CN102094593B - 一种密封装置及机械式密封封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种密封装置及机械式密封封隔器，所述密封装置由上开口块、液压介质、双金属凸凹弹簧和下开口块组成，所述双金属凸凹弹簧由紫铜和凸凹弹簧组成，紫铜铺焊在凸凹弹簧的表面和侧面，双金属凸凹弹簧垂直排列，液压介质置于双金属凸凹弹簧内部，该液压介质上下分别连接有用于挤压和封闭液压介质的上开口块和下开口块；所述机械式密封封隔器安装有该密封装置；所述密封装置及安装有该密封装置的机械式密封封隔器具有耐高温高压的特点，在稠油的开采过程中具有非常重要的生产实践意义。

Description

一种密封装置及机械式密封封隔器

技术领域

本发明涉及一种石油采集工具，尤其是一种密封装置及机械式密封封隔器。

背景技术

目前，热采稠油使用的封隔器是由钢件与橡胶件组合而成，由于橡胶件承受不了180℃以上的高温，因此只能够在中温100℃～180℃之间应用封隔器开采稠油；此外，钢件壁薄且橡胶件膨胀量太小(约1mm-2mm)，往往导致井下套管由于某种原因而无法形变为完整圆供其下至油井下端，而无法达到密封的目的。因此，研发一种可以在高温环境下使用的耐高温高压的封隔器，从而利于稠油的科学开采，满足油田高温科学采油的需要，具有非常重要的生产实践意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种密封装置。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种机械式密封封隔器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种密封装置，由上开口块、液压介质、双金属凸凹弹簧和下开口块组成，所述双金属凸凹弹簧由紫铜和凸凹弹簧组成，紫铜铺焊在凸凹弹簧的表面和侧面，双金属凸凹弹簧垂直排列，液压介质置于双金属凸凹弹簧内部，该液压介质上下分别连接有用于挤压和封闭液压介质的上开口块和下开口块。

优选的，上述密封装置，还包括凸凹弹簧衬套，所述凸凹弹簧衬套与双金属凸凹弹簧嵌套固定，液压介质置于凸凹弹簧衬套的外表面与双金属凸凹弹簧形成的圆柱状空间内部，该液压介质上下分别连接有用于挤压和封闭液压介质的上开口块和下开口块。通过利用凸凹弹簧衬套来保护双金属凸凹弹簧，使液压介质膨胀时，紫铜夹层不受液压介质的侵害，对双金属凸凹弹簧的紫铜夹层起到保护作用。

优选的，上述密封装置，所述液压介质为具有流动性的圆珠状构造。

优选的，上述密封装置，所述液压介质为钢珠。

优选的，上述密封装置，所述上开口块和下开口块为形状相对应的楔形构造。

一种安装有上述密封装置的机械式密封封隔器，由上接头、剪切环、活塞、保护套、拉力套、拉力管、储能簧、上连接套、扶正管、推力套、碟簧、上座力套、密封装置、下座力套、下座力管、拉力螺套、螺旋拉力套、双螺旋开口套、代键螺钉、下外密封组、下连接套、第一防脱螺钉、卡瓦座、卡瓦、卡瓦定位套、内螺旋管、中心轴套、下中心轴管、解封螺钉、内下密封组、下接头和第二防脱螺钉组成，所述机械式密封封隔器的外层为依次连接的扶正管、下座力管和下连接套；中间层自上而下：所述上接头和活塞通过剪切环连接，上接头内设有依次连接的液压输入口、管柱和液压腔，活塞依次与拉力套、储能簧、上连接套、推力套、碟簧和上座力套相连接，保护套位于扶正管和拉力套中间并与上连接套固定连接，上座力套通过密封装置的上开口块与密封装置固定连接，下座力套通过密封装置的下开口块与密封装置固定连接，拉力螺套位于下座力管的内侧与螺旋拉力套连接，双螺旋开口套位于螺旋拉力套的缺口内，内螺旋管通过双螺旋开口套与螺旋拉力套固定，下中心轴管通过解封螺钉与内螺旋管固定，下连接套和下中心轴管之间设有下外密封组，卡瓦座通过第一防脱螺钉与下连接套固定，卡瓦座下缘为卡瓦，卡瓦定位套位于卡瓦外侧，下接头通过第二防脱螺钉与卡瓦定位套固定；内层为中心轴套通过代键螺钉与螺旋拉力套固定，拉力管位于中心轴套与拉力套中间并与拉力螺套配合固定，内下密封组位于中心轴套和下中心轴管中间。

