CN105672929A - 一种封井器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封井器。包括：底座，其中心处设有轴向的三级通孔，一级通孔位于底座的上部，二级通孔位于底座的中部，二级通孔用于容纳环形密封囊，三级通孔位于底座的下部用于连通管路，在底座中部设有进油嘴；环形密封囊，设置在底座的二级通孔内，环形密封囊的外圆周与二级通孔紧密贴合，环形密封胶囊内部设有油腔，所述油腔与进油嘴相连通，环形密封囊的内圆周与内芯下部相匹配；以及内芯，在内芯上部设有外螺纹，所述外螺纹与底座一级通孔内的内螺纹相匹配，内芯下部的形状与环形密封囊的内圆周相配合。本发明的有益效果是：能够有效地对井口进行封堵；当需要对井口内进行操作时，无需将封井器整体卸下。

Description

一种封井器

技术领域

本发明涉及一种油田井口密封装置，特别涉及一种封井器。

背景技术

在油田起下油管修井作业时，为了防止油水气从井口上涌或喷出以及防止物品落入井口需在在井口装有封井器。封井器能否对井口进行有效地封堵是关系到油田安全生产的关键。

现有的封井器现在以下缺陷，首先，密封性能不好，为油田安全生产埋下隐患，其次结构复杂，拆装不便，耗时长，在安装封井器后如需对井口进行操作，需将封井器卸下，浪费时间，此外，现有的液压封井器缺乏卸压功能，导致环形密封囊内部压力过大，影响使用寿命和存在安全隐患。

因此，一种既能够对井口进行有效封堵，又使用方便并且具有较长使用寿命的封井器成为解决问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种封井器，能够对井口进行有效地封堵。

本发明还有一个目的在于提供一种封井器，再安装封井器后无需将封井器整体卸下也能对井口进行操作。

本发明的另一个目的是使环形密封囊内的压力满足一定范围，避免因压力过小造成的密封性差，又避免因压力过大造成零件的损坏。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种封井器，包括：

底座，其中心处设有轴向的三级通孔，一级通孔位于底座的上部，在一级通孔内设有与内芯匹配的内螺纹，二级通孔位于底座的中部，二级通孔用于容纳环形密封囊，二级通孔形状与环形密封囊外圆周相匹配，三级通孔位于底座的下部用于连通管路，在底座中部设有进油嘴，在底座的下部均设有沉头螺孔，在所述沉头螺孔内设有螺钉；

环形密封囊，设置在底座的二级通孔内，环形密封囊的外圆周与二级通孔紧密贴合，环形密封胶囊内部设有油腔，所述油腔与进油嘴相连通，环形密封囊的内圆周与内芯下部相匹配；以及

内芯，在内芯上部设有外螺纹，所述外螺纹与底座一级通孔内的内螺纹相匹配，内芯下部的形状与环形密封囊的内圆周相配合；

其中，当需要封闭油井时，液压液经进油嘴进入油腔内，所述油腔向密封囊施加压力，将在环形密封囊与内芯紧密贴合。

优选的是，所述内芯下部的侧壁具有向内凹陷的弧度，所述弧度与环形密封囊相配合，使环形密封囊与内芯之间贴合更紧密。

优选的是，在所述底座的上部设有挡块，所述挡块通过防盗螺钉与底座活动连接，用于增加封井器的密封性。

优选的是，在所述底座上部外圆周设有外螺纹，所述外螺纹与阀盖相配合，在阀盖外圆周具有六方结构，阀盖用于保护封井器的内部结构。

优选的是，在所述底座中部相对进油嘴的一侧设有卸油嘴，所述环形密封囊的油腔连通，用于在环形密封囊的油腔内油压过大时，排出液压液缓解油腔内的压力。

优选的是，在所述环形密封囊上部设有环形密封凹槽，所述密封凹槽与底座相配合，用于使环形密封囊与第二通孔贴合更加紧密。

优选的是，在所述环形密封囊中部设有环形密封凸台，所述密封凸台与底座相配合，用于使环形密封囊与第二通孔贴合更加紧密。

优选的是，所述环形密封囊采用一体成型技术制成，增加了环形密封囊的强度。

优选的是，所述内芯下部向内凹陷的弧度上下不对称，其下部的弧长大于上部弧长，即所述内芯内凹陷处下部的直径大于上部的直径，以使所述环形密封囊对所述内芯的作用力合力方向向下。

