CN103452517A - 一种多级金属密封结构的环形密封总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于海洋油气开采水下井口头系统的多级金属密封结构的密封总成，包括锁紧套筒、驱动套筒、上部密封环和下部密封环，锁紧套筒外侧配置井口头锁紧环，锁紧套筒下部与套管悬挂器锁紧环相配合，锁紧套筒外侧配置有花键与驱动套筒内侧键槽相配合，驱动套筒内侧制有花键与上部密封环的U型密封面内侧的键槽配合，上部密封环的下部为锥形环面用于驱动下部密封环，两者通过剪切销钉连接，回收时通过各部分之间的回收环扣接，本发明不仅能提高密封总成的抗压强度，增加密封可靠性和使用寿命，而且两套密封装置可以分开驱动安装，防止密封面的刮擦，保证密封效果，最后本发明装卸工序简单，节省作业时间和成本。

Description

一种多级金属密封结构的环形密封总成

技术领域

本发明涉及一种用于海洋油气开采的多级金属密封结构的环形密封总成，在水下井口头中用于密封高压井口头与套管悬挂器之间的环形空间。

背景技术

由于海洋油气开采已经成为能源开发的重要发展方向，井口头环形密封总成是影响海洋油气开采的关键设备之一。因此密封设备的耐高压性能和可靠性成为海洋油气开采密封设备一直追求的目标。现有的水下井口头环形密封系统存在以下不足：1、耐压值小，不能承受较大的井内压力；2、受水压和工作温度变化影响，易发生提前解封，影响密封性能；3、密封面单一，不能实现多重密封；4、装卸工序复杂，延长工期。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多级金属密封结构的环形密封总成，它可以提供多个密封面，形成多级密封结构，增强了密封总成的工作压力和抗损性能，提高了密封总成的使用寿命，而且密封安装后能自动锁紧在井口头和套管悬挂器上，最后做到可回收重复利用的目的。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：多级金属密封结构的环形密封总成由锁紧套筒、驱动套筒、上部密封环和下部密封环组成，采用两套密封环多个密封面的多级密封结构，上部密封环与驱动套筒之间，驱动套筒与锁紧套筒之间采用花键配合，首先锁紧套筒的外花键与驱动套筒上的键槽未配合，驱动套筒的内花键与上部密封环上的键槽未配合，下压锁紧套筒使驱动套筒和上部密封环整体下移，驱动下部密封环，使下部密封环达到密封状态，然后旋转锁紧套筒通过花键驱动套筒旋转，使驱动套筒上的内花键与上部密封环上的键槽相配合后下压驱动套筒，驱动上部密封环，再旋转锁紧套筒，使锁紧套筒的外花键与驱动套筒的键槽配合后下压，时井口头锁紧环外张，套管悬挂器锁紧环内缩，密封总成锁紧在井口头和套管悬挂器上。

所述锁紧套筒，与驱动套筒套接，外壁下端开设有环形槽与驱动套筒内壁上端的环形槽配合，用于安装顶部回收环，锁紧套筒外侧上部开有环形宽槽，用于安装井口头锁紧环，锁紧套筒外壁设有外花键，内侧上端开设阶梯型槽用于回收卡槽，阶梯型槽的圆周开有多处驱动槽，与下放回收工具的驱动键相配置，锁紧套筒底部为一环形锥面，与内部锁紧环相配合。

所述的驱动套筒的上端开有安放上部回收环的环形槽，内壁开设多处轴向键槽与锁紧套筒的外花键相配置，内壁中部有用于坐放套管悬挂器锁紧环的凸台，驱动套筒底部为锥形环面与上部密封环连接，锥形环面内侧有内花键，底面开有多个轴向通孔，用作液体流道。

所述的上部密封环，上部密封环有一个U型密封环面，内外侧都有多处用于密封的圆形凸缘，形成多级密封，内侧开设多处轴向键槽与驱动套筒的内花键配合使用，上部密封环的上端开有环形槽与中部回收环配合，上部密封环的下端为锥形环面用于驱动下部密封环，两者通过剪切销钉连接，环形锥面筒壁开有环形槽与下部密封环内壁上的环形槽相配合，用安装底部回收环，环形槽底端开有多个竖直通空，用作液体流道。

所述下部密封环为U型密封环，密封环内外侧都有多处用于密封的圆形凸缘，形成多级密封结构，与上部密封环相连接的筒壁开有安装剪切销的通孔，与上部密封环底部的驱动套筒筒壁上的通孔相配合，外壁上开有环形槽与上部密封环下锥面的环形槽配合。

