改进型膨胀式封隔器.pdf

本发明提供一种改进型膨胀式封隔器。封隔器可由包括板条结构和织造结构的混合结构构成。封隔器可包括软壳和盖，带有多个设置在它们之间的板条，和/或设置在它们之间的织造结构或抗挤压层。板条的宽度和厚度可改变且设有多个增强部件。可将增强部件沿纵向和/或横向设置在板条中。封隔器的各组成部分的一或多个优选包括纤维、金属丝、缆绳、纳米纤维、纳米管、和/或纳米微粒改性的弹性体。可将固定件联接到或嵌入外盖上。封隔器可包括具有端部耦连件、包括多个板条的构架。本发明还公开了改进型封隔器皮碗，优选其包括由纳米管或类似材料增强的本体部件。

1.  一种膨胀式封隔器，包括：
一具有第一端和第二端的膨胀元件；
在所述第一端和第二端处的多个板条；及
一设置在所述第一端处的多个板条和在所述第二端处的多个板条之间的织造类结构。

2.  如权利要求1所述的膨胀式封隔器，其中，一或多个板条包括由高强度合金、纤维增强的聚合物和/或弹性体、纳米纤维、纳米微粒、及纳米管增强的聚合物和/或弹性体组成的组中的至少一种材料制成的多个增强部件。

3.  如权利要求1所述的膨胀式封隔器，其中，一或多个板条包括由第一片、第二片和第三片组成的复合结构，所述第二片被设置在所述第一和第三片之间，所述第一和第三片包括多个纵向增强部件，所述第二片包括多个横向增强部件。

4.  一种膨胀式封隔器，包括：
一软壳；
一包括织造类结构的盖；
设置在所述软壳和所述盖之间的多个板条。

5.  如权利要求4所述的膨胀式封隔器，其中，一或多个板条包括由高强度合金、纤维增强的聚合物和/或弹性体、纳米纤维、纳米微粒、及纳米管增强的聚合物和/或弹性体中的至少之一制成的多个增强部件。

6.  如权利要求5所述的膨胀式封隔器，其中，一或多个板条包括由第一片、第二片和第三片组成的复合结构，所述第二片被设置在所述第一和第三片之间。

7.  一种膨胀式封隔器，包括：
一具有纳米纤维和纳米微粒改性的聚合物和/或弹性体中的至少之一的软壳；
具有一端部耦连件和设置在所述软壳周围的多个板条的构架；及
具有纤维、纳米纤维、纳米管和纳米微粒改性的聚合物和/或弹性体中的至少之一的盖密封件。

8.  如权利要求7所述的膨胀式封隔器，其中，所述板条包括纤维、纳米纤维、纳米微粒改性的聚合物和/或弹性体及高强度金属中的至少之一。

9.  如权利要求7所述的膨胀式封隔器，其中，还包括设置在所述软壳和所述盖密封件之间的抗挤压层，并包括机织物、纳米纤维、纳米管和纳米微粒中的至少之一。

10.  一种用于膨胀式封隔器的板条，包括：
一具有长度、宽度和厚度的干体部件；及
设置在所述干体部件内且包括金属丝、缆绳、纤维、纳米纤维、纳米管、纳米微粒改性的弹性体及高强度金属材料中的至少之一的多个增强部件。