优选的是，所述环形密封囊进油嘴连接有压力表，以检测环形密封囊油腔内的压力；所述卸油嘴连接电液比例溢流阀，所述电液比例溢流阀通过改变电流来改变工作压力，以使油腔内的压力始终不大于所述电液比例溢流阀的工作压力；

所述油腔内的压力p₀满足

p_s+p_h≤p₀≤p_y

其中，p_s为环形密封囊充满底座与内芯间孔隙时密封囊材料对其内液压油向内的弹力，p_h为环形密封囊与内芯之间最小密封压力，p_y为电液比例溢流阀的工作压力，ε为安全系数，σ为许用拉应力，a为所述内芯顶部螺纹直径，c为所述内芯下部直径。

本发明的有益效果是：1、能够有效地对井口进行封堵；2、当需要对井口内进行操作时，无需将封井器整体卸下；3、环形密封囊采用一体成型技术制成，密封性能好具有较长的使用寿命；4、内芯上部设有通过防盗螺钉固定的挡板，在增加封井器密封性的同时又提高了封井器的安全性。

附图说明

图1是本发明一种封井器的主视图。

图2是本发明一种封井器的俯视图。

图3是本发明一种封井器的底座的剖视图。

图4是本发明一种封井器的环形密封囊的剖视图。

图5是本发明一种封井器的内芯的剖视图。

图6是本发明另一实施例中内芯的剖视图。

图中：封井器1，底座100，沉头螺孔110，进油嘴120，卸油嘴130，环形密封囊200，油腔210，密封凹槽220，密封凸台230，内芯300，挡块400，防盗螺钉410，阀盖500。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1和图2所示，一种封井器1，包括：底座100，其中心处设有轴向的三级通孔，一级通孔位于底座100的上部，在一级通孔内设有与内芯300匹配的内螺纹，二级通孔位于底座300的中部，二级通孔用于容纳环形密封囊200，二级通孔形状与环形密封囊200的外圆周相匹配，三级通孔位于底座100的下部用于连通管路，在底座100中部设有进油嘴120，在底座100的下部均设有四个沉头螺孔110，在所述沉头螺孔110内设有螺钉；环形密封囊200，设置在底座100的二级通孔内，环形密封囊200的外圆周与二级通孔紧密贴合，环形密封胶囊200内部设有油腔210，所述油腔210与进油嘴120相连通，环形密封囊200的内圆周与内芯300下部相匹配；以及内芯300，在内芯300上部设有外螺纹，所述外螺纹与底座100一级通孔内的内螺纹相匹配，内芯下部的形状与环形密封囊200的内圆周相配合；其中，当需要封闭油井时，液压液经进油嘴120进入油腔210内，所述油腔210向密封囊200施加压力，将在环形密封囊200与内芯300紧密贴合。

在使用过程中，通过位于底座底部的沉头螺栓孔内的螺栓将封井器与井口法兰连接，再将环形密封囊200第二通孔内部，将环形密封囊200的油腔与位于底座底部的喷油嘴120相连，再将内芯旋入环形密封囊200内即完成了本发明封井器的安装，当需要封住进口时，通过进油嘴120箱环形密封囊200内注入液压液，在油腔210内产生压力将环形密封囊200与内芯300紧密贴合。当需要对井口进行操作时，先将环形密封囊200内的液压液通过进油嘴排出，将内芯300旋出即可，无需将封井器整体卸下，操作简便，节约时间。

在另一个实施例中，在所述内芯300下部的侧壁具有向内凹陷的弧度，所述弧度与环形密封囊200相配合，使环形密封囊200与内芯300之间贴合更紧密，使内芯能够良好的固定。

在另一个实施例中，在所述底座100的上部设有挡块400，在挡块400上均设有沉头螺孔，在沉头螺孔内设有防盗螺钉410，所述挡块400通过防盗螺钉410与底座100活动连接，用于增加封井1的密封性，所述防盗螺钉410只能通过特定工具旋动，增加的油田管理的安全性同时具有放到功能。。