本发明的有益之处在于：1、金属密封环是到达密封位置才开始驱动，避免了密封总成下放时密封面的刮擦。2、锁紧套筒与驱动套筒之间采用花键配合，保证密封总成不会提前锁紧，并且通过花键可以向下提供扭矩。3、上部密封环与驱动套筒之间采用花键配合，可以保证上下密封环分别驱动。4、，采用两套密封环多个密封面的多级密封结构，增加密封抗压强度和密封可靠性。5、密封总成可以自动锁紧在井口头和套管悬挂器上，防止密封失效。6、安装、回收方便，减少工序。

附图说明

图1是本发明一个实施例的剖视图。

图2是本发明一个实施例的锁紧套筒外花键剖视图。

图3是本发明一个实施例的驱动套筒花键槽剖视图。

图4是本发明一个实施例的驱动套筒内花键剖视图。

图5是本发明一个实施例的上部密封环花键槽剖视图。 

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的实施例。

多级金属密封结构的环形密封总成由锁紧套筒1、驱动套筒2、上部密封环3和下部密封环4组成，采用两套密封环多个密封面的多级密封结构，上部密封环3与驱动套筒2之间，驱动套筒2与锁紧套筒1之间采用花键配合，首先锁紧套筒1的外花键16与驱动套筒2上的键槽17未配合，驱动套筒2的内花键18与上部密封环3上的键槽19未配合，下压锁紧套筒1使驱动套筒2和上部密封环3整体下移，驱动下部密封环4，使下部密封环4达到密封状态，然后旋转锁紧套筒1通过花键配合16和17驱动套筒2旋转，使驱动套筒2上的内花键18与上部密封环上的键槽19相配合后下压驱动套筒2，驱动上部密封环3，再旋转锁紧套筒1，使锁紧套筒1的外花键16与驱动套筒的键槽17配合后下压，时井口头锁紧环5外张，套管悬挂器锁紧环7内缩，密封总成锁紧在井口头和套管悬挂器上。

所述的上部密封环3，上部密封环为U型密封环，外侧有多处用于密封的圆形凸缘，形成多级密封，内侧有键槽19与驱动套筒2上的内花键18配合使用，上部密封环3的上端开有环形槽与中部回收环8配合，下端锥形环面结构用作下部密封环的驱动套筒，环形锥面筒壁开有环形槽与下部密封环4筒壁上的环形槽相配合，用安装底部回收环11，环形槽底端开有多个轴向通孔12，用作液体流道。所述的驱动套筒2的上部开有安放顶部回收环6的环形槽，内壁环面开有环形槽，与顶部回收环6配合，内壁与锁紧套筒1的外壁相套接，驱动套筒2内壁开有多个环形键槽17与锁紧套筒1上的外花键16相配合，驱动套筒2内壁中部有用于坐放套管悬挂器锁紧环7的凸台，驱动套筒2底部有锥形环面与上部密封环面3相配置，锥形环面有内花键18，内壁开有环形槽与上部密封环3顶部的环形槽相配合，用于安放中部回收环8，驱动套筒2底面开有多个轴向通孔9，用作液体流道。所述下部密封环4为U型密封环，密封环内外都有多处圆形凸缘，形成多级密封结构，下部密封环4筒壁开有安装剪切销9的通孔，与上部密封环3底部的锥形环面上通孔相配合，内壁上开有环形槽与上部密封环3下锥面的环形槽配合，用于安放底部回收环10。所述锁紧套筒1，与驱动套筒2套接，外壁下端开有环形槽与驱动套筒顶部的环形槽配合，用于安装顶部回收环6，外壁设有外花键16与驱动套筒2内壁上的键槽17配合，锁紧套筒1外侧上部开有环形宽槽，用于安装井口头锁紧环5，内侧上部开设阶梯形槽用于下放回收工具卡槽，阶梯型槽的圆周开有多处驱动槽，与下放回收工具的驱动键相配置，锁紧套筒底部为一环形锥面，与套管悬挂器锁紧环7相配合。所述套管悬挂器锁紧环7是一个开口弹性环，上端外侧为一斜侧面，与锁紧套筒1下部的锥形环面相配合。所述井口头锁紧环5是一个开口弹性环，其上部内侧为一斜面，与锁紧套筒1外侧顶部环形槽相配合。

