CN105221097B - 用于封隔器的膨胀密封装置及包括其的封隔器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于封隔器的膨胀密封装置及包括其的封隔器。其中该膨胀密封装置包括：胶筒；分别设置在胶筒的两端的两个保护环，各保护环均包括与胶筒接合的接合端及与接合端相对的且具有截头圆锥形结构的推动端；套接于各截头圆锥形结构外的撑胀挡件。其中撑胀挡件构造成能够被沿轴向从外向内施加的力促动，并从截头圆锥形结构的小头部移动到大头部，使得撑胀挡件的整体径向尺寸不断向外扩张，以用于阻挡膨胀过程中蔓延到保护环的外周上的胶筒沿轴向向外蔓延。根据本发明的用于封隔器的膨胀密封装置，相比于现有技术能够改善胶筒的封隔密封性能，延长胶筒的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻完井工程领域，尤其涉及一种用于封隔器的膨胀密封装置及包括其的封隔器。
背景技术
封隔器作为石油井下环空封堵的密封设备，其封隔能力是衡量封隔器性能的重要技术指标之一，直接关系到井下作业施工的成败。而封隔器的封隔密封性能却直接取决于膨胀密封装置、例如具有保护环的胶筒的密封能力。
目前，为了提高胶筒的耐压性能，通常会在其两端处设有护腕式的保护环，以避免封隔器的液压机构直接作用胶筒而使其端部受到损伤。但在实际封隔的过程中，由于保护环不能够像胶筒似地做径向膨胀，因此膨胀后的胶筒不仅发生径向膨胀，而且沿径向超出保护环的胶筒也会沿轴向蔓延到保护环的外周上。这种情况的出现会严重地降低胶筒的封隔密封能力和胶筒的使用寿命。
发明内容
为了解决上述部分或全部技术问题，本发明的目的是提供一种用于封隔器的膨胀密封装置，其能够改善胶筒的封隔密封性能，延长胶筒的使用寿命。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于封隔器的膨胀密封装置，包括：胶筒；分别设置在胶筒的两端的两个保护环，各保护环均包括与胶筒接合的接合端及与接合端相对的且具有截头圆锥形结构的推动端；套接于各截头圆锥形结构外的撑胀挡件，其中撑胀挡件构造成能够被沿轴向从外向内施加的力促动并从截头圆锥形结构的小头部移动到大头部，使得撑胀挡件的整体径向尺寸不断向外扩张，以用于阻挡膨胀过程中蔓延到保护环的外周上的胶筒沿轴向向外继续蔓延。
在一个实施例中，撑胀挡件构造成沿轴向从外向内看时，呈现为具有径向开口的C形环。
在另一个实施例中，撑胀挡件包括套接在截头圆锥形结构外且能够被截头圆锥形结构胀开的滑动部，以及固定式环绕在滑动部的外周上的胀开檐。
在一个实施例中，撑胀挡件的胀开檐与撑胀挡件的中心轴线所形成的夹角为锐角。
在一个实施例中，在保护环的推动端的端面上设有用于形成截头圆锥形结构的锥形面的环形凹槽，环形凹槽的径向外槽壁低于环形凹槽的径向内槽壁，使得滑动部能够套接在截头圆锥形结构上的同时使胀开檐搭接在径向外槽壁上。
在一个实施例中，撑胀挡件还包括从胀开檐的外缘上沿着径向向内延伸的且绕周向彼此间隔开的多个助胀槽。
在一个实施例中，撑胀挡件还包括从滑动部的内缘上沿径向向外延伸的且绕周向彼此间隔开的多个应力槽，在周向上各助胀槽分别与相应的应力槽相对齐，并在相对的助胀槽与应力槽之间形成有用于衔接的间隔部。
在一个实施例中，该膨胀密封装置还包括分别设置在两个保护环外的用于沿轴向相对地挤压两个保护环的两个传压件。优选地，传压件构造成能够被封隔器的液压机构促动。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括了根据本发明的第一方面的膨胀密封装置的封隔器。
与现有技术相比，本发明的撑胀挡件可以大幅度地减少蔓延到保护环外周上的胶筒，从而增大胶筒的两端处的径向膨胀能力，因此本发明的膨胀密封装置可以有效地改善胶筒的封隔密封性能，延长胶筒的使用寿命。另外，倾斜设置的胀开檐可以进一步地缩减蔓延到保护环的外周上的胶筒，由此进一步地改善封隔密封性能，延长胶筒的使用寿命。
