CN102720460A - 一种球面与锥面配合密封浮箍结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球面与锥面配合密封浮箍结构，涉及一种用于石油天然气开发的油气井固井作业中的井下工具浮箍结构技术领域。包括壳体，整体球篮座和支撑弹簧，还包括有锥面密封座和球面密封阀体，所述锥面密封座和球面密封阀体的配合密封为线密封，在所述壳体上设置有用于与套管串连接的螺纹结构，所述支撑弹簧设置在整体球篮座与球面密封阀体之间，锥面密封座位于球面密封阀体上方且安装于整体球篮座内，整体球篮座安装在壳体内。采用本发明，能有效克服已有技术在井下恶劣条件下易于损坏，浮箍耐冲刷稳定性差，容易失效的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于石油天然气开发的油气井固井作业中的井下工具浮箍结构技术领域。
背景技术
在钻井过程中进行固井时，往往使用浮箍控制水泥浆，防止水泥浆回流，实现封固地层和套管的固定。
目前，在固井现场使用的浮箍，普遍采用锥面与锥面或球面与球面配合密封，都是面密封，且阀体配合密封面上一般都衬橡胶，以增强密封的可靠性。
如公开号为CN2658387，公开日为2004年11月24日的中国专利文件公开了一种弹簧式浮箍由浮箍体、密封座、密封球、弹簧和弹簧限位器组成，其特征是浮箍体呈圆筒形，上端部设有母螺纹或公螺纹，下端部设有公螺纹或母螺纹，在上螺纹的下边的腔内设有锥面朝下的圆柱形密封座，密封座上设有密封球，在下螺纹的上边腔内设有凸形朝上的有中心孔的弹簧限位器，弹簧设在限位器与密封球之间，密封座与浮箍体之间螺纹连接，弹簧限位器座在浮箍体内腔部所设的凹台上，之间螺纹连接或硬卡在一体。
以上述专利文献为代表的现有技术，该面密封结构，密封面面积较大，浮箍入井使用时，由于井下情况复杂，钻井液中往往含有岩屑等固相颗粒和其它固体杂物，容易垫在该浮箍配合密封面上，使配合密封面不能很好的贴合，存在泄流间隙，致使水泥浆回流，造成浮箍失效。
浮箍的通径一般都较小，比套管通径要小许多，浮箍入井后，进行循环和施工时，钻井液流经浮箍小通径，产生流体聚能，对浮箍产生冲刷。特别是钻井液含有岩屑等固相颗粒，流经阀体时，流道转向，都要加剧对浮箍阀体的冲刷。浮箍阀体配合密封面衬橡胶，井下温度又较高，耐冲刷性能降低，加上支撑弹簧的支撑作用，使橡胶密封面很容易被冲刷损伤，甚至掉块，使其密封不严，水泥浆回流，造成浮箍失效。
浮箍使用失效，水泥浆回流，管内形成高水泥塞，增加钻塞时间。浮箍使用失效，还造成上部套管环空水泥浆缺失，丧失封固能力，采取补救措施，消耗补救材料，增加补救时间，造成较大的浪费。所以，浮箍使用失效，损失巨大，是较大的质量事故，要尽量避免。
目前使用的一些浮箍，配合密封结构存在不足，浮箍耐冲刷稳定性差，容易失效。需要研制新型浮箍结构，提高浮箍密封结构耐冲刷稳定性，保证浮箍使用的可靠性，满足井下使用条件，避免浮箍使用失效，有利于提高固井质量。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于石油天然气开发的油气井固井作业中的井下工具浮箍结构，采用本发明，能有效克服已有技术在井下恶劣条件下易于损坏，浮箍耐冲刷稳定性差，容易失效的技术问题。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种球面与锥面配合密封浮箍结构，包括壳体，整体球篮座和支撑弹簧，其特征在于：还包括有锥面密封座和球面密封阀体，所述锥面密封座和球面密封阀体的配合密封为线密封，在所述壳体上设置有用于与套管串连接的螺纹结构，所述支撑弹簧设置在整体球篮座与球面密封阀体之间，锥面密封座位于球面密封阀体上方且安装于整体球篮座内，整体球篮座安装在壳体内。
所述球面密封阀体的密封面呈半球形，球面密封阀体是密度介于1.1～2.0g/cm3之间的工程塑料材质。
在所述球面密封阀体与整体球篮座之间设置有间隙。
所述的锥面密封座的密封面呈圆锥形，其圆锥角在50°～70°范围内，密封部位设置在锥面的中部，所述球面密封阀体的密封面与锥面密封座的密封面相配合。
锥面密封座与整体球篮座是通过螺纹连接，整体球篮座与壳体之间也是通过螺纹连接，在所述螺纹连接处设置有O型密封圈。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果为：
1、本发明中，采用锥面密封座和球面密封阀体相配合的方式，锥面密封和球面密封之间为线密封，球面密封阀体受支撑弹簧回复力作用，从而实现了小锥面密封，不易受钻井液中固相颗粒和杂物垫卡造成浮箍失效。
2、本发明中，球面密封阀体不衬橡胶，材质均匀，球面受冲刷概率相同，均匀冲刷后，不影响密封，不易失效。
