一种多轮次高低温热采封隔器胶筒及其制备方法.pdf

本发明公开了一种多轮次高低温热采封隔器胶筒及其制备方法，该封隔器胶筒包括柔性石墨胶筒，所述柔性石墨胶筒外部套设有改性聚四氟乙烯外套筒。本发明的多轮次高低温热采封隔器胶筒，整体具有良好的流动性和致密性，能够实现高低温的密封，不会产生裂缝；适用温度范围为-20℃～360℃，并在此温度范围内密封性能均达到20MPa以上；用在井下封隔器上封隔油套环空时，能够适应稠油热采井在注高温蒸汽、降温采油工作条件下对封隔器密封的要求，并且在高温与低温多次交替变化下，胶筒仍能有效的承高压密封；在多轮次蒸汽吞吐后，仍能在高温和低温下，保持承高压密封性能的可靠性，尤其适用于稠油热采中油田蒸汽吞吐、蒸汽驱等工艺。

1.  一种多轮次高低温热采封隔器胶筒，其特征在于：包括柔性石墨胶筒，所述柔性 石墨胶筒外部套设有改性聚四氟乙烯外套筒。

2.  根据权利要求1所述的多轮次高低温热采封隔器胶筒，其特征在于：所述柔性石 墨胶筒的壁厚为10～30mm，改性聚四氟乙烯外套筒的壁厚为1～2mm。

3.  根据权利要求1或2所述的多轮次高低温热采封隔器胶筒，其特征在于：所述柔 性石墨胶筒包含以下重量百分比的组分：滑石粉0.2％～0.5％、碳纤维0.1％～0.2％，余量 为柔性石墨。

4.  根据权利要求1或2所述的多轮次高低温热采封隔器胶筒，其特征在于：所述改 性聚四氟乙烯外套筒包含以下质量百分比的组分：碳纤维8％～12％、石墨6％～10％、锡 青铜23％～27％，余量为聚四氟乙烯。

5.  一种如权利要求1所述的多轮次高低温热采封隔器胶筒的制备方法，其特征在于： 包括下列步骤：
1)取柔性石墨粉、滑石粉、碳纤维混合后，置于模具中，挤压成型，得柔性石墨胶 筒；
2)将改性聚四氟乙烯外套筒套在步骤1)所得柔性石墨胶套外部，即得。

6.  根据权利要求5所述的多轮次高低温热采封隔器胶筒的制备方法，其特征在于： 步骤1)中，所述挤压的压力为20～50MPa。

7.  根据权利要求5所述的多轮次高低温热采封隔器胶筒的制备方法，其特征在于： 步骤2)中，所述改性聚四氟乙烯外套筒的长度不超过柔性石墨胶筒的长度。

8.  根据权利要求5或7所述的多轮次高低温热采封隔器胶筒的制备方法，其特征在 于：所述改性聚四氟乙烯外套筒的制备方法包括下列步骤：
a)按配方量取碳纤维、石墨粉、锡青铜粉和聚四氟乙烯粉混合后，置于模具中，压制 成型，得半成品；
b)将步骤a)所得半成品进行烧结，即得。