11.  如权利要求10所述的板条，其中，所述干体部件可包括弹性体、热塑性弹性体、弹性塑料、及聚合物中至少之一。

12.  如权利要求10所述的板条，其中，所述干体部件的宽度沿该干体部件的长度的至少一部分变化。

13.  如权利要求10所述的板条，其中，所述干体部件的厚度沿其长度的至少一部分变化且形成三角形横截面和弯曲的横截面中的一种。

14.  如权利要求10所述的板条，其中，所述干体部件具有沿其宽度的摩擦梯度。

15.  如权利要求10所述的板条，其中，所述干体部件的硬挺度可沿横过其宽度和横过其长度的方向变化。

16.  如权利要求10所述的板条，其中，所述干体部件还包括用于与相邻板条相互作用的槽口和拱部。

17.  一种膨胀式封隔器，包括：
一端部耦连件；
一主体部分；及
从所述端部耦连件延伸到所述主体部分的过渡部分，其中所述过渡部分包括按不同角度设置的增强部件。

18.  如权利要求1 7所述的膨胀式封隔器，其中，所述过渡部分的所述增强部件包括纤维、纳米纤维、纳米微粒改性的聚合物和/或弹性体、及高强度金属中的至少之一。

19.  一种封隔器皮碗，包括：
一本体部件；
一支撑部件；及
设置在所述本体部件内的多个增强部件。

20.  如权利要求19所述的封隔器皮碗，其中，所述增强部件选自纳米管、纳米微粒、和纳米纤维。

改进型膨胀式封隔器
技术领域
一般而言，本发明涉及井下油田设备，更具体地说，涉及改进型膨胀式封隔器。
背景技术
众所周知，主要有两类膨胀式封隔器，即板条类(slat type)和织造类或缆绳类(weare or cable type)。板条类膨胀式封隔器通常具有高的压力等级(pressue rating)和大的膨胀度(expomsion ratio)。然而，通常在裸眼井(open hole)应用中、特别是高膨胀的裸眼井应用中不推荐使用板条类膨胀式封隔器，因为这种板条不具备足够的柔韧性来适应可能的不规则的裸眼井轮廓。结果，板条式封隔器的内管或软壳(bladder)可能通过板条之间的开口被挤压。另一方面，织造类结构配备的封隔器元件足够柔顺(compliance)以适应井眼(well bore)的几何形状，但其压力等级低且膨胀度小。除膨胀式封隔器的结构设计外，膨胀式封隔器的机械性能和可靠性还部分地取决于所使用的材料的机械性能。
正如从下面的描述和讨论中可明显看出的那样，本发明旨在克服现有封隔器的不足并构建一种改进型封隔器。根据本发明的一方面，所述目的可通过开发一种用于过油管可多重设定的可高膨胀的膨胀式封隔器(through-tubing multiple-settable high-expandable inflatable packer)元件的混合结构来实现，该结构利用了板条类和织造类结构的独特的特性以便在裸眼井环境和套管井(cased hole)环境中获得封隔器元件的大大改进的性能和柔顺性(compliance)。根据本发明的另一方面，在封隔器领域的改进可通过采用纤维增强复合物领域和纳米技术领域内的材料、包括，例如各种纤维增强的弹性体、聚合物、和/或金属、以及纳米纤维、纳米管、纳米微粒改性弹性体、聚合物和/或金属材料开发具有高膨胀度、高压力等级、高抗挤压性、及缩痕后形状恢复良好的膨胀式封隔器元件来获得。关于这类材料的详细情况可在文献、例如，WO 0106087、U.S.Patent No.6,102,120、以及A.B.Dalton等人撰写的Super-Tough Carbon-Nanotube Fibers，Nature，Vol.423，12 June 2003，p.703(“Dalton”)中查到。在Dalton中，作者列出了其将单壁纳米管(SWNT)纤维合成到100米的长束中的工艺过程。然后可将这些纤维形成为网状物或织造物作为橡胶加强物加入其他纤维中。相对于传统材料而言，纳米工艺材料呈现出超级性能，这些性能包括更大的强度、柔韧性、伸长率以及对于如在裸眼井应用中出现的不规则表面的柔顺性。
