缘一体连接的连接端的宽度大于与所述基片下边缘较远的自由端的宽度。

优选地，所述下凸起宽度由所述连接端向所述自由端逐渐减小；

进一步优选地，当各所述下凸起均与所述下环面贴合时，相邻两个所述下凸起之间的距离小于2mm。

优选地，所述第一端部与所述第二端部的重合部分的长度设置为，所述端部密封环被压缩而径向延伸致所述全包增强套的重合部分的长度逐渐减小，当所述全包增强套与设置在外部的套管相贴合时，所述第一端部与所述第二端部在所述端部密封环的所述外表面上仍重合。

优选地，所述第一端部与所述第二端部的重合部分的长度设置为，所述端部密封环被压缩而径向延伸致所述全包增强套的重合部分的长度逐渐减小，当所述全包增强套与设置在外部的套管相贴合时，所述第一端部与所述第二端部在所述端部密封环的所述外表面上的距离小于2mm。

优选地，所述第一端部上不设置所述上凸起及所述下凸起，当所述第一端部与所述第二端部在所述端部密封环的所述外表面上重合时，所述第一端部远离所述通孔的外侧而所述第二端部靠近所述通孔的内侧。

优选地，所述全包增强套为铜质或银质。

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全包增强套。

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，上凸起、下凸起及基片的组合可以防止上端密封环的肩突的产生。本申请设置了相互重合的但各自分离的基片第一端部与基片第二端部，在轴向压力下上端密封环在径向延伸，基片第一端部与基片第二端部的重合部分逐渐减小，相比于基片第一端部与基片第二端部一体结构或相互焊死的技术方案，相当于减小上端密封环的硬度，防止了中间密封环的肩突的产生。这样就将改变铜套厚度的设计改变为调整基片第一端部与基片第二端部重合长度的设计。

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是密封胶筒的端部密封环的结构示意图；

图2是未施加轴向压力时，密封胶筒与套管及中心管的位置关系图；

图3是上端密封环较软时，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是全包增强套包覆于上端密封环，未施加轴向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全包增强套的结构示意图；

图7是图6所示全包增强套包覆于端部密封环后的俯视图；

图8是本申请另一个实施例的全包增强套的结构示意图；

图9是图8所示全包增强套包覆于端部密封环后的俯视图。

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-全包增强套；

11-基片，111-基片第一端部，112-基片中间部，113-基片第二端部，114-基片上边缘，115-基片下边缘；

12-上凸起，121-上凸起连接端，122-上凸起自由端，123-第一间隙；

13-下凸起，131-下凸起连接端，132-下凸起自由端，133-第二间隙；

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。

具体实施方式

图5示出了本申请全包增强套1包覆于上端密封环2的结构，从图5可以看出，全包增强套1包覆到上端密封环外表面21、上端密封环上环面22与上端密封环下环面23。在承受轴向压力时，全包增强套1的下表面即弯折后的下凸起13的下表面被中间密封环3的上表面抵压住，全包增强套1的上表面即弯折后的上凸起12的上表面被施加轴向压力的刚性隔环抵压住，这样全包增强套1基本被中间密封环3及刚性隔环固定住。上端密封环2需要克服全包增强套1的向下的包覆力，来向上凸起才能形成肩突6。所以，上端密封环2上设置全包增强套1可以有效地防止上端密封环2上的肩突6的产生。

本申请基于如下的思路：在保持全包增强套1对上端密封环2向下的包覆力的同时，降低全包增强套1对上端密封环2径向延伸的限制力。

由此，在本申请的一个实施例中，提供一种适用于上端密封环2和下端密封环7的全包增强套1。由于全包增强套1安装于上端密封环2和下端密封环7的安装方式及所起的作用，下文一般仅以上端密封环2加以说明。

如图6所示，该全包增强套1包括：

长形的基片11，由在基片11的长度方向上的基片第一端部111、基片第二端部112及基片中间部113组成，基片11在使用时需要围绕上端密封环外表面21并与之相贴合。当基片11与上端密封环外表面21相贴合时，基片第一端部111与基片第二端部112在上端密封环外表面21上重合。

与基片上边缘114一体连接的片状的上凸起12，当基片11与上端密封环外表面21相贴合时，上凸起12能被朝向上端密封环通孔24方向弯折来与上端密封环上环面22相贴合。

与基片11下边缘一体连接的片状的下凸起13，当基片11与上端密封环外表面21相贴合时，下凸起13能被朝向上端密封环通孔24方向弯折来与上端密封环下环面23相贴合。