根据本发明的用于封隔器的膨胀密封装置的结构简单，加工方便，装配容易，使用安全高效，从而便于实施推广应用。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为根据本发明的用于封隔器的膨胀密封装置的结构示意图；
图2是图1中的A处的局部放大图；
图3显示了用于封隔器的膨胀密封装置的撑胀挡件；以及
图4是图3中的B处的局部放大图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
根据本发明的用于封隔器的膨胀密封装置应用在封隔器内，用以代替现有技术中的胶筒和设在胶筒两端的保护环，以便改善胶筒的封隔密封性能，提高胶筒的使用寿命。其中，所述的封隔器尤其为压缩膨胀式封隔器。
图1显示了根据本发明的用于封隔器的膨胀密封装置10和封隔器本体1。该膨胀密封装置10包括套接在封隔器本体1上的胶筒2，以及分别设在胶筒2的两端的两个保护环3。两个保护环3可分别套接在胶筒2的径向收缩的两端。
如图1和2所示，各保护环3均包括用于与胶筒2接合的接合端3a，以及与接合端3a相对的且具有截头圆锥形结构301的推动端3b。保护环3可由硬质材料制成，尤其是刚性金属材料。其中，截头圆锥形结构301的大头部靠近接合端3a，而小头部远离接合端3a。
根据本发明的用于封隔器的膨胀密封装置10还包括套接于各截头圆锥形结构301外的撑胀挡件4。撑胀挡件4可构造成类似于径向尺寸较宽的弹性套圈，也就是说，从轴向上看其呈现为具有径向开口的C形环。而在本实施例中提供了另一种撑胀挡件4，其可选由延伸性较好的金属材料制成，具体构造成这样，即其包括套接在截头圆锥形结构301外的滑动部4a，以及固定式环绕在滑动部4a的外周上的胀开檐4b。其中，滑动部4a例如构造成径向截面为矩形的环，并该环具有用于与截头圆锥形结构301滑动式配合的圆周式斜面。滑动部4a和胀开檐4b能够被截头圆锥形结构301胀开，以用于阻挡膨胀过程中蔓延到保护环3的外周上的胶筒2沿轴向向外继续蔓延。
当封隔器的液压机构向该膨胀密封装置10施加两个沿着轴向相对的力时，撑胀挡件4会受到沿轴向从外向内施加的力F，此时撑胀挡件4的整体径向尺寸不断向外扩张，以便阻挡膨胀过程中蔓延到保护环3的外周上的胶筒2沿轴向向外继续蔓延。
现有技术的保护环为确保蔓延到其外周上的胶筒与液压机构接触，通常都需要较长的轴向尺寸，虽然本发明的保护环3的外周上也有蔓延的胶筒2，但是其能够被整体径向尺寸扩张的胀开檐4b所阻挡，因此本发明的保护环3相对于现有技术能够具有更短的轴向尺寸。这种方式相比于现有技术，可以大幅度地减少蔓延到保护环3外周上的胶筒2，从而增大胶筒2的两端处的径向膨胀能力，因此本发明的膨胀密封装置10可以改善胶筒2的封隔密封性能，提高胶筒2的使用寿命。
为了进一步地缩减蔓延到保护环3的外周上的胶筒2，撑胀挡件4的胀开檐4b可构造成倾斜的，即其与撑胀挡件4的中心轴之间形成了小于90°的夹角。该撑胀挡件4的具有锐角的端面扣合于保护环3的推动端3b。在胀开檐4b的整体径向尺寸扩张的过程中，倾斜设置的胀开檐4b相比于平直设置的胀开檐4b更能够缩减蔓延到保护环3的外周上的胶筒2。
在该实施例中，在保护环3的推动端3b的端面上设有用于形成截头圆锥形结构301的锥形面的环形凹槽30。环形凹槽30的径向外槽壁30b低于环形凹槽30的径向内槽壁30a，因此套接在截头圆锥形结构301上的撑胀挡件4会把胀开檐4b搭接在径向外槽壁30b上。当各撑胀挡件4均会受到沿轴向从外向内施加的力F时，撑胀挡件4的胀开檐4b会被保护环3的径向外槽壁30b推动并使其与中心轴之间的角度变大，由此可以增大胀开檐4b的径向扩张能力。