9.  根据权利要求8所述的多轮次高低温热采封隔器胶筒的制备方法，其特征在于： 步骤a)中，所述压制的压力为25～30MPa。

10.  根据权利要求8所述的多轮次高低温热采封隔器胶筒的制备方法，其特征在于： 步骤b)中，所述烧结的温度为380～425℃，烧结时间为0.5～1.5h。

一种多轮次高低温热采封隔器胶筒及其制备方法
技术领域
本发明属于油气田用封隔设备技术领域，具体涉及一种多轮次高低温热采封隔器胶 筒，同时还涉及一种多轮次高低温热采封隔器胶筒。
背景技术
稠油热采工艺通常需进行多轮次的高温注蒸汽-低温转抽操作；采取分层措施的井，要 求热采用封隔器在高温注蒸汽和低温转抽过程中均保持可靠密封。胶筒是井下热采封隔器 的核心部件之一，因此要求热采封隔器胶筒在室温和350℃高温下均能够承受高压差。目 前，国内用的耐高温胶筒有纯石墨、改性聚四氟乙烯胶筒等。其中，纯石墨胶筒能耐高温， 为了保证在运输过程中不破碎，制作时通常采用多层石墨薄片缠绕后高负荷压制工艺；在 封隔器坐封时，纯石墨胶筒流动性差，受挤压胀大后纵向上存在裂缝，严重影响胶筒密封 性能。改性聚四氟乙烯胶筒能耐高温，但是其膨胀率高，封隔器通常低温坐封，承受高温 时改性聚四氟乙烯胶筒进一步膨胀、塑性变形，温度降低后胶筒收缩，密封性能下降，只 能耐高温高压，经过高温后不能在低温生产过程中耐高压差，封隔器不密封，出现层间窜 通，产水上升、产油量下降等问题，影响开发效果。
现有技术中，专利CN201730583U公开了一种热敏金属扩张式封隔器，包括主体，主 体内部有通孔，可进行注蒸汽，热敏金属片两两相对，有规则地组装在主体外表面槽内， 热敏金属片外部罩有碳石墨胶筒，热敏金属片外部罩有碳石墨胶筒，碳石墨胶筒一端卡在 固定环端面槽内，另一端卡在移动压环端面槽内，而移动压环套在主体上，固定压环、锁 紧螺母、下端盖由内螺纹固定在主体上。该热敏金属扩张式封隔器中，石墨胶筒采用的是 带状石墨，带状石墨流动性差，在热敏金属受热膨胀作用下易产生裂纹，导致胶筒经过多 轮次注汽后密封失效。
专利CN201874514U公开了一种油气田用压缩式封隔器密封筒，包括用于套在封隔器 内芯上使用的胶筒，所述胶筒外套设置有由聚四氟乙烯制成的外套筒。使用时，胶筒受压 后径向膨胀变形作用于外套筒，使其紧贴油气井外套管形成轴向密封，利用聚四氟乙烯耐 高温、强度比橡胶大、静摩擦系数小且耐腐蚀等特性，提高密封面的接触强度，可使密封 筒满足压力为90～105MPa、温度为160～180℃和腐蚀性工况的使用要求。但是，由于该 胶筒由丙烯酸酯、硅胶或氢化丁腈橡胶制成，耐温能力低，达不到热采井注汽温度350℃ 的要求，更无法满足多轮次蒸汽吞吐后，高低温高压工矿下的密封要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种多轮次高低温热采封隔器胶筒，解决现有封隔器胶筒无法在 多轮次蒸汽吞吐后，仍能在高温和低温下，满足保持高压密封可靠性要求的问题。
本发明的第二个目的是提供一种多轮次高低温热采封隔器胶筒的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种多轮次高低温热采封隔器胶筒， 包括柔性石墨胶筒，所述柔性石墨胶筒外部套设有改性聚四氟乙烯外套筒。
所述柔性石墨胶筒的壁厚为10～30mm，改性聚四氟乙烯外套筒的壁厚为1～2mm。
所述柔性石墨胶筒包含以下重量百分比的组分：滑石粉0.2％～0.5％、碳纤维0.1％～ 0.2％，余量为柔性石墨。
所述柔性石墨胶筒是由以下重量百分比的原料混合后挤压制成：滑石粉0.2％～0.5％、 碳纤维0.1％～0.2％，余量为柔性石墨。
所述改性聚四氟乙烯外套筒包含以下质量百分比的组分：碳纤维8％～12％、石墨6％～ 10％、锡青铜23％～27％，余量为聚四氟乙烯。
所述改性聚四氟乙烯外套筒是由以下重量百分比的原料混合后压制、烧结而成：碳纤 维8％～12％、石墨6％～10％、锡青铜23％～27％，余量为聚四氟乙烯。
一种上述的多轮次高低温热采封隔器胶筒的制备方法，包括下列步骤：