本发明的有益效果是：

上述密封装置及安装有该密封装置的机械式密封封隔器利用凸凹弹簧弹性大，紫铜有流动性，易变形，柔软，耐高温等特点，紫铜铺焊在凸凹弹簧表面和侧面，利用凸凹弹簧与紫铜特性的综合，制得的双金属凸凹弹簧膨胀量大，在高温下密封牢固；利用凸凹弹簧衬套保护双金属凸凹弹簧，使其在钢珠膨胀时，双金属凸凹弹簧的紫铜夹层不受钢珠侵害，对该紫铜夹层起到保护作用；利用钢珠流动性好，可把轴向挤压力变为径向膨胀力，从而使双金属凸凹弹簧径向膨胀到井下套管内壁上，紫铜是流动金属，易变形，紫铜表面铺层和夹层受膨胀和挤压变形而完成密封；所述密封装置及安装有该密封装置的机械式密封封隔器具有耐高温高压的特点，在稠油的开采过程中具有非常重要的生产实践意义。

附图说明

图1是本发明提供的一种密封装置的结构示意图；

图2是本发明提供的一种安装有上述密封装置的机械式密封封隔器的结构示意图，图2-1、图2-2、图2-3为图2局部放大图，将该三幅图顺接即为图2所示的整体结构图。

图中：1-上接头         2-剪切环  3-活塞       4-保护套    5-拉力套

      6-拉力管         7-储能簧  8-上连接套   9-扶正管

      10-推力套        11-碟簧   12-上座力套  13-上开口块

      14-圆珠/钢珠     15-凸凹弹簧衬套        16-双金属凸凹弹簧

      17-下开口块      18-下座力套            19-下座力管

      20-拉力螺套      21-螺旋拉力套          22-双螺旋开口套

      23-代键螺钉      24-下外密封组          25-下连接套

      26-第一防脱螺钉  27-卡瓦座              28-卡瓦

      29-卡瓦定位套    30-内螺旋管            31-中心轴套

      32-下中心轴管    33-解封螺钉            34-内下密封组

      35-下接头        36-第二防脱螺钉

      A-液压输入口     B-液压腔                C-紫铜

具体实施方式

为进一步说明本发明，现配合附图进行详细阐述：

实施例1

所述密封装置，由上开口块13、圆珠14、双金属凸凹弹簧16和下开口块17组成，所述双金属凸凹弹簧16由紫铜C和凸凹弹簧组成，紫铜C铺焊在凸凹弹簧的表面和侧面，双金属凸凹弹簧16垂直排列，圆珠14填充于双金属凸凹弹簧16内部，该圆珠14填充后其上下表面分别连接有用于挤压和封闭圆珠14的上开口块13和下开口块17。

实施例2

如图1所示，所述密封装置，由上开口块13、钢珠14、双金属凸凹弹簧16、凸凹弹簧衬套15和下开口块17组成，所述双金属凸凹弹簧16由紫铜C和凸凹弹簧组成，紫铜C铺焊在凸凹弹簧的表面和侧面，双金属凸凹弹簧16垂直排列，凸凹弹簧衬套15与双金属凸凹弹簧16嵌套固定，钢珠14填充于凸凹弹簧衬套15的外表面与双金属凸凹弹簧16形成的圆柱状空间内部，该钢珠14填充后其上下表面分别连接有用于挤压和封闭钢珠14的上开口块13和下开口块17，该上开口块13和下开口块17为形状相对应的楔形构造。通过利用凸凹弹簧衬套15来保护双金属凸凹弹簧16，使钢珠14膨胀时，紫铜C夹层不受钢珠14的侵害，对双金属凸凹弹簧16的紫铜C夹层起到保护作用。

