CN207583344U - 一种金属骨架胶筒 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属骨架胶筒，属于油田井下工具领域。该钢骨架胶筒包括胶筒本体和金属骨架两部分，所述胶筒本体为筒状，其内部开有矩形截面的圆环槽，圆环槽内装有筒形金属骨架。所述筒形金属骨架可沿轴向被压缩，产生径向膨胀，支撑胶筒本体密封油套管环空。其实用性能好，可以实现胶筒的定向、多道密封，有效地改善了胶筒的应力分布，将轴向载荷转化为密封应力，使主密封部位接触应力大；同时设计的金属骨架结构可实现在胶筒压缩时密封油管并存储能量，胶筒解封时，释放能量，使胶筒快速恢复原状。是一种小直径大膨胀量的封隔器胶筒，具有操作方便、密封控制效果好、安全可靠等优点。

Description

一种金属骨架胶筒

技术领域

本实用新型公开了一种金属骨架胶筒，属于油田井下工具领域。

背景技术

封隔器作为井下采油的重要工具，密封性能的好坏完全取决于其胶筒密封性能的好坏。胶筒作为一种密封原件，通过胶筒本体轴向受压缩后产生径向膨胀来封隔油层或水层。我国目前封隔器的使用都是根据国家标准来选择的，根据套管内径选择合适的封隔器。如套管内径为124mm则选择外径为 120mm的封隔器，封隔器的膨胀胶筒单边膨胀2mm就可以达到套管封隔的密封强度。但由于生产过程中的一些工程技术因素或是地质环境的破坏等原因造成破损的套管，经修补后会出现缩径的现象。因此必须使用小直径大膨胀量的封隔器。小直径封隔器采用纯橡胶胶筒时，产生大膨胀量后无法满足封隔后所要求的密封强度。此外，纯橡胶胶筒在坐封时，虽然其与管壁接触面积很大，但实际起密封作用的只有一条环线，密封效果差，轴向加载对径向密封能力的提高影响不大。

实用新型内容

基于以上现状，本实用新型设计了一种金属骨架胶筒，采用钢质筒形骨架与橡胶本体复合的结构，使小直径封隔器可以密封较大环形空间的同时实现胶筒的定向密封、多环线密封，增大胶筒与管线的接触面积，使其满足密封强度的使用要求。

一种封隔器用金属骨架胶筒，包括胶筒本体(1)、金属骨架(2)两部分，

所述的胶筒本体(1)为外形为筒状，内设置有矩形截面环形槽，槽内包含金属骨架(2)；

所述的金属骨架(2)为由三部分组成的中心对称的圆筒形骨架，从上到中间部分依次是端环(2a)、支撑结构(2b)、中间环(2c)。所述端环(2a) 为一端具有较长插齿的环形结构，插齿上端开有连接孔；所述支撑结构(2b) 为由两块连接板铰接而形成的结构；所述中间环(2c)为上下两端面均具有较长插齿的环形结构，插齿上端开有连接孔。所述端环(2a)与支撑结构(2b) 铰接，支撑结构(2b)另一端再与所述中间环(2c)铰接，形成金属骨架上部结构，下部骨架结构与上部完全相同。

所述的金属骨架(2)为可以将胶筒的轴向压缩转化为径向膨胀的钢质筒形骨架。

所述的金属骨架(2)的刚度大于胶筒本体(1)的刚度。

所述端环(2a)，中间环(2c)具有相同个数的插齿，插齿均匀的分布在圆环上。其插齿个数可以根据可根据密封工况要求确定，密封工况要求密封压力越大，相同直径的端环和中心环上插齿数应越多。且通过插齿作用的应力范围，亦可满足无插齿作用的悬空部分接触应力大于密封压力的要求。

本实用新型提供的金属骨架胶筒的工作原理如下：

金属骨架胶筒作为一个整体，安装在油管上，下放至井下。当胶筒被轴向压缩时，金属骨架(2)亦被轴向压缩，外V形排布的支撑结构(2b)受力张开，支撑胶筒本体(1)径向膨胀，接触套管，支撑结构(2b)对胶筒扩张力的增大，压紧胶筒本体(1)外径与套管，实现外密封；同时支撑结构(2b)对中间环(2c)、端环(2a)的插齿作用力也增大，使插齿沿径向收缩变形，存储能量，压紧胶筒本体(1)内径与油管，实现内密封，金属骨架(2)由图2所示的筒形变为图3所示的中间膨胀的灯笼形，从而实现胶筒对油套管环形空间的密封，完成坐封。

此外，通过布置两个或多个连接板支撑结构(2b)，便可以实现多道、定向的密封。一般而言，外密封环(胶筒本体外径与套管之间的密封环)的个数是内密封环(胶筒本体内径与油管管之间的密封环)个数的1/2。在本设计实例中，设计了两个支撑结构(2b)，可实现2道外密封环和4道内密封环的密封，且其内密封环的密封接触应力为外密封环密封接触应力的1/2。

在解封过程中，胶筒的轴向压缩载荷减小，中间环(2c)、端环(2a) 的插齿变形恢复，存储于其中的能量释放，同时胶筒本体(1)的弹性势能释放，使金属骨架由图3所示的中间膨胀的灯笼形变为图2所示的筒形，完成解封。