1)取柔性石墨粉、滑石粉、碳纤维混合后，置于模具中，挤压成型，得柔性石墨胶 筒；
2)将改性聚四氟乙烯外套筒套在步骤1)所得柔性石墨胶套外部，即得。
步骤1)中，所述挤压的压力为20～50MPa。
步骤2)中，所述改性聚四氟乙烯外套筒的长度不超过柔性石墨胶筒的长度。
所述改性聚四氟乙烯外套筒的制备方法包括下列步骤：
a)按配方量取碳纤维、石墨粉、锡青铜粉和聚四氟乙烯粉混合后，置于模具中，压制 成型，得半成品；
b)将步骤a)所得半成品进行烧结，即得。
步骤a)中，所述压制的压力为25～30MPa。
步骤b)中，所述烧结的温度为380～425℃，烧结时间为0.5～1.5h。
本发明的多轮次高低温热采封隔器胶筒，是在柔性石墨胶筒外部套设有改性聚四氟乙 烯外套筒，胶筒整体具有良好的流动性和致密性，既耐高温又耐低温，能够实现高低温的 密封，不会产生裂缝；适用温度范围为-20℃～360℃，并在此温度范围内密封性能均达到 20MPa以上；用在井下封隔器上封隔油套环空时，能够适应稠油热采井在注高温蒸汽、降 温采油工作条件下对封隔器密封的要求，并且在高温与低温多次交替变化下，胶筒仍能有 效的承高压密封；在多轮次蒸汽吞吐后，仍能在高温和低温下，保持承高压密封性能的可 靠性，尤其适用于稠油热采中油田蒸汽吞吐、蒸汽驱等工艺。
进一步的，柔性石墨胶筒是由滑石粉、碳纤维、柔性石墨混合后挤压制成，柔性石墨 粉能克服采用石墨带制成的胶筒流动性能差、不易压缩坐封及易出现裂缝的问题。滑石粉 主要成分是含水的硅酸镁(Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂)，具有润滑性、抗黏、助流、耐火性、抗酸 性、绝缘性、熔点高、化学性不活泼、遮盖力良好、柔软、光泽好、吸附力强等优良的物 理、化学特性，由于滑石的结晶构造是呈层状的，所以具有易分裂成鳞片的趋向和特殊的 滑润性，能够增加石墨胶筒的流动性，填充更充分，增加致密性。碳纤维可以增加胶筒的 粘合性和密封性，不易产生裂缝。
进一步的，改性聚四氟乙烯外套筒由碳纤维、石墨、锡青铜和聚四氟乙烯混合后压制、 烧结而成，在石墨胶筒外部套上一层壁厚较薄的改性聚四氟乙烯外套筒，能起到下井过程 中保护石墨胶筒的作用，且薄壁结构能克服因聚四氟乙烯膨胀系数大导致的材料高温流动 低温失效的问题；所得封隔器胶筒耐磨性能大幅度提高，抗蠕变性能和抗压强度也得到改 善，满足了高温高压条件下的密封的要求。
本发明的多轮次高低温热采封隔器胶筒的制备方法，是将滑石粉、碳纤维、柔性石墨 混合后挤压制成柔性石墨胶筒，再在石墨胶筒外部套上改性聚四氟乙烯外套筒；该制备方 法所得封隔器胶筒质量稳定，能够在-20℃～360℃的工作温度下，保持20MPa以上的密封 性能，有效保证了注汽采油过程中，在高温与低温交替变化下，胶筒仍能有效的承高压密 封；该制备方法工艺简单，操作方便，适合大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例1所得多轮次高低温热采封隔器胶筒的结构示意图；
图2为高低温交替实验装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
多轮次高低温热采封隔器胶筒，如图1所示，包括柔性石墨胶筒，所述柔性石墨胶筒 外部套设有改性聚四氟乙烯外套筒。所述柔性石墨胶筒的壁厚为10mm，改性聚四氟乙烯 外套筒的壁厚为1mm。
所述柔性石墨胶筒包含以下重量百分比的组分：滑石粉0.2％、碳纤维0.2％，余量为 柔性石墨。
所述改性聚四氟乙烯外套筒包含以下质量百分比的组分：碳纤维10％、石墨8％、锡 青铜25％，余量为聚四氟乙烯。
本实施例的多轮次高低温热采封隔器胶筒的制备方法，包括下列步骤：
1)取柔性石墨粉、滑石粉、碳纤维混合后，置于模具中，通过压力机分别正反挤压 成筒状，所述挤压的压力为20MPa，得柔性石墨胶筒；
2)将壁厚为1mm、长度不超过柔性石墨胶筒长度的改性聚四氟乙烯外套筒套在步骤 1)所得柔性石墨胶套外部，即得。
其中，所述改性聚四氟乙烯外套筒的制备方法包括下列步骤：
a)按配方量取碳纤维、石墨粉、锡青铜粉和聚四氟乙烯粉混合后，置于模具内，均匀 分布在整个压制面上，在25MPa压力下压制成型，得半成品；