发明内容
本发明一实施例包括一种具有膨胀元件的膨胀式封隔器，在该膨胀元件的两端设有多个板条和设置在多个板条之间的织造类结构。
本发明另一实施例包括一种膨胀式封隔器，其具有软壳、包括织造类结构的盖、及设置在软壳和盖之间的多个板条。
本发明再一实施例提供的膨胀式封隔器包括由软橡胶构成的软壳、设置在软壳周围的多个板条、设置在板条周围并由软橡胶构成的织造类结构、及设置在织造类结构周围并由硬橡胶构成的盖。
本发明又一实施例提供的膨胀式封隔器包括：具有纳米纤维和纳米微粒改性弹性体中至少之一的软壳；具有端部耦连件及设置于软壳周围的多个板条的构架(carcass)；以及具有纤维、纳米纤维、纳米管、及纳米微粒改性的弹性体中至少之一的盖密封件。
本发明的另一实施例提供一种在膨胀式封隔器中使用的板条，该板条包括具有一定长度、宽度和厚度的干体部件(body member)，并具有设置在干体部件中且包括金属丝、缆绳、纤维、纳米纤维、纳米管、纳米微粒改性弹性体及高强度金属中的至少一种的多个增强部件。
本发明的再一实施例提供的膨胀式封隔器包括端部耦连件、主体部分(main body section)、以及设置在它们之间、包括以不同角度设置的增强部件的过渡部分。
本发明的又一实施例提供了一种具有本体部件(body member)、支撑部件、及设置在本体部件内的多个增强部件的封隔器皮碗。
本发明的其他特征、方面和优点将通过下面的描述更为清楚。
附图说明
图1为根据本发明构成的封隔器的一具体实施例的侧视图；
图2为根据本发明构成的封隔器的另一具体实施例的侧视图；
图3为沿图2中线3-3剖切的横截面图；
图4为用于本发明构成的封隔器中的板条的一具体实施例的透视图；
图5为用于本发明的封隔器的板条的另一具体实施例的透视图；
图6为用于本发明的封隔器的板条的又一具体实施例的透视图；
图7为用于本发明的封隔器的板条的再一具体实施例的透视图；
图8为根据本发明构成的、包括混合橡胶结构的封隔器元件另一具体实施例的横截面图；
图9为根据本发明构成的封隔器元件的端部的透视图；
图10示例性地示出了膨胀时在织造类封隔器元件中的纤维或缆绳的转动；
图11为根据本发明构成的且内部设置有纵向增强件的锥形板条的侧视图；
图12为包括如图11所示的锥形板条的封隔器构架的透视图；
图13为根据本发明构成的封隔器元件的横截面图；
图14为根据本发明构成的封隔器元件的横截面图；
图15为根据本发明构成的另一种封隔器元件的横截面图；
图16为根据本发明构成的再一种封隔器元件的横截面图；
图17为根据本发明构成的板条的侧视图；
图18为根据本发明构成的又一种封隔器元件的横截面图；
图19为根据本发明构成的再一种板条的侧视图；
图20为根据本发明构成的具有三角形横截面的板条的侧视图；
图21为与图20类似的侧视图，它示出了根据本发明构成的具有三角形横截面的另一种板条；
图22的侧视图示出了根据本发明构成的具有弯曲的横截面的板条；
图23的侧视图示出了根据本发明构成的具有拱部锁定特征(key-lockfeature)的板条；
图24的侧视图示出了根据本发明构成的沿其横向具有摩擦系数梯度的板条；
图25的侧视图以局部横截面的方式示出了根据本发明构成的封隔器皮碗；
图26的侧视图以局部横截面的方式示出了根据本发明构成的另一种封隔器皮碗；
图27的侧视图以局部横截面的方式示出了根据本发明构成的再一种封隔器皮碗；
图28的侧视图以局部横截面的方式示出了根据本发明构成的又一种封隔器皮碗。
