CN103883277A - 一种热采密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热采密封组件，其能够在350℃高温条件下承受20MPa以上的高压，又能在经过高温之后温度降到低温下时承受15MPa以上的高压。本发明的热采密封组件包括楔入部件、双重组合密封部件、芯轴、底座，其中楔入部件和双重组合密封部件依次套在芯轴上，可以在芯轴上进行滑动，底座邻近于多重组合密封部件安装在芯轴上。根据本发明的热采密封组件满足了海上热采井生产对热采封隔器的要求，适用于石油热采的技术领域。

Description

一种热采密封组件

技术领域

本发明涉及一种热采密封组件,属于石油热采的技术领域。

背景技术

密封件是石油热采设备中的封隔器的核心部件，封隔器密封性能的可靠性主要依赖于密封件。由于现场作业对不同工艺的需求，对封隔器的密封件的性能要求也不同。比如，注蒸汽用的封隔器需要承受350℃高温和15MPa的高压，对应的密封件也只需满足350℃高温和15MPa的高压即可。但目前海上热采井在生产时要求封隔器的密封件在高温350℃状态下可以承受20MPa的高压，在经过高温后回到低温状态下要求密封件能够承受15MPa以上的高压，也就是密封件耐高压的密封性能不受温度交变的影响。而目前国内常用的井下热采封隔器的密封件均无法满足在350℃时承受20MPa的高压，且在经过高温350℃后回到低温状态时仍能够满足高压密封的要求。

发明内容

本发明提供一种热采密封组件，其可以承受高温350℃，高压20MPa，并且在经过高温350℃后回到低温下仍能够承受15MPa以上的高压，解决了常规热采封隔器的密封件只能满足高温下密封，经过高温后回到低温状态下失去密封性能的问题。本发明的热采密封组件可以满足海上热采井对热采封隔器在注采整个过程中都需要达到密封的要求。

根据本发明的热采密封组件，包括楔入部件、多重组合密封部件、芯轴、底座。楔入部件、多重组合密封部件依次套在芯轴上，可以在芯轴上进行滑动，底座邻近于多重组合密封部件安装在芯轴上。

优选地，楔入部件可以包括锁紧套、压环、内密封环、胀环，其中内密封环安装在胀环和芯轴构成的环形槽内，胀环的上端部设置有内螺纹，内螺纹与锁紧套的下端的外螺纹连接，锁紧套压紧压环。

优选地，内密封环由耐高温的且热膨胀系数小的石墨密封环或高碳纤维环例如PL880高碳纤维环组成。石墨密封环或高碳纤维环在一定的轴向载荷作用下径向胀大，贴紧胀环的内缘面和芯轴的外缘面，密封胀环和芯轴之间的缝隙，阻挡流体泄漏。

优选地，多重组合密封部件可以包括依次设置的上铜碗、上护肩套、上密封件、中间密封件、下密封件、下护肩套、下铜碗，其中上铜碗和上护肩套可以安装在所述胀环的外部台阶处。

优选地，上密封件的上端部可以有倒角，与胀环的下端部的倒角配合。

优选地，芯轴外缘面可以有斜面台阶，与下密封件的下端的倒角配合。

优选地，上密封件和下密封件主要由耐高温的填充聚四氟乙烯、石墨粉、青铜粉、二硫化钼、碳纤维、碳粉和聚合物添加剂构成。

优选地，中间密封件可以包括主密封件和设置在主密封件外部的密封外套。

优选地，上铜碗的邻近上护肩套的一端靠近外缘可以设置有倒圆角以与上护肩套的上端的倒圆角配合，下铜碗的邻近下护肩套的一端靠近外缘也可以设置有倒圆角以与下护肩套的上端的倒圆角配合。

优选地，上护肩套和下护肩套可以均由耐高温的高碳纤维、高强度的不锈钢丝和石墨均匀混合制成。

本发明的热采密封组件具有如下有益效果：

1、本发明采用多重组合式密封组件，同时在结构设计上考虑多重的肩部保护，密封组件的材料构成采用耐高温且高温下性能比较稳定的复合材料，确保热采密封组件性能的稳定性和高低温下的承压能力。

