碳纖維預(yù)氧絲的膠筒及壓縮式封隔器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及密封領(lǐng)域，特別是涉及一種耐高溫高壓的碳纖維預(yù)氧絲的膠筒和具有該膠筒的壓縮式封隔器。膠筒，包括密封體，所述密封體具有用于密封的內(nèi)表面和外表面，以及設(shè)置在所述密封體兩個(gè)端部的受力部，所述密封體由多根碳纖維預(yù)氧絲編織而成；其中，當(dāng)所述受力部受預(yù)定軸向壓力作用而致所述密封體被軸向壓縮時(shí)，所述密封體進(jìn)行徑向的向外凸起和徑向的向內(nèi)凸起以進(jìn)行密封。本實(shí)用新型由碳纖維預(yù)氧絲制作的膠筒，能夠耐高溫和高壓從而起到密封的作用，整體上起到了密封作用又耐受住了高溫蒸汽。
【專利說明】
碳纖維預(yù)氧絲的膠筒及壓縮式封隔器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及密封領(lǐng)域，特別是涉及一種耐高溫高壓的碳纖維預(yù)氧絲的膠筒和具有該膠筒的壓縮式封隔器。
【背景技術(shù)】
[0002]膠筒是用于石油開采領(lǐng)域的密封件，膠筒一般使用橡膠類材料制成，故稱之為膠筒。當(dāng)膠筒需要承受一定的壓力來促使其變形來密封時(shí)，需要考慮膠筒本身的形變能力，若形變不足會(huì)導(dǎo)致其無法起到密封作用;若形變過大，可能導(dǎo)致膠筒因壓潰而失效，喪失恢復(fù)能力。最重要的是，當(dāng)膠筒受到高溫蒸汽作用時(shí)，膠筒更多的是因?yàn)槭艿礁邷馗邏旱淖饔枚Фセ謴?fù)能力。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能適用于高溫高壓環(huán)境的膠筒技術(shù)，來防止其因尚溫尚壓而失效。
[0004]為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，本實(shí)用新型提供一種耐高溫高壓的膠筒，包括密封體，所述密封體具有用于密封的內(nèi)表面和外表面，以及設(shè)置在所述密封體兩個(gè)端部的受力部，所述密封體由多根碳纖維預(yù)氧絲編織而成；
[0005]其中，當(dāng)所述受力部受預(yù)定軸向壓力作用而致所述密封體被軸向壓縮時(shí)，所述密封體進(jìn)行徑向的向外凸起和徑向的向內(nèi)凸起以進(jìn)行密封。
[0006]優(yōu)選地，所述的膠筒還包含網(wǎng)格層，包覆于所述內(nèi)表面和所述外表面，來將所述碳纖維預(yù)氧絲包覆于所述網(wǎng)格層內(nèi)；
[0007]所述網(wǎng)格層的網(wǎng)格的大小設(shè)置為，當(dāng)所述受力部受預(yù)定軸向壓力作用而致所述密封體被軸向壓縮時(shí)，所述密封體能延伸出所述網(wǎng)格來進(jìn)行徑向的向外凸起和徑向的向內(nèi)凸起以進(jìn)行密封。
[0008]優(yōu)選地，所述網(wǎng)格層為金屬編織的絲網(wǎng)；或
[0009]所述網(wǎng)格層為碳纖維預(yù)氧絲編織的絲網(wǎng)。
[0010]優(yōu)選地，所述碳纖維預(yù)氧絲經(jīng)瑋編織而成為所述密封體。
[0011]優(yōu)選地，所述碳纖維預(yù)氧絲編織而成為長(zhǎng)條形的編織段，多段所述編織段編織而成所述密封體；
[0012]優(yōu)選地，所述碳纖維預(yù)氧絲經(jīng)瑋編織而成為所述編織段；
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述編織段經(jīng)瑋編織而成為所述密封體。
[0014]優(yōu)選地，多根所述碳纖維預(yù)氧絲之間通過石墨粘合劑連接。
[0015]優(yōu)選地，多段所述編織段之間通過石墨粘合劑連接。
[0016]優(yōu)選地，所述網(wǎng)格層具有第一開口部和第二開口部，所述第一開口部和所述第二開口部在所述內(nèi)表面處疊合。
[0017]優(yōu)選地，所述網(wǎng)格層具有第一開口部和第二開口部，所述第一開口部和所述第二開口部在所述內(nèi)表面處不相接觸。
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，提供一種壓縮式封隔器，該壓縮式封隔器包括上述技術(shù)方案之一所述的膠筒。
[0019]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，碳纖維預(yù)氧絲本身具有耐高溫(大于350°C)和高壓的特性，而且較為柔軟。根據(jù)發(fā)明人調(diào)研，現(xiàn)有技術(shù)中還沒有使用碳纖維預(yù)氧絲制作的膠筒。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)膠筒由碳纖維預(yù)氧絲制作時(shí)，膠筒能夠耐高溫和高壓從而能夠起到密封的作用，整體上起到了密封作用又耐受住了高溫蒸汽。
【附圖說明】
[0020]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本實(shí)用新型的一些具體實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中:
