本申請(qǐng)涉及材料領(lǐng)域，特別是涉及一種耐高溫高壓的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、使用該復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造的膠筒、膠筒制造方法、具有該膠筒的封隔器及橋塞。

背景技術(shù)：

全球可開采的稠油約4000億噸，約是常規(guī)原油的2.5倍。稠油中的膠質(zhì)與瀝青含量較高，輕質(zhì)餾分較少，因此相對(duì)密度及粘度比較高。而粘度是影響稠油采收率的主要因素，隨著溫度增加，粘度很快下降，從而有利于稠油采收率的提高。蒸汽吞吐技術(shù)是稠油開采的主要技術(shù)，該技術(shù)通過對(duì)稠油油井注入高溫高壓飽和蒸汽，將油層中一定范圍內(nèi)的原油加熱降粘后，回采出來，即吞進(jìn)蒸汽，吐出原油。蒸汽吞吐技術(shù)包括注蒸汽階段、悶井階段(目的在于將原油加熱降粘)和開井回采階段。

封隔器是蒸汽吞吐技術(shù)的關(guān)鍵工具。另外，橋塞也是采油工作中普遍使用的一種油氣分層工具。封隔器和橋塞的主要區(qū)別是，封隔器一般是在壓裂、酸化、找漏等措施施工時(shí)暫時(shí)的留在井內(nèi)，而橋塞是在封層采油等措施時(shí)暫時(shí)或永久地留在井內(nèi)。從結(jié)構(gòu)上說，封隔器是中空結(jié)構(gòu)，可以自由流動(dòng)油氣水，而橋塞中則是實(shí)心結(jié)構(gòu)。

作為油氣分離的工具，封隔器和橋塞都需要膠筒，膠筒作為密封的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量直接影響封隔器和橋塞的密封效果和使用壽命。膠筒一般采用橡膠類材料制成，故稱之為膠筒。但膠筒僅是一種行業(yè)內(nèi)約定成俗的技術(shù)術(shù)語，用于表示起到密封作用的功能性部件，而不僅僅指膠筒只能由橡膠制作。當(dāng)膠筒承受一定的壓力來促使其變形用來密封時(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)膠筒在井下受到高溫蒸汽作用時(shí)，膠筒更多的是受到高溫高壓的同時(shí)作用而失效導(dǎo)致失去恢復(fù)能力。

2002年第九期的《石油機(jī)械》公開了《封隔器壓縮膠筒“防突”新結(jié)構(gòu)》，其中記載有如下內(nèi)容：“所謂防突，就是在膠筒端部安放某種阻擋環(huán)、支撐件、限制裝置和保護(hù)件等，用于阻止和限制封隔器坐封時(shí)膠筒朝油套環(huán)形空間突出或流動(dòng)”?！坝捎诜劳唤Y(jié)構(gòu)是用來覆蓋封隔器和套管間的環(huán)形間隙，封隔器坐封時(shí)，一旦膠筒變形與套管壁接觸，在外載作用下，防突裝置就會(huì)展開罩住封隔器與套管壁間的環(huán)隙，阻止膠筒朝此環(huán)隙中突出，迫使膠筒呈各向均勻壓縮狀態(tài)，產(chǎn)生和保持膠筒較高的接觸應(yīng)力，從而獲得良好的密封”?！啊饕秀~碗固化型和鋼網(wǎng)或鋼帶固化型兩種。前者是將兩個(gè)2mm厚的銅碗分別固化在兩個(gè)端膠筒某一端面上，后者是將厚1mm左右的鋼網(wǎng)或鋼帶分別固化在兩個(gè)端膠筒某一端面上”。

2013年第一期的《石油礦場(chǎng)機(jī)械》公開了《封隔器膠筒結(jié)構(gòu)改進(jìn)及優(yōu)勢(shì)分析》的文章，其中記載有以下內(nèi)容：“常用的封隔器上串有3個(gè)膠筒，分為上、中、下3個(gè)膠筒結(jié)構(gòu)尺寸相同和上下膠筒為長膠筒、中膠筒為短膠筒2種結(jié)構(gòu)形式。通過對(duì)傳統(tǒng)三膠筒結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，起主要密封作用的是上膠筒”。并且，通過非線性有限元分析軟件Abaqus進(jìn)行非線性分析得出：“隨著軸向載荷增大，軸向壓縮量也增大，開始時(shí)壓縮量增大較明顯，隨后壓縮量增大變緩，膠筒變形趨于穩(wěn)定；隨著坐封力的增大，膠筒與套管接觸長度逐漸增加。膠筒外表柱面部分徑向變形受限制，膠筒內(nèi)表面變形如外表一樣向外鼓，當(dāng)載荷增加時(shí)膠筒被壓扁并在最后壓實(shí)。但由于結(jié)構(gòu)限制，只有上膠筒能夠被壓實(shí)。在工作壓力為30MPa時(shí)，上膠筒基本完全壓實(shí)，膠筒上端出現(xiàn)輕微肩突，但未發(fā)生膠筒割裂現(xiàn)象，肩突在允許范圍之內(nèi)”。

2009年第一期《石油礦場(chǎng)機(jī)械》中的《高壓封隔器密封膠筒的改進(jìn)》中認(rèn)為“由于橡膠表層容易被撕裂，因此考慮在橡膠的表層加一層金屬片(例如銅片)”。

發(fā)明人經(jīng)過分析，認(rèn)為上述現(xiàn)有技術(shù)僅分析了施加第一軸向壓力(相當(dāng)于“軸向載荷”)對(duì)膠筒形變的影響。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，需要對(duì)膠筒首先施加一個(gè)自上而下的第一軸向壓力來使膠筒產(chǎn)生初步的密封，然后膠筒施會(huì)受到自下而上的第二軸向壓力(注入的蒸汽、井底氣體等物質(zhì)對(duì)膠筒的沖擊)。根據(jù)發(fā)明人的試驗(yàn)，當(dāng)?shù)谝惠S向壓力為30MPa時(shí)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)幾乎所有的膠筒都會(huì)出現(xiàn)肩突，再進(jìn)一步施加第二軸向壓力(例如15MPa或20MPa)時(shí)，所有的膠筒均會(huì)在肩突處產(chǎn)生割裂，導(dǎo)致密封失效。

進(jìn)一步地，發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，即使在施加第二軸向壓力時(shí)膠筒能夠短暫的密封，但井底氣體等物質(zhì)對(duì)膠筒沖擊時(shí)，包含于其中的高溫高壓蒸汽的小分子以及井底復(fù)雜氣體會(huì)對(duì)高分子材料的膠筒產(chǎn)生降解作用，導(dǎo)致膠筒首先在下端部失去彈性而無法起到密封作用，進(jìn)而在膠筒的中間部也產(chǎn)生降解而失去彈性，影響膠筒密封的長效性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)的一個(gè)目的在于提供一種耐高溫高壓的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造方法，進(jìn)而根據(jù)該方法生產(chǎn)出耐高溫高壓的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)能被石油行業(yè)使用而最終制造出耐高溫高壓的膠筒。

