[摘 要]压缩式胶筒在坐封时有一种自然趋势，在外力作用下会朝封隔器钢体和套管之间流动，导致接触应力下降，直接影响密封质量。因此，在胶筒变形时，阻止这种“突出”是非常必要地。主要的防突技术主要有端部“防突”、软金属“防突”、“防突”垫圈、“防突”硫化件“防突”结构等几种防突技术。

[关键词]压缩式；胶筒；防突

中图分类号：TB772+.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）11-0097-01

0 引言

对于无“防突”件的压缩式胶筒，当封隔器坐封时，往往有一种自然趋势，就是胶筒在初封之后，在外载作用下继续变形，朝封隔器钢体和套管之间流动，导致接触应力下降，直接影响密封质量。因此，在胶筒变形时，阻止这种“突出”是非常必要地。“防突”件的作用就是用来覆盖封隔器和井壁间的环形空隙。封隔器坐封时，一旦胶筒变形到与套管壁接触，在外载作用下，“防突”件就會展开罩住封隔器与套管壁之间的环隙，阻止胶筒朝此环隙中“突出”，迫使密封元件呈各向均匀压缩的状态，产生并保持较高的接触应力，从而获得良好的密封效果。

1 端部胶筒“防突”

压缩式密封元件往往由三段胶筒组成，中间胶筒比较软，主要起密封作用，故称为工作胶筒，而端部胶筒比较硬，主要起保护工作胶筒以防止肩部“突出”的作用，故称为保护胶筒。对于双胶筒的封隔器，一个为工作胶筒，另一个为限制胶筒。这是一种常用的防突结构。

这种“防突”密封件结构包括四个部分：支撑环、限动套、限制胶筒和工作胶筒。限动套的一端插入支撑环的镗孔内，并在镗孔内有一纵向活动间隙，此间隙设计得足够大，使得工作胶筒在液压作用下可上下移动，并推动限制胶筒充分压缩，产生径向膨胀，阻止工作胶筒挤入间隙，即起到“防突”作用。

2 软金属“防突”

简单的“防突”办法是在胶筒端部装上软钢、黄铜之类的金属部件。当密封元件被压缩时，金属部件随之产生径向变形，直到与套管壁接触，起到阻止胶皮挤出的作用。

还有一种称为“金属保护罩”的“防突”件，它被装在端部胶筒的两端，也有的是将保护罩硫化于胶筒两端。这种保护罩多为铅、黄铜、软钢等软金属制成。

胜利油田石油工程技术研究院自主设计的铜碗保护的三段胶筒，可实现承压60MPa的长期有效密封，在胜利油田非常规完井压裂工艺，十几余井次进行了成功应用。如图1。

3 “防突”垫圈

“防突”垫圈有向内倾斜的斜面，此斜面与平直的胶筒端面相邻，这样就提供了一个倒截锥形的内部间隙。当胶筒产生横向膨胀时，因内部间隙比套管壁与垫圈之间的纵向间隙大的多，所以材料变形时“突出”的最小阻力向内而不是向外。可见，借助这个特殊的内部间隙就可以容纳密封件胀开时产生的纵向“突出”。这种结构设计可以使弹性元件的“突出”降到最小（图2）。

4 “防突”硫化件

这是一种简单的“防突”办法，就是在胶筒的肩部硫化一组弹簧或硫化一组金属加强筋，以获得防止胶筒“突出”的效果。如图3所示，肩部硫化弹簧骨架。

5 结构“防突”

软金属及加强罩类型的固定式 “防突”件，一旦变形后，就不能回收，使用上有一定的局限，一般多用于永久式封隔器。而活动式环形体“防突”机构和伞形折皱式“防突”装置就可以避免发生这种问题。

对于采用活动式环形体“防突”机构的封隔器，在密封元件被压缩变形时，来自上下锥体的轴向压力分别传到上下环形支撑件上，由于此二支撑件与上下锥体均为曲面接触，于是就有一轴向力的水平分量作用于环形支撑件上，促使环形体产生径向扩张，直至与套管壁接触，阻止密封元件可能挤入环形间隙，从而达到“防突”的目的。封隔器一旦解封，环形体靠弹性恢复到自由状态。

伞形折皱式“防突”装置，密封元件两端装有伞形支撑件，支撑件由基部和壁部组成，壁部为折皱和曲卷状，由于折皱和曲卷的存在，当其壁部展平时，就可以使得支撑件边缘接触套管，对密封元件形成连续的支撑保护。一旦封隔器解封，“防突”件就恢复到自由状态。

作者简介

戴超（1989—），男，助理工程师，2011年毕业于南昌大学机械设计制造及其自动化专业，主要从事采油工程机械产品的研发工作。