该密封装置  最大外径：Φ114mm    密封方式：机械式

            膨胀量：Φ128mm      工作温度：400℃

            最小通径：Φ50mm     工作压力：35MPa

实施例3

如图2所示，所述安装有上述密封装置的机械式密封封隔器，由上接头1、剪切环2、活塞3、保护套4、拉力套5、拉力管6、储能簧7、上连接套8、扶正管9、推力套10、碟簧11、上座力套12、实施例2所述密封装置、下座力套18、下座力管19、拉力螺套20、螺旋拉力套21、双螺旋开口套22、代键螺钉23、下外密封组24、下连接套25、第一防脱螺钉26、卡瓦座27、卡瓦28、卡瓦定位套29、内螺旋管30、中心轴套31、下中心轴管32、解封螺钉33、内下密封组34、下接头35和第二防脱螺钉36组成，所述机械式密封封隔器的外层为依次连接的扶正管9、下座力管19和下连接套25；中间层自上而下：所述上接头1和活塞3通过剪切环2连接，上接头1内设有依次连接的液压输入口A、管柱和液压腔B，活塞3依次与拉力套5、储能簧7、上连接套8、推力套10、碟簧11和上座力套12相连接，保护套4位于扶正管9和拉力套5中间并与上连接套8固定连接，上座力套12通过密封装置的上开口块13与密封装置固定连接，下座力套18通过密封装置的下开口块17与密封装置固定连接，拉力螺套20位于下座力管19的内侧与螺旋拉力套21连接，双螺旋开口套22位于螺旋拉力套21的缺口内，内螺旋管30通过双螺旋开口套22与螺旋拉力套21固定，下中心轴管32通过解封螺钉33与内螺旋管30固定，下连接套25和下中心轴管32之间设有下外密封组24，卡瓦座27通过第一防脱螺钉26与下连接套25固定，卡瓦座27下缘为卡瓦28，卡瓦定位套29位于卡瓦28外侧，下接头35通过第二防脱螺钉36与卡瓦定位套29固定；内层为中心轴套31通过代键螺钉23与螺旋拉力套21固定，拉力管6位于中心轴套31与拉力套5中间并与拉力螺套20配合固定，内下密封组34位于中心轴套31和下中心轴管32中间。

该机械式密封封隔器  总长：1950mm         座卡压力：10-12MPa

                    最大外径：Φ114mm    密封方式：机械式

                    膨胀量：Φ128mm      工作温度：400℃

                    最小通径：Φ50mm     工作压力：35MPa

此外，该机械式密封封隔器的密封装置采用实施例1所述构造也可以实现高温高压条件下采集稠油的技术效果。

上述密封装置及机械式密封封隔器的工作原理如下：

安装有上述密封装置的机械式密封封隔器管柱中，通过上接头1将封隔器送入井下所需位置，通过管柱打水压10-12MPa，通过液压输入口A，进入液压腔B；当活塞3受压10-12MPa时，剪切环2被剪断，这时活塞3以约5000Kg力向下冲击，保护套4、拉力套5、拉力管6、储能簧7、上连接套8，扶正管9、推力套10、碟簧11、上座力套12、上开口块13、液压介质圆珠群14/钢珠群14、凸凹弹簧衬套15、双金属凸凹弹簧16、下开口块17、下座力套18、下座力管19、拉力螺套20、螺旋拉力套21、下连接套25，卡王座27连锁下行，使卡瓦28延着卡瓦座27坡面(10°微斜)径向(向外)膨胀，使卡瓦28牢牢卡死在套管内壁上。