在另一个实施例中，在所述底座100上部外圆周设有外螺纹，所述外螺纹与阀盖500相配合，在阀盖500外圆周具有六方结构，可通过扳手对其进行锁紧和拧动，阀盖500用于保护封井器1的内部结构，防止由于外力导致封井器1损坏，提高安全性能。

在另一个实施例中，在所述底座100中部相对进油嘴120的一侧设有卸油嘴130，所述环形密封囊200的油腔210连通，用于在环形密封囊200的油腔210内油压过大时，排出液压液缓解油腔内的压力，进油嘴120和卸油嘴130可同时工作，更加有利于调整环形密封囊200的内部压力，防止由于环形密封囊200内压力过大导致环形密封囊200破损，从而导致封井器1失效。

在另一个实施例中，在所述环形密封囊200上部设有环形密封凹槽220，所述密封凹槽220与底座100相配合，用于使环形密封囊200与第二通孔贴合更加紧密，增加封井器1的密封性能。

优选的是，在所述环形密封囊中部设有环形密封凸台230，所述密封凸台230与底座100相配合，用于使环形密封囊200与第二通孔贴合更加紧密，增加封井器1的密封性能。

优选的是，所述环形密封囊200采用一体成型技术制成，增加了环形密封囊200的强度，防止液压液外卸，是封井器具有更好的密封效果。

如图6所示，在另一实施例中，所述内芯300下部向内凹陷的弧度上下不对称，其下部的弧长大于上部弧长，即内芯300顶端螺纹处的直径为a，向内凹陷的部分，最上方的直径为b，最下方的直径为c，c大于b。通过这种布置，当环形密封囊200与内芯300贴合时，环形密封囊200会给内芯300施加沿弧形法线方向的贴合力，如果c等于b，则该贴合力在竖直方向的分力为零。而当c大于b时，就会有一个垂直向下的分力，该垂直向下的分力能够抵消一部分施加于内芯300上方垂直向上的力，从而减小内芯300上方螺纹的载荷，避免螺纹失效。

在另一实施例中，所述环形密封囊200的油腔210连接有压力表，以实时检测环形密封囊200的油腔210内的压力，避免压力过小造成环形密封囊200与内芯300贴合不紧密造成泄漏，同时也避免因压力过大，造成内芯300与底座100的螺纹结合处的螺纹因压力过大而失效造成设备的损坏。同时在卸油嘴130处连接电液比例溢流阀，所述电液比例溢流阀使一种伺服的溢流阀，其通过改变电流的大小，来改变工作压力。正常工作时，电液比例溢流阀是关闭的，当油腔210内的压力大于该电液比例溢流阀的工作压力时，该电液比例溢流阀能自动开启，对油腔210内进行泄压，使油腔210内的部分液压油经电液比例溢流阀回流至油箱，油腔210内压力不在升高，即油腔210内压力是中国不会大于电液比例溢流阀的工作压力，从而保证安全性。

由于油腔210内压力增大后使环形密封囊200变形并与内芯300紧密贴合来保证比密封性，这就需要环形密封囊200与内芯300之间保证一定的贴合力，因此需保证油腔210内压力p₀满足

p_s+p_h≤p₀≤p_y

其中，p_s为环形密封囊充满底座与内芯间孔隙时密封囊材料对其内液压油向内的弹力，p_h为环形密封囊与内芯之间最小密封压力，p_y为电液比例溢流阀的工作压力。

p_s与环形密封囊的材质有关，环形密封囊充满了底座与内芯间的空腔后，无论环形密封囊内部的压力如何变化，由于环形密封囊体积始终恒定，因此p_s也保持恒定，即p_s是定值。作为一种优选的，环形密封囊与内芯之间最小密封压力p_h＝0.5MPa。

设置电液比例溢流阀的目的是为了避免内芯300与底座100的螺纹结合处的螺纹因压力过大而失效造成设备的损坏，因此，需要满足螺纹失效方程，即

$p_y\·(\frac{{\mathrm{\πa}}^2}{4}-\frac{{\mathrm{\πc}}^2}{4})=\frac{{\mathrm{\ϵa}}^2\mathrm{\σ}}{2}$

