碳纤维预氧丝的胶筒及压缩式封隔器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及密封领域，特别是涉及一种耐高温高压的碳纤维预氧丝的胶筒和具有该胶筒的压缩式封隔器。胶筒，包括密封体，所述密封体具有用于密封的内表面和外表面，以及设置在所述密封体两个端部的受力部，所述密封体由多根碳纤维预氧丝编织而成；其中，当所述受力部受预定轴向压力作用而致所述密封体被轴向压缩时，所述密封体进行径向的向外凸起和径向的向内凸起以进行密封。本实用新型由碳纤维预氧丝制作的胶筒，能够耐高温和高压从而起到密封的作用，整体上起到了密封作用又耐受住了高温蒸汽。
【专利说明】
碳纤维预氧丝的胶筒及压缩式封隔器
技术领域
[0001]本实用新型涉及密封领域，特别是涉及一种耐高温高压的碳纤维预氧丝的胶筒和具有该胶筒的压缩式封隔器。
【背景技术】
[0002]胶筒是用于石油开采领域的密封件，胶筒一般使用橡胶类材料制成，故称之为胶筒。当胶筒需要承受一定的压力来促使其变形来密封时，需要考虑胶筒本身的形变能力，若形变不足会导致其无法起到密封作用;若形变过大，可能导致胶筒因压溃而失效，丧失恢复能力。最重要的是，当胶筒受到高温蒸汽作用时，胶筒更多的是因为受到高温高压的作用而失效而失去恢复能力。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种能适用于高温高压环境的胶筒技术，来防止其因尚温尚压而失效。
[0004]为了达到上述目的，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种耐高温高压的胶筒，包括密封体，所述密封体具有用于密封的内表面和外表面，以及设置在所述密封体两个端部的受力部，所述密封体由多根碳纤维预氧丝编织而成；
[0005]其中，当所述受力部受预定轴向压力作用而致所述密封体被轴向压缩时，所述密封体进行径向的向外凸起和径向的向内凸起以进行密封。
[0006]优选地，所述的胶筒还包含网格层，包覆于所述内表面和所述外表面，来将所述碳纤维预氧丝包覆于所述网格层内；
[0007]所述网格层的网格的大小设置为，当所述受力部受预定轴向压力作用而致所述密封体被轴向压缩时，所述密封体能延伸出所述网格来进行径向的向外凸起和径向的向内凸起以进行密封。
[0008]优选地，所述网格层为金属编织的丝网；或
[0009]所述网格层为碳纤维预氧丝编织的丝网。
[0010]优选地，所述碳纤维预氧丝经玮编织而成为所述密封体。
[0011]优选地，所述碳纤维预氧丝编织而成为长条形的编织段，多段所述编织段编织而成所述密封体；
[0012]优选地，所述碳纤维预氧丝经玮编织而成为所述编织段；
[0013]进一步优选地，所述编织段经玮编织而成为所述密封体。
[0014]优选地，多根所述碳纤维预氧丝之间通过石墨粘合剂连接。
[0015]优选地，多段所述编织段之间通过石墨粘合剂连接。
[0016]优选地，所述网格层具有第一开口部和第二开口部，所述第一开口部和所述第二开口部在所述内表面处叠合。
[0017]优选地，所述网格层具有第一开口部和第二开口部，所述第一开口部和所述第二开口部在所述内表面处不相接触。
[0018]根据本实用新型的另一个方面，提供一种压缩式封隔器，该压缩式封隔器包括上述技术方案之一所述的胶筒。
[0019]发明人发现，碳纤维预氧丝本身具有耐高温(大于350°C)和高压的特性，而且较为柔软。根据发明人调研，现有技术中还没有使用碳纤维预氧丝制作的胶筒。经试验验证，当胶筒由碳纤维预氧丝制作时，胶筒能够耐高温和高压从而能够起到密封的作用，整体上起到了密封作用又耐受住了高温蒸汽。
【附图说明】
[0020]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0021 ]图1是中心管与套管的位置关系示意图；
[0022]图2是根据本实用新型一个实施例胶筒的结构示意图；
[0023]图3是安装有本实用新型胶筒的压缩式封隔器的一部分的结构示意图。
[0024]图中的附图标记如下:
[0025]10-密封体，101-外表面，102-内表面，103-通孔，104-上受力部，105-下受力部，106-网格层，107-第一开口部，108-第二开口部；
[0026]30-中心管；
[0027]40-套管；
[0028]100-胶筒；
[0029]200-压缩式封隔器；
[0030]F-轴向压力。
【具体实施方式】
[0031]封隔器是油田井下采油的一种关键工具，广泛使用于油田分注、分层改造、分层采油、机械管道堵水等多种作业目的需要，封隔器需要进行环空的封隔，而实现环空封隔的核心部件是胶筒。胶筒作为封隔器的核心部件，它的质量直接影响封隔器的正常使用效果，使用寿命等，在封隔器中起着决定性的作用。一般胶筒在稠油开采中，橡胶材料难以承受350°C的高温蒸汽，易发生老化、弹性丧失等现象，甚至在强度下降到一定程度时会发动破裂，使胶筒密封失效，需要短时间内定期更换，耗费大量工时与物料。而单独采用耐高温塑料的胶筒时，由于聚醚醚酮材料较硬，达到坐封时的需要油压较大。