[0021 ]圖1是中心管與套管的位置關(guān)系示意圖；
[0022]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例膠筒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是安裝有本實(shí)用新型膠筒的壓縮式封隔器的一部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中的附圖標(biāo)記如下:
[0025]10-密封體，101-外表面，102-內(nèi)表面，103-通孔，104-上受力部，105-下受力部，106-網(wǎng)格層，107-第一開口部，108-第二開口部；
[0026]30-中心管；
[0027]40-套管；
[0028]100-膠筒；
[0029]200-壓縮式封隔器；
[0030]F-軸向壓力。
【具體實(shí)施方式】
[0031]封隔器是油田井下采油的一種關(guān)鍵工具，廣泛使用于油田分注、分層改造、分層采油、機(jī)械管道堵水等多種作業(yè)目的需要，封隔器需要進(jìn)行環(huán)空的封隔，而實(shí)現(xiàn)環(huán)空封隔的核心部件是膠筒。膠筒作為封隔器的核心部件，它的質(zhì)量直接影響封隔器的正常使用效果，使用壽命等，在封隔器中起著決定性的作用。一般膠筒在稠油開采中，橡膠材料難以承受350°C的高溫蒸汽，易發(fā)生老化、彈性喪失等現(xiàn)象，甚至在強(qiáng)度下降到一定程度時(shí)會(huì)發(fā)動(dòng)破裂，使膠筒密封失效，需要短時(shí)間內(nèi)定期更換，耗費(fèi)大量工時(shí)與物料。而單獨(dú)采用耐高溫塑料的膠筒時(shí)，由于聚醚醚酮材料較硬，達(dá)到坐封時(shí)的需要油壓較大。
[0032]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，碳纖維預(yù)氧絲本身具有耐高溫和高壓的特性，而且較為柔軟。根據(jù)發(fā)明人調(diào)研，現(xiàn)有技術(shù)中還沒有使用碳纖維預(yù)氧絲制作的膠筒。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)膠筒由碳纖維預(yù)氧絲制作時(shí)，膠筒能夠耐高溫和高壓從而能夠起到密封的作用。由于傳統(tǒng)上的膠筒由橡膠類材料制成，當(dāng)本實(shí)用新型的膠筒采用碳纖維預(yù)氧絲制作時(shí)，其在結(jié)構(gòu)上已經(jīng)與傳統(tǒng)的膠筒有了很大的區(qū)別。簡(jiǎn)單來說，傳統(tǒng)的膠筒是由橡膠類材料制作的密實(shí)結(jié)構(gòu)，膠筒的密封體呈一個(gè)嚴(yán)密的整體。但當(dāng)膠筒采用碳纖維預(yù)氧絲制作時(shí)，各個(gè)碳纖維預(yù)氧絲之間必然存在空隙，相對(duì)來說此時(shí)膠筒是一種較為松散柔軟的結(jié)構(gòu)，此處所說的松散是由碳纖維預(yù)氧絲之間存在的空隙決定的，此處的柔軟是由碳纖維預(yù)氧絲本身的材料屬性決定的。
[0033]由此，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，膠筒100選擇為通常的整體為筒狀的結(jié)構(gòu)，筒狀必然包括一通孔103，此通孔103內(nèi)形成有密封體10用于密封的內(nèi)表面102，與內(nèi)表面102相對(duì)的一側(cè)則形成有密封體10用于密封的外表面101。膠內(nèi)表面102和外表面101在密封體10交匯的兩個(gè)端部上形成上受力部104和下受力部105，此處的密封體10由多根碳纖維預(yù)氧絲編織而成。當(dāng)上受力部104和下受力部105受預(yù)定軸向壓力作用(例如圖3中的軸向壓力F)而致所述密封體1被軸向壓縮時(shí)，所述密封體1進(jìn)行徑向的向外凸起和徑向的向內(nèi)凸起以進(jìn)行密封，此處的徑向的向外凸起和徑向的向內(nèi)凸起分別形成于外表面101上和內(nèi)表面102上，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，絕對(duì)的徑向凸起在實(shí)際工況中很難全部實(shí)現(xiàn)，所以此處的徑向僅為一種理想狀態(tài)，在實(shí)施過程中允許一定的偏差，只要此偏差不影響密封即可。
[0034]回到圖1，壓縮式封隔器200需要在井筒中把不同的油層、水層分隔開并承受一定壓差，要求既能下到井筒預(yù)定位置，封隔嚴(yán)，又能在井下具有耐久性，需要時(shí)可順利起出。如圖1所示，圖1是中心管30與套管40的位置關(guān)系示意圖，而壓縮式封隔器200與油管串聯(lián)使用，并保持在油管與套管40形成的筒狀空間內(nèi)。當(dāng)選用本實(shí)用新型的膠筒100時(shí)，密封體10的內(nèi)外表面102、101能將中心管30與套管40分別密封住，保證了下序采油工作的順利進(jìn)行。