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供一種耐高溫高壓的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，所述耐高溫高壓的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)由石墨金屬絲混合體與耐高溫纖維編織而成；

其中，所述石墨金屬絲混合體包括連續(xù)的金屬絲和石墨條，所述金屬絲插入所述石墨條的內(nèi)部或纏繞在所述石墨條的表面。

優(yōu)選地，所述耐高溫纖維占所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體積的區(qū)間為1/18-1/20。

優(yōu)選地，所述金屬絲的數(shù)量為1-6根。

優(yōu)選地，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)整體呈圓環(huán)狀。

本申請(qǐng)還提供一種膠筒的制造方法，該方法將多個(gè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)填充于圓環(huán)狀的模具內(nèi)，再經(jīng)外力壓制各所述的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)而成為圓環(huán)形的所述膠筒。

本申請(qǐng)還提供一種膠筒，該膠筒包括多個(gè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)；各所述的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)經(jīng)外力壓制而相互貼合在一起而形成膠筒。

優(yōu)選地，所述膠筒的上端部包覆有第一銅皮，所述第一銅皮包覆所述上端部的上表面、內(nèi)側(cè)面及外側(cè)面；

所述膠筒的下端部包覆有第二銅皮，所述第二銅皮包覆所述下端部的下表面、內(nèi)側(cè)面及外側(cè)面。

優(yōu)選地，所述膠筒的中間部包覆有金屬絲網(wǎng)，所述金屬絲網(wǎng)包覆所述中間部的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面，且所述金屬絲網(wǎng)分別設(shè)置在所述第一銅皮與所述膠筒之間、所述第二銅皮與所述膠筒之間。

根據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)方面，提供一種封隔器，該封隔器具有上述技術(shù)方案之一所限定的膠筒。

根據(jù)本申請(qǐng)的再一個(gè)方面，提供一種橋塞，該橋塞具有上述技術(shù)方案之一所限定的膠筒。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案至少具有如下技術(shù)效果：

1、根據(jù)本申請(qǐng)的技術(shù)方案，金屬絲插入石墨條的內(nèi)部或纏繞在石墨條的表面，能夠約束石墨條的形變，相比于單純的石墨條，能防止石墨金屬絲混合體在軸向壓力作用時(shí)被壓裂。而且金屬絲與石墨條均具有耐高溫的特性，使得石墨金屬絲混合體具有良好的耐高溫性。

2、根據(jù)本申請(qǐng)的技術(shù)方案，由于石墨條本身較難以被壓縮，當(dāng)石墨金屬絲混合體與耐高溫纖維編織而成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠有效的降低本申請(qǐng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的硬度，從而易于壓縮。

3、根據(jù)本申請(qǐng)的技術(shù)方案，可以通過調(diào)節(jié)耐高溫纖維與石墨金屬絲混合體的比例，來調(diào)節(jié)本申請(qǐng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的硬度。

4、根據(jù)本申請(qǐng)的技術(shù)方案，石墨條和金屬絲均具有很強(qiáng)的防降解能力，因而本申請(qǐng)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)能有效地防止高溫高壓蒸汽的小分子以及井底復(fù)雜氣體對(duì)膠筒的破壞。

附圖說明

后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本申請(qǐng)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。附圖中：

圖1是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例的包含膠筒的壓縮式封隔器與中心管及套管的位置關(guān)系示意圖；

圖2是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例的膠筒與中心管及套管的位置關(guān)系示意圖，其中僅示出了一部分膠筒、中心管及套管；

圖3示出了圖2所示的膠筒被施加第一軸向壓力后產(chǎn)生的肩突與中心管及套管的位置關(guān)系示意圖，此時(shí)還未對(duì)膠筒施加第二軸向壓力；

圖4是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例的膠筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例的密封環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例的密封環(huán)的橫截面示意圖；

圖7是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例密封環(huán)的橫截面示意圖；

圖8是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例的密封環(huán)的橫截面示意圖；

圖9是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例的密封環(huán)的橫截面示意圖；

圖10是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例的密封環(huán)的橫截面示意圖；

圖11是本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例的未示出通孔的膠筒的橫截面示意圖；

圖12是根據(jù)本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例的三段式的膠筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13根據(jù)本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中的附圖標(biāo)記如下：

10-膠筒，101-外表面，102-內(nèi)表面，103-通孔，104-上端部，105-中間部，106-下端部，107-肩突；

108-基體，109-膠體，111-第一銅皮，111a-內(nèi)側(cè)銅皮，111b-外側(cè)銅皮，111c-開口，111d-上側(cè)銅皮，111e-下側(cè)銅皮，112-第二銅皮，113-第三銅皮，114-第二石墨層；

30-中心管；

40-套管；

50-剛性隔環(huán)，51-第一隔環(huán)，52-第二隔環(huán)，53-第三隔環(huán)，54-第四隔環(huán)；

70-密封環(huán)，71-金屬絲密封環(huán)，72-纖維絲密封環(huán)，73-石墨密封環(huán)；

80-石墨金屬絲混合體，81-石墨條，82-金屬絲；

90-耐高溫纖維；

200-壓縮式封隔器；

300-熱采井口；

400-復(fù)合材料結(jié)構(gòu)；

A-第一軸向方向；

B-第二軸向方向；

F₁-第一軸向壓力；

F₂-第二軸向壓力。

具體實(shí)施方式

下文所述的方向“上”、“下”均是以圖2作為參考敘述的。

如圖1所示的壓縮式封隔器200具有本申請(qǐng)的膠筒10。壓縮式封隔器200連接于中心管30上并置于套管40內(nèi)。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2所示，膠筒10位于套管40和中心管30組成的環(huán)形空隙內(nèi)，剛性隔環(huán)50在軸向方向上提供自上而下(即第一軸向方向A)的第一軸向壓力F₁，在其它實(shí)施例中還可以去掉剛性隔環(huán)50并由能對(duì)膠筒10施加第一軸向壓力F₁的其它部件來代替。如圖2所示，膠筒10兩端為上端部104和下端部106，中間部105位于上端部104和下端部106之間。上端部104用于承受沿軸向方向的第一軸向壓力F₁，下端部106用于承受沿軸向方向的與第一軸向壓力F₁相反的第二軸向壓力F₂。作為膠筒10的一部分，上端部104、下端部106和中間部105均應(yīng)該具有彈性。作為對(duì)彈性的一種解釋及彈性大小的限定，當(dāng)?shù)谝惠S向壓力F₁施加于上端部104時(shí)，上端部104、中間部105及下端部106均在徑向方向發(fā)生形變；當(dāng)?shù)诙S向壓力F₂施加于下端部106時(shí)，上端部104、中間部105及下端部106均在徑向方向發(fā)生形變。在圖2所示實(shí)施例中，上端部104和下端部106均具有斜邊，在其它實(shí)施例中也可以不設(shè)置該斜邊。

