一種永久式封隔器用的膠筒防突環的製作方法
2023-07-31 18:02:11
一種永久式封隔器用的膠筒防突環的製作方法
【專利摘要】一種永久式封隔器用的膠筒防突環，其特徵在於：所述防突環1上具有易翻折點3，將防突環的臂分為前臂2和後臂4。工作時，前臂2包住正在膨脹的膠筒8，達到完全無間隙的密封；膠筒提供的正壓力使前臂2與套管內壁產生大量摩擦，使後臂4的彈性張開受阻，從而後臂4不會過度展開，阻止膠筒8向環形間隙9「突出」。本實用新型的膠筒防突環有效地防止了膠筒的肩部突出，保持膠筒的接觸應力，提高了膠筒的使用壽命，減少了作業換封，提高了經濟效益。
【專利說明】一種永久式封隔器用的膠筒防突環
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於石油完井領域，涉及一種防突裝置，特別是一種永久式封隔器用的膠筒防突環。
【背景技術】
[0002]封隔器是藉助彈性密封組件，在油管與套管的環形空間分隔地層以實現對多層非均質油田分層開採的井下工具。膠筒是壓縮式封隔器的心臟，封隔器密封主要是由壓縮封隔器膠筒，擠壓環形空間，產生接觸應力達到密封效果，失效的主要原因則是膠筒「肩部突出」引起的應力鬆弛。膠筒「肩部突出」與是否採用防突裝置及該裝置的結構設計緊密相關。所謂防突裝置，是指用以阻止和限制封隔器坐封時膠簡朝油套環形空間「突出」(也稱作「流動」或「蠕動」)，從而提高和保持膠筒接觸應力，防止應力鬆弛，以獲得良好的密封性的零件或零件組合件。
[0003]目前，在現場實際投入使用的防突裝置主要有鋼網(帶)固化型、銅碗型防突環兩種。其中，鋼網(帶)固化型防突環是將鋼網或鋼帶固化在膠筒的兩端，然後隨膠筒一起壓制、硫化而成，使防突環與膠筒成為一個整體。銅碗型防突環是與膠筒分離的單獨零件，結構與銅碗相似，相對於鋼網(帶)固化型防突環更容易加工，在組裝封隔器時，將銅碗型防突環安裝在膠筒的兩端即可。
[0004]當封隔器坐封時，膠筒被壓縮產生接觸應力，迫使銅碗、鋼網(帶)向沒有膠筒的一方翻卷。但是，由於這兩種防突結構的剛度有限，其作用僅相當於增大了膠筒座外半徑，僅僅一定程度上防止了膠筒的應力鬆弛。而且，由於膠筒與銅碗、鋼網(帶)在硬度、韌性、變形量等方面差異較大，加之膠筒蠕動，造成上述幾種結構與膠筒之間的相互剝離，導致防突失效，從而造成封隔器使用時效短，作業換封頻繁。
[0005]針對上述問題，本實用新型提供了一種新的膠筒防突環，有效防止膠筒的肩部突出，保持膠筒的接觸應力，提高膠筒的使用壽命，減少作業換封，提高經濟效益。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在於提供一種永久式封隔器用的膠筒防突環，其在用於膠筒坐封時，能夠保護膠筒不過量「突出」，從而減少作業中頻繁換封。
[0007]本實用新型的目的通過如下技術方案得以解決:
[0008]一種永久式封隔器用的膠筒防突環，其特徵在於在防突環上有一個易翻折點。所述易翻折點位於防突環的可展開部分，將防突環的可展開部分分為前臂和後臂，其中前臂是在防突環可展開部分易翻折點處分開，工作時發生非彈性彎折，最大可以彎折90°的部分，由於易翻折點的存在，所以此翻折是非彈性翻折，具有不可逆性。後臂是防突環可展開部分位於易翻折點另一側的部分，後臂能彈性展開，此過程是可逆的。
[0009]在坐封過程中，膠筒受擠壓膨脹變形。防突環前臂在套管內壁和膠筒的共同作用下，受力發生彎折，被膠筒擠壓在套管內壁上。此時前臂受到膠筒和套管的擠壓力，產生摩擦力。此摩擦力對後臂產生拉扯作用，很大程度上防止後臂外翻。後臂長度與防突環肩部半徑之和等於套管內半徑。所述防突環肩部，指的是防突環可展開部分與非展開部分的交匯處，後臂長度即為易翻折點到防突環肩部的距離，防突環肩部半徑即為防突環肩部到防突環迴轉中心的距離。後臂受膠筒擠壓，彈性展開後，將膠筒處的環形間隙完全封閉。在時間上，後臂的彈性展開過程要先於前臂的非彈性彎折過程，但這兩個過程最終一起完成。其中，所述易翻折點到防突環肩部的距離是為後臂長度；防突環肩部到防突環迴轉中心的距離為防突環肩部半徑。所述迴轉中心是設計基準。
[0010]本實用新型的永久式封隔器用的膠筒防突環，通過前臂與後臂的共同作用，可以有效的防止膠筒的肩部突出問題，延長了膠筒的使用壽命，從而使封隔器坐封更加可靠，同時坐封時間更久，減少了不必要的換封，節約了經濟成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1本實用新型的永久式封隔器用的膠筒防突環結構示意圖。
[0012]圖2本實用新型的防突環局部放大示意圖。
[0013]圖3封隔器坐封前，本實用新型的防突環工作狀況示意圖。
[0014]圖4封隔器坐封后，本實用新型的防突環工作狀況示意圖。
