[實用新型]均勻收縮的防噴器球形膠芯

有效

• 申請號: 201220365752.4
• 申請日: 2012-07-26
• 公開（公告）號: CN202745793U
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 蘇建文;林發權;嚴永發;蔣光強;王裕海;鄒光貴;杜鋒輝;張銘泉;伍開松;鄧又銘
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: E21B33/06
• 分類號: E21B33/06
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 李玉明

技術領域

本實用新型涉及油氣田鉆井裝備技術領域，特別涉及防噴器，是一種球形的密封膠芯，是一種均勻收縮的防噴器球形膠芯。

背景技術

球形防噴器是油氣田井口上廣泛使用的一種防噴裝置，球形膠芯是球形防噴器內的密封核心部件。球形膠芯在工作過程中，主要受到下列力的作用：其一，球形膠芯底部受到活塞向上的平移驅動力作用；其二，球形膠芯受到頂蓋內球面約束，施加給球形膠芯一個指向球面中心方向的壓力，該壓力使球形膠芯變形向中心收縮和向上移動，同時給球形膠芯施加一個沿球面切線向下方向的摩擦力；其三，球形膠芯向中心收縮變形時，當球形膠芯內表面變形到一定程度后，會產生自接觸，從而形成自接觸壓力。其四，來自井底的高壓流體壓力作用于球形膠芯“漏斗面”上和活塞上部的環槽里，起助封作用，即自密封作用力。在這些力的共同作用下，球形膠芯上部收縮變形較大，下部收縮變形較小，所以經常出現球形膠芯上部極易破壞的現象。

目前，大部分防噴器生產廠家生產的球形膠芯都是仿照國外產品設計。本領域技術人員都很熟悉它的外形狀和結構。參閱圖2。球形膠芯內部均勻分布有10～16塊鐵芯并橡膠硫化成半球體形，球形膠芯是由橡膠注成半球體形，有中心孔，球形膠芯內壁形成一個內圓柱表面1，在半球體的上均勻分布有豁口，兩個豁口之間形成凸起塊7；在內圓柱表面1的上部有一個圓錐面8，圓錐面8的上部有環形平臺9，環形平臺9的外沿與凸起塊7的內根部有圓弧過度。這種結構設計雖然增大了球形膠芯的儲膠量，但是在與鉆桿外壁密封后，其上部“多余”的橡膠極易被撕裂而發生脫落，降低球形膠芯的封井能力。

現有的球形膠芯封井技術問題是：球形膠芯在封井過程中，球形膠芯中的部分橡膠被擠出與鉆柱外壁接觸形成封井。參閱圖3。球形膠芯變形初始階段，內圓柱表面1逐漸出現比較均勻的軸向凹陷10和軸向凸起11；隨著封井過程的進行，軸向凹陷10和軸向凸起11不均勻程度增加，軸向凹陷10明顯加深，而軸向凹陷10處的應力極大，遠遠超過了橡膠的強度極限。橡膠在軸向凹陷10處開始發生撕裂與破壞并慢慢擴展，導致球形膠芯部分橡膠脫落，最后整個球形膠芯失去密封能力。

實用新型內容

本實用新型的目的是：提供一種均勻收縮的防噴器球形膠芯，解決國內現有球形防噴器球形膠芯使用壽命低的問題，保證球形球形膠芯封井效果，使球形膠芯與鉆柱之間的接觸壓力分布比較均勻，同時又提高其使用壽命。

本實用新型采用的技術方案是：均勻收縮的防噴器球形膠芯，內部均勻分布有10～16塊鐵芯并橡膠硫化成半球體形，有中心孔，球形膠芯內壁形成一個內圓柱表面，球形膠芯在半球體的上均勻分布有豁口，兩個豁口之間形成凸起塊；其特征在于：在內圓柱表面的上部有一個第一圓錐面，第一圓錐面與內圓柱表面之間有第一過度圓角；在第一圓錐面的上部有一個第二圓錐面，在第一圓錐面與第二圓錐面之間有第二過度圓角；第二圓錐面的外沿與凸起塊的內根部有圓弧過度。

為了使球形膠芯變形初始階段，內圓柱表面逐漸出現比較均勻的軸向凹陷和軸向凸起時，所出現的軸向凹陷和軸向凸起有規律性，在第一圓錐面和第二圓錐面上有凹槽，所述的凹槽均勻分布并且凹槽的位置對應在兩個凸起塊之間；凹槽的底部為圓弧形光滑曲線。

簡述均勻收縮的防噴器球形膠芯的改進原理。參閱圖2。(1)將現有的球形膠芯的圓錐面8和環形平臺9改為（參閱圖1）第一圓錐面3和第二圓錐面5，作用在于去除封井時上部球形膠芯變形擠出太快的部分，使球形膠芯擠膠量沿軸向比較均勻，球形膠芯應力分布得到改善；同時，球形膠芯與鉆柱的接觸壓力沿軸向也變得比較均勻。(2)在內圓柱表面1與第一圓錐面3之間有第一過度圓角2，在第一圓錐面3與第二圓錐面5之間有第二過度圓角4，能降低棱邊處的應力集中；(3)凹槽6的作用在于減少封井時球形膠芯內表面軸向凹陷10和軸向凸起11，使球形膠芯擠膠量沿環向趨于一致，球形膠芯應力沿環向分布比較均勻；同時，球形膠芯的變形收縮更加均勻和容易，有助于降低封井時活塞所需液控壓力，提高封井速度。凹槽6的深度以及向下的長度不能太大，否則可能因為球形膠芯儲膠量不夠而不能封井。

本實用新型的有益效果：本實用新型均勻收縮的防噴器球形膠芯，此球形膠芯結構與鉆柱接觸區域的應力變得比較均勻，球形膠芯的受力狀態得到改善，延長了球形膠芯的使用壽命。在滿足封井要求的條件下，最大限度地延長球形膠芯的使用壽命，提高密封效果；同時有助于降低封井時活塞所需液控壓力，提高封井速度。

附圖說明

圖1是本實用新型均勻收縮的防噴器球形膠芯結構剖面示意圖。