虽然以下将结合一些优选实施例对本发明进行描述，可以理解的是本发明不限于这些实施例。相反，本发明力图涵盖由权利要求所限定的本发明的范围内的所有可供选择的实施例、变型例及等同例。
具体实施方式
仔细参考附图，所有附图中类似的附图标记表示相同的元件。图1示意地示出了用于在两端处具有板条类结构12和在两端间设置有织造类结构14的膨胀式封隔器元件10的“混合”结构。众所周知，膨胀式封隔器元件在胀大阶段要比之后的阶段更易受损而破裂。同时还公知的是元件中最容易损坏的地方是在其过渡区。在这些区域使用板条类结构12可提供极佳的抗挤压层以降低在这些区域的受损破裂的可能性。织造类结构1 4的作用是使元件10足够柔顺以适应井眼的形状。
本发明的另一具体实施例中，在图2中示出了用于膨胀式封隔器元件16的另一种“混合”结构，其中，板条被放置在封隔器元件16的整个长度上，同时封隔器16完全被织造类结构(一或多个)14覆盖。图3进一步示出了本发明的此方案，其示出了图2所示的“混合”类结构的横截面。如图3所示，在一具体实施例中，封隔器元件16可包括软壳18、一或多个板条20、织造类盖22及多个固定件(anchors)24。软壳18由弹性材料构成为中空的圆筒状以保持膨胀流体。可将软壳18设计成具有各向异性，以便控制其膨胀行为和/或过程。板条20优选具有至少两种功能。一种功能是形成抗挤压屏障，另一功能是承载机械负荷。板条20可由高强度合金；包括纤维增强的弹性体、纳米纤维和/或纳米管增强弹性体在内的纤维增强材料及其他先进材料构成。板条20优选沿其长度方向强度最高，且可使其具有设计所允许的厚薄程度以便为盖腾出足够的空间。盖22优选制成为织造类结构，且优选由带有嵌入的增强部件23的弹性材料构成。可按能促进和控制其膨胀的某种图形嵌入这些增强件23。例如，可沿封隔器轴向放置增强部件23以使膨胀期间的任何长度变化和可能的橡胶扯裂问题最少发生。优选盖22具有设计所允许的厚度，以具有足够的柔顺性能而适应裸眼井环境下可能的不规则性。在一具体实施例中，固定件24可为部分裸露的缆绳，其功能是在封隔器元件10/16和井眼之间提供更大的摩擦作用。
为了具有足够的适应性来适应可能的不规则裸眼井轮廓，优选封隔器元件10/16具有一定程度的柔韧性。因为软壳18和盖22对于井眼具有良好的柔顺性，为了达到所述目的，板条20的设计相当重要。在另一具体实施例中，可将板条20设计成非常薄，以降低它的硬挺度。在另一具体实施例中，板条20可由“柔韧”的复合材料构成。可将增强部件(见图4中25，下面将讨论)沿轴向放置以便承载机械负载，而结合物(matrix)可由具有接近于用来制造软壳18的橡胶的非常低的挠曲模量的材料制成。借助于一些简单的设计，板条20可由具有硬挺度比金属材料低得多的柔韧的复合材料构成。用来制造元件10/16的各组成部分的纤维材料可以是碳纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维(aramid fibers)、陶瓷纤维、金属纤维、合成纤维、和/或它们的纳米纤维、纳米管、纳米微粒、还可包括其他常用材料。可将纤维材料以单纤维或纤维束(缆绳)的形式嵌入。在板条内的结合物可由橡胶、熔融的再生胶(melt processible rubbers)、热塑性塑料、热塑性弹性体、和/或具有类似性能的其他材料。
图4示出了柔韧板条20的一种设计的一具体实施例。在这个实施例中，所有增强件25沿纵向放置，于是板条20沿横向的硬挺度可由结合物或板条体部件21的硬挺度支配，所述结合物或板条体部件由如橡胶之类的任何合适材料形成的非常柔韧的材料构成。在该具体实施例中，板条20的纵向硬挺度优选为金属板条的硬挺度的一部分。