在本申请中，对难以兼顾的防上端密封环2和中间密封环3的肩突问题进行了差异化的处理：上凸起12、下凸起13及基片11的组合可以防止上端密封环2的肩突6的产生。为了减小上端密封环2的硬度，本申请设置了相互重合的但各自分离的基片第一端部111与基片第二端部112，在轴向压力下上端密封环2在径向延伸，基片第一端部111与基片第二端部112的重合部分逐渐减小，相比于基片第一端部111与基片第二端部112一体结构或相互焊死的技术方案，相当于减小上端密封环2的硬度，防止了中间密封环3的肩突6的产生。

在本申请中，基片第一端部111与基片第二端部112的重合部分越大，则对上端密封环2的径向延伸的限制越大，所以可以通过调节重合部分的长度来调节上端密封环2的硬度。

若基片第一端部111与基片第二端部112在上端密封环外表面21上不重合，即两者之间存在间隙，则在轴向压力下上端密封环2径向延伸导致该间隙增大，上端密封环2更容易在间隙处径向延伸，导致上端密封环2整体的径向延伸不均匀，影响上端密封环2对套管4的均匀接触。而且，上端密封环2还容易在该间隙处被基片第一端部111与基片第二端部112割裂，所以在本申请中将基片第一端部111与基片第二端部112在上端密封环外表面21上做了重合设计。

考虑到基片第一端部111与基片第二端部112在上端密封环外表面21上仅重合而不固定连接，若不设置下凸起13与上端密封环下环面23相贴合，则全包增强套2几乎对上端密封环外表面21没有束缚作用，进而对上端密封环上环面22也没有束缚作用，全包增强套1对上端密封环2不产生向下的包覆力，起不到防止上端密封环2产生肩突6的作用。

由于上端密封环外表面21为曲面，在朝上端密封环通孔24弯折时，上凸起12与下凸起13容易产生褶皱，这可以通过减小上凸起12与下凸起13的形状来减轻或避免。在图6和图7所示实施例中，上凸起12与下凸起13均为长方形，且数量均为四个，图7中在上端密封环上环面22的相邻的上凸起12没有相互重合，相应地上端密封环下环面23的相邻的下凸起13也不会相互重合。以上凸起12为例，这有利于上端密封环上环面22上的各上凸起12的平整，这样轴向压力能够通过平整的上凸起12均匀地间接作用于上端密封环2，使其均匀地径向延伸。在其它实施例中，还可以设置其它数量的上凸起12，但是各上凸起12之间的第一间隙123应保证当各上凸起12被朝向上端密封环通孔24弯折来与上端密封环上环面22相贴合时，相邻的上凸起12在上端密封环上环面22上不相互重合。下凸起13的数量可以设置为5个、7个等其它数量，但是各下凸起13之间的第二间隙133应保证当各下凸起13被朝向上端密封环通孔24弯折来与上端密封环下环面23相贴合时，相邻的下凸起13在上端密封环下环面23上不相互重合，同样有利于上端密封环下环面23上的各下凸起13的平整。

在图6和图7所示实施例中，由于各上凸起12仅对上端密封环上环面22局部覆盖，只能防止上端密封环2的某一部分产生肩突6，为了使上端密封环2全部都不再产生肩突6，需要使上凸起12覆盖住上端密封环上环面22的全部或者至少覆盖靠外的环面，该环面被施加轴向压力的刚性隔环抵压住。为此设计了如下技术方案：

与基片上边缘114一体连接的上凸起连接端121的宽度大于与基片上边缘114较远的上凸起自由端122的宽度，这包括：上凸起12宽度由上凸起连接端121向上凸起自由端122逐渐减小；以及上凸起12宽度由上凸起连接端121向上凸起自由端122突然减小的情况，例如上凸起连接端121与上凸起自由端122由大小不同的长方形件组成。

图8示出了上凸起12宽度由上凸起连接端121向上凸起自由端122逐渐减小的一种结构。参见图9，减小了相邻的上凸起12在上端密封环上环面22上的叠加长度或者使得相邻的上凸起12在上端密封环上环面22上不相互叠加。在图9中各上凸起12与上端密封环上环面22的全部表面进行贴合，在其它实施例中，还可以只贴合靠外的环面，确保施加轴向压力的刚性隔环能够将各上凸起12抵压住即可。在一个实施例中，当各上凸起12均与上环面贴合时，相邻两个上凸起12之间的距离小于2mm，由此图8所示的较大的各上凸起12之间的第一间隙123在图9所示状态时基本消失。

基于相同的原因，下凸起13的形状为，与基片11下边缘一体连接的下凸起连接端131的宽度大于与基片11下边缘较远的下凸起自由端132的宽度。图8中，下凸起13宽度由下凸起连接端131向下凸起自由端132逐渐减小。参见图9，当各下凸起13均与上端密封环下环面23贴合时，相邻两个下凸起13之间的距离小于2mm，由此图8所示的较大的各下凸起13之间的第二间隙133在图9所示状态时基本消失。参见图9中各上凸起12与上端密封环上环面22贴合情况可知，在图9中各下凸起13与上端密封环下环面23的全部表面进行贴合，在其它实施例中，还可以只贴合靠外的环面，确保施加轴向压力时中间密封环3的上表面将各下凸起13抵压住即可。