整理得

$p_y=\frac{2{\mathrm{\ϵa}}^2\mathrm{\σ}}{\mathrm{\π}(a^2-c^2)}$

其中，ε为安全系数，σ为内芯许用拉应力，a为所述内芯顶部螺纹直径，c为所述内芯下部直径。

作为一种优选的，ε＝0.85，σ＝60MPa。

如上所述，本发明的封井器既能够对井口进行有效封堵，又方便使用并且具有较长使用寿命和良好的密封性能。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种封井器，其特征在于，包括：

底座，其中心处设有轴向的三级通孔，一级通孔位于底座的上部，在一级通孔内设有与内芯匹配的内螺纹，二级通孔位于底座的中部，二级通孔用于容纳环形密封囊，二级通孔形状与环形密封囊外圆周相匹配，三级通孔位于底座的下部用于连通管路，在底座中部设有进油嘴，在底座的下部均设有沉头螺孔，在所述沉头螺孔内设有螺钉；

环形密封囊，设置在底座的二级通孔内，环形密封囊的外圆周与二级通孔紧密贴合，环形密封胶囊内部设有油腔，所述油腔与进油嘴相连通，环形密封囊的内圆周与内芯下部相匹配；以及

内芯，在内芯上部设有外螺纹，所述外螺纹与底座一级通孔内的内螺纹相匹配，内芯下部的形状与环形密封囊的内圆周相配合；

其中，当需要封闭油井时，液压液经进油嘴进入油腔内，所述油腔向密封囊施加压力，将在环形密封囊与内芯紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的封井器，其特征在于：所述内芯下部的侧壁具有向内凹陷的弧度，所述弧度与环形密封囊相配合，使环形密封囊与内芯之间贴合更紧密。

3.根据权利要求1或2所述的封井器，其特征在于：在所述底座的上部设有挡块，所述挡块通过防盗螺钉与底座活动连接，用于增加封井器的密封性。

4.根据权利要求3所述的封井器，其特征在于：在所述底座上部外圆周设有外螺纹，所述外螺纹与阀盖相配合，在阀盖外圆周具有六方结构，阀盖用于保护封井器的内部结构。

5.根据权利要求2所述的封井器，其特征在于：在所述底座中部相对进油嘴的一侧设有卸油嘴，所述环形密封囊的油腔连通，用于在环形密封囊的油腔内油压过大时，排出液压液缓解油腔内的压力。

6.根据权利要求1或2所述的封井器，其特征在于：在所述环形密封囊上部设有环形密封凹槽，所述密封凹槽与底座相配合，用于使环形密封囊与第二通孔贴合更加紧密。

7.根据权利要求2所述的封井器，其特征在于：在所述环形密封囊中部设有环形密封凸台，所述密封凸台与底座相配合，用于使环形密封囊与第二通孔贴合更加紧密。

8.根据权利要求1或2所述的封井器，其特征在于：所述环形密封囊采用一体成型技术制成，增加了环形密封囊的强度。

9.根据权利要求5所述的封井器，其特征在于：所述内芯下部向内凹陷的弧度上下不对称，其下部的弧长大于上部弧长，即所述内芯内凹陷处下部的直径大于上部的直径，以使所述环形密封囊对所述内芯的作用力合力方向向下。

10.根据权利要求9所述的封井器，其特征在于：所述环形密封囊进油嘴连接有压力表，以检测环形密封囊油腔内的压力；所述卸油嘴连接电液比例溢流阀，所述电液比例溢流阀通过改变电流来改变工作压力，以使油腔内的压力始终不大于所述电液比例溢流阀的工作压力；

所述油腔内的压力p₀满足

p_s+p_h≤p₀≤p_y

其中，ps为环形密封囊充满底座与内芯间孔隙时密封囊材料对其内液压油向内的弹力，p_h为环形密封囊与内芯之间最小密封压力，p_y为电液比例溢流阀的工作压力，ε为安全系数，σ为许用拉应力，a为所述内芯顶部螺纹直径，c为所述内芯下部直径。