在图5中示出了板条20的另一具体实施例，其中大部分增强件25沿轴线方向放置，少部分增强件27沿横向放置。如图5所示，板条20包括第一增强片26、第二增强片28、和第三增强片30。第一和第三增强片26、30可以是图4所示的类型的板条(即，将增强件25纵向地沿片26的纵向轴线方向放置)。如图所示，第二增强片28被设置在第一和第三增强片26、30之间。第二增强片28可带有沿横向设置的增强件27(即，通常与第一和第三板条26、30中的纵向增强件25成直角)。这种设计可使板条20沿横向的强度提高。
图6示出了板条20的又一具体实施例。在该实施例中，具有纵向地沿片28的纵向轴线设置的增强件25的板条类片28被设置在膜26、30之间，这些膜包括带有接近用来制造软壳的橡胶的非常低的挠曲模量的结合物材料。这种设计使板条20沿横向方向的强度提高。
图7示出了板条20的再一具体实施例。在该实施例中，具有纵向地沿片28的纵向轴线设置的增强件25的板条类片28被设置在纤维垫26、30之间，这些纤维垫包括具有接近用来制造软壳的橡胶的非常低的挠曲模量的结合物材料。纤维垫26、30的结合物材料提供了随机分布的增强件。这种设计可使板条20沿横向的强度提高。
如图8所示，另一种防止橡胶扯裂的方案是提供混合橡胶结构，以适应其膨胀期间对橡胶的不同需求。在图8所示的具体实施例中，封隔器元件32可包括由软橡胶构成的软壳34、板条36、由软橡胶构成的织造类结构38、及由硬橡胶构成的外盖40。“软”橡胶是指具有很好的伸长或剪切性能的橡胶。“硬”橡胶是指具有高回弹阻力及低压缩和拉伸变形(tensileset)的橡胶。由于软壳34经受大的伸长，且由于形成于织造类结构层38中的大的剪应变，使用软橡胶是有利的。外盖40中采用“硬”橡胶可在封隔器32被释放后有利于其形状的复原。
如图9所示，封隔器33的一具体实施例可包括端部耦连件35和从端部耦连件35延伸到主体部分39的过渡部分37。封隔器33从其缩瘪状态胀大到完全膨胀状态的过渡部分37的形状可通过适合目的的设计来控制，此时可将纤维角和/或纤维图形安排成使沿其长度的径向膨胀变化最大。例如，过渡部分37可包括相对于轴线方向以不同角度设置的增强部件41。
如图10所示，在内部压力下膨胀期间，对于带封闭端的斜向对刺式针刺圆筒(fiber-wovencylinder)具有固定的或临界的纤维角。参见图10A，复合结构力学(composite mechanics)的计算表明相对于轴线方向的角度是54°44’。在膨胀期间，纤维转动。当纤维转动到临界角时，纤维将不再转动，于是圆筒不再膨胀。通过使纤维沿横向和沿轴线方向处于不同的初始角，可对过渡部分的形状进行控制。初始纤维角越小，圆筒膨胀越厉害。例如，图10B中的初始纤维角度α大于图10C中的角度α’，因此图10B中的圆筒比图10C中的圆筒膨胀小。
根据本发明的另一方面，提供一种用于膨胀式封隔器中的改进型构架结构，这种构架结构尤其有利于应用在封隔器要求大膨胀度和高压力等级的情况。在一具体实施例中，如图11所示，本发明的此方面可由锥形板条42构成。板条42可设有沿纵向方向嵌入的增强件44。如果需要，也可将板条42设置成具有沿横向嵌入的增强件(未示出)。在一具体实施例中，锥形板条42可由复合材料构成，其中增强件44可以是纤维、金属丝、缆绳、纳米管、纳米纤维、或纳米微粒，结合物可以是弹性体、热塑性弹性体、弹性塑料、或其他聚合物。复合板条42应足够柔韧以适应裸眼井眼的形状并应具有足够强度以承载由封隔器压力产生的轴向载荷。
如图12所示，在一具体实施例中，锥形板条42可与端部耦连件46制造在一起，以形成单一的封隔器构架结构件48。如在本说明书其他地方所描述的那样，可用耦连件46联接膨胀式封隔器元件的其他部分和将载荷传递到其他载荷承载部分上。在一实施例中，板条42中的增强件44可连续地延伸到端部耦连件46中，借此促进载荷从板条42传递到端部耦连件46。端部耦连件46可由与板条42使用的相同的增强件44的高强度复合材料制成。端部耦连件46中的结合物材料可与板条42中使用的材料不同，因为不要求其具有柔韧性。但是，优选其的制造近似或与板条42的制造相同。端部耦连件46可具有不同的形状，以有效地将载荷从端部耦连件46传递到封隔器内的其他载荷承载部分。