b)将步骤a)所得半成品表面修边，使其表面平整，边缘整齐后，置于烧结炉内，升 温1h至390℃进行烧结，保温烧结1.5h后，随炉冷却4h至室温，出炉定型，即得。
实施例2
多轮次高低温热采封隔器胶筒，包括柔性石墨胶筒，所述柔性石墨胶筒外部套设有改 性聚四氟乙烯外套筒。所述柔性石墨胶筒的壁厚为20mm，改性聚四氟乙烯外套筒的壁厚 为2mm。
所述柔性石墨胶筒包含以下重量百分比的组分：滑石粉0.3％、碳纤维0.1％，余量为 柔性石墨。
所述改性聚四氟乙烯外套筒包含以下质量百分比的组分：碳纤维8％、石墨10％、锡 青铜23％，余量为聚四氟乙烯。
本实施例的多轮次高低温热采封隔器胶筒的制备方法，包括下列步骤：
1)取柔性石墨粉、滑石粉、碳纤维混合后，置于模具中，通过压力机分别正反挤压 成筒状，所述挤压的压力为40MPa，得柔性石墨胶筒；
2)将壁厚为2mm、长度不超过柔性石墨胶筒长度的改性聚四氟乙烯外套筒套在步骤 1)所得柔性石墨胶套外部，即得。
其中，所述改性聚四氟乙烯外套筒的制备方法包括下列步骤：
a)按配方量取碳纤维、石墨粉、锡青铜粉和聚四氟乙烯粉混合后，置于模具内，均匀 分布在整个压制面上，在30MPa压力下压制成型，得半成品；
b)将步骤a)所得半成品表面修边，使其表面平整，边缘整齐后，置于烧结炉内，升 温1h至400℃进行烧结，保温烧结1h后，随炉冷却4h至室温，出炉定型，即得。
实施例3
多轮次高低温热采封隔器胶筒，包括柔性石墨胶筒，所述柔性石墨胶筒外部套设有改 性聚四氟乙烯外套筒。所述柔性石墨胶筒的壁厚为30mm，改性聚四氟乙烯外套筒的壁厚 为1.5mm。
所述柔性石墨胶筒包含以下重量百分比的组分：滑石粉0.5％、碳纤维0.15％，余量为 柔性石墨。
所述改性聚四氟乙烯外套筒包含以下质量百分比的组分：碳纤维12％、石墨6％、锡 青铜27％，余量为聚四氟乙烯。
本实施例的多轮次高低温热采封隔器胶筒的制备方法，包括下列步骤：
1)取柔性石墨粉、滑石粉、碳纤维混合后，置于模具中，通过压力机分别正反挤压 成筒状，所述挤压的压力为50MPa，得柔性石墨胶筒；
2)将壁厚为1.5mm、长度不超过柔性石墨胶筒长度的改性聚四氟乙烯外套筒套在步 骤1)所得柔性石墨胶套外部，即得。
其中，所述改性聚四氟乙烯外套筒的制备方法包括下列步骤：
a)按配方量取碳纤维、石墨粉、锡青铜粉和聚四氟乙烯粉混合后，置于模具内，均匀 分布在整个压制面上，在28MPa压力下压制成型，得半成品；
b)将步骤a)所得半成品表面修边，使其表面平整，边缘整齐后，置于烧结炉内，升 温1h至420℃进行烧结，保温烧结0.5h后，随炉冷却4h至室温，出炉定型，即得。
实验例
本实验例对实施例1-3所得多轮次高低温热采封隔器胶筒进行高低温交替实验，检测 器密封和承压性能。
高低温交替实验装置如图2所示，包括带有顶盖的气浸试验罐1，所述气浸试验罐内 设有胶筒试验装置3，所述胶筒试验装置3经油管挂4固定在气浸试验罐1的顶盖上，所 述顶盖上还设有油管打压管线7；试验时，胶筒2套设在胶筒试验装置3上，将气浸试验 罐1分隔为上腔和下腔，上腔和下腔分别连接与上腔管线5、下腔管线6相连通。实验时， 通过油管打压管线7向气浸试验罐1内打气压坐封21MPa(换算负荷378KN)，通过检测 上腔与下腔的压力变化，考察胶筒2的密封及承压性能。
结果如表1、2、3所示。
其中，对比例为专利CN201874514U所公开的胶筒。
表1实施例1所得多轮次高低温热采封隔器胶筒高低温交替实验结果


表2实施例2、3所得多轮次高低温热采封隔器胶筒高低温交替实验结果


表3对比例的高低温交替实验结果


从表1、2、3可以看出，实施例1-3所得多轮次高低温热采封隔器胶筒在350℃高温 条件下耐压20MPa，降温至30℃并多次高低温交替实验后，仍具有优异的密封及承压性能； 而对比例的胶筒虽然在高温下具有一定的耐压密封性能，但是降温至50℃后出现漏失，不 能满足高低温交替状态下高承压密封的要求。实验结果表明，本发明的多轮次高低温热采 封隔器胶筒不受高低温交替变化的影响，高低温承压密封性好。