CN110671074A - 一种固井胶塞橡胶部件及其加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固井胶塞橡胶部件及其加固方法。在所述橡胶部件的皮碗部件内植入有丝网骨架，皮碗与金属杆件接触的位置处丝网骨架从橡胶部件中延伸出来并与金属杆件连接，其中所述丝网骨架为网格编织形式的单层二维圆台结构或多层三维圆台结构，丝网骨架从橡胶部件中延伸出来的长度不小于皮碗高度的一半。该加固方法一方面是在胶塞橡胶部件高温成型时，在橡胶部件内埋入另一种材质的丝网作为骨架，以提高橡胶部件的抗拉、抗磨强度；另一方面还要使得橡胶部件内埋入的骨架丝网与胶塞的金属杆件牢固连接，以提高橡胶部件与金属杆件的抗脱落强度。

Description

一种固井胶塞橡胶部件及其加固方法

技术领域

本发明涉及石油固井领域，进一步地说，是涉及一种固井胶塞橡胶部件及其加固方法。

背景技术

固井流程中胶塞的使用至关重要，井内胶塞保持完整性对于固井的成功有重要意义。现有胶塞的设计主要有分体式和整体式两种，分体式主要是指橡胶部分和金属杆件两部分分别组装在一起；整体式主要是指经过高温整体硫化，使得橡胶部件和金属杆件整体成型。从现场应用情况来看，现有胶塞在使用过程中之所以经常会遇到橡胶皮碗耐磨性差，皮碗撕裂、脱落等胶塞失效的问题主要是因为现有胶塞的橡胶皮碗部分由于只是纯橡胶材质，该特点决定了其皮碗部分的强度低，易于损坏。

中国专利CN204716195U(高强度固井胶塞)涉及到的高强度只是在胶塞橡胶体的上面和下面增加了挂胶帆布，很有限的增强了胶塞断裂、打穿的强度。中国专利CN101332681(耐热、耐磨固井胶塞的制备方法)采用化学方式，优化现有的橡胶配方使得固井胶塞耐热、耐磨性提高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提供一种固井胶塞橡胶部件及其加固方法。该方法简单易行，成本低廉，与现有的固井胶塞相比，能够提高橡胶件本身抗撕裂、抗脱落的强度与耐磨程度，并加固橡胶件与金属杆件的连接强度。

本发明的目的之一是提供一种固井胶塞橡胶部件，在所述橡胶部件的皮碗部件内植入有丝网骨架，皮碗与金属杆件接触的位置处丝网骨架从橡胶部件中延伸出来并与金属杆件连接，

其中所述丝网骨架为网格编织形式的单层二维圆台结构或多层三维圆台结构，丝网骨架的强度不低于橡胶部件的强度，丝网骨架从橡胶部件中延伸出来的长度不小于皮碗高度的一半。

所述固井胶塞橡胶部件既可以是分体结构的固井胶塞橡胶部件，也可以是整体结构的固井胶塞橡胶部件。

本发明优选的，

所述丝网骨架是在胶塞橡胶部件高温成模的过程中植入的，丝网骨架材料具有一定强度并耐高温高压，该材料要保证在井底温度和井底压力的工况下(温度100℃-200℃和压力50MPa-150MPa)能够具有不低于与其接触的橡胶材料的强度和韧性，并与橡胶体能较好胶结。该材料可以是某种金属、合金材料或非金属材料(例如各类工程塑料)，优先选自铝、铝合金、钢或铁中的至少一种。

丝网骨架的网格形状可以采用不同的形状，网孔大小保证均匀，这样整体的丝网骨架才能够受力均匀，不易断裂，优选为圆形或多边形，多边形包括三角形、四边形、五边形、六边形等，更优选矩形、菱形、三角形、圆形。

所述丝网骨架的单根丝的形状、粗细也无特定要求，但要能够与所用橡胶牢固结合，而且适应井下工况的同时具有较好的强度和韧性，且要保证丝网骨架材料完全掩埋在橡胶部件中而不外露。丝网单根丝的截面形状优选是圆形、矩形等其他形状，或者丝网骨架的单根丝为螺线管形。

优选的，所述丝网骨架可分为主干和分支结构，主干为沿圆台的轴向方向也就是金属杆身轴向，主干的单根截面可以是圆形、椭圆形、矩形、螺线管形等，并且主干的粗细可以是均匀粗细，也可以是从与金属杆件接触端向另一端逐渐由粗变细，相邻主干之间为分支，分支为二维或三维的网格结构，网孔形状为圆形、三角形、四边形、五边形或六边形等，分支单根截面可以是圆形、椭圆形、矩形、螺线管形等，分支的粗细一致。分支网格结构与主干相连，整体又构成网状结构。分支网格结构与主干的连接方式为铰接、焊接、3D打印或者整体倒模成型。主干和分支的粗细程度都要保证无论是形成单层网状结构还是空间三维网状结构必须埋入橡胶部件内而不外露。