[0015]附圖中標記說明:
[0016]1-防突環、2-前臂、3-易翻折點、4-後臂、5-套管、6-背帽、7-膠筒隔環、8-膠筒、9-環形間隙、10-卡瓦座、11-心軸、12-防突環肩部；13_防突環迴轉中心。
[0017]【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖1-4進一步詳細說明本實用新型。
[0019]將一對永久式封隔器用的膠筒防突環1，安裝在封隔器心軸11上，分別安裝在封隔器膠筒8的兩邊；在防突環I遠離膠筒的一側是膠筒隔環7，在上端膠筒隔環7的上邊(按照行業標準，左上右下)安裝一個與封隔器心軸11相對固定的背帽6 ;背帽6與該心軸11通過螺紋連結，通過旋轉背帽6對膠筒隔環7、膠筒8及防突環I的位置進行調節並將它們固定；在下端膠筒隔環7下邊安裝有卡瓦座10，卡瓦座10在受到軸向力時，與心軸11產生相對滑動，從而上行壓縮膠簡8及防突環I。
[0020]如圖3所示，在封隔器未坐封前，膠筒8及防突環I均是自然狀態，即未被壓縮的狀態。當封隔器下到井下預定的位置，進行坐封作業時，卡瓦座10在外力的作用下，相對心軸11向上運動。由於背帽6與心軸11是螺紋連接，相對靜止狀態，所以卡瓦座10的上行，導致膠筒8和防突環I被壓縮，由於膠筒8是橡膠件，被壓縮後向著環形間隙9 「突出，，(如圖4所示)，此時防突環I首先起到阻止膠筒8向環形間隙9 「突出」的作用。同時，膠筒8被壓縮產生的結構應力致使防突環I的後臂4彈性展開，由於後臂長度與防突環肩部半徑之和等於套管內半徑，在後臂4彈性展開最大時，恰好完全封閉膠筒處的環形空間。在後臂4展開到最大的過程中，防突環I的前臂2在易翻折點3處發生接近90°的彎折並被膠筒8擠壓、定緊在套管5內壁上，前臂2受到大量的正壓力與摩擦力，使後臂4的彈性張開受阻，保證後臂4不過量外翻，使膠筒處的環形空間得以完全封閉，從而達到「防突」的作用。
[0021]其中，防突環I是在膠筒8在坐封時，保護膠筒8肩部不過量「突出」的一種保護性零件；前臂2，指的是在防突環可展開部分易翻折點3處分開，工作時發生非彈性彎折，最大可以彎折90°的部分；易翻折點3，是由內凹的半圓形成的一個力學弱點；後臂4，是指易翻折點3到防突環肩部12的這一部分；套管5，一種油井井下的管柱；背帽6，內徑是螺紋結構，通過螺紋與心軸11連接，旋轉背帽6可以調節膠筒8隔環7、膠筒8及防突環I的位置及鬆緊；膠筒隔環7，裝在膠筒8兩邊，均勻的傳遞軸向力，一般封隔器裝有一個或幾個不等的膠筒8，中間用膠筒隔環7分開；膠筒8，封隔器的核心部件，可壓縮變形，用來封堵環形間隙9 ;環形間隙9，工具下井後，套管5內壁與工具外徑形成的環空；卡瓦座10，與卡瓦組合使用，迫使卡瓦張開並錨定的一種零件；心軸11，串聯封隔器各零件，並具有內部流道的一種管子；防突環肩部12，可展開部分與非展開部分的交匯處；防突環迴轉中心13，是防突環的設計中心及迴轉中心。易翻折點3到防突環肩部12的距離是為後臂長度；防突環肩部12到防突環迴轉中心13的距離即為防突環肩部半徑。
【權利要求】
1.一種永久式封隔器用的膠筒防突環，其特徵在於:所述防突環(I)上具有易翻折點(3)，所述易翻折點(3)位於防突環的可展開部分，將防突環(I)的可展開部分分為前臂(2)和後臂⑷。
2.根據權利要求1所述的防突環，其特徵在於:其中所述前臂(2)是防突環可展開部分位於易翻折點一側，工作時發生非彈性彎折的部分，後臂(4)是可展開部分位於易翻折點另一側的部分。
3.根據權利要求2所述的防突環，其特徵在於:前臂(2)最大可以彎折90°，此彎折過程不可逆。
4.根據權利要求2所述的防突環，其特徵在於:後臂(4)工作時可彈性展開，此過程是可逆的。
5.根據權利要求4所述的防突環，其特徵在於:後臂(4)長度與防突環(I)肩部半徑之和等於套管(5)內半徑，其中易翻折點(3)到防突環肩部(12)的距離是為後臂長度；防突環肩部(12)到防突環迴轉中心(13)的距離為防突環肩部半徑。
6.根據權利要求5所述的防突環，其特徵在於:後臂(4)展開時，膠筒(8)處的環形間隙被完全封閉。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的防突環，其特徵在於:工作狀態時，前臂(2)包住正在膨脹的膠筒(8)，達到完全無間隙的密封；膠筒提供的正壓力使前臂(2)與套管內壁產生大量摩擦，使後臂(4)的彈性張開受阻，從而後臂(4)不會過度展開，阻止膠筒向環形間隙「突出」。
【文檔編號】E21B33/128GK203685115SQ201320638907
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】丁福慶, 張永維, 黃波 申請人:北京一龍恆業石油工程技術有限公司