附图说明

图1：本实用封隔器用金属骨架胶筒结构示意图；

图2：本实用新型金属骨架胶筒解封时骨架的形状结构示意图；

图3：本实用新型金属骨架胶筒坐封时骨架的形状结构示意图；

图4：端环结构示意图；

图5：支撑结构示意图；

图6：中间环结构示意图；

图7：连接板结构示意图。

符号说明

1.胶筒本体，2.金属骨架，2a.端环，2b.支撑结构，2c.中间环

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为封隔器用金属骨架胶筒结构示意图，图2、3分别为解封时、坐封时金属骨架结构示意图，图3为端环结构示意图，图4为支撑结构示意图，图5为中间环结构示意图，图6为连接板结构示意图。

本实例为一个可以实现2道外密封，4道内密封的的金属胶筒，包括胶筒本体(1)、金属骨架(2)两部分，

所述的胶筒本体(1)为外形为筒状，材质与普通胶筒相同均为橡胶，内设置有矩形截面环形槽，槽内包含金属骨架(2)，矩形截面槽的轴向高度比金属骨架(2)的轴向高度小10～20mm，以满足在装配完成后，金属骨架 (2)的支撑结构(2b)为外“V”型排布，确保受轴向载荷时，胶筒支撑结构 (2b)可以沿径向向外膨胀。

所述的胶筒本体(1)为筒状，胶筒本体(1)内设置有矩形截面环形槽，槽内包含金属骨架(2),所述的金属骨架(2)为由三部分组成的中心对称的圆筒形骨架，从上部到中间部分依次是端环(2a)、支撑结构(2b)、中间环 (2c)。所述端环(2a)为一端具有较长插齿的环形结构，插齿上端开有连接孔；所述支撑结构(2b)为由两块连接板铰接而形成的结构；所述中间环 (2c)为上下两端面均具有较长插齿的环形结构，插齿上端开有连接孔。所述端环(2a)与支撑结构(2b)铰接，支撑结构(2b)另一端再与所述中间环(2c)铰接，形成金属骨架上部结构，下部骨架结构与上部完全相同。

所述的金属骨架(2)为可以将胶筒的轴向压缩转化为径向膨胀的钢质筒形骨架，且刚度大于胶筒本体(1)的刚度，保证其能有效的支撑胶筒本体，实现坐封。

所述端环(2a)，中间环(2c)为具有相同个数的插齿，其插齿个数可以根据可根据密封工况要求确定，密封工况要求密封压力越大，相同直径的端环(2a)和中心环(2c)上插齿数应越多。且通过插齿作用的应力范围，亦可满足无插齿作用的悬空部分亦满足其接触应力大于密封压力的要求。

本实用新型提供的金属骨架胶筒的工作原理如下：

金属骨架胶筒作为一个整体，安装在油管上，下放至井下。当胶筒被轴向压缩时，金属骨架(2)亦被轴向压缩，外V形排布的支撑结构(2b)受力张开，支撑胶筒本体(1)径向膨胀，接触套管，支撑结构(2b)对胶筒扩张力的增大，压紧胶筒本体(1)外径与套管，实现外密封；同时支撑结构(2b)对中间环(2c)、端环(2a)的插齿作用力也增大，使插齿沿径向收缩变形，存储能量，压紧胶筒本体(1)内径与油管，实现内密封，金属骨架(2)由图2所示的筒形变为图3所示的中间膨胀的灯笼形，从而实现胶筒对油套管环形空间的密封，完成坐封。

此外，通过布置两个或多个支撑结构(2b)，便可以实现多道、定向的密封。一般而言，外密封环(胶筒本体外径与套管之间的密封环)的个数是内密封环(胶筒本体内径与油管管之间的密封环)个数的1/2。在本设计实例中，设计了两个支撑结构(2b)，可实现2道外密封环和4道内密封环的密封，且其内密封环的密封接触应力为外密封环密封接触应力的1/2。

在解封过程中，胶筒的轴向压缩载荷减小，中间环(2c)、端环(2a) 的插齿变形恢复，存储于其中的能量释放，同时胶筒本体(1)的弹性势能释放，使金属骨架(2)由图3所示的中间膨胀的灯笼形变为图2所示的筒形，完成解封。

Claims (3)

1.一种金属骨架胶筒，包括胶筒本体(1)，其特征在于：所述的胶筒本体(1)为筒状，胶筒本体(1)内设置有矩形截面环形槽，槽内包含金属骨架(2),所述的金属骨架(2)为由三部分组成的中心对称的圆筒形骨架，从上部到中间部分依次是端环(2a)、支撑结构(2b)、中间环(2c)；所述端环(2a)为一端具有较长插齿的环形结构，插齿上端开有连接孔；所述支撑结构(2b)为由两块连接板铰接而形成的结构；所述中间环(2c)为上下两端面均具有较长插齿的环形结构，插齿上端开有连接孔；所述端环(2a)与支撑结构(2b)铰接，支撑结构(2b)另一端再与所述中间环(2c)铰接，形成金属骨架上部结构，下部骨架结构与上部完全相同。

2.根据权利要求1所述的一种金属骨架胶筒，其特征在于：所述的金属骨架(2)为可以将胶筒的轴向压缩转化为径向膨胀的钢质筒形骨架。

3.根据权利要求1所述的一种金属骨架胶筒，其特征在于：所述的金属骨架(2)的刚度大于胶筒本体(1)的刚度。