如圖3所示，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)上端部104受到第一軸向壓力F₁時(shí)，上端部104會(huì)產(chǎn)生很大的肩突107，當(dāng)再施加第二軸向壓力F₂時(shí)，上端部104會(huì)在圖3中的肩突107處發(fā)生割裂。圖3只示出了較多發(fā)生的向上的肩突，而未示出較少發(fā)生的向下的肩突。

肩突107產(chǎn)生的一部分原因是上端部104的材料硬度不足，導(dǎo)致上端部104在承受第一軸向壓力F₁和第二軸向壓力F₂時(shí)變形過大。為此需要適當(dāng)?shù)脑黾由隙瞬?04的硬度或者提供一種硬度較大的材料。如圖13所示，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N耐高溫高壓的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)400，該復(fù)合材料結(jié)構(gòu)400由石墨金屬絲混合體80與耐高溫纖維90編織而成。石墨金屬絲混合體80包括連續(xù)的金屬絲82和石墨條81，金屬絲82插入石墨條81的內(nèi)部或纏繞在石墨條81的表面。在圖13中，兩根金屬絲82分別插入左右石墨條81的內(nèi)部，兩根金屬絲82分別纏繞在中間兩根石墨條81的表面。金屬絲82能夠約束石墨條81的形變，能防止石墨金屬絲混合體80在軸向壓力作用時(shí)被壓裂。

在圖13所示實(shí)施例中，每根耐高溫纖維90與石墨金屬絲混合體80的體積基本相同，耐高溫纖維90與石墨金屬絲混合體80體積比2：4。在優(yōu)選實(shí)施例中，耐高溫纖維90占復(fù)合材料結(jié)構(gòu)400體積的區(qū)間為1/18-1/20，例如1/18、1/19、1/20，此時(shí)耐高溫纖維90能夠有效的約束石墨金屬絲混合體80并且復(fù)合材料結(jié)構(gòu)400具有很好的強(qiáng)度能防止肩突107的產(chǎn)生。在另外的實(shí)施例中，插入每根石墨條81的內(nèi)部或纏繞在每根石墨條81的表面金屬絲82的數(shù)量也可以為2、3、4、5、6根。由于金屬絲越多則石墨金屬絲混合體80的抗高壓性能越好，但會(huì)導(dǎo)致相對(duì)石墨條81的體積變小，影響石墨金屬絲混合體80的密封性能，所以將金屬絲82的數(shù)量限定于6根以下是經(jīng)過試驗(yàn)后的選擇。在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)400自身呈閉環(huán)設(shè)計(jì)，整體呈圓環(huán)狀。

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N膠筒10的制造方法，該方法將多個(gè)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)400填充于圓環(huán)狀的模具內(nèi)，再經(jīng)外力壓制各所述的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)400而成為圓環(huán)形的膠筒10。當(dāng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)400整體呈圓環(huán)狀時(shí)，能非常方便地放入圓環(huán)狀的模具內(nèi)，經(jīng)外力壓制而成的膠筒10從上而下由多個(gè)圓環(huán)狀的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)400構(gòu)成，如圖4和圖11所示的那樣。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑哪z筒10包括多個(gè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)400；各所述的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)400經(jīng)外力壓制而相互貼合在一起。由于金屬絲82能夠約束石墨條81的形變，耐高溫纖維90也能約束與其編織在一起的石墨金屬絲混合體80的形變，從而本申請(qǐng)的膠筒10能夠有效的防止肩突107的產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施例中，膠筒10的上端部包覆有第一層銅皮，第一層銅皮包覆上端部的上表面、內(nèi)側(cè)面及外側(cè)面；所述膠筒10的下端部包覆有第二層銅皮，第二層銅皮包覆所述下端部的下表面、內(nèi)側(cè)面及外側(cè)面。所述膠筒10的中間部包覆有金屬絲網(wǎng)，所述金屬絲網(wǎng)包覆所述中間部的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面，且所述金屬絲網(wǎng)分別設(shè)置在所述第一層銅皮與所述膠筒10之間、所述第二層銅皮與所述膠筒10之間。第一層銅皮和第二層銅皮的設(shè)計(jì)能防止肩突的產(chǎn)生，金屬絲網(wǎng)的設(shè)計(jì)能防止石墨條81受擠壓而丟失石墨粉。

下面來敘述本申請(qǐng)減少或防止肩突107的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

在圖4所示實(shí)施例中，膠筒10整體為筒狀，膠筒10具有位于中心的通孔103，該通孔103由內(nèi)表面102限定而形成，外表面101位于與內(nèi)表面102相對(duì)應(yīng)的通孔103的外側(cè)處。當(dāng)?shù)谝惠S向壓力F₁沿第一軸向方向A作用于上端部104或第二軸向壓力F₂沿第二軸向方向B作用于下端部106時(shí)，膠筒10整體將被軸向壓縮而進(jìn)行徑向擴(kuò)張(與“在徑向方向的發(fā)生形變”具有相同的含義)，促使外表面101向外凸起并且內(nèi)表面102向內(nèi)凸起，但在時(shí)序上一般地是外表面101先部分地向外凸起。在施加第一軸向壓力F₁后，內(nèi)表面102與圖1和圖2中的中心管30密封，外表面101與圖1和圖2中的套管40密封。一般地，內(nèi)表面102與中心管30之間的空隙較小(幾近相互貼合)，而外表面101與套管40之間的間隙較大，由于中心管30和套管40分別將內(nèi)表面102和外表面101的最大的凸起大小進(jìn)行了限定，所以導(dǎo)致外表面101向外凸起的程度大于內(nèi)表面102向內(nèi)凸起的程度。

一種減小肩突107的設(shè)計(jì)：

如上所述，上端部104、下端部106和中間部105均應(yīng)該具有彈性，但在圖2和圖4所示實(shí)施例中，上端部104的硬度大于中間部105的硬度，也就是說上端部104、下端部106與中間部105的彈性大小不同。所以上端部104承受第一軸向壓力F₁時(shí)，中間部105在徑向方向的形變大于上端部104在徑向方向的形變。

由于上端部104的硬度大于中間部105的硬度，這樣在上端部104受到第一軸向壓力F₁時(shí)，上端部104更多地是將該第一軸向壓力F₁傳遞給中間部105及下端部106而非用于自身的徑向變形。這樣能夠在使用較小的第一軸向壓力F₁時(shí)即可讓中間部105及下端部106發(fā)生徑向變形，從而達(dá)到膠筒10整體的密封。發(fā)明人在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，若上端部104的硬度不大于中間部105的硬度，則上端部104在受到第一軸向壓力F₁時(shí)，更多的是用于自身的徑向變形而非傳遞給中間部105及下端部106，不能防止或減小如圖3所示的肩突107。

根據(jù)本申請(qǐng)的技術(shù)方案，在中間部105的硬度不變的情況下，本申請(qǐng)將上端部104的硬度設(shè)置為大于中間部105的硬度，這樣在受到相同大小的第一軸向壓力F₁作用時(shí)，上端部104在徑向方向的變形較小，特別需要注意的是，相應(yīng)地上端部104因徑向變形而形成的肩突107也較小。較小的肩突107能夠有效地防止膠筒10割裂，達(dá)到了防止膠筒10密封失效的效果。