本发明安装过程：将整个密封总成按照附图1所示装配好，锁紧套筒1的外花键16与驱动套筒2上的键槽17未配合，驱动套筒2的内花键18与上部密封环3上的键槽19未配合，下放工具锁紧在锁紧环1内壁上的锁紧槽14上，工具上的驱动键嵌入驱动键槽15内，用于产生转矩。下放工具将密封总成安放在密封位置后直接坐放使锁紧环1下压驱动套筒2，驱动套筒2的内花键18与上部密封环3上的键槽19未配合，下压锁紧套筒1使驱动套筒2和上部密封环3整体下移，剪断剪切销钉10，压入下部密封环4的U型槽内，使下部密封环4外壁上的圆形凸缘与井口头和套管悬挂器相互挤压达到密封目的。旋转下放工具一定角度，使得锁紧套筒1的外花键16进入驱动套筒2内壁的环形键槽17内，再旋转密封总成下放工具，使得驱动套筒2下部锥形环面上的内花键18进入上部密封环U型密封圈内侧的键槽19内，继续坐封，使驱动套筒2的锥形环面，压入上部密封环3内，达到二次密封的目的。同时锁紧环1下压的同时，使得井口头锁紧环5外张，锁紧在井口头上；使得套管悬挂器锁紧环7内缩，锁紧在套管悬挂器上，保证密封效果。

本发明的回收过程：下放回收工具下放到密封总成密封位置，将回收工具连接在锁紧套筒1内壁的梯形截面的锁紧槽14内，向上提起回收工具，锁紧套筒向上移动，井口头锁紧环5回缩，与高压井口头解锁，套管悬挂器锁紧环外张，与套管悬挂器解锁，继续上提带动顶部回收环6卡住驱动套筒2，使其向上移动，使下部锥形截面上移，上部密封环3的U型密封圈回缩，上部密封环的3解封，继续上提使中部回收环8卡住上部密封环3向上移动，使其下部锥形环面从下部密封环4中移出，下部密封环4解封，继续上提工具，使下部回收环11卡住下部密封环4使其上移，整个密封总成解封，最终回收作业完成。

Claims (5)

1.一种多级金属密封结构的环形密封总成，其特征在于包括有上部密封环，上部密封环的外壁上部开有环形宽槽，与驱动套筒相套接，上部密封环的内孔下端开设有固定底部回收环的环形槽，与下部密封环相套接，所述的驱动套筒的内环下端开设有固定中部回收环的环形槽，与上部密封环的环形宽槽相配置，驱动套筒的内壁上端开着环形宽槽与锁紧套筒相套接，所述的锁紧套筒外壁下端开有固定顶部回收环的环形槽与驱动套筒宽槽相配置，锁紧套筒内壁开设有梯形环面，在梯形环面内有多个驱动键槽，与下放回收工具上的驱动键相配置，所述的底部密封环是一个U型密封环，外壁上开设环形宽槽，与上密封环下端固定底部回收环的环形槽相配置。

2.权利要求1所述的多级金属密封结构的环形密封总成，其特征在于所述的上部密封环的上端是一个U型密封环，外壁有多处环形凸缘，密封环内侧开有多处键槽，上部密封环的下端是一锥形环面，内壁有内花键，锥形环面内壁开有一个环形方槽用于安放底部回收环，环形槽下部开有一个U型环槽，锥形环面底部开设多个轴向通孔。

3.权利要求1或2所述的多级金属密封结构的环形密封总成，其特征在于所述的下部密封环为一个U型环面，内侧面开有多处键槽，与上部密封环下端的内花键相配置，外壁有多处环形凸缘，下部密封环的上端开设径向通孔安装剪切销钉。

4.权利要求1所述的多级金属密封结构的环形密封总成，其特征在于所述的驱动套筒内壁上端开设多处键槽，与锁紧套筒相连接，键槽上部设有环形宽槽，用于放置顶部回收环，驱动套筒下部是一个锥形环面，锥形环面有内花键，与上密封环顶部的键槽相配置，内壁下端开设一个环形方槽和一个U型环槽，底部开设多个轴向通孔。

5.权利要求1或4所述的多级金属密封结构的环形密封总成，其特征在于所述的锁紧套筒，外周下部开有环形槽，与驱动套筒顶部环形槽配置，环形槽下部有外花键，与驱动套筒顶部的多处键槽相配置，锁紧套筒内壁开有一个阶梯槽与下放回收工具相配置，阶梯槽内开有多处驱动槽，与下放回收工具上的驱动键配合。

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