作业时在井口旋转管柱数圈，使上接头1、中心轴套31、螺旋拉力套21、双螺旋开口套22在内螺旋管30内沿螺纹旋转下行拉动，拉力螺套20、推力套10、碟簧11、上座力套12、上开口块13受力挤压下行，液压介质圆珠14/钢珠14受轴向力挤压变径向膨胀，使凸凹弹簧衬套15、双金属凸凹弹簧16待表面紫铜C铺层被挤压在套管内壁上，紫铜C层变形密封；同时在拉力管6、拉力套5下行作用下，储能簧7减速增力弹性下行推动上连接套8，使双金属凸凹弹簧16的紫铜C夹层受挤压而完成密封。

解卡解封时，只需上提管柱，拉动上接头1、中心轴套31将解封螺钉33(12个)同时剪断，中心轴套31，密封装置台肩上行撞击，拉力管6、拉力螺套20与螺旋拉力套21脱离，拉力螺套20继续拉动推力套10，松解碟簧11、上座力套12、上开口块13，使液压介质圆珠14/钢珠14被松解收缩，也使凸凹弹簧衬套15、双金属凸凹弹簧16自身弹性收缩；同时带动拉力套5，松解储能簧7，上行上连接套8，提拉双金属凸凹弹簧16上端，使双金属凸凹弹簧16、凸凹弹簧衬套15松解挤压，帮助其自身弹性收缩，同时受拉力管6上提撞击，拉力螺套20、下座力管19、下连接套25、卡瓦座27被击上行，使卡瓦28回缩，完成解卡解封。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种机械式密封封隔器，其特征在于：由上接头、剪切环、活塞、保护套、拉力套、拉力管、储能簧、上连接套、扶正管、推力套、碟簧、上座力套、密封装置、下座力套、下座力管、拉力螺套、螺旋拉力套、双螺旋开口套、代键螺钉、下外密封组、下连接套、第一防脱螺钉、卡瓦座、卡瓦、卡瓦定位套、内螺旋管、中心轴套、下中心轴管、解封螺钉、内下密封组、下接头和第二防脱螺钉组成，所述机械式密封封隔器的外层为依次连接的扶正管、下座力管和下连接套；中间层自上而下：所述上接头和活塞通过剪切环连接，上接头内设有依次连接的液压输入口、管柱和液压腔，活塞依次与拉力套、储能簧、上连接套、推力套、碟簧和上座力套相连接，保护套位于扶正管和拉力套中间并与上连接套固定连接，上座力套通过密封装置的上开口块与密封装置固定连接，下座力套通过密封装置的下开口块与密封装置固定连接，拉力螺套位于下座力管的内侧与螺旋拉力套连接，双螺旋开口套位于螺旋拉力套的缺口内，内螺旋管通过双螺旋开口套与螺旋拉力套固定，下中心轴管通过解封螺钉与内螺旋管固定，下连接套和下中心轴管之间设有下外密封组，卡瓦座通过第一防脱螺钉与下连接套固定，卡瓦座下缘为卡瓦，卡瓦定位套位于卡瓦外侧，下接头通过第二防脱螺钉与卡瓦定位套固定；内层为中心轴套通过代键螺钉与螺旋拉力套固定，拉力管位于中心轴套与拉力套中间并与拉力螺套配合固定，内下密封组位于中心轴套和下中心轴管中间；其中，所述密封装置由上开口块、液压介质、双金属凸凹弹簧、凸凹弹簧衬套和下开口块组成，所述上开口块和下开口块为形状相对应的楔形构造，所述双金属凸凹弹簧由紫铜和凸凹弹簧组成，紫铜铺焊在凸凹弹簧的表面和侧面，双金属凸凹弹簧垂直排列，液压介质置于双金属凸凹弹簧内部，该液压介质上下分别连接有用于挤压和封闭液压介质的上开口块和下开口块，所述凸凹弹簧衬套与双金属凸凹弹簧嵌套固定，液压介质置于凸凹弹簧衬套相对于双金属凸凹弹簧的外表面所形成的圆柱状空间内部，该液压介质上下分别连接有用于挤压和封闭液压介质的上开口块和下开口块；所述液压介质为具有流动性的圆珠状构造。

2.根据权利要求1所述的机械式密封封隔器，其特征在于：所述密封装置的液压介质为钢珠。

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