由于上端部104的徑向形變較小，很可能地，此時(shí)上端部104在徑向方向的形變已經(jīng)不足將套管40和中心管30密封，也就是說此時(shí)上端部104將不再起到密封作用，而僅僅是將受到的第一軸向壓力F₁傳遞給中間部105和下端部106，這是本申請(qǐng)的膠筒10與現(xiàn)有技術(shù)的膠筒的一個(gè)很重要的不同之處。而且，即使上端部104的徑向形變較大而將套管40和中心管30密封，此時(shí)上端部104的密封也僅是對(duì)中間部105密封的一個(gè)補(bǔ)充。無論上端部104是否起到密封作用，上端部104硬度大于中間部105硬度的設(shè)置，防止了肩突107的過大而導(dǎo)致的膠筒10割裂，也能用較小的第一軸向壓力F₁對(duì)膠筒10進(jìn)行密封。

根據(jù)本申請(qǐng)的技術(shù)方案，在中間部105的硬度不變的情況下，本申請(qǐng)將上端部104的硬度設(shè)置為大于中間部105的硬度，但是這樣上端部104在第一軸向壓力F₁作用下可能并未與套管40接觸而并不起到密封作用。在該種特殊結(jié)構(gòu)下，當(dāng)進(jìn)而下端部106與中間部105的硬度基本相同時(shí)，本申請(qǐng)的膠筒的密封由下端部106和中間部105來提供；當(dāng)下端部106與上端部104的硬度基本相同時(shí)，本申請(qǐng)的膠筒的密封由中間部105來提供。這樣本申請(qǐng)的膠筒10與現(xiàn)有技術(shù)的膠筒在起密封作用的結(jié)構(gòu)上完全不同。

作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)上端部104的外壁與套管40的內(nèi)壁相抵觸時(shí)，更優(yōu)地是上端部104的外壁與套管40的內(nèi)壁密封時(shí)，此時(shí)上端部104的下部基本等面積地覆蓋于中間部105的上部，上端部104與中間部105基本不存在徑向方向上的差異，從而能對(duì)中間部105與上端部104結(jié)合處產(chǎn)生向下的抵壓作用，防止或者減少結(jié)合處向上凸起而導(dǎo)致肩突。

若為了達(dá)到如上所述的“更多地是將該第一軸向壓力F₁傳遞給中間部105及下端部106而非用于自身的徑向變形”和上端部104不產(chǎn)生肩突107的效果，可以使用不易變形的金屬塊，例如鐵塊。若金屬塊的直徑較小，則與金屬塊接觸的中間部105會(huì)產(chǎn)生更大的向上凸起，而若金屬塊的直徑較大，則考慮到套管40的彎曲情況，較大的金屬塊不易在套管40內(nèi)滑行到合適的位置，尤其考慮到滑行距離可能長達(dá)1公里且套管40內(nèi)壁具有凸起雜物時(shí)。而且若套管40內(nèi)進(jìn)入異物則較大的金屬塊也不易從套管內(nèi)抽離。從另一方面說，把膠筒10從套管40內(nèi)拉出的提升力較小則不能將金屬塊從套管40內(nèi)抽離，提升力較大則可能損傷套管40。綜合考慮，本申請(qǐng)使用的上端部104具有彈性，但需要對(duì)上端部104的彈性進(jìn)行限定，即上端部104的硬度大于中間部105的硬度，這樣上端部104可以做的直徑較小，方便在套管內(nèi)移動(dòng)，例如上端部104可以與中間部105的直徑相同。由于上端部104較硬，其自身不易形成向上的凸起或者形成的凸起較小，由于在壓縮時(shí)上端部104在徑向方向逐漸延伸變形而發(fā)生形變，減小了上端部104與套管40之間的空隙，從而減小或阻止了中間部105向上的凸起。

在一個(gè)實(shí)施例中，下端部106的硬度大于中間部105的硬度，以致下端部106承受第二軸向壓力F₂時(shí)，中間部105在徑向方向的形變大于下端部106在徑向方向的形變?；谕瑯拥脑?，這樣的結(jié)構(gòu)能夠防止下端部106在承受第一軸向壓力F₁或者第二軸向壓力F₂時(shí)產(chǎn)生向下的凸起，并能夠在已經(jīng)產(chǎn)生向下凸起的情況下來防止下端部106在進(jìn)一步承受第二軸向壓力F₂時(shí)造成凸起變大，從而防止下端部106被割裂而引起膠筒10密封失效。

在另一個(gè)實(shí)施例中，上端部104與下端部106的硬度基本相同，也就是說，上端部104與下端部106的硬度均大于中間部105的硬度，這樣無論受到第一軸向壓力F₁還是第二軸向壓力F₂時(shí)，中間部105的形變均大于上端部104與下端部106。這樣的結(jié)構(gòu)能使中間部105很快地達(dá)到密封狀態(tài)，并且防止或減小上端部104與下端部106發(fā)生肩突。

如圖2、圖3和圖4所示實(shí)施例中，膠筒10由上端部104、下端部106和中間部105三部分組成。以圖4為例，在第一軸向方向A上，也就是自上而下的方向上，三個(gè)密封環(huán)70分別充當(dāng)上端部104、下端部106和中間部105，但更多地是由至少兩個(gè)密封環(huán)70來充當(dāng)中間部105。

另一種減小肩突107的設(shè)計(jì)：

背景技術(shù)部分提到“所謂防突，就是在膠筒端部安放某種阻擋環(huán)、支撐件、限制裝置和保護(hù)件等，用于阻止和限制封隔器坐封時(shí)膠筒朝油套環(huán)形空間突出或流動(dòng)”。“主要有銅碗固化型和鋼網(wǎng)或鋼帶固化型兩種。前者是將兩個(gè)2mm厚的銅碗分別固化在兩個(gè)端膠筒某一端面上，后者是將厚1mm左右的鋼網(wǎng)或鋼帶分別固化在兩個(gè)端膠筒某一端面上”。

上述兩種現(xiàn)有設(shè)計(jì)遵循同一種思路：直接在肩突的發(fā)生部位使用約束件進(jìn)行限制，來直接防止肩突的產(chǎn)生。所以約束件的硬度需要考慮：若約束件過硬則在膠筒形變的過程中，很可能約束件會(huì)對(duì)膠筒產(chǎn)生割傷，若約束件過軟則無法起到防止肩突的作用。所以對(duì)約束件的要求非常嚴(yán)格，例如對(duì)于上述的現(xiàn)有技術(shù)的銅碗而言，需要嚴(yán)格的控制銅碗的厚度。

