CN103015943A - 封隔器金属密封机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种封隔器金属密封机构，由圆筒4、胀头3和压力弹簧5组成。圆筒4内孔的一段呈圆台孔，在圆筒4的外圆柱面上，制有两组数量相同、平行于轴线.沿圆周均匀分布的缝隙，一组缝隙从圆筒4的圆台孔下底面向上底面延伸；另一组缝隙中的每一条缝隙都分别位于前一组相邻两缝隙的正中，并从距圆筒4的圆台孔下底面一定距离起，向圆筒4的另一端面延伸。胀头3为带中心孔的圆台体。在圆筒4的内孔中，设置有压力弹簧5。通过胀头3与圆筒4的楔入式配合，使金属圆筒4的外圆柱直径胀大，对油套环空起到牢固、严密的封隔作用。密封机构采用了金属材料，其耐温、耐压和耐腐蚀能力都显著超过普通封隔器上的胶筒密封，特别适合高温、高压油气井。

Description

封隔器金属密封机构

技术领域

本发明涉及一种油气田井下工具，尤其涉及封隔器上的密封机构。

背景技术

在油气田开发领域，封隔器是实施分层采油、分层注水、分层压裂、酸化或机械卡堵等井下注采工艺的重要元器件，压缩式封隔器是封隔器中较常用的一种，具有弹性的密封筒是压缩式封隔器的核心部件，它将直接影响到封隔器的工作质量。

封隔器密封筒一般由弹性复合材料制备而成，可分为强制型、自封型和复合型等。强制型中的压缩式封隔器是最为普遍的一种，如Y211型封隔器，主要由上下接头、胶筒密封机构、座封机构组成，它的密封工作原理是：封隔器下井到预定位置后，通过上提下放管柱使座封机构的卡瓦咬合在套管内壁上形成支撑，同时在管柱的重力作用下，上接头推动胶筒压缩，使胶筒的直径变大，从而封隔油套环形空间。通过对胶筒的两端挤压使其变形成对油套环形空间的密封，但压力过大时，胶筒的压缩量更大，极易使其损坏。而且封隔器胶筒的使用工况是非常复杂和苛刻的：高压、高温、处于油介质中、同时还受到硫化氢、蒸汽、酸等的侵蚀。在这样的环境中，弹性体复合材料将会发生油溶胀、老化、过度交联等现象，导致材料的硬度上升、强度下降、弹性下降、抗裂口增长能力也明显降低。因此容易在单次使用时就产生早期破坏，导致密封失败。在油气田开发中，油气井的开采深度越来越深，随着油气井深度的增加，封隔器胶筒的工作环境温度、压力也随之增加，化学腐蚀性也越强，因此，就对封隔器的胶筒提出了适应上述恶劣工况的更高要求。

中国专利公开号CN1356452A，发明创造的名称为“高温热采封隔器”。该申请案公开了一种金属强制密封结构，它性能可靠，可耐450℃高温，但由于起密封作用的是胀头胀开金属波纹管，使其紧贴套管内壁达到密封作用，而金属波纹管胀开前处于折叠状，管壁不可能做的很厚，胀头的直径必须接近被密封的套管内径，故膨胀幅度小，不适合内壁粗糙，尺寸精度差的套管。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种封隔器用的金属密封机构，替代封隔器中的胶筒密封机构，大幅提升封隔器密封机构的承压、耐高温和耐腐蚀性能，以适应当前油气田深井工况使用要求。

本发明的上述目的通过下述技术方案予以实现。

本发明的封隔器金属密封机构由金属材料制成的圆筒、胀头和压力弹簧组成；圆筒内孔的一段呈圆台孔，圆台孔的下底面与圆筒的一端面共面；在圆筒的外圆柱面上，制有两组数量相同、平行于轴线.沿圆周均匀分布的缝隙，一组缝隙从圆筒的圆台孔下底面向上底面延伸，延伸的长度小于圆台孔的深度；另一组缝隙中的每一条缝隙都分别位于前一组相邻两缝隙的正中，并从距圆筒的圆台孔下底面一定距离起，向圆筒的另一端面延伸，延伸的长度大于前一组缝隙的长度；所述胀头为带中心孔的圆台体，所述胀头的最大端直径大于圆筒上圆台孔的大端，高度大于圆筒上圆台孔的深度，所述胀头的上底面与圆筒上圆台孔下底面相对；所述胀头的圆锥角与圆筒上圆台孔的圆锥角相等；在所述圆筒的内孔中，设置有压力弹簧；圆筒、胀头、压力弹簧三者同轴。

所述圆筒上圆台孔的深度小于圆筒总长的二分之一。所述另一组缝隙的长度是前一组缝隙长度的1-3倍。所述每组缝隙至少为12条。所述胀头的内孔直径与压缩式封隔器中的中心管相配。所述圆筒的材料为弹簧钢，其外圆柱面铺焊一层紫铜。

本发明的有益效果是，通过胀头和制有若干条缝隙的、能产生较大弹性变形的金属圆筒配合，能够使圆筒的直径胀大，这种胀头与具有内圆台孔的圆筒的楔入配合，可以产生很大的径向推力，即使椭圆度误差大的套管，也可以被胀力所纠正，甚至将套管直径胀大，它的胀力远大于胶筒，因而起到牢固、严密的封隔作用，特别是密封机构采用了金属材料，其耐温、耐压和耐腐蚀能力都显著超过普通封隔器上的密封胶筒，特别适合高温、高压油气井。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明中3个零件拉大间距后的立体图。

图2是本发明中圆筒的主视图。

图3是本发明中圆筒的左视图。

图4是本发明在压缩式封隔器上应用的结构示意图。

图中：1.上接头，2.中心管，3.胀头，4.圆筒，5.压力弹簧，6.限位锥体，7.卡瓦，8.卡瓦座，9.扶正体座，10.弹簧，11.扶正块，12.滑环套，13.滑环销钉，14.滑环，15.下接头。

