CN1056923C - 圆锥管螺纹自紧式密封试压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自紧式密封试压装置，适用于石油套管、油管、钻杆的密封试压，也适用于其他圆锥管螺纹管材的密封试压。是由内密封头和外密封头组成，内密封头主要由活塞、弹性密封套、弹性螺纹套等组成，外密封头主要由活塞、排气阀、弹性密封套、内齿锥套，弹性螺纹套等组成，其特点是：弹性密封套的一端为薄壁锥套，锥套部分具有内、外锥管螺纹，与试压管材螺纹接触处均镀复一层软金属。弹性螺纹套的圆锥面上均开有长通槽。本发明无论在低压还是高压下试压，都能对试压管材形成弹性补偿自紧式密封，而不损伤试压管材螺纹。

Description

圆锥管螺纹自紧式密封试压装置

本发明涉及一种自紧式密封试压装置，特别是一种圆锥管螺纹自紧式密封试压装置。适用于石油套管、油管、钻杆的密封试压，也适用于其他圆锥管螺纹管材的密封试压。

目前对圆锥管螺纹管材的试压采用两种方式：一种是管外抱紧式密封试压，在1992年4月《石油机械》第20卷第4期刊登的“套管试压用液力强制密封装置” 的文章中已公开。另一种是丝堵式密封试压，在实用新型专利——套管密封试压装置(申请号为91232843.6)中已公开。管外抱紧式密封试压装置不损伤管材螺纹，但仅能检测管体强度与漏失完好性，而不能检测螺纹联接的强度与漏失完好性。而丝堵式密封试压是以螺纹啮合面塑性变形为保证密封条件，因此必然招致管材螺纹损伤。

本发明的目的是提供一种能在同于管材使用工况的高压下，既能检测管体的强度和漏失完好性又能检测管材螺纹联接强度与漏失完好性的圆锥管螺纹自紧式密封试压装置。

本发明是由内密封头和外密封头两部分组成，内密封头是由弹簧座、螺钉销、弹簧垫、活塞、橡胶密封环、圆螺母、弹性密封套、弹性螺纹套、沉头螺钉、方键及弹簧组成。外密封头是由弹性套外壳、活塞、橡胶密封环、排气阀体、排气阀芯、压盖、内六角螺钉、弹性密封套、丝堵、圆螺母、内齿锥套、弹性螺纹套、双头螺栓、弹簧、平垫圈及六角开槽螺母组成。其特点是：内密封头的弹性密封套的一端为薄壁锥套，锥套部分具有内、外锥管螺纹，在外锥管螺纹面上镀复了一层软金属。外密封头的弹性密封套的一端为薄壁锥套，锥套部分具有内、外锥管螺纹，在内锥管螺纹面上镀复了一层软金属，在外锥管螺纹的始端设有外齿。内、外密封头的弹性密封套材料均采用30CrNiMoA。内密封头的弹性螺纹套，内圆为锥孔，外圆为外锥管螺纹，在其周向交错地均布12条长通槽，在外锥管螺纹管大头端的端面开有一方键槽。外密封头的弹性螺纹套的内圆为内锥管螺纹，外圆为锥面，在其周向交错地均布12条长通槽，在其大头端的端面上均布3个螺纹盲孔。内密封头的活塞中心为通孔，左、右两端均设有台阶，中间为圆柱面，圆柱面右侧为锥面。外密封头的活塞中心为通孔，其外圆为台阶状，在其右侧外径上开有径向孔；排气阀体为圆柱形，内径为台阶通孔，并在外径上均布6个径向通孔；排气阀芯为圆环形，一侧开有90°的缺口，在其相对一侧开有120°的圆环通槽，内齿锥套的一端设有内齿，中间为内锥孔，另一端设有台阶。

本发明的优点是：无论在低压还是高压下试压，都能对试压管材形成弹性补偿自紧式密封，而且不损伤试压管材螺纹。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明与试压管材连接示意图；