如背景技術(shù)所述“根據(jù)發(fā)明人的試驗(yàn)，當(dāng)?shù)谝惠S向壓力為30MPa時(shí)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)幾乎所有的膠筒都會(huì)出現(xiàn)肩突，再進(jìn)一步施加第二軸向壓力(例如15MPa或20MPa)時(shí)，所有的膠筒均會(huì)在肩突處產(chǎn)生割裂，導(dǎo)致密封失效”。發(fā)明人認(rèn)為應(yīng)該從膠筒本身的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，來研發(fā)出一種既能夠密封又不容易產(chǎn)生肩突的膠筒結(jié)構(gòu)。但矛盾在于，若需要膠筒實(shí)現(xiàn)密封功能則膠筒不能太硬，若需要防止肩突則膠筒不能太軟。若膠筒是一個(gè)硬度均勻體，則需要選擇合適硬度能起到的材料，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)來看，目前在世界范圍內(nèi)還未研制出耐受20MPa高壓和350℃高溫同時(shí)作用的新材料。

本申請(qǐng)采用了不同的思路：首先本申請(qǐng)的膠筒10由多個(gè)在軸向方向排列的密封環(huán)70組成，這樣各個(gè)密封環(huán)70因材料的選擇就可以硬度不同，較硬的密封環(huán)70設(shè)置的膠筒10的兩端能起到防止肩突產(chǎn)生的問題，較軟的密封環(huán)70則可以起到密封的效果。進(jìn)一步地，如圖11所示，膠筒10包括在軸向方向排列的一個(gè)以上的金屬絲密封環(huán)71和一個(gè)以上的纖維絲密封環(huán)72，其中的一個(gè)金屬絲密封環(huán)71與其中的一個(gè)纖維絲密封環(huán)72相抵觸且設(shè)置在該纖維絲密封環(huán)72的下方。其中，金屬絲密封環(huán)71包括相互交叉的多根金屬絲以及將各金屬絲粘接在一起的膠體。其中，纖維絲密封環(huán)72包括相互交叉的耐高溫高壓的多根纖維絲以及將各纖維絲粘接在一起的膠體。發(fā)明人經(jīng)過多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的纖維絲在22Mpa拉力的作用下會(huì)發(fā)生斷裂，因此纖維絲做成的纖維絲密封環(huán)72在22Mpa軸向壓力作用下也很容易發(fā)生斷裂。因此發(fā)明人選擇使用了金屬絲密封環(huán)71。但是金屬絲與膠體的粘連性小于纖維絲與膠體的粘連性，若起密封作用的部分全部使用金屬絲密封環(huán)71，則在高壓作用下金屬絲密封環(huán)71中的膠體很可能脫落，導(dǎo)致膠筒10無法密封，所以本申請(qǐng)將金屬絲密封環(huán)71與纖維絲密封環(huán)72配對(duì)使用。金屬絲密封環(huán)71設(shè)置在纖維絲密封環(huán)72的下方的原因在于，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)肩突的產(chǎn)生以及肩突的破裂更多地是發(fā)生在膠筒10被施加自下而上的第二軸向壓力F₂時(shí)，當(dāng)金屬絲密封環(huán)71設(shè)置在纖維絲密封環(huán)72的下方時(shí)，金屬絲密封環(huán)71因與中心管30和/或套管40的摩擦?xí)p小傳遞給纖維絲密封環(huán)72的軸向壓力，此時(shí)能夠有效的減小纖維絲密封環(huán)72受到的軸向壓力，而肩突產(chǎn)生的原因就在于軸向壓力過大，所以這種設(shè)計(jì)可以減小或防止肩突的產(chǎn)生。另外金屬絲密封環(huán)71是由金屬絲和膠體組成的，在受到第一軸向壓力F₁時(shí)，其內(nèi)壁和外壁基本上已經(jīng)分別與中心管30和套管40接觸，這樣在中心管30和套管40構(gòu)成的環(huán)形空間內(nèi)，金屬絲密封環(huán)71以基本與環(huán)形空間橫截面相同的面積施加于纖維絲密封環(huán)72上，再加上金屬絲密封環(huán)71相比純金屬防肩突結(jié)構(gòu)柔軟的特性，金屬絲密封環(huán)71不會(huì)對(duì)纖維絲密封環(huán)72產(chǎn)生割裂。尤其是，如圖11所示，當(dāng)膠筒10的兩端分別為石墨密封環(huán)73時(shí)，由于石墨密封環(huán)73相對(duì)較硬，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中石墨密封環(huán)73外部還套設(shè)有銅皮，石墨密封環(huán)73并不會(huì)割裂金屬絲，由此也不會(huì)割裂金屬絲密封環(huán)71。需要說明的是，石墨密封環(huán)73僅為硬質(zhì)密封環(huán)的一種，還可以為經(jīng)過淬火的銅環(huán)。在圖11所示實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了上述兩種防肩突設(shè)計(jì)的結(jié)合，效果明顯。

圖11中僅示意性的示出了一個(gè)金屬絲密封環(huán)71和一個(gè)纖維絲密封環(huán)72，在其它實(shí)施例中還可以設(shè)置更多的金屬絲密封環(huán)71，同樣地設(shè)置相同數(shù)量的與金屬絲密封環(huán)71相配合的纖維絲密封環(huán)72。

下面來具體敘述纖維絲密封環(huán)72的形狀及結(jié)構(gòu)。

在試驗(yàn)過程中發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于膠筒10的軟硬有差異，例如，由聚醚醚酮制作的膠筒10較硬，使膠筒10達(dá)到坐封需要的第一軸向壓力F₁較大或者說在額定大小的第一軸向壓力F₁下膠筒10變形不足，導(dǎo)致膠筒10無法起到密封作用。當(dāng)使用較軟的膠體制成膠筒10時(shí)，該膠筒10又會(huì)因無法承受住額定大小的第一軸向壓力F₁而被壓潰或者即使能夠承受住第一軸向壓力F₁但在隨后承受第二軸向壓力F₂時(shí)膠筒還會(huì)被壓潰。