[0035]上文提到，當(dāng)膠筒由碳纖維預(yù)氧絲制作時(shí)，膠筒能夠耐高溫和高壓從而能夠起到密封的作用。但是，由于僅有碳纖維預(yù)氧絲制作的膠筒較為松散，為了能更好的對(duì)膠筒定形，本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的膠筒100還包含網(wǎng)格層106，如圖2所示的網(wǎng)格層106包覆于所述內(nèi)表面102和所述外表面101。在圖2中，網(wǎng)格層106僅包覆于外表面101的一部分，由此網(wǎng)格層106由分開的兩部分組成。在其它實(shí)施例中，網(wǎng)格層106也可以包覆于外表面101的全部，由此網(wǎng)格層106由一個(gè)整體組成。網(wǎng)格層106能將所述碳纖維預(yù)氧絲包覆于所述網(wǎng)格層106內(nèi)，減少了密封體1向內(nèi)外表面1 2、1I方向的松散或密封前的位移。所述網(wǎng)格層106的具有大小不同的或相等大小的網(wǎng)格，網(wǎng)格的大小設(shè)置為，當(dāng)上受力部104和下受力部105受到預(yù)定軸向壓力作用而致所述密封體10被軸向壓縮時(shí)，所述密封體10能延伸出所述網(wǎng)格來進(jìn)行徑向的向外凸起和徑向的向內(nèi)凸起以進(jìn)行密封。也就是說，網(wǎng)格層106需要如此設(shè)置:在密封前防止密封體10松散，在密封時(shí)還能使得密封體10從網(wǎng)格中凸起來進(jìn)行密封。在圖2中的僅一部分外表面101覆蓋有網(wǎng)格層106層時(shí)，能起到定形的作用，同時(shí)未包覆網(wǎng)格層106的部分能無障礙地凸起，兼顧了定形和凸起的作用。在內(nèi)表面102僅包覆一部分網(wǎng)格層106的作用和效果類似，此處不再贅述。
[0036]關(guān)于網(wǎng)格層106的材質(zhì)，在一個(gè)實(shí)施例中，所述網(wǎng)格層106為金屬編織的絲網(wǎng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述網(wǎng)格層106為碳纖維預(yù)氧絲編織的絲網(wǎng)。其思路在于，網(wǎng)格層106應(yīng)能夠承受住高溫高壓的作用，在密封時(shí)不會(huì)先于碳纖維預(yù)氧絲而失效。在網(wǎng)格層106為碳纖維預(yù)氧絲材質(zhì)時(shí)，能在使用粘結(jié)劑時(shí)不考慮材料之間的差異，而使得網(wǎng)格層106與密封體10更好的粘接。
[0037]為了防止多根碳纖維預(yù)氧絲之間的松散結(jié)構(gòu)，還可以將所述碳纖維預(yù)氧絲經(jīng)瑋編織而成為所述密封體10?；蛘?，所述碳纖維預(yù)氧絲編織而成為長(zhǎng)條形的編織段，多段所述編織段編織而成所述密封體10。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述碳纖維預(yù)氧絲經(jīng)瑋編織而成為所述編織段。在進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例中，所述編織段經(jīng)瑋編織而成為所述密封體10。無論是碳纖維預(yù)氧絲經(jīng)瑋編織成編織段，還是編織段經(jīng)瑋編織成密封體10，一方面能起到防止松散的作用，另一方面也能夠使得密封體在各個(gè)方向上(以圖2為例的上、下、左、右)均能承受基本相同的壓力。
[0038]為了進(jìn)一步防止多根碳纖維預(yù)氧絲之間的松散結(jié)構(gòu)，由于石墨粘合劑能承受高溫，可以在多根所述碳纖維預(yù)氧絲之間通過石墨粘合劑連接，或者多段所述編織段之間通過石墨粘合劑連接。僅通過石墨粘合劑，在未密封時(shí)，已經(jīng)能夠防止多根碳纖維預(yù)氧絲或編織段之間的松散結(jié)構(gòu)。但由于石墨粘合劑的粘結(jié)性較差，在高溫高壓下密封時(shí)，可能造成粘結(jié)性失效，因而在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，膠筒100的內(nèi)表面102和外表面101包覆有網(wǎng)格層106，并且多根碳纖維預(yù)氧絲之間通過石墨粘合劑連接，或者多段編織段之間通過石墨粘合劑連接。通過這種結(jié)構(gòu)，能夠使得膠筒100在密封前及密封時(shí)均能減少松散狀態(tài)，防止膠筒100因外力破壞。
[0039]如上文所述，網(wǎng)格層106可以為一個(gè)整體或者由兩部分組成。在由兩部分組成時(shí)，必然由兩個(gè)開口。在由一個(gè)整體組成時(shí)，開口部分可以焊接在一起來消除該開口。此時(shí)若網(wǎng)格層106與其內(nèi)的密封體1緊貼，則密封體1在內(nèi)外表面的凸起需克服網(wǎng)格層106的束縛，從而需要一個(gè)較大的壓力來產(chǎn)生該凸起。若網(wǎng)格層106與其內(nèi)的密封體10不緊貼，則起不到防止密封前松散的作用。由此，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述網(wǎng)格層106具有第一開口部107和第二開口部108，所述第一開口部107和所述第二開口部108在所述內(nèi)表面102處疊合。與焊接不同，在網(wǎng)格層106與密封體10承受壓力時(shí)，第一開口部107和第二開口部108會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的位移，從而僅需較小的壓力就能產(chǎn)生密封，此時(shí)的凸起包括密封體10在網(wǎng)格層106內(nèi)的膨脹和網(wǎng)格層106外的膨脹。相同作用設(shè)置地，在另一個(gè)實(shí)施例中，所述第一開口部107和所述第二開口部108在所述內(nèi)表面102處不相接觸。