图2是本发明内密封头的结构示意图；

图3是本发明外密封头的结构示意图；

图4是本发明内密封头的弹性螺纹套示意图；

图5是本发明内密封头的弹性螺纹套K向旋转图；

图6是本发明外密封头的弹性螺纹套示意图；

图7是本发明外密封头的排气阀体示意图；

图8是本发明外密封头的排气阀芯示意图；

在图2、4、5中：活塞4的中心为通孔，在左端的内孔设有四方，左、右两端均设有台阶，中间为圆柱面，圆柱面的右侧为锥面；在活塞4左端台阶处装有橡胶密封环5，由圆螺母6压紧，在活塞4的中间圆柱面及橡胶密封环5的外径上装有弹性密封套7；在活塞4的圆锥面上配有弹性螺纹套8，弹性螺纹套8与弹性密封套7的一端进行锥螺纹连接；在活塞4的右端外径上装有弹簧垫3、弹簧27、弹簧座1，在弹簧座1的凸缘上设一方键槽，在槽中装有方键10，弹簧座1与方键10由沉头螺钉9连接，方键10外露部分插入弹性螺纹套8的方键槽29中，方键10的作用是传递扭矩。弹性密封套7的一端为薄壁锥套，锥套部分具有内外锥管螺纹，其材料采用30CrNiMoA经淬火回火处理后具有弹性与韧性，其硬度高于试压管材，这样弹性密封套7能在高液压下与试压管材的内螺纹形成弹性补偿自紧式密封。在外锥管螺纹面上镀复了一层铜，作用是减小了管材螺纹加工误差所引起的间隙，也保护了管材螺纹——密封头对偶件的螺纹不致于损伤，并在低压下实现自紧式密封。外锥管螺纹的尺寸可根据试压管材内螺纹尺寸而变化，从而可形成系列内密封头。弹性螺纹套8的内圆为锥孔，外圆为外锥管螺纹，在其周向交错地均布12条长通槽28，其作用是使弹性螺纹套8在径向具有弹性；在外锥管螺纹大头端的端面上开有一方键槽29，作用是插入方键10外露部分。

在图3、6、7、8中：活塞12的中心为通孔，其外缘为台阶状，在其右侧外径上开有径向孔36，活塞12的中间台阶处装有橡胶密封环13，在其右端装有排气阀体14、排气阀芯15和压盖16，它们由两个圆螺母20拧紧固定。排气阀体14为圆柱形，内径为台阶通孔，并在外径上均布6个径向通孔32；排气阀芯15为圆环形，装在排气阀体14内腔中，活套在活塞12上，一侧开有90°的排气缺口，在其相对一侧开有120°的圆环通槽33，圆环通槽33里装有铅，这样在上、卸外密封头35时，无论外密封头35旋转到任何位置，由于铅的比重较大，使排气阀芯15具有“自我找正”功能，其排气缺口始终向上且与活塞12的径向孔36相通，以便排出试压管材内的空气。在活塞12的中心孔右端装有丝堵19，在橡胶密封环13及排气阀体14的外径上装有弹性密封套18，在弹性密封套18的大头外径上配有弹性螺纹套22，锥螺纹连接，在弹性螺纹套22的外锥面上配有内齿锥套21，在弹性密封套18和内齿锥套21的始端分别设有外、内齿，进行齿轮啮合。在活塞12的左端装有弹性套外壳11。弹性密封套18的一端为薄壁锥套，锥套部分具有内、外锥管螺纹，在内锥管螺纹面上镀复了一层铜，它不仅减小了管材螺纹加工误差所引起的间隙，同时也保护了管材螺纹——密封头对偶件的螺纹不致于损伤，此措施对于在低压下实现自紧式密封有显著作用。内锥管螺纹的尺寸可根据试压管材外螺纹尺寸而变化，形成系列外密封头。弹性密封套18的材料采用30CrNiMoA，经淬火回火处理后具有弹性和韧性，其硬度高于试压管材，这样弹性密封套18的内锥管螺纹又能在高液压下与试压管材的外螺纹形成弹性补偿自紧式密封。弹性螺纹套22的内圆为内锥管螺纹，外圆为锥面，在其周向交错地均布12条长通槽31，从而使弹性螺纹套22在径向具有弹性，在其大头端的端面上均布3个螺纹盲孔30。内齿锥套21的一端设有内齿，中间为内锥孔，另一端设有台阶。弹性套外壳11与内齿锥套21由六角螺钉17固定连接，在弹性外壳11的一端弹簧孔中装有双头螺栓23，双头螺栓23一端的外径上装有弹簧24，平垫圈25，并用六角开槽螺母26拧紧，双头螺栓23的另一端与弹性螺纹套22螺纹连接。