發(fā)明人在解決膠筒10較軟的過程中，曾在膠體中摻雜多個(gè)相互分離的耐高溫高壓的纖維絲，例如石墨盤根絲、玻璃纖維絲。這樣的結(jié)構(gòu)在一定程度上能夠解決膠筒10整體偏軟的問題。但是，發(fā)明人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，雖然摻雜的纖維絲每個(gè)均與膠體相連，但各個(gè)纖維絲之間基本不連接或者連接較少，所以只能很有限地增加膠筒10的硬度。所以，發(fā)明人設(shè)計(jì)了如下的技術(shù)方案：如圖5所示，使用相互交叉的多根纖維絲組成一個(gè)基體108，并使膠體109分布于基體108的表面上并粘接各纖維絲來形成纖維絲密封環(huán)72，這樣結(jié)構(gòu)具有在徑向方向的延展性，或者說，由于各纖維絲相互糾纏在一起而使纖維絲密封環(huán)72能在一定范圍內(nèi)直徑變大而不發(fā)生斷裂(主要是纖維絲的斷裂)，在纖維絲密封環(huán)72直徑變大的過程中，相互交叉的纖維絲將抵消一部分促使其直徑變大的第一軸向壓力F₁，從而若要使得纖維絲密封環(huán)72的直徑增大到一定程度，需要提供更大的第一軸向壓力F₁。尤其是，膠體109將各交叉的纖維絲緊緊地連接在一起，若要使得纖維絲密封環(huán)72的直徑增大到一定程度，就需要更大的第一軸向壓力F₁。歸納而言，各纖維絲交叉形成一個(gè)抵抗力，膠體109將各纖維絲粘接又形成一個(gè)抵抗力，在這兩個(gè)抵抗力的作用下，纖維絲密封環(huán)72比較難壓縮，這相當(dāng)于膠筒10整體變硬。當(dāng)纖維絲密封環(huán)72的一定體積內(nèi)的纖維絲的數(shù)量大致相同時(shí)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以通過改變纖維絲密封環(huán)72的厚度來調(diào)整相互交叉的纖維絲的數(shù)量，進(jìn)而能調(diào)整所需的第一軸向壓力F₁的大小即施加給膠筒10的坐封力的大小。同樣地，可以通過增加纖維絲密封環(huán)72的一定體積內(nèi)的纖維絲的數(shù)量來調(diào)整相互交叉的纖維絲的數(shù)量，進(jìn)而也能調(diào)整所需的第一軸向壓力F₁的大小。

在圖5中，示出了第二石墨層114，第二石墨層114分布于纖維絲密封環(huán)72外側(cè)面和內(nèi)側(cè)面。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第二石墨層114僅分布于纖維絲密封環(huán)72外側(cè)面，這是由于上文所述的“內(nèi)表面102與中心管30之間的空隙較小(幾近相互貼合)，而外表面101與套管40之間的間隙較大”，所以纖維絲密封環(huán)72的內(nèi)側(cè)面更容易與中心管30密封，而纖維絲密封環(huán)72的外表面很可能與套管40之間具有非常微小的間隙，而高溫高壓的蒸汽等其它氣體會(huì)在膠筒10密封后持續(xù)地通過這些微小的間隙對(duì)膠筒10產(chǎn)生腐蝕和降解。在其它的實(shí)施例中，第二石墨層114包覆纖維絲密封環(huán)72的外側(cè)面、上表面以及下表面。第二石墨層114雖然能夠耐受高溫和高壓，但其容易撕裂破碎，所以在本申請(qǐng)中第二石墨層114的外部涂覆有保護(hù)層，該保護(hù)層的作用僅在于在到達(dá)井下的過程中或者在運(yùn)輸?shù)倪^程中防止第二石墨層114損壞，例如該保護(hù)層可以是普通的膠液凝固而成或者聚乙烯塑料層，這些保護(hù)層并不會(huì)對(duì)膠筒10的密封產(chǎn)生積極的作用，而會(huì)在高溫時(shí)被破壞而液化或固化為熔渣。第一石墨層分布于金屬絲密封環(huán)71的位置及外部的保護(hù)層與此類似，此處不再贅述。另外一種保護(hù)第二石墨層114的結(jié)構(gòu)如下，參見圖11，可以將纖維絲密封環(huán)72的直徑設(shè)置的稍微小于兩端的石墨密封環(huán)73的直徑，同樣地能防止第二石墨層114損壞。在另外一個(gè)實(shí)施例中，可以將上述兩種防止第二石墨層114損壞的措施結(jié)合使用，效果更為明顯。防止第一石墨層損壞的措施與防止第二石墨層114基本相同，此處不再贅述。

回到圖5，為了結(jié)構(gòu)上的清晰需要，圖5僅示出了包覆于基體108所有表面的膠體109，而未示出滲入基體108內(nèi)部的膠體109。作為對(duì)此處表面的一個(gè)說明，例如當(dāng)基體108的橫截面為圓形時(shí)，圖5中的膠體109位于基體108的圓周面上。圖5中基體108由多根耐高溫高壓的纖維絲聚合而成，例如纖維絲可以為玻璃纖維或者碳纖維等其它耐高溫高壓的材質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，各根纖維絲經(jīng)緯編織在一起而形成基體108，在其它是實(shí)施例中各根纖維絲還可以以其它方式編織在一起而形成基體108。

圖5中基體108的厚度為1.8cm-2.5cm，纖維絲的直徑選擇為7-30μm，這樣就能在一個(gè)纖維絲密封環(huán)72上具有數(shù)量龐大的纖維絲，能極大的提高膠筒10的硬度。根據(jù)發(fā)明人的試驗(yàn)，基體108的厚度以不超過2cm為宜。這是因?yàn)椋l(fā)明人發(fā)現(xiàn)，需要將形成膠體109的膠液滲入基體108中來形成纖維絲密封環(huán)72，但隨著基體108厚度的增加膠液的滲入速度將逐漸變慢。尤其是當(dāng)基體108的厚度大于2.5cm后膠液滲入的速度將會(huì)非常慢。所以，在一個(gè)實(shí)施例中，各基體108的厚度為2cm，在其它實(shí)施例中也可以為1.8cm或者2.5cm。

通過上面的敘述可知，在本申請(qǐng)的技術(shù)方案中，并不必然需要該纖維絲具有彈性，這是由于膠筒10的收縮和膨脹由膠體109來完成。上文所述，膠體109分布于各基體108的表面上和內(nèi)部并將各纖維絲粘接。理想的情況是，膠體109粘接每根纖維絲，并將各纖維絲交叉地粘接在一起。

金屬絲密封環(huán)71與此相似，此處不再贅述。

下面將詳細(xì)敘述膠筒10上包覆的銅皮。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在解決了肩突107的問題后，若膠筒10選用合適的材料則能夠起到密封作用，但在高溫高壓的環(huán)境下經(jīng)過很短的時(shí)間(例如六小時(shí))膠筒10還是會(huì)密封失效，對(duì)失效的膠筒10進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)膠筒更多地不是因肩突107的破裂而失效，而是因?yàn)槟z筒10的下端部106潰爛而失效。經(jīng)過研究，該潰爛是包含于井底氣體中的高溫高壓蒸汽的小分子會(huì)對(duì)高分子材料的膠筒產(chǎn)生降解造成的。當(dāng)膠筒10密封后，只有下端部106的下表面與井底氣體直接接觸，從而造成膠筒10從下往上降解失效。

在圖6所示實(shí)施例中，密封環(huán)70外包覆有第一銅皮111，該第一銅皮111包覆密封環(huán)70的下表面(下邊部分)、內(nèi)側(cè)面(左邊部分)、外側(cè)面(右邊部分)?？梢钥闯?，第一銅皮111具有開口111c，開口111c位于密封環(huán)70的上表面，且沿著密封環(huán)70的上表面延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，參見圖5，開口111c也可以沿著密封環(huán)70的上表面收縮成一個(gè)開孔。開口111c或開孔的設(shè)計(jì)，是為了在高溫高壓的情況下，供密封環(huán)70內(nèi)殘存的氣體流出，在上部設(shè)置的密封環(huán)將該開孔抵壓時(shí)還能阻止高溫高壓的氣體從該開孔流入。在圖6所示實(shí)施例中，開口111c將第二銅皮112覆蓋，在其它的實(shí)施例中還可用第二銅皮112覆蓋住該開口111c。

