CN108533208B - 普通丝扣油管气密封用的弹性气体密封垫及密封方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种普通丝扣油管气密封用的弹性气体密封垫及密封方法，该弹性气体密封垫整体呈圆筒状，刚好填充在“J形区”内，从而消除了涡流对密封性能的不利影响，该弹性气体密封垫的壁面呈波纹状，该弹性气体密封垫两端分别抵接在两个公扣端面上，在外力作用下，所述两端之间的间距，即所述弹性气体密封垫的高度可以有所变化，当其高度变小时，其壁面上的波纹更为密集，并且更加贴紧接箍内壁，从而增强连接螺纹处的密封效果；另外，所述弹性气体密封垫是直接放置在油管内的，所以该弹性气体密封垫可以从油管中取出并重复使用，从而进一步降低使用成本。

Description

普通丝扣油管气密封用的弹性气体密封垫及密封方法

技术领域

本发明涉及气井、气驱注采井等有气体介质存在的井内使用的密封垫，尤其涉及普通丝扣油管气密封用的弹性气体密封垫及密封方法。

背景技术

气井、气驱注采井中，由于气体介质的存在，对油管密封能力的要求要高于普通油、水井；如今气井和气驱注采井中大多使用的是特殊气密封扣型的油管柱以提高管柱的密封能力，但特殊扣型油管造价过于昂贵，大大增加了注采成本，并且由于特殊气密封扣型材质的特殊性，往往需要在重新完井作业时对油管进行全部更换。

普通丝扣油管也称之为平扣油管，其价格低廉，但由于扣型限制，螺纹齿根和齿峰的间隙形成了潜在的泄漏通道，其气密封能力有限，往往无法满足注采过程中的气密封要求。虽然通过使用高性能螺纹密封脂可提高平扣油管的气密封能力，但由于密封脂的涂抹量及涂抹方式有明确要求，受现场因素及操作过程的制约，无法完全满足要求，使得密封脂的使用效果难以保证。

因此，选择普通的平扣油管，并采取一种简单高效的密封措施，能够极大地降低注采成本，提高注采效率；

另外，两根普通丝扣油管通过油管接箍上紧固定时，如图1中所示，母丝扣油管/接箍母扣001和公丝扣油管002接箍固定，由母丝扣油管/接箍母扣001的母扣端面003和公丝扣油管002的公扣端面005及接箍内壁004形成了一个凹槽，行业内一般称该凹槽为“J形区”；气体在油管内高速流动过程中，将会在“J形区”形成涡流，产生欠压区，不利于螺纹处的密封；更为严重的，气体会在此处产生冲蚀作用，对母扣处的密封效果产生不利影响。

由于上述原因，本发明人对现有的普通丝扣油管气密封用装置和“J形区”做了深入研究，以期待设计出能够解决这些问题的全新的密封垫。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种弹性气体密封垫及密封方法，该弹性气体密封垫整体呈圆筒状，刚好填充在“J形区”内，从而消除了涡流对密封性能的不利影响，该弹性气体密封垫的壁面呈波纹状，该弹性气体密封垫两端分别抵接在两个公扣端面上，在外力作用下，所述两端之间的间距，即所述弹性气体密封垫的高度可以有所变化，当其高度变小时，其壁面上的波纹更为密集，并且更加贴紧接箍内壁，从而增强连接螺纹处的密封效果；另外，由于所述弹性气体密封垫是直接放置在油管内的，所以该弹性气体密封垫可以从油管中取出并重复使用，进一步降低使用成本，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供以一种普通丝扣油管气密封用的弹性气体密封垫，该密封垫包括安装在公扣端面005和母扣端面003之间的弹性构件1。

其中，所述弹性构件1呈圆筒形。

其中，所述弹性构件1的端部分别与公扣端面和母扣端面抵接。

其中，所述弹性构件1的圆筒形壁面与接箍内壁004抵接。

其中，所述弹性构件1在端部受到挤压时形变，圆筒形壁面向外扩张，圆筒形壁面贴紧接箍内壁004；

所述弹性构件1在壁面内部受到压力时形变，所述端部向两侧扩张，两个端部分别贴紧公扣端面005和母扣端面003。

其中，所述弹性构件1包括位于两侧端部的端头2和两个端头2之间的侧壁3；

所述端头2呈圆环状，用于与公扣端面抵接，并从两端挤压侧壁3，

所述侧壁3的纵向截面呈波纹状。

其中，所述波纹包括交替连接的圆弧段4和直线段5；所述圆弧段4形成波峰和波谷；

优选地，多个所述圆弧段4的形状、尺寸都一致；

优选地，多个所述直线段5的尺寸一致。

其中，所述多个直线段5彼此平行设置。

其中，所述端头2与侧壁3的圆弧段4相连；

优选地，该圆弧段4靠近侧壁3内腔。

本发明还提供一种使用上文所述的弹性气体密封垫对普通丝扣油管气密封的方法，

该方法包括如下步骤：

步骤1：在所述弹性气体密封垫的上下两端涂抹密封脂；

步骤2：在普通丝扣油管的螺纹上涂抹密封脂；

步骤3：将密封垫放入接箍母扣的内连接端，使得弹性气体密封垫的端头2与接箍母扣的母扣端面充分接触；弹性气体密封垫的侧壁3与接箍母扣的接箍内壁充分接触；

步骤4：将公丝扣油管的公扣机紧端旋入接箍母扣并旋紧，通过液压钳为油管机紧上扣，将油管上紧至设定的标准上紧位置，并保证操作过程平缓，最终使得弹性气体密封垫的端头2与公丝扣油管的公扣端面充分接触；