[0040]如圖3所示，本實(shí)用新型還提供一種壓縮式封隔器200，該壓縮式封隔器200包括上述技術(shù)方案之一所述的膠筒100。
[0041]至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本實(shí)用新型的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本實(shí)用新型公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本實(shí)用新型原理的許多其他變型或修改。因此，本實(shí)用新型的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種耐高溫高壓的膠筒(100)，其特征在于，包括密封體(10)，所述密封體(10)具有用于密封的內(nèi)表面(102)和外表面(101)，以及設(shè)置在所述密封體(10)兩個(gè)端部的受力部(104、105)，所述密封體(10)由多根碳纖維預(yù)氧絲編織而成； 其中，當(dāng)所述受力部(104、105)受預(yù)定軸向壓力作用而致所述密封體(10)被軸向壓縮時(shí)，所述密封體(1)進(jìn)行徑向的向外凸起和徑向的向內(nèi)凸起以進(jìn)行密封。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠筒(100)，其特征在于，還包含: 網(wǎng)格層(106)，包覆于所述內(nèi)表面(102)和所述外表面(101)，來將所述碳纖維預(yù)氧絲包覆于所述網(wǎng)格層(106)內(nèi)； 所述網(wǎng)格層(106)的網(wǎng)格的大小設(shè)置為，當(dāng)所述受力部(104、105)受預(yù)定軸向壓力作用而致所述密封體(10)被軸向壓縮時(shí)，所述密封體(10)能延伸出所述網(wǎng)格來進(jìn)行所述向外凸起和所述向內(nèi)凸起。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠筒(100)，其特征在于， 所述網(wǎng)格層(106)為金屬編織的絲網(wǎng)；或 所述網(wǎng)格層(106)為碳纖維預(yù)氧絲編織的絲網(wǎng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠筒(100)，其特征在于， 所述碳纖維預(yù)氧絲經(jīng)瑋編織而成為所述密封體(10)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膠筒(100)，其特征在于， 所述碳纖維預(yù)氧絲編織而成為長(zhǎng)條形的編織段，多段所述編織段編織而成所述密封體(10)o6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膠筒(100)，其特征在于， 所述編織段由所述碳纖維預(yù)氧絲經(jīng)瑋編織而成。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膠筒(100)，其特征在于， 所述編織段經(jīng)瑋編織而成為所述密封體(10)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠筒(100)，其特征在于， 多根所述碳纖維預(yù)氧絲之間通過石墨粘合劑連接。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膠筒(100)，其特征在于， 多段所述編織段之間通過石墨粘合劑連接。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠筒(100)，其特征在于， 所述網(wǎng)格層(106)具有第一開口部(107)和第二開口部(108)，所述第一開口部(107)和所述第二開口部(108)在所述內(nèi)表面(102)處疊合。11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠筒(100)，其特征在于， 所述網(wǎng)格層(106)具有第一開口部(107)和第二開口部(108)，所述第一開口部(107)和所述第二開口部(108)在所述內(nèi)表面(102)處不相接觸。12.—種壓縮式封隔器(200)，其特征在于包括權(quán)利要求1-11之一所述的膠筒(100)。
【文檔編號(hào)】E21B33/128GK205422630SQ201620060797
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年1月21日
【發(fā)明人】宋煒, 勵(lì)行根
【申請(qǐng)人】天鼎聯(lián)創(chuàng)密封技術(shù)（北京）有限公司