本發(fā)明涉及石油鉆井，具體地，涉及一種用于提升膠筒性能的井下密封設(shè)備、封隔器及橋塞。

背景技術(shù)：

1、目前，常用的井下密封裝置為封隔器，通過對(duì)膠筒進(jìn)行軸向壓縮，使其徑向膨脹至套管內(nèi)徑，形成密封。在膠筒擠壓的過程中，由于膠筒上下兩端承受的壓力最大，使其產(chǎn)生肩部(由于擋環(huán)擠壓膠筒上下兩端面而產(chǎn)生的凸出的部位)突出，當(dāng)肩部突出產(chǎn)生的應(yīng)力大于膠筒材料的許用應(yīng)力時(shí)，會(huì)引起膠筒密封失效。

2、公告號(hào)為cn111911109a的中國發(fā)明專利提供一種密封膠筒，包括上接頭、膠筒主體和下接頭。其中，膠筒主體包括至少兩層以上重疊的金屬骨架和分別布置在金屬骨架外部和內(nèi)部的外膠筒和內(nèi)膠筒。膠筒主體的兩端分別與上接頭和下接頭連接。該發(fā)明提供的密封膠筒能夠降低入井損傷風(fēng)險(xiǎn)，可靠性高，降低封隔器失效概率，但無法在軸向?qū)δz筒提供支撐，無法緩解剪切應(yīng)力對(duì)膠筒的破壞，導(dǎo)致膠筒的密封性能降低。

3、公告號(hào)為cn116624123a的中國發(fā)明專利提供一種油氣田井下密封膠筒，其技術(shù)方案要點(diǎn)是：包括定位環(huán)，所述定位環(huán)的頂面設(shè)置有第一調(diào)節(jié)環(huán)，所述定位環(huán)的底面設(shè)置有第二調(diào)節(jié)環(huán)；兩個(gè)擠壓環(huán)，兩個(gè)所述擠壓環(huán)分別固定連接在所述第一調(diào)節(jié)環(huán)的外圓壁面與所述第二調(diào)節(jié)環(huán)的外圓壁面，所述擠壓環(huán)的底面固定連接有內(nèi)膠筒，所述內(nèi)膠筒的外圓壁面固定連接有外膠筒；連接組件，所述連接組件設(shè)置在所述定位環(huán)的頂面，用于將所述第一調(diào)節(jié)環(huán)與所述定位環(huán)連接；固定組件，所述固定組件設(shè)置在所述第一調(diào)節(jié)環(huán)的頂面，通過限位塊與限位槽活動(dòng)套設(shè)在一起后，從而避免連接棒移出連接槽的內(nèi)部，通過設(shè)置錐面，當(dāng)錐面的一側(cè)與內(nèi)膠筒的外表面完全接觸后，從而進(jìn)一步確保整個(gè)密封膠筒的密封性和耐高壓能力，但無法在軸向?qū)δz筒提供支撐，無法緩解剪切應(yīng)力對(duì)膠筒的破壞，導(dǎo)致膠筒的密封性能降低。

4、公告號(hào)為cn112554837a的中國發(fā)明專利涉及一種壓漲式復(fù)合膠筒套管外封隔器，主體上部外側(cè)通過打開銷釘連接有液缸，液缸下部連接有壓環(huán)，壓環(huán)下部設(shè)有復(fù)合膠筒，復(fù)合膠筒下部設(shè)有下頂環(huán)；所述液缸上部與主體之間有間隙，主體上開有與所述間隙相對(duì)應(yīng)的進(jìn)液孔；所述液缸與壓環(huán)之間設(shè)有卡簧，主體外壁上開有若干個(gè)與卡簧相配合的卡槽。但發(fā)明的封隔器無法在軸向?qū)δz筒提供支撐，無法緩解剪切應(yīng)力對(duì)膠筒的破壞，導(dǎo)致膠筒的密封性能降低。

5、為此，亟需一種用于提升膠筒性能的井下密封設(shè)備，能夠解決由于膠筒在軸向上的上下兩端面承受較大壓力致使其產(chǎn)生肩部突出，進(jìn)而引起膠筒密封失效的技術(shù)弊端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種用于提升膠筒性能的井下密封設(shè)備、封隔器以及橋塞，以通過使得膠筒在軸向上的中間位置的硬度小于遠(yuǎn)離其中間位置的硬度，從而能夠使得膠筒硬度較小的中間分段先膨脹，而遠(yuǎn)離中間位置、硬度較大的分段后于中間分段膨脹，以有效減輕膠筒靠近沿軸向的兩端面的肩部過于突出問題，提高膠筒使用壽命。

2、根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于提升膠筒性能的井下密封設(shè)備，包括套管和設(shè)置于所述套管內(nèi)的膠筒，所述膠筒能夠通過形變與所述套管抵壓接觸以實(shí)現(xiàn)密封，在軸向上，所述膠筒在中間位置的硬度小于遠(yuǎn)離其中間位置的硬度。

3、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述套管包括密封管段，所述膠筒能夠與所述密封管段的內(nèi)表面配合，以使得所述密封管段能夠在所述膠筒的軸向方向施加支撐力，所述膠筒的硬度沿徑向向外減小。

4、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述密封管段的內(nèi)表面設(shè)置有多個(gè)凹槽，所述膠筒在軸向方向受到擠壓后，部分所述膠筒能夠進(jìn)入所述凹槽內(nèi)且所述膠筒的部分外表面能夠與所述凹槽的內(nèi)壁和底部表面均擠壓接觸。

5、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述膠筒在軸向上包括第一膠筒分段、第二膠筒分段以及第三膠筒分段，所述第二膠筒分段處于所述第一膠筒分段與所述第三膠筒分段之間。