所述丝网骨架可以通过手工编织，也可以通过模具成型(浇注模型或者腐蚀成型)、3D打印、机械冲压镂空形成等方式制备得到。

所述丝网骨架与金属杆件的连接方式无特殊要求，但要能适应井下工况的同时具有较好的连接强度，优选的相连方式可以是焊接、铰接或铆接等方式，或者它们的组合。

本发明的目的之二是提供一种固井胶塞橡胶部件加固方法，该方法一方面是在胶塞橡胶部件高温成型时，在橡胶部件内埋入另一种材质的丝网作为骨架，以提高橡胶部件本体的抗拉、抗磨强度；另一方面还要使得橡胶部件埋入的骨架丝网与胶塞的金属杆件牢固连接，以提高橡胶部件与金属杆件的抗脱落强度。

本发明固井胶塞橡胶部件加固方法包括以下两种方案：

方案一：若固井胶塞属于橡胶部件与金属杆件为组装而成的分体结构

在分体结构的固井胶塞橡胶部件成型前，将丝网骨架预先植入要成型的橡胶部件模具内，皮碗与金属杆件接触的位置处丝网骨架从橡胶部件中延伸出来，然后注入熔融橡胶，橡胶成型后，一方面将橡胶部件与金属杆件组装，另一方面将丝网骨架延伸部分与金属杆件连接，得到固井胶塞。

对于不与金属杆件接触的橡胶皮碗部件，在胶塞橡胶部件高温成模的过程前，将丝网骨架预先放入，待到橡胶高温熔化又逐渐凝固后，丝网骨架就埋入其中，起到支撑的作用，增强了皮碗部分的抗拉抗撕裂强度，同时兼具橡胶皮碗的弹韧性。

对于与金属杆件接触的橡胶体部位，丝网骨架在橡胶高温熔化埋入的过程中，按照橡胶皮碗内部原先的组网形式从皮碗内部延伸出来一定长度，与金属杆件牢固相连。这样橡胶皮碗部件一方面按照通常胶塞安装方式组装于金属杆件之上，另一方面还依靠丝网骨架连接于金属杆件，双重保障，大大增强了橡胶皮碗的抗脱落性能。

方案二：若固井胶塞属于橡胶与金属杆件为高温整体成型结构

在整体结构的固井胶塞橡胶部件成型前，先将丝网骨架与金属杆件连接，然后将丝网骨架连同金属杆件放入橡胶部件模具中，使丝网骨架从橡胶部件中延伸出来，注入熔融橡胶，橡胶成型后得到固井胶塞。

丝网骨架预先放入，且预先与金属杆件牢固相连。在胶塞橡胶部件高温成模时，橡胶高温熔化又逐渐凝固后，丝网骨架就埋入其中，起到支撑的作用，增强了皮碗部分的抗拉抗撕裂强度，同时兼具橡胶皮碗的弹韧性。橡胶皮碗一方面依靠本身橡胶体与金属杆件胶结，另一方面还依靠丝网骨架连接于金属杆件，双重保障，大大增强了橡胶皮碗的抗脱落。

应用本方法制成的固井胶塞，能在固井顶替过程中有效保证胶塞的完整性，提高了胶塞的有效性，增大固井碰压的成功率，有效降低因胶塞引起的替空、灌香肠等固井事故。

本发明的特点如下：

(1)本发明思路简单明确，工艺简单，成本低廉，实施方便。

(2)本发明所涉及的骨架丝网材质无特定限制，单根丝的形状、粗细也无特定要求，但要能够与所用橡胶牢固结合，而且适应井下工况的同时具有较好的强度，韧性。

(3)本发明所涉及的骨架丝网的编网方式和网格形状、大小也无特殊要求，但要能够与所用橡胶牢固结合，同时兼顾丝网骨架的结实，不易变形，在受到各种拉力、压力和摩擦力时能够最大限度保护胶塞完整性。

(4)本发明所涉及的骨架丝网与胶塞金属杆件的连接方式无特殊要求，但要能适应井下工况的同时具有较好的连接强度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)有效增强了固井胶塞的抗撕裂、抗脱落的强度与耐磨程度。

(2)有效增强了固井胶塞的橡胶件与金属杆件的连接强度。

附图说明

图1为丝网骨架网格示意图。

这种矩形网格只是一种网格编织形式，还可以有别的编织形式，如圆形网格，平行四边形网格，三角形网格，五边形网格，六边形网格等。

具体实施方式

实施例1

在分体结构的固井胶塞橡胶部件高温成型前，将矩形网孔的铝制丝网骨架放入橡胶部件模型中，皮碗与金属杆件接触的位置处丝网骨架从橡胶部件中延伸出来，延伸长度为皮碗的圆台高度的三分之二，注入高温熔融橡胶，橡胶冷却成型后，一方面将橡胶部件与金属杆件组装，另一方面将丝网骨架延伸部分与金属杆件通过焊接牢固相连，得到固井胶塞，达到加固橡胶体的目的。