如上所述，本发明的另一方面涉及用于制造封隔器的材料的机械性能，材料的机械性能将影响封隔器的机械性能。人们认为纳米技术可提供一些性能远优于传统材料性能的材料。例如，业已发现，纳米纤维和/或纳米微粒改性弹性体可提供具有高强度和高伸长性的组成部分的膨胀式封隔器。在一方面中，本发明可包括通过使用纳米纤维和/或纳米微粒改性弹性体和/或金属而具有大膨胀度、高压力等级、优良的抗挤压性、和缩瘪后能实现良好的形状复原的膨胀式封隔器元件。
如在下面将更详细地描述的那样，本发明的此方面涉及一种将纤维、纳米纤维、和/或纳米微粒改性弹性体用于软壳、抗挤压层、构架、和/或盖密封件的膨胀式封隔器元件。可在弹性软壳内放入纳米纤维和/或纳米微粒，致使软壳具有高的弹性、伸长性、及抗扯裂性；可在弹性构架、弹性板条、或金属板条内放入纤维、纳米纤维、和/或纳米微粒，致使构架沿其轴向具有高的弹性和抗拉强度；可在弹性盖内放入纤维、纳米纤维、和/或纳米微粒，致使弹性盖密封件具有高的伸长性、复原性、及抗扯裂和抗磨损性能。可将纤维、纳米纤维、和/或纳米微粒的放置设计成可控制胀大后的封隔器形状以使其机械性能最佳并可促进缩瘪后的复原从而可重复使用封隔器元件。同一构架或从一个到另一构架中，构架板条的厚度和宽度可改变，以使封隔器的展开(deployment)和机械性能最佳。为了进一步防止软壳裂开、扯裂、或挤压，可将纤维和/或纳米纤维织物置于软壳和构架之间。可将软壳、抗挤压层、构架、和盖密封件各自的厚度设计成用于不同的井下环境。
现参考图13，膨胀式封隔器元件50的一具体实施例可包括软壳52、构架54和盖密封件56。在此具体实施例中，软壳52可由纳米纤维和/或纳米微粒改性的弹性材料构成；构架54可由纤维、纳米纤维、和/或纳米微粒改性的弹性材料构成；而盖密封件56可由纤维、纳米纤维、纳米管、和/或纳米微粒改性的弹性材料构成。
图14示出了封隔器元件的另一具体实施例。在该实施例中，软壳52(或内橡胶管)、构架54、和外橡胶套管56可由相同的材料构成。但是，可用缆绳、金属丝、纤维、纳米纤维、纳米管、和/或纳米微粒增强构架54。
图15示出了封隔器元件58的又一具体实施例。在本实施例中，封隔器元件58可包括软壳60、抗挤压层62、构架64和盖密封件66。在此具体实施例中，软壳60可由纳米纤维和/或纳米微粒改性的弹性材料构成；抗挤压层62可由机织物和/或纳米纤维材料构成；构架64可由纤维、纳米纤维、和/或纳米微粒改性的弹性材料构成；而盖密封件66可由纤维、纳米纤维、和/或纳米微粒改性的弹性材料构成。
图16示出了封隔器元件68的再一具体实施例，其中，封隔器元件68可包括软壳70、多个板条72、及盖密封件74。在此具体实施例中，软壳70可由纳米纤维和/或纳米微粒改性的弹性材料构成；板条72可由纤维、纳米纤维、和/或纳米微粒改性的弹性材料构成，或由高强度金属材料构成；而盖密封件74可由纤维、纳米纤维、和/或纳米微粒改性的弹性材料构成。
图18示出了封隔器元件76的又一具体实施例，其中，封隔器元件76可包括软壳78、抗挤压层80、多个板条82、及盖密封件84。在本具体实施例中，软壳78可由纳米纤维和/或纳米微粒改性的弹性材料构成；抗挤压层80可由机织物和/或纳米纤维材料构成；板条82可如图17所示的板条72那样由纤维、纳米纤维、和/或纳米微粒改性的弹性材料构成，或由高强度金属材料构成；而盖密封件84可由纤维、纳米纤维、和/或纳米微粒改性的弹性材料构成。