在图1中：工作状态时将内密封头34置于试压管材的内螺纹端，外密封头35置于试压管材的外螺纹端。对内密封头34的弹簧座1施加一旋合扭矩，其值为API规范推荐旋紧扭矩的三分之一，该扭矩通过方键10作用于弹性密封套7上，使内密封头34旋入试压管材的内螺纹端。与此同时对外密封头35的弹性套外壳11，施加一旋合扭矩，其值为API规范推荐旋紧扭矩的三分之一，该扭矩通过内六角螺钉17传给内齿锥套21，内齿锥套21又通过齿轮啮合将此扭矩传给弹性密封套18，从而使外密封头35旋入试压管材的外螺纹端，至次完成了试压管材两端的封堵。然后开启内密封头34的活塞4右端与系统联接的单向阀，通过活塞4的中心通孔向试压管材内注入试压液，同时试压管材内空气经外密封头35内常开的排气阀体14、排气阀芯15至活塞12的中心通孔，从活塞12左端与系统联接的单向阀排出。空气排毕，外密封头35的活塞12的左端与系统联接的单向阀关闭，这时试压管材内液压力升高，对于内密封头34便有：由于液压力的作用，使活塞4右行，压缩弹簧27，并压迫弹性螺纹套8，使其径向胀开，而与弹性螺纹8连接的弹性密封套7也径向胀开，使弹性密封套7与试压管材螺纹连接处的螺纹间隙消失并相互压紧，当螺纹连接面上的接触应力增大到使镀复的铜金属屈服变形时，遂在低压下实现自紧式密封，而随着液压力的增大，这种自紧式密封的压力最终可达到试压管材材料在弹性变形范围内所允许的最大应力，形成弹性补偿自紧密封，从而使试压管材内螺纹端在高压下承受连接的密封检验且不会损伤。而对于外密封头35则有：由于液压力作用在活塞12的右端面，推其左行，并压迫弹性套外壳11左行，而弹性套外壳11使弹簧24压缩，并通过内六角螺钉17将此力传给内齿锥套21，内齿锥套21又通过内锥孔将此力传给弹性螺纹套22，使其径向收缩，而与弹性螺纹套22连接的弹性密封套18也随之径向收缩，使弹性密封套18与试压管材外螺纹连接处的螺纹间隙消失并相互压紧，当螺纹连接面上的接触应力增大到镀复的铜金属屈服变形时，逐在低压下实现自紧式密封。而随着液压力增大，这种自紧式密封的压力最终可达到试压管材材料在弹性变形范围内所允许的最大应力，形成弹性补偿自紧式密封，从而使试压管材的外螺纹端在高压下承受连接的密封检验且不会损伤。

试压完毕，关闭内密封头34的活塞4右端与系统联接的单向阀，切断液压源，同时开启外密封头35的活塞12左端与系统联接的单向阀，使试压液排出。此时对于内封密头34便有：在弹簧27的弹性恢复力作用下，活塞4左行回复原位，同时弹性螺纹套8及弹性密封套7也收缩回原位，进而使弹性密封套7与试压管材内螺纹的螺纹联接面上的接触应力恢复原状。而对于外密封头35便有：在弹簧24的弹性恢复力作用下，使弹性外壳11右行恢复原位，随之内齿锥套21也恢复原位，弹性螺纹套22径向胀开，弹性密封套18也径向胀开，进而使弹性密封套18与试压管材外螺纹的螺纹联接面上的接触应力恢复原状。最后对内密封头34和外密封头35分别施加卸扣扭矩，使内密封头34和外密封头35分别从试压管材的内螺纹端和外螺纹端退出。

Claims (2)

1、一种圆锥管螺纹自紧式密封试压装置是由内密封头(34)和外密封头(35)两部分组成，内密封头(34)是由弹簧座(1)、螺钉销(2)、弹簧垫(3)、活塞(4)、橡胶密封环(5)、圆螺母(6)、弹性密封套(7)、弹性螺纹套(8)、沉头螺钉(9)、方键(10)及弹簧(27)组成；外密封头(35)是由弹性套外壳(11)、活塞(12)、橡胶密封环(13)、排气阀体(14)、排气阀芯(15)、压盖(16)、内六角螺钉(17)、弹性密封套(18)、丝堵(19)、圆螺母(20)、内齿锥套(21)、弹性螺纹套(22)、双头螺栓(23)、弹簧(24)、平垫圈(25)及六角开槽螺母(26)组成，其特征在于：

a、内密封头(34)的弹性密封套(7)的一端为薄壁锥套，锥套部分具有内、外锥管螺纹，在外锥管螺纹面上镀复了一层软金属；外密封头(35)的弹性密封套(18)的一端为薄壁锥套，锥套部分具有内、外锥管螺纹，在内锥管螺纹面上镀复了一层软金属，在外锥管螺纹的始端设有外齿；内密封头(34)的弹性密封套(7)和外密封头(35)的弹性密封套(18)的材料均为30CrNiMoA。经淬火回火处理，以保证弹性与韧性；

b、内密封头(34)的弹性螺纹套(8)，内圆为锥孔，外圆为外锥管螺纹，在其周向交错地均布12条长通槽(28)，在外锥管螺纹大头端的端面上开有一方键槽(29)；外密封头(35)的弹性螺纹套(22)的内圆为内锥管螺纹，外圆为锥面，在其周向交错地均布12条长通槽(31)，在其大头端的端面上均布3个螺纹盲孔(30)；

c、内密封头(34)的活塞(4)中心为通孔，在左端的内孔设有四方，左、右两端均设有台阶，中间为圆柱面，圆柱面的右侧为锥面；外密封头(35)的活塞(12)的中心为通孔，其外圆为台阶状，在其右侧外径上开有径向孔(36)；

d、外密封头(35)的排气阀体(14)为圆柱形，内径为台阶通孔，并在外径上均布6个径向通孔(32)；排气阀芯(15)为圆环形，一侧开有90°的排气缺口，在其相对一侧开有120°的圆环通槽(33)。

2、根据权利要求1所述的试压装置，其特征在于：外密封头(35)的内齿锥套(21)，一端设有内齿，中间为内锥孔，另一端设有台阶。

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