[0032]发明人发现，碳纤维预氧丝本身具有耐高温和高压的特性，而且较为柔软。根据发明人调研，现有技术中还没有使用碳纤维预氧丝制作的胶筒。经试验验证，当胶筒由碳纤维预氧丝制作时，胶筒能够耐高温和高压从而能够起到密封的作用。由于传统上的胶筒由橡胶类材料制成，当本实用新型的胶筒采用碳纤维预氧丝制作时，其在结构上已经与传统的胶筒有了很大的区别。简单来说，传统的胶筒是由橡胶类材料制作的密实结构，胶筒的密封体呈一个严密的整体。但当胶筒采用碳纤维预氧丝制作时，各个碳纤维预氧丝之间必然存在空隙，相对来说此时胶筒是一种较为松散柔软的结构，此处所说的松散是由碳纤维预氧丝之间存在的空隙决定的，此处的柔软是由碳纤维预氧丝本身的材料属性决定的。
[0033]由此，在本实用新型的一个实施例中，胶筒100选择为通常的整体为筒状的结构，筒状必然包括一通孔103，此通孔103内形成有密封体10用于密封的内表面102，与内表面102相对的一侧则形成有密封体10用于密封的外表面101。胶内表面102和外表面101在密封体10交汇的两个端部上形成上受力部104和下受力部105，此处的密封体10由多根碳纤维预氧丝编织而成。当上受力部104和下受力部105受预定轴向压力作用(例如图3中的轴向压力F)而致所述密封体1被轴向压缩时，所述密封体1进行径向的向外凸起和径向的向内凸起以进行密封，此处的径向的向外凸起和径向的向内凸起分别形成于外表面101上和内表面102上，本领域技术人员应当明白，绝对的径向凸起在实际工况中很难全部实现，所以此处的径向仅为一种理想状态，在实施过程中允许一定的偏差，只要此偏差不影响密封即可。
[0034]回到图1，压缩式封隔器200需要在井筒中把不同的油层、水层分隔开并承受一定压差，要求既能下到井筒预定位置，封隔严，又能在井下具有耐久性，需要时可顺利起出。如图1所示，图1是中心管30与套管40的位置关系示意图，而压缩式封隔器200与油管串联使用，并保持在油管与套管40形成的筒状空间内。当选用本实用新型的胶筒100时，密封体10的内外表面102、101能将中心管30与套管40分别密封住，保证了下序采油工作的顺利进行。
[0035]上文提到，当胶筒由碳纤维预氧丝制作时，胶筒能够耐高温和高压从而能够起到密封的作用。但是，由于仅有碳纤维预氧丝制作的胶筒较为松散，为了能更好的对胶筒定形，本实用新型的一个优选实施例中的胶筒100还包含网格层106，如图2所示的网格层106包覆于所述内表面102和所述外表面101。在图2中，网格层106仅包覆于外表面101的一部分，由此网格层106由分开的两部分组成。在其它实施例中，网格层106也可以包覆于外表面101的全部，由此网格层106由一个整体组成。网格层106能将所述碳纤维预氧丝包覆于所述网格层106内，减少了密封体1向内外表面1 2、1I方向的松散或密封前的位移。所述网格层106的具有大小不同的或相等大小的网格，网格的大小设置为，当上受力部104和下受力部105受到预定轴向压力作用而致所述密封体10被轴向压缩时，所述密封体10能延伸出所述网格来进行径向的向外凸起和径向的向内凸起以进行密封。也就是说，网格层106需要如此设置:在密封前防止密封体10松散，在密封时还能使得密封体10从网格中凸起来进行密封。在图2中的仅一部分外表面101覆盖有网格层106层时，能起到定形的作用，同时未包覆网格层106的部分能无障碍地凸起，兼顾了定形和凸起的作用。在内表面102仅包覆一部分网格层106的作用和效果类似，此处不再赘述。
[0036]关于网格层106的材质，在一个实施例中，所述网格层106为金属编织的丝网。在另一个实施例中，所述网格层106为碳纤维预氧丝编织的丝网。其思路在于，网格层106应能够承受住高温高压的作用，在密封时不会先于碳纤维预氧丝而失效。在网格层106为碳纤维预氧丝材质时，能在使用粘结剂时不考虑材料之间的差异，而使得网格层106与密封体10更好的粘接。
[0037]为了防止多根碳纤维预氧丝之间的松散结构，还可以将所述碳纤维预氧丝经玮编织而成为所述密封体10。或者，所述碳纤维预氧丝编织而成为长条形的编织段，多段所述编织段编织而成所述密封体10。在一个优选实施例中，所述碳纤维预氧丝经玮编织而成为所述编织段。在进一步优选实施例中，所述编织段经玮编织而成为所述密封体10。无论是碳纤维预氧丝经玮编织成编织段，还是编织段经玮编织成密封体10，一方面能起到防止松散的作用，另一方面也能够使得密封体在各个方向上(以图2为例的上、下、左、右)均能承受基本相同的压力。