必須考慮的是，密封環(huán)70為圓環(huán)形，所以包覆于其外的第一銅皮111也為圓環(huán)形，圓環(huán)形的第一銅皮111在彎折處容易產(chǎn)生破裂，所以在圖7所示實(shí)施例中，第一銅皮111包覆密封環(huán)70的上表面、下表面以及外側(cè)面而不包覆密封環(huán)70的內(nèi)側(cè)面(左邊部分)。這樣，第一銅皮111只需要一次彎折即可成形，提高了第一銅皮111的生產(chǎn)效率。上文提到“內(nèi)表面102與中心管30之間的空隙較小(幾近相互貼合)，而外表面101與套管40之間的間隙較大”，所以密封環(huán)70僅需要很小的向內(nèi)凸起即可與中心管30密封，而需要很大的向外凸起才可與套管40密封，由此不包覆銅皮的面沒有選擇在外側(cè)面而選擇在內(nèi)側(cè)面。

參見圖7，在圖7中第一銅皮111的開口邊緣與密封環(huán)70的內(nèi)側(cè)面平齊，這種設(shè)計(jì)是在內(nèi)側(cè)面不包覆銅皮的情況下，盡可能多地對(duì)密封環(huán)70的上下表面產(chǎn)生保護(hù)，減小高溫高壓蒸汽對(duì)密封環(huán)70的降解作用。

在圖8所示實(shí)施例中，密封環(huán)70外包覆有第三銅皮113，第三銅皮113包覆密封環(huán)70的下表面、內(nèi)側(cè)面、外側(cè)面以及上表面，或者第三銅皮113包覆密封環(huán)70的上表面、下表面以及外側(cè)面而不包覆密封環(huán)70的內(nèi)側(cè)面。當(dāng)?shù)谝汇~皮111還包覆于下端的石墨密封環(huán)73的上表面時(shí)，第一銅皮的形狀與第三銅皮113相同。

在圖9所示實(shí)施例中，密封環(huán)70外包覆有內(nèi)側(cè)銅皮111a和外側(cè)銅皮111b，內(nèi)側(cè)銅皮111a包覆密封環(huán)70的一部分下表面、全部內(nèi)側(cè)面(左邊部分)以及一部分上表面。外側(cè)銅皮111b包覆密封環(huán)70的一部分下表面、全部的外側(cè)面(右邊部分)以及一部分上表面。并且內(nèi)側(cè)銅皮111a和外側(cè)銅皮111b在上表面和下表面均有相互重合疊加的部分。

在圖10所示實(shí)施例中，密封環(huán)70外包覆有上側(cè)銅皮111d和下側(cè)銅皮111e，上側(cè)銅皮111d包覆密封環(huán)70的一部分內(nèi)側(cè)面、全部上表面(上邊部分)以及一部分外側(cè)面。下側(cè)銅皮111e包覆密封環(huán)70的一部分內(nèi)側(cè)面、全部下表面(下邊部分)以及一部分外側(cè)面。并且上側(cè)銅皮111d和下側(cè)銅皮111e在內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面均有相互重合疊加的部分。在一個(gè)實(shí)施例中，上側(cè)銅皮111d和下側(cè)銅皮111e在重疊處焊接來防止高溫高壓蒸汽的小分子與密封環(huán)70的直接接觸。

圖9和圖10所示實(shí)施例也是為了減少第一銅皮111的彎折處的數(shù)量，防止第一銅皮111在彎折處容易產(chǎn)生破裂，并且也提高了第一銅皮111的生產(chǎn)效率。

參見圖11，當(dāng)下端的兩個(gè)石墨密封環(huán)73包覆有圖6、圖8或圖9銅皮時(shí)，能夠防止高溫高壓蒸汽的小分子對(duì)下端的石墨密封環(huán)73造成腐蝕和降解。進(jìn)一步地，由于下端的石墨密封環(huán)73僅與中心管30和套管40抵觸，僅起到輕微的密封作用，下端的石墨密封環(huán)73與套管40之間很可能存在間隙，所以也需要在下端的石墨密封環(huán)73的外側(cè)面上覆蓋銅皮。由于下端的石墨密封環(huán)73的上表面被金屬絲密封環(huán)71的下表面抵壓，隔絕了與高溫高壓蒸汽的小分子的直接接觸，從這個(gè)方面來講，下端的石墨密封環(huán)73的上表面并不需要覆蓋銅皮。若如此，則銅皮的開口處必然位于下端的石墨密封環(huán)73的外側(cè)面上，這樣在膠筒10被壓縮而徑向變形的過程中，銅皮的開口會(huì)對(duì)金屬絲密封環(huán)71產(chǎn)生割裂，由此在圖6所示實(shí)施例中，開口111c位于上表面上，為了進(jìn)一步隔絕了與高溫高壓蒸汽的小分子的直接接觸，開口111c將第二銅皮112覆蓋。圖9中的內(nèi)側(cè)銅皮111a和外側(cè)銅皮111b均為“U”形結(jié)構(gòu)，在安裝時(shí)可以先將內(nèi)側(cè)銅皮111a從內(nèi)側(cè)面套設(shè)在密封環(huán)70上，從外側(cè)面將外側(cè)銅皮111b套設(shè)在密封環(huán)70及部分內(nèi)側(cè)銅皮111a上，這樣的結(jié)構(gòu)能夠?qū)~皮方便地安裝到密封環(huán)70上，提高了安裝效率。對(duì)于上端的兩個(gè)石墨密封環(huán)73來說，其與銅皮組合后的結(jié)構(gòu)可以為圖6、圖8或圖9所示的結(jié)構(gòu)。當(dāng)為圖6所示的結(jié)構(gòu)時(shí)，需要將第一銅皮111和第二銅皮112均旋轉(zhuǎn)180度來使用，此時(shí)開口111c被纖維絲密封環(huán)72的上表面抵壓住，這樣的結(jié)構(gòu)能夠防止開口111c張開。通過對(duì)圖6所示結(jié)構(gòu)分別用作處于上端和下端的敘述，可以知道開口111c均應(yīng)被相鄰的密封環(huán)抵壓住，防止在受到第一軸向壓力F1或第二軸向壓力F2時(shí)開口111c張開。圖8中的結(jié)構(gòu)，可以通過使用銅皮將密封環(huán)70包覆后再在縫隙處焊接來實(shí)現(xiàn)。圖9中的結(jié)構(gòu)，之所以將內(nèi)側(cè)銅皮111a和外側(cè)銅皮111b的重疊部分設(shè)置于密封環(huán)70上表面和下表面，原因在于，當(dāng)內(nèi)側(cè)銅皮111a和外側(cè)銅皮111b的重疊部分設(shè)置于密封環(huán)70的內(nèi)側(cè)面或外側(cè)面時(shí)，當(dāng)?shù)降谝惠S向壓力F1或第二軸向壓力F2壓縮過程中，可能會(huì)對(duì)相鄰的密封環(huán)造成割裂，而且重疊部分設(shè)置于密封環(huán)70的上表面和下表面，相鄰的密封環(huán)會(huì)對(duì)重疊部分?jǐn)D壓，進(jìn)一步隔絕了與高溫高壓蒸汽的小分子的直接接觸。圖9中的內(nèi)側(cè)銅皮111a和外側(cè)銅皮111b的重疊處焊接后可以形成圖8中所示的結(jié)構(gòu)。并且可以通過對(duì)銅皮厚度的設(shè)置來防止承受第二軸向壓力F₂時(shí)肩突破裂。在一個(gè)實(shí)施例中，銅皮的厚度為1mm。