由于上端密封环2被轴向压力压缩而径向延伸致基片第一端部111与基片第二端部112的重合部分的长度逐渐减小，为了保证基片11始终能够包覆上端密封环外表面21，需要对重合长度进行设置。基本的原则是，当径向延伸使全包增强套1与套管4相贴合时，基片第一端部111与基片第二端部112在上端密封环外表面21上仍重合或者虽然不重合但基片第一端部111与基片第二端部112的端面之间的间隙非常小，例如小于等于2mm。

若基片第一端部111及基片第二端部112均设置上凸起12及下凸起13，则在重合部分，第一端部111的上凸起12与第二端部113的上凸起12相互叠加、第一端部111的下凸起13与第二端部113的下凸起13相互叠加。一方面叠加的上凸起12较高，导致各上凸起12在与上端密封环上环面22贴合后不平整。另一方面，叠加的上凸起12在轴向压力作用下相互紧密贴合，会对上端密封环2的径向延伸产生阻碍。相应地，叠加的下凸起13也使各下凸起13在与上端密封环下环面23贴合后不平整，以及对上端密封环2的径向延伸产生阻碍。为此，如图8所示，基片第一端部111上不设置上凸起12及下凸起13。

分析全包增强套1安装于上端密封环2后的结构可以发现，由于基片第一端部111上不设置上凸起12及下凸起13，而基片第二端部113上设置的上凸起12及下凸起13与施加轴向压力的刚性隔环及上端密封环上环面22分别抵压。由此，基片第一端部111较基片第二端部113更容易移动，所以在上端密封环2径向延伸过程，基本上是基片第一端部111移动来减小重合部分的过程。为了便于基片第一端部111的移动，当基片第一端部111与基片第二端部112在上端密封环外表面21上重合时，基片第一端部111位于远离上端密封环通孔24的外侧而基片第二端部112位于靠近上端密封环通孔24的内侧，由于上端密封环2更容易进行径向延伸，相当于减小了上端密封环2的硬度，如上所述，能防止或减小中间密封环3产生肩突6。当然，若上端密封环2的硬度不足，而致在轴向压力下自身产生肩突6，则可以在基片第一端部111与基片第二端部112在上端密封环外表面21上重合时，将基片第一端部111设置为靠近上端密封环通孔24的内侧而基片第二端部112位于远离上端密封环通孔24的外侧，这样基片第一端部111位于基片第二端部112和上端密封环外表面21之间，由于在上端密封环2径向延伸过程中基片第一端部111被基片第二端部112和上端密封环外表面21紧密贴合而产生很大的摩擦，阻碍了上端密封环2的径向延伸，相当于增加了上端密封环2的硬度。由于基片第一端部111上不设置上凸起12及下凸起13，在未施加轴向压力时，基片第一端部111与上端密封环2无任何连接点，这造成基片第一端部111为自由状态，当基片第一端部111位于基片第二端部112和上端密封环外表面21之间时，增加了产品的整洁度以及防止基片第一端部111对操作人员产生刮伤。

在一个实施例中，基片11由图6所示的一体结构更改为，基片11包括多个在长度方向上相互分离的长片，每个长片的上边缘连接一个上凸起12，每个长片的下边缘连接一个下凸起13。各长片围绕在上端密封环外表面21排列。因各个长片不连接，不会在径向延伸时发生相互作用，这样的全包增强套1更容易在上端密封环2受到轴向压力时径向延伸，减小上端密封环2的硬度。

在上述各实施例中，全包增强套1为铜质或银质或其它材质较软的金属，这是由于密封胶筒在工作时需要承受高温作用，而其它材质如橡胶的全包增强套1容易在高温时失效。但随着科技的进步，当合成出耐高温的橡胶制品时，全包增强套1也可以选用为这种橡胶制品。从图6和图8可以看出，全包增强套1基本为在上下边缘开齿的长形金属片，加工非常方便。而且只需要围在上端密封环外表面21上，然后将上凸起12及下凸起13弯折即可安装完成。

本文所述的端部密封环包括，图2-图5所示的上端密封环2和下端密封环7。下端密封环7上设置的全包增强套1的结构及作用与上文所述的在上端密封环2上设置的全包增强套1的结构及作用类似，此处不再赘述。

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上安装有上述的全包增强套1。

本申请还提供一种封隔器，该封隔器具有安装有上述全包增强套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。