其中，铝制丝网骨架为单层二维圆台结构，丝网骨架的单根丝的截面形状为矩形，整个二维圆台丝网结构通过机械冲压镂空形成。

这种结构的固井胶塞部件应用于钻杆胶塞，能够有效加强钻杆胶塞的抗撕裂、抗脱落的强度与耐磨程度，有效增强了固井胶塞的橡胶件与金属杆件的连接强度。

实施例2

在整体结构的固井胶塞橡胶部分高温成型前，将铝制丝网骨架与金属杆件牢固组装，将丝网骨架从橡胶中延伸出来的部分与金属杆件通过焊接牢固相连，然后将丝网骨架连同金属杆件放入橡胶部件模具中，使丝网骨架从橡胶中延伸出来的长度为皮碗的圆台高度的三分之二，注入熔融橡胶，橡胶逐渐凝固后，丝网骨架就埋入其中，起到连接支撑的作用，达到加固橡胶体的目的。

其中，铝制丝网骨架为单层二维圆台结构，丝网骨架的单根分为主干和分支结构，主干为沿圆台的轴向方向，主干的单根截面是圆形，并且主干粗细均匀，相邻主干之间为分支，分支为二维网格结构，网孔形状为圆形，分支单根截面是圆形，分支的粗细一致，整个单层二维圆台丝网结构通过手工编织制备得到，分支通过焊接方式与主干牢固连接。

将得到的橡胶部件应用于尾管胶塞，能够有效加强尾管胶塞的抗撕裂、抗脱落的强度与耐磨程度。

实施例3

在固井胶塞橡胶部分高温成型前，将矩形网孔的钢制丝网骨架与金属杆件牢固组装，将丝网骨架从橡胶中延伸出来的部分与金属杆件通过焊接牢固相连，然后将丝网骨架连同金属杆件放入橡胶部件模具中，使丝网骨架从橡胶中延伸出来的长度为皮碗的圆台高度的三分之二，注入熔融橡胶，橡胶逐渐凝固后，丝网骨架就埋入其中，起到连接支撑的作用，达到加固橡胶体的目的。

其中，钢制丝网骨架为多层三维圆台结构，丝网骨架的单根丝的截面形状为矩形，整个钢制丝网骨架通过3D打印的方式得到。

将得到的橡胶部件应用于常规固井碰压胶塞，能够有效加强常规固井碰压胶塞的抗撕裂、抗脱落的强度与耐磨程度，有效增强了固井胶塞的橡胶件与金属杆件的连接强度。

Claims (10)

1.一种固井胶塞橡胶部件，其特征在于：在所述橡胶部件的皮碗部件内植入有丝网骨架，皮碗与金属杆件接触的位置处丝网骨架从橡胶部件中延伸出来并与金属杆件连接，

其中所述丝网骨架为网格编织形式的单层二维圆台结构或多层三维圆台结构，丝网骨架的强度不低于橡胶部件的强度，丝网骨架从橡胶部件中延伸出来的长度不小于皮碗高度的一半。

2.根据权利要求1所述的固井胶塞橡胶部件，其特征在于：

所述丝网骨架材料选自金属、合金材料或非金属材料。

3.根据权利要求2所述的固井胶塞橡胶部件，其特征在于：

所述丝网骨架材料选自铝、铝合金、钢或铁。

4.根据权利要求1所述的固井胶塞橡胶部件，其特征在于：

所述丝网骨架的网格形状为圆形或多边形。

5.根据权利要求1所述的固井胶塞橡胶部件，其特征在于：

所述丝网骨架的单根丝的截面形状为圆形或矩形，或者丝网骨架的单根丝为螺线管形。

6.根据权利要求1所述的固井胶塞橡胶部件，其特征在于：

所述丝网骨架包括主干和分支结构，主干为沿圆台的轴向方向，相邻主干之间为分支，分支为二维或三维的网格结构，分支网格结构与主干相连，整体构成网格结构，其中分支网格结构与主干的连接方式为铰接、焊接、3D打印或者整体倒模成型。

7.根据权利要求6所述的固井胶塞橡胶部件，其特征在于：

所述丝网骨架的主干单根丝粗细均匀，或者从与金属杆件接触端向另一端逐渐由粗变细；所述丝网骨架的分支单根丝粗细均匀。

8.根据权利要求1所述的固井胶塞橡胶部件，其特征在于：

所述丝网骨架与金属杆件的连接方式为焊接、铰接或铆接，或它们的组合。

9.一种根据权利要求1～8之任一项所述的固井胶塞橡胶部件的加固方法，其特征在于包括以下步骤：

在分体结构的固井胶塞橡胶部件成型前，将丝网骨架预先植入要成型的橡胶部件模具内，皮碗与金属杆件接触的位置处丝网骨架从橡胶部件中延伸出来，然后注入熔融橡胶，橡胶成型后，一方面将橡胶部件与金属杆件组装，另一方面将丝网骨架延伸部分与金属杆件连接，得到固井胶塞。

10.一种根据权利要求1～8之任一项所述的固井胶塞橡胶部件的加固方法，其特征在于包括以下步骤：

在整体结构的固井胶塞橡胶部件成型前，先将丝网骨架与金属杆件连接，然后将丝网骨架连同金属杆件放入橡胶部件模具中，使丝网骨架从橡胶部件中延伸出来，注入熔融橡胶，橡胶成型后得到固井胶塞。

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