2、本发明的热采密封组件能够在高温350℃条件下承受20MPa以上的高压，当温度降到低温时，仍然能够承受15MPa以上的高压，其耐高压的密封性能不受温度交替变化的影响，承压性能稳定，可以满足海上热采井生产对热采封隔器的特殊要求，从而促进了海上稠油热采技术的发展。

附图说明

图1为本发明的热采密封组件的部分剖视图；

图2为本发明的热采密封组件在工作状态下的部分剖视图。

具体实施方式

为了便于阐述本发明，以下将结合附图及具体实施例对本发明的技术方案的实施作进一步详细描述。

结合图1、图2所示，本发明提供了一种热采密封组件，包括楔入部件、多重组合密封部件、芯轴11、底座14，其中楔入部件和多重组合密封部件依次套在芯轴11上且能够在芯轴11上滑动，底座14邻近于多重组合密封部件安装在芯轴11上。整个热采密封组件放置于套管15中。

楔入部件主要由锁紧套1、压环2、内密封环3、胀环4组成；内密封环3安装在胀环4和芯轴11构成的环形槽内，压环2紧接内密封环3，锁紧套1紧接压环2。内密封环3可以由耐高温且热膨胀系数小的石墨密封环或高碳纤维环组成。

胀环4上端部设置有内螺纹，锁紧套1下端设置有外螺纹，胀环4与锁紧套1通过螺纹连接；胀环4下端部具有导向用的35°～45°的倒角。

多重组合密封部件主要由上铜碗5、上护肩套6、上密封件7，中间密封件，下密封件10、下护肩套12、下铜碗13组成。

上铜碗5的邻近上护肩套6的一端靠近外缘设置有1～3mm的倒圆角，上铜碗5安装在胀环4外部凹槽的台阶处并紧接台阶，上护肩套6也安装在胀环4外部凹槽的台阶处并紧接上铜碗5，上护肩套6两端设置有1～3mm的倒圆角，与上铜碗5的倒圆角配合。

上密封件7的上端部有35°～45°的倒角，与胀环4下端部的倒角配合，上密封件7的下端部紧邻外缘部设置有30°～45°的倒角，与中间密封件的上端部配合；上密封件7设置在芯轴11的外部靠中间的位置，上密封件7的上端部紧接胀环4的下端部。

中间密封件包括主密封件8和密封外套9，主密封件8的两端外缘面设置有30度-45度的倒角，分别与上密封件7、下密封件10配合。主密封件8的材料是高温下稳定性能好、能耐酸、耐碱和有机溶剂的腐蚀、可塑性好的石墨，同时填充有高碳纤维丝、不锈钢丝，具有热稳定性能好，在高低温下其性能比较稳定的优点。

密封外套9安装在主密封件8的外部，与主密封件8配合。下密封件10设置在芯轴11的外部，紧接主密封件8。下密封件10的上端部设置有30度～45度的倒角，下密封件10下端部靠内部设置有10度～20度的倒角。

下护肩套12两端部的外缘面设置有1～3mm的倒圆角，下铜碗13的邻近下护肩套12的一端靠近外缘设置有1～3mm的倒圆角，与下护肩套12的倒圆角配合。

上铜碗5、下铜碗13均由紫铜制成，在一定的轴向载荷下可以在径向胀大。上密封件7和下密封件10主要由耐高温的填充聚四氟乙烯、石墨粉、青铜粉、二硫化钼、碳纤维、碳粉和聚合物添加剂组成。上护肩套6、下护肩套12均由耐高温的高碳纤维、高强度的不锈钢丝和石墨均匀混制而成，既保证了强度，同时在一定的载荷下可以在径向均匀胀大，实现保护上密封件7、下密封件10的功能，提高整个热采密封件的耐压性能。

芯轴11下端设置有外螺纹，与底座14下端部的内螺纹配合，芯轴11外缘面靠中下部有10°～20°的斜面台阶，与下密封件10的下端部的倒角配合。

楔入部件在一定的轴向载荷下，沿着轴向在芯轴11外缘面上向下端部移动，推动上密封件7、主密封件8、密封外套9、下密封件10一起向下移动。胀环4进入到上密封件7内部，使上密封件7在径向胀大。下密封件10沿着芯轴11行进至芯轴11的斜面台阶上。芯轴11的斜面台阶使下密封件10径向胀大。继续施加载荷，此时主密封件8、上铜碗5、下铜碗13、上护肩套6、上护肩套12同时在轴向被压缩、在径向胀大，从而压紧套管15的内壁，将套管15与密封组件之间的间隙封隔，阻挡流体通过。