[0038]为了进一步防止多根碳纤维预氧丝之间的松散结构，由于石墨粘合剂能承受高温，可以在多根所述碳纤维预氧丝之间通过石墨粘合剂连接，或者多段所述编织段之间通过石墨粘合剂连接。仅通过石墨粘合剂，在未密封时，已经能够防止多根碳纤维预氧丝或编织段之间的松散结构。但由于石墨粘合剂的粘结性较差，在高温高压下密封时，可能造成粘结性失效，因而在本实用新型的一个优选实施例中，胶筒100的内表面102和外表面101包覆有网格层106，并且多根碳纤维预氧丝之间通过石墨粘合剂连接，或者多段编织段之间通过石墨粘合剂连接。通过这种结构，能够使得胶筒100在密封前及密封时均能减少松散状态，防止胶筒100因外力破坏。
[0039]如上文所述，网格层106可以为一个整体或者由两部分组成。在由两部分组成时，必然由两个开口。在由一个整体组成时，开口部分可以焊接在一起来消除该开口。此时若网格层106与其内的密封体1紧贴，则密封体1在内外表面的凸起需克服网格层106的束缚，从而需要一个较大的压力来产生该凸起。若网格层106与其内的密封体10不紧贴，则起不到防止密封前松散的作用。由此，在本实用新型的一个实施例中，所述网格层106具有第一开口部107和第二开口部108，所述第一开口部107和所述第二开口部108在所述内表面102处叠合。与焊接不同，在网格层106与密封体10承受压力时，第一开口部107和第二开口部108会产生相对的位移，从而仅需较小的压力就能产生密封，此时的凸起包括密封体10在网格层106内的膨胀和网格层106外的膨胀。相同作用设置地，在另一个实施例中，所述第一开口部107和所述第二开口部108在所述内表面102处不相接触。
[0040]如图3所示，本实用新型还提供一种压缩式封隔器200，该压缩式封隔器200包括上述技术方案之一所述的胶筒100。
[0041]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实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型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。
【主权项】
1.一种耐高温高压的胶筒(100)，其特征在于，包括密封体(10)，所述密封体(10)具有用于密封的内表面(102)和外表面(101)，以及设置在所述密封体(10)两个端部的受力部(104、105)，所述密封体(10)由多根碳纤维预氧丝编织而成； 其中，当所述受力部(104、105)受预定轴向压力作用而致所述密封体(10)被轴向压缩时，所述密封体(1)进行径向的向外凸起和径向的向内凸起以进行密封。2.根据权利要求1所述的胶筒(100)，其特征在于，还包含: 网格层(106)，包覆于所述内表面(102)和所述外表面(101)，来将所述碳纤维预氧丝包覆于所述网格层(106)内； 所述网格层(106)的网格的大小设置为，当所述受力部(104、105)受预定轴向压力作用而致所述密封体(10)被轴向压缩时，所述密封体(10)能延伸出所述网格来进行所述向外凸起和所述向内凸起。3.根据权利要求2所述的胶筒(100)，其特征在于， 所述网格层(106)为金属编织的丝网；或 所述网格层(106)为碳纤维预氧丝编织的丝网。4.根据权利要求1所述的胶筒(100)，其特征在于， 所述碳纤维预氧丝经玮编织而成为所述密封体(10)。5.根据权利要求4所述的胶筒(100)，其特征在于， 所述碳纤维预氧丝编织而成为长条形的编织段，多段所述编织段编织而成所述密封体(10)o6.根据权利要求5所述的胶筒(100)，其特征在于， 所述编织段由所述碳纤维预氧丝经玮编织而成。7.根据权利要求6所述的胶筒(100)，其特征在于， 所述编织段经玮编织而成为所述密封体(10)。8.根据权利要求1所述的胶筒(100)，其特征在于， 多根所述碳纤维预氧丝之间通过石墨粘合剂连接。9.根据权利要求5所述的胶筒(100)，其特征在于， 多段所述编织段之间通过石墨粘合剂连接。10.根据权利要求2所述的胶筒(100)，其特征在于， 所述网格层(106)具有第一开口部(107)和第二开口部(108)，所述第一开口部(107)和所述第二开口部(108)在所述内表面(102)处叠合。11.根据权利要求2所述的胶筒(100)，其特征在于， 所述网格层(106)具有第一开口部(107)和第二开口部(108)，所述第一开口部(107)和所述第二开口部(108)在所述内表面(102)处不相接触。12.—种压缩式封隔器(200)，其特征在于包括权利要求1-11之一所述的胶筒(100)。
【文档编号】E21B33/128GK205422630SQ201620060797
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月21日
【发明人】宋炜, 励行根
【申请人】天鼎联创密封技术（北京）有限公司