具体实施方式

如图1所示，本发明封隔器金属密封机构，包括一个金属材料制成的圆筒4、一个圆台状的胀头3和一个压力弹簧5。圆筒4的总长为100毫米，内孔的一段呈圆台孔，其深度为45毫米，圆台孔的下底面与圆筒4的一端面共面。在圆筒4的筒壁上，制有两组各24条平行于轴线、沿外圆周均匀分布的、贯通圆筒4壁厚的缝隙，一组缝隙从圆筒4的圆台孔下底面向上底面延伸40毫米；另一组缝隙中的每一条缝隙都分别位于前一组相邻两缝隙的正中，并从距圆筒4的圆台孔下底面5毫米开始，向圆筒4的另一端面延伸至距另一端面约10毫米。

为了使圆筒4具有大的弹性，圆筒4除圆台孔外，其余部分呈圆柱孔，其壁厚不大于圆台孔部分的最大壁厚。圆筒4的外圆柱面在轴线方向可成阶梯状，直径大的外圆柱位于圆台下底面一侧，长度约为45毫米。胀头3为带中心孔的圆台体，胀头3的最大端直径大于圆筒的圆台孔的大端直径，高度为46毫米，其锥度与圆筒4的圆台孔的锥度相等，取6-10度。胀头3的上底面与圆筒4的圆台孔下底面相对；在圆筒4的内孔中，设置有与其同心的压力弹簧5。圆筒4、胀头3、压力弹簧5三者同轴。在胀头3完全进入圆筒4的圆台孔之后，即胀头3的圆台面与圆筒4的内圆台孔面完全接触后，圆筒4上最大外圆柱面应与油井套管(图中未画出)内壁全面接触并过赢配合。

为了使圆筒4与粗糙的油井套管接触紧密，可在套筒4的外圆柱面铺焊上一层软金属，如退火紫铜，在圆筒4被胀大时，由于紫铜较软，可以填塞油井套管的凹凸表面，使密封更加可靠。

如图4所示，本发明尤其适合应用在有胶筒密封机构的压缩式封隔器中，取代原密封胶筒，本发明中的胀头3的下底面一侧与上接头1固定连接，另一端与圆筒4的内圆台孔大端相对，圆筒4的内圆台孔小端一侧与限位锥体5固定连接，压力弹簧5套在胀头3与圆管4之间的中心管2上。配备本发明的封隔器其密封原理与一般压缩式封隔器相近，即：封隔器下井过程中，扶正块11在弹簧10的张力作用下紧贴套管内壁下行，卡瓦7和扶正总成(包括：扶正体座9，弹簧10，扶正块11，滑环套12，滑环销钉13，滑环14)位于短轨道上死点；当封隔器下到预定位置时上提下放管柱，卡瓦7和扶正总成由短轨道进入长轨道上死点，在管柱的重力作用下，上接头1推动胀头3下行，胀头3推动压力弹簧5，压力弹簧5被压缩的同时推动圆筒4，圆筒4与限位锥体6推动卡瓦7张开，使卡瓦7咬合在套管内壁上形成支撑；上接头1、中心管2、胀头3继续下行，压力弹簧5进一步被压缩，由于制有两组缝隙的圆筒4具有了较大的弹性变形能力，其直径逐渐被胀大，当圆筒4的最大外圆柱表面紧密接触了套管内壁时，胀头3的锥面也与圆筒4的内圆锥孔面完全吻合，此时，便封隔了中心管2外径和油井套管内径的环形空间。上提管柱时，卡瓦7和扶正总成由长轨道进入短轨道上死点，并带动限位锥体6上行，使限位锥体6退出卡瓦7，胀头3也自动回收，圆筒4直径缩小而解封。

Claims (6)

1.一种封隔器金属密封机构，包括：胀头(3)、圆筒(4)，其特征在于：圆筒(4)的内孔的一段呈圆台孔，圆台孔的下底面与圆筒(4)的一端面共面；在圆筒(4)的外圆柱面上，制有两组数量相同、平行于轴线.均匀分布的缝隙，一组缝隙从圆筒(4)的圆台孔下底面向上底面延伸，延伸的长度小于圆台孔的深度；另一组缝隙中的每一条缝隙都分别位于前一组相邻两缝隙的正中，并从距圆筒(4)的圆台孔下底面一定距离开始，向圆筒(4)的另一端面延伸，延伸的长度大于前一组缝隙的长度；所述胀头(3)为带中心孔的圆台体，圆台体的最大端直径大于圆筒的圆台孔的大端，高度大于圆筒(4)的圆台孔深度，圆台体的上底面与圆筒(4)的圆台孔下底面相对；圆台体的锥度与圆筒(4)的圆台孔的锥度相等；在圆筒(4)的内孔中，设置有压力弹簧(5)；胀头3、压力弹簧5、圆筒4三者同轴。

2.如权利要求1所述封隔器金属密封机构，其特征在于：所述圆筒(4)的圆台孔的深度小于圆筒(4)总长的二分之一。

3.如权利要求1所述封隔器金属密封机构，其特征在于：所述另一组缝隙的长度是前一组缝隙长度的1-3倍。

4.如权利要求1所述封隔器金属密封机构，其特征在于：所述每组缝隙至少为12条。

5.如权利要求1所述封隔器金属密封机构，其特征在于：胀头(3)的内孔直径与中心管(2)相配。

6.如权利要求1所述封隔器金属密封机构，其特征在于：圆筒(4)的材料为弹簧钢，其外圆柱面铺焊一层紫铜。

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