6、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述密封管段的內(nèi)表面設(shè)置有多個(gè)凹槽，所述膠筒在軸向方向受到擠壓后，部分所述膠筒能夠進(jìn)入所述凹槽內(nèi)且所述膠筒的部分外表面能夠與所述凹槽的內(nèi)壁和底部表面均擠壓接觸。

7、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述密封管段的內(nèi)表面設(shè)置有多個(gè)凸起，所述膠筒在軸向方向受到擠壓后，部分所述膠筒能夠進(jìn)入各個(gè)所述凸起之間的凹部區(qū)域，所述膠筒的部分外表面能夠與所述凹部區(qū)域以及各個(gè)所述凸起的側(cè)表面均擠壓接觸。

8、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述密封管段的內(nèi)表面設(shè)置有多個(gè)凸起和多個(gè)凹槽，所述膠筒在軸向方向受到擠壓后，部分所述膠筒能夠進(jìn)入各個(gè)所述凸起之間和所述凹槽內(nèi)部，所述膠筒的部分外表面能夠與所述凸起之間的表面、凹槽的內(nèi)壁和底部表面均擠壓接觸。

9、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述凹槽和/或所述凸起在所述密封管段內(nèi)表面沿圓周方向延伸。

10、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述膠筒采用徑向分層結(jié)構(gòu)。

11、本發(fā)明還提供一種井下封隔器，設(shè)置于中心管靠近第二端處，包括前述的用于提升膠筒性能的井下密封設(shè)備，套置在所述中心管外表面的第一擋環(huán)、套置在所述中心管外表面的第二擋環(huán)，所述膠筒套置在所述中心管外表面且設(shè)置于所述第一擋環(huán)與所述第二擋環(huán)之間。

12、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第一擋環(huán)位于所述第二擋環(huán)的上方，所述膠筒的上表面與所述第一擋環(huán)的下表面抵接，所述膠筒的下表面與所述第二擋環(huán)的上表面抵接。

13、本發(fā)明還提供一種井下橋塞，包括前述用于提升膠筒性能的井下密封設(shè)備。

14、本發(fā)明通過包括套管和設(shè)置于套管內(nèi)的膠筒且膠筒能夠通過形變與套管抵壓接觸以實(shí)現(xiàn)密封、膠筒在軸向上的中間位置的硬度小于遠(yuǎn)離其中間位置的硬度，能夠使得膠筒硬度較小的中間分段先膨脹，而遠(yuǎn)離中間位置、硬度較大的分段后于中間分段膨脹，從而能夠有效減輕膠筒靠近沿軸向的兩端面的肩部過于突出問題，提高膠筒使用壽命。

15、本發(fā)明通過套管包括密封管段且膠筒能夠與密封管段的內(nèi)表面配合，以使得密封管段能夠在膠筒的軸向方向施加支撐力，膠筒的硬度沿徑向向外減小，一方面，能夠緩解膠筒在軸向方向受到的剪切應(yīng)力對(duì)其造成的破壞，從而能夠有效避免膠筒受到軸向剪切應(yīng)力而失效，有效保障其密封性，另一方面，膠筒的硬度沿徑向向外減小，既能夠?yàn)槟z筒提供較強(qiáng)支撐，又能夠使其更好地貼合密封管段，進(jìn)而便于為膠筒在承受壓差時(shí)提供軸向支撐，有效減小膠筒承壓時(shí)所受的剪應(yīng)力。

16、本發(fā)明通過密封管段的內(nèi)表面設(shè)置有多個(gè)凹槽、膠筒在軸向方向受到擠壓后，部分膠筒能夠進(jìn)入凹槽內(nèi)且膠筒的部分外表面能夠與凹槽的內(nèi)壁和底部表面均擠壓接觸，能夠使得套管通過凹槽承受膠筒受到的部分剪切應(yīng)力，從而能夠緩解剪切應(yīng)力對(duì)膠筒的破壞，通過套管在軸向方向?qū)δz筒提供支撐，以緩解軸向剪切應(yīng)力對(duì)膠筒的破壞，在提高膠筒可靠性的同時(shí)，提升膠筒密封性能。

17、本發(fā)明通過密封管段的內(nèi)表面設(shè)置有多個(gè)凸起、膠筒在軸向方向受到擠壓后，部分膠筒能夠進(jìn)入各個(gè)凸起之間的凹部區(qū)域、膠筒的部分外表面能夠與凹部區(qū)域以及各個(gè)凸起的側(cè)表面均擠壓接觸，能夠使得套管通過凸起承受膠筒受到的部分剪切應(yīng)力，從而能夠緩解剪切應(yīng)力對(duì)膠筒的破壞，通過套管在軸向方向?qū)δz筒提供支撐，以緩解軸向剪切應(yīng)力對(duì)膠筒的破壞，在提高膠筒可靠性的同時(shí)，提升膠筒密封性能。

18、本發(fā)明通過密封管段的內(nèi)表面設(shè)置有多個(gè)凸起和多個(gè)凹槽、膠筒在軸向方向受到擠壓后，部分膠筒能夠進(jìn)入各個(gè)凸起之間和凹槽內(nèi)部、膠筒的部分外表面能夠與凸起之間的表面、凹槽的內(nèi)壁和底部表面均擠壓接觸，能夠使得套管通過凸起和凹槽承受膠筒受到的部分剪切應(yīng)力，從而能夠緩解剪切應(yīng)力對(duì)膠筒的破壞，通過套管在軸向方向?qū)δz筒提供支撐，以緩解軸向剪切應(yīng)力對(duì)膠筒的破壞，在提高膠筒可靠性的同時(shí)，提升膠筒密封性能。

19、本發(fā)明通過使得膠筒采用徑向分層結(jié)構(gòu)，能夠便于膠筒通過形變充滿密封管段。