需要特別強(qiáng)調(diào)的是，石墨密封環(huán)73外包覆銅皮，若要實(shí)現(xiàn)與中心管30和套管40的密封，即金屬與金屬的密封，則需要非常大的壓力。在本申請(qǐng)的實(shí)施例中，包括不包覆銅皮的金屬絲密封環(huán)71和纖維絲密封環(huán)72。最下端的石墨密封環(huán)73阻止大部分的高溫高壓蒸汽，次下端的石墨密封環(huán)73進(jìn)一步阻止一部分高溫高壓蒸汽，這樣到達(dá)金屬絲密封環(huán)71和纖維絲密封環(huán)72的高溫高壓蒸汽就非常少了，有效的減少了高溫高壓蒸汽對(duì)金屬絲密封環(huán)71和纖維絲密封環(huán)72的腐蝕和降解，延長了膠筒10的密封持續(xù)時(shí)間。

當(dāng)如圖12所示，當(dāng)膠筒10為三段式時(shí)，每一段膠筒均可以為一個(gè)單獨(dú)的膠筒，這樣圖12所示的膠筒10就相當(dāng)于由三個(gè)相互獨(dú)立的膠筒在軸向方向上拼接而成。圖12僅以膠筒10為三段式作為舉例，在其它實(shí)施例中膠筒還可以具有其它段，例如兩段或者五段。

在圖11所示實(shí)施例中，金屬絲密封環(huán)71的下方設(shè)置有相抵觸的第一隔環(huán)51，纖維絲密封環(huán)72的上方設(shè)置有相抵觸的第二隔環(huán)52，第一隔環(huán)51、第二隔環(huán)52、第三隔環(huán)53和第四隔環(huán)54的硬度均大于金屬絲密封環(huán)71與纖維絲密封環(huán)72的硬度。并且，金屬絲密封環(huán)71與纖維絲密封環(huán)72之間不設(shè)置隔環(huán)。第三隔環(huán)53設(shè)置在上端的兩個(gè)石墨密封環(huán)73之間，第四隔環(huán)54設(shè)置在下端的兩個(gè)石墨密封環(huán)73之間。

本申請(qǐng)的隔環(huán)(第一隔環(huán)51、第二隔環(huán)52、第三隔環(huán)53和第四隔環(huán)54)與現(xiàn)有技術(shù)的隔環(huán)所起的作用是不同的：在現(xiàn)有技術(shù)中隔環(huán)是理由其較硬的特性直接設(shè)置在膠筒10的兩端來防止肩突的產(chǎn)生。而在本申請(qǐng)中，由于膠筒10是由多個(gè)密封環(huán)(金屬絲密封環(huán)71、纖維絲密封環(huán)72以及石墨密封環(huán)73)組成，由于各個(gè)密封環(huán)的硬度有所不同，所以在軸向壓力作用下各個(gè)密封環(huán)在軸向方向上的形變不同，例如由于纖維絲密封環(huán)72較軟的原因而在軸向壓力作用下部分地嵌入到相鄰的石墨密封環(huán)73中，這會(huì)導(dǎo)致膠筒無法密封或密封效果不佳。所以在本申請(qǐng)中，隔環(huán)的設(shè)計(jì)是為了提供一個(gè)均勻的受力平面，由此本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，在本申請(qǐng)中的隔環(huán)的上下兩個(gè)受力面都應(yīng)該盡量的為平面狀，且為剛性。第一隔環(huán)51、第二隔環(huán)52、第三隔環(huán)53和第四隔環(huán)54等剛性隔環(huán)能夠均勻地對(duì)其接觸的上下兩個(gè)面施加壓力，防止金屬絲密封環(huán)71、纖維絲密封環(huán)72以及石墨密封環(huán)73在受到軸向壓力而在上表面或下表面變得凹凸不平。

金屬絲密封環(huán)71與纖維絲密封環(huán)72之間不設(shè)置隔環(huán)，其原因在于，當(dāng)受到壓力時(shí)，金屬絲密封環(huán)71與纖維絲密封環(huán)72會(huì)結(jié)合為一體，整體起到密封作用。若設(shè)置隔環(huán)，則在壓力作用下，金屬絲密封環(huán)71與纖維絲密封環(huán)72會(huì)將隔環(huán)包圍，然后才會(huì)在徑向進(jìn)行擴(kuò)張來密封，這必然會(huì)減小密封性能。第一隔環(huán)51、第二隔環(huán)52、第三隔環(huán)53和第四隔環(huán)54為金屬材質(zhì)，例如鋁材質(zhì)或鐵材質(zhì)。當(dāng)為鋁材質(zhì)時(shí)，所述第一隔環(huán)(51)的厚度為D1，所述第二隔環(huán)(52)的厚度為D2，并且4mm≤D1≤6mm，4mm≤D2≤6mm。優(yōu)選地，D1和/或D2為5mm。由于鐵材質(zhì)較硬，所以當(dāng)為鐵材質(zhì)時(shí)，2mm≤D1≤4mm，2mm≤D2≤4mm，優(yōu)選地，D1和/或D2為3mm。

在圖11所示實(shí)施例中，在膠筒10未受到第一軸向壓力F₁時(shí)，各密封環(huán)70均與膠筒10的徑向方向平行。如圖1所示，膠筒10在受到第一軸向壓力F₁時(shí)，在軸向方向縮短而在徑向方向擴(kuò)張，然后再在最下端的石墨密封環(huán)73處處承受第二軸向壓力F₂。

在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，基體108為石墨盤根或碳纖維盤根。盤根(packing)，通常由較柔軟的線狀物編織而成，通常截面積是正方形或長方形、圓形。在一個(gè)實(shí)施例中，基體108的橫截面為四邊形，例如正方形。在其它實(shí)施例中，基體108的橫截面也可以為圓形。

本申請(qǐng)還提供一種封隔器，該封隔器具有上述技術(shù)方案之一所限定的膠筒10。

本申請(qǐng)還提供一種橋塞，該橋塞具有上述技術(shù)方案之一所限定的膠筒10。

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申請(qǐng)的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本申請(qǐng)精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本申請(qǐng)公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本申請(qǐng)?jiān)淼脑S多其他變型或修改。因此，本申請(qǐng)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。