在如图19所示的具体实施例中，本发明可包括板条86，其宽度可沿其长度方向改变。在这种方式中，相邻板条之间的重叠程度可在封隔器的胀大后达到最大。在如图20-22中所示的其他一些实施例中，板条可具有三角形横截面(参看图20和21)或具有弯曲的横截面(图22)。这些横截面有利于控制板条的展开。
图23示出了一种对板条87的展开进行控制的示例性实施例。在图23所示的实施例中，每个相邻的板条87具有一或多个槽口(或凹槽)87a和一或多个拱部(或突起)87b。相邻板条87的拱部87b和槽口87a相互作用以控制膨胀量。如图23A所示，在封隔器元件膨胀之前，板条87彼此可相对运动。在封隔器元件膨胀时，如图23B所示，当槽口87a和拱部87b之间的相互作用锁定这种相对运动时，板条87最终被限制而不能进一步运动。
图24示出了控制板条89展开的另一示例性实施例。在图24所示的实施例中，每个相邻的板条89被构成为使得它们具有摩擦系数梯度，从而使摩擦系数沿板条89的横向增加。如图24A所示，封隔器元件膨胀之前，板条89彼此以最小的摩擦系数运动。封隔器元件膨胀时，板条89可通过在相邻板条89之间的摩擦阻力最终限制其不能进一步运动。
本发明的另一方面涉及在构造封隔器皮碗中使用由纳米技术领域获得的材料。封隔器皮碗通常用来在井眼中跨立一个区域并将处理流体转移到壳体后面的结构中。使用封隔器皮碗是因为其简单且使用皮碗类元件的跨立工具不需要复杂的机构或运动部件。封隔器皮碗具有对内部使用了皮碗的壳体轻微的令人满意的(nominal)抵触作用。这种抵触作用形成相对于壳体内径的密封并迫使流体流入被两个或多个封隔器皮碗跨立的结构中。封隔器皮碗应能相对于极限压差的情况密封。因此，历来封隔器皮碗都由硬的和抗扯裂的橡胶材料构成。以往使用的材料的实例包括丁腈橡胶(nitrile)、合成橡胶(viton)、氢化丁腈橡胶、天然橡胶、阿法拉斯橡胶(aflas)以及氨基甲酸乙酯。为了在不卡住的情况下进入井中，封隔器皮碗应柔韧，而且还应坚固和耐用，致使在无挤压或破裂的情况下保持高的压差。在通过一些步骤改善其抗拉强度时，常规的弹性体不太柔韧。例如，一些交联丁腈橡胶具有较高的肖式硬度和抗拉强度，但当橡胶在井眼中必须围绕障碍弯曲时，其极可能经受大的摩擦力并可能损坏。一种具有软丁腈橡胶的柔韧性但具有非常硬的橡胶的扯裂强度和抗拉强度两者的材料可以既改善皮碗被送入井眼内的方便性，又能改善皮碗抗拒高压差的能力。
图25至28中的每幅附图示出了本发明构成的封隔器皮碗88。每个封隔器皮碗88包括本体件90和联接到金属基底94的支撑件92。在图25至27示出的封隔器皮碗88中的支撑件92是金属丝，而在图28示出的封隔器皮碗88中的支撑件92是板条。本体件90可由橡胶或其他合适的材料构成，且其可被如模制到所述橡胶或其他本体材料内的极小的、高强度管或纳米管之类的增强部件96增强。通过将增强部件96加入本体件90中可提高橡胶的扯裂强度且高压下橡胶的挤压最小。
虽然上文只描述了本发明的几个示例性实施例，本领域技术人员可以理解，在实质上不超出本发明所描述的新颖教导和优点的前提下可对这些示例性实施例进行很多改型。据此，所有这些改型可涵盖在由所附权利要求限定的本发明的范围内。在这些权利要求中，力图用手段加功能款项覆盖本说明书中描述的结构来完成所描述功能，而且不仅结构等同，还包括等同的结构。因此，尽管在为了确保木制部件在一起而将钉用于圆筒表面的情况中，钉和螺钉可能结构上不等同，但在将木制部件固定在一起的情况中，将螺钉应用于螺旋表面上时可将钉和螺钉看成等同结构。除在权利要求中与相关功能一起使用了词语“用于(means for)”表述的情况外，本发明的表述含意不援引U.S.C§112，段落6来对任何权利要求进行任何限制。