其工作过程是：给锁紧套1施加一定的轴向载荷，锁紧套1在轴向载荷的作用下，带动压环2、密封环3、胀环4、上铜碗5、上护肩套6一起沿着芯轴11的外缘面向下移动，推动上密封件7、主密封件8、密封外套9、下密封件10向下移动，此时下密封件10沿着芯轴11行进至芯轴11的斜面台阶上，径向胀大。继续施加载荷，主密封件8轴向被压缩、径向变大，同时密封外套9径向胀大。继续再增大轴向载荷，胀环4进入到上密封件7内部，使上密封件7径向变大，当移动到设计的距离后，随着载荷的增大，上铜碗5、上护肩套6、上密封件7、主密封件8、密封外套9、下密封件10、下护肩套12、下铜碗13同时被压缩，径向变大，贴近套管15内壁，将套管内壁与密封组件之间的间隙密封，阻挡流体通过。

根据本发明的热采密封组件，具有双重的肩部保护设计，确保了密封组件在高温下的承压密封性能，并且使热采密封件在经过350℃高温后，回到低温状态下仍能够承受高压，其高压密封性能不受温度交变的影响。另外，楔入和压缩的双重方式，确保密封组件可靠的密封性能。根据本发明的热采密封组件可以满足海上热采井生产时对封隔器在高低温状态下均具有承受高压密封性能的要求。

综上所述，以上仅为本发明较佳的实施例，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡是在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热采密封组件，其特征在于，包括楔入部件、多重组合密封部件、芯轴以及底座，其中所述楔入部件和所述多重组合密封部件依次套在所述芯轴上且能够在所述芯轴上进行滑动，所述底座邻近于所述多重组合密封部件安装在所述芯轴上。

2.根据权利要求1所述的热采密封组件，其特征在于，所述楔入部件包括锁紧套、压环、内密封环、胀环，其中所述内密封环安装在所述胀环和所述芯轴构成的环形槽内，所述胀环的上端部设置有内螺纹，所述内螺纹与所述锁紧套的下端的外螺纹连接，所述锁紧套压紧所述压环。

3.根据权利要求2所述的热采密封组件，其特征在于，所述内密封环由耐高温且热膨胀系数小的石墨密封环或高碳纤维环组成。

4.根据权利要求2所述的热采密封组件，其特征在于，所述多重组合密封部件包括依次设置的上铜碗、上护肩套、上密封件、中间密封件、下密封件、下护肩套、下铜碗，其中所述上铜碗和所述上护肩套安装在所述胀环的外部台阶处。

5.根据权利要求4所述的热采密封组件，其特征在于，所述上密封件的上端部有倒角，与所述胀环的下端部的倒角配合。

6.根据权利要求4所述的热采密封组件，其特征在于，所述芯轴外缘面有斜面台阶，与所述下密封件的下端的倒角配合。

7.根据权利要求4所述的热采密封组件，其特征在于，所述上密封件和所述下密封件主要由耐高温的填充聚四氟乙烯、石墨粉、青铜粉、二硫化钼、碳纤维、碳粉和聚合物添加剂构成。

8.根据权利要求4所述的热采密封组件，其特征在于，所述中间密封件包括主密封件和设置在所述主密封件外部的密封外套。

9.根据权利要求4所述的热采密封组件，其特征在于，所述上铜碗的邻近所述上护肩套的一端靠近外缘设置有倒圆角以与所述上护肩套的上端的倒圆角配合，所述下铜碗的邻近所述下护肩套的一端靠近外缘设置有倒圆角以与所述下护肩套的上端的倒圆角配合。

10.根据权利要求4所述的热采密封组件，其特征在于，所述上护肩套和所述下护肩套均由耐高温的高碳纤维、高强度的不锈钢丝和石墨均匀混合制成。

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