为了避免撑胀挡件4的胀开檐4b与中心轴之间的角度变大时，胀开檐4b自身出现裂痕或断裂，在胀开檐4b上可设有从胀开檐4b的外缘上沿径向向内延伸且绕周向彼此间隔开的多个助胀槽4c，请参照图3和4。
为了增强撑胀挡件4的滑动部4a沿径向向外扩张的能力，撑胀挡件4还可包括多个从滑动部4a的内缘上沿径向向外延伸的且绕周向彼此间隔开的应力槽4d，在周向上各助胀槽4c分别与相应的应力槽4d相对齐，并在彼此相对的助胀槽4c与应力槽4d之间设有用于衔接的间隔部4e。间隔部4e能够在截头圆锥形结构301撑胀撑胀挡件4的过程中发生断裂，把撑胀挡件4断裂成若干个独立的节。由于每节内的胀开檐4b沿径向向外扩张的能力要强于整体式的撑胀挡件4沿径向向外扩张的能力，因此断裂后形成的节的撑胀挡件4具有更多大径向扩张范围，从而便于撑胀挡件4的尺寸设计更小。
在一个实施例中，膨胀密封装置10还包括分别设置在两个保护环3外的用于沿轴向相对地挤压两个保护环3的两个传压件5。传压件5包括贴合于保护环3的外端面上的筒体，以及形成在筒体内并允许保护环3的截头圆锥形结构301进入的内腔。传压件5主要用于推动保护环3的同时允许保护环3的截头圆锥形结构301进入，以便撑胀挡件4能够顺利地从截头圆锥形结构301的小头部移动到大头部。封隔器的液压机构能够沿轴向相对地挤压两个保护环3。其中，所述的封隔器以及液压机构属于本领域技术人员熟知的，在此不作详细描述。
相比于现有技术，根据本发明的用于封隔器的膨胀密封装置10能够改善胶筒的封隔密封性能，延长胶筒的使用寿命。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种用于封隔器的膨胀密封装置，包括：
胶筒；
分别设置在所述胶筒的两端的两个保护环，各所述保护环均包括与所述胶筒接合的接合端及与所述接合端相对的且具有截头圆锥形结构的推动端；
套接于各所述截头圆锥形结构外的撑胀挡件，其中所述撑胀挡件构造成能够被沿轴向从外向内施加的力促动，并从所述截头圆锥形结构的小头部移动到大头部，使得所述撑胀挡件的整体径向尺寸不断向外扩张，以用于阻挡膨胀过程中蔓延到所述保护环的外周上的所述胶筒沿轴向向外继续蔓延；
所述撑胀挡件包括套接在所述截头圆锥形结构外且能够被所述截头圆锥形结构胀开的滑动部，以及固定式环绕在所述滑动部的外周上的胀开檐。
2.根据权利要求1所述的膨胀密封装置，其特征在于，所述撑胀挡件构造成沿轴向从外向内看时，呈现为具有径向开口的C形环。
3.根据权利要求1所述的膨胀密封装置，其特征在于，所述撑胀挡件的胀开檐与撑胀挡件的中心轴线之间所形成的夹角为锐角。
4.根据权利要求3所述的膨胀密封装置，其特征在于，在所述保护环的推动端的端面上设有用于形成所述截头圆锥形结构的锥形面的环形凹槽，所述环形凹槽的径向外槽壁低于所述环形凹槽的径向内槽壁，使得所述滑动部能够套接在所述截头圆锥形结构上的同时使所述胀开檐搭接在所述径向外槽壁上。
5.根据权利要求4所述的膨胀密封装置，其特征在于，所述撑胀挡件还包括从所述胀开檐的外缘上沿径向向内延伸的且绕周向彼此间隔开的多个助胀槽。
6.根据权利要求5所述的膨胀密封装置，其特征在于，所述撑胀挡件还包括从所述滑动部的内缘上沿径向向外延伸的且绕周向彼此间隔开的多个应力槽，在周向上各所述助胀槽分别与相应的所述应力槽对齐，并在相对的所述助胀槽与应力槽之间形成有用于衔接的间隔部。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的膨胀密封装置，其特征在于，还包括分别设置在两个所述保护环外的用于沿轴向相对地挤压两个所述保护环的两个传压件。
8.根据权利要求7所述的膨胀密封装置，其特征在于，所述传压件构造成能够被所述封隔器的液压机构促动。
9.一种包括了根据权利要求1到8中任一项所述的膨胀密封装置的封隔器。
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