3、本发明中，球面密封阀体与整体球篮座之间设置间隙，球面密封阀体能在整体球篮座的内腔轴向上自由运动，但不会翻转，避免球面密封阀体翻转造成浮箍失效。
4、本发明中，球面密封阀体为密度介于1.1～2.0g/cm3之间的工程塑料材质，在钻井液中重量很轻，浮箍在大斜度井、水平井的使用中，只需要支撑弹簧较小的支撑力就能复位，有利于球面密封阀体的复位密封，避免了球面密封阀体不能复位造成的浮箍失效。
5、本发明中，锥面密封座的密封面呈圆锥形，其圆锥角在50°～70°范围内，密封部位设置在锥面的中部，所述球面密封阀体的密封面与锥面密封座的密封面相配合，这样的设置方式，经实际验证，50°～70°范围内的圆锥角的密封面能更好地实现与球面密封阀体的线密封配合，从而更不易受钻井液中固相颗粒和杂物垫卡造成浮箍失效。
6、本发明中，在所述螺纹连接处设置有O型密封圈的方式，进一步增强了密封效果。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有密封结构可靠、耐冲刷、易复位、适应井下恶劣条件等优点，很好地解决了浮箍使用失效问题。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明的结构示意图
图中标记：
1、壳体，2、整体球篮座，3、锥面密封座，4、球面密封阀体，5、支撑弹簧，6、线密封，7、O型密封圈。
具体实施方式
实施例1
作为本发明的一较佳实施方式，本发明包括壳体，整体球篮座和支撑弹簧，还包括有锥面密封座和球面密封阀体，所述锥面密封座和球面密封阀体的配合密封为线密封，在所述壳体上设置有用于与套管串连接的螺纹结构，所述支撑弹簧设置在整体球篮座与球面密封阀体之间，锥面密封座位于球面密封阀体上方且安装于整体球篮座内，整体球篮座安装在壳体内。
这样的结构形式，采用锥面密封座和球面密封阀体相配合的方式，锥面密封和球面密封之间为线密封，球面密封阀体受支撑弹簧回复力作用，从而实现了小锥面密封，不易受钻井液中固相颗粒和杂物垫卡造成浮箍失效。
实施例2
作为本发明的最佳实施方式为：本发明主要包括壳体1、整体球篮座2、锥面密封座3、球面密封阀体4、支撑弹簧5等组成。壳体1上端设有套管母螺纹，下端设有套管公螺纹，实现与套管串的连接，支撑弹簧5设在整体球篮座2内底部与球面密封阀体4之间，锥面密封座3位于球面密封阀体4上面，且位于整体球篮座2上部内，整体球篮座2安装在壳体1内中部。锥面密封座3与整体球篮座2之间及整体球篮座2与壳体1之间，都是通过螺纹连接，采用O型密封圈密封。球面密封阀体4的密封面呈半球形，材料为耐高温韧性工程塑料，密度介于1.1～2.0g/cm3之间。球面密封阀体4与整体球篮座2之间设置比较小的间隙，避免球面密封阀体4发生翻转，有利于球面密封阀体4的复位密封。锥面密封座3的密封面呈圆锥形，其圆锥角在50°～70°范围内，密封部位在锥面的中部。
本发明的主要用途：浮箍连接在套管管串末端，在下完套管后，开泵循环泥浆时，管内液体压迫球面密封阀体4，使其压缩支撑弹簧5，锥面密封座3与球面密封阀体4之间形成过流通道，套管内浮箍上部、下部流体形成回路进行循环；固井施工结束后，停止向套管内泵送流体，球面密封阀体4即在支撑弹簧5的回复力作用下恢复与锥面密封座3之间的密封，阻止套管内浮箍下部和套管外的水泥浆通过浮箍倒灌回套管内浮箍上部，实现地层和套管封固。
本发明也可用在其它管线中，实现管线内流体的单向流动。
Claims (4)
1.一种球面与锥面配合密封浮箍结构，包括壳体（1），整体球篮座（2）和支撑弹簧（5），其特征在于：还包括有锥面密封座（3）和球面密封阀体（4），所述锥面密封座（3）和球面密封阀体（4）的配合密封为线密封（6），在所述壳体（1）上设置有用于与套管串连接的螺纹结构，所述支撑弹簧（5）设置在整体球篮座（2）与球面密封阀体（4）之间，锥面密封座（3）位于球面密封阀体（4）上方且安装于整体球篮座（2）内，整体球篮座（2）安装在壳体（1）内。
2.根据权利要求1所述的球面与锥面配合密封浮箍结构，其特征在于：所述球面密封阀体（4）的密封面呈半球形，球面密封阀体（4）是密度介于1.1～2.0g/cm3之间的工程塑料材质。
3.根据权利要求1或2所述的球面与锥面配合密封浮箍结构，其特征在于：在所述球面密封阀体（4）与整体球篮座（2）之间设置有间隙。
4.根据权利要求2所述的球面与锥面配合密封浮箍结构，其特征在于：所述的锥面密封座（3）的密封面呈圆锥形，其圆锥角在50°～70°范围内，密封部位设置在锥面的中部，所述球面密封阀体（4）的密封面与锥面密封座（3）的密封面相配合。
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