步骤5：油管上扣后配合作业机直接下井，在井下工作过程中，公扣端面和母扣端面从上下两侧挤压密封垫，同时井下气体膨胀从内向外挤压密封垫，在双重外力作用下实现密封垫对普通丝扣油管的气密封。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明提供的普通丝扣油管气密封用的弹性气体密封垫及密封方法能够在不改变普通丝扣油管固有结构的基础上，通过填充弹性构件起到增强密封的作用，从而实现低成本的高效密封；

(2)根据本发明提供的普通丝扣油管气密封用的弹性气体密封垫及密封方法结构简单，操作简便，能够在增加操作者劳动强度的基础上获得良好的密封效果；

(3)根据本发明提供的普通丝扣油管气密封用的弹性气体密封垫及密封方法中设置弹性构件，该弹性构件既能够沿着轴向贴紧公扣端面和母扣端面，使得该弹性构件与公扣油管、母扣油管之间紧密贴合，还能够沿着径向方向使得弹性构件的侧壁与接箍内壁紧密贴合，在内部气体压力及外部轴向力的双重作用下，上述紧密贴合处的贴合更为牢固，从而使得密封效果稳定可靠。

附图说明

图1示出现有技术中两根普通丝扣油管通过油管接箍上紧固定时的结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的用弹性气体密封垫进行普通丝扣油管气密封的结构示意图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的弹性气体密封垫的结构示意图；

图4示出图3中圆圈位置的局部放大图；

图5示出实施例中静态压力检测结果表图；

图6示出实施例中动态压力检测结果表图。

附图标号说明：

1-弹性构件

2-端头

3-侧壁

4-圆弧段

5-直线段

001-母丝扣油管/接箍母扣

002-公丝扣油管

003-母扣端面

004-接箍内壁

005-公扣端面

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明提供的普通丝扣油管气密封用的弹性气体密封垫，如图2、图3和图4中所示，该密封垫包括安装在公扣端面和母扣端面之间的弹性构件1。

该弹性构件1刚好填充在“J形区”内，消除了“J形区”对油管密封的不良影响；具体来说，两根普通丝扣油管通过油管接箍上紧固定时，如图1中所示，母丝扣油管/接箍母扣001和公丝扣油管002接箍固定，由母丝扣油管/接箍母扣001的母扣端面003和公丝扣油管002的公扣端面005及接箍内壁004形成了一个凹槽，行业内一般称该凹槽为“J形区”；气体在油管内高速流动过程中，将会在“J形区”形成涡流，产生欠压区，欠压区会破坏附近的螺纹密封区，当所述该弹性构件填充在所述“J形区”内以后，消除了涡流和欠压区，自然使得螺纹密封区的密封效果和使用寿命得到增强。

优选地，所述弹性构件1整体呈圆筒形，其外径尺寸与母丝扣油管/接箍母扣001的接箍内壁004处的内径尺寸一致，所述弹性构件1的内径尺寸与公丝扣油管002的内径尺寸一致，从而使得从中流过的流体流速稳定，避免产生涡流。

优选地，所述弹性构件1的端部分别与公扣端面和母扣端面抵接，并且彼此之间存在较大的接触面积，接触表面平滑，接触紧密，在彼此压紧的情况下，接触表面处于密封状态。

优选地，所述弹性构件1的圆筒形壁面与接箍内壁抵接，所述弹性构件1的壁面具有弹性，在外力作用下能够更为紧密地贴在接箍内壁上，保护接箍内壁附近的螺纹连接密封区域。

在一个优选的实施方式中，所述弹性构件1在端部受到挤压时形变，圆筒形壁面向外扩张，圆筒形壁面贴紧接箍内壁；

所述弹性构件1在壁面内部受到压力时形变，所述端部向两侧扩张，两个端部分别贴紧公扣端面和母扣端面，

所述弹性构件1的端部和壁面内部都受到压力时，自然能够使得弹性构件的壁面更为紧密地贴在接箍内壁上，使得弹性构件的端部分别与公扣端面和母扣端面贴紧。

弹性构件1的壁面由钢片、橡胶、高分子聚合物等弹性材料制成，在保证强度的情况下具备足够的弹性、韧性。

所述侧壁3的最大外径尺寸为69～73mm，所述侧壁3的最小内径尺寸为60～64mm。

在一个优选的实施方式中，所述弹性构件1包括位于两侧端部的端头2和两个端头2之间的侧壁3；

所述端头2呈圆环状，用于与公扣端面抵接，并从两端挤压侧壁3，所述端头2的内径尺寸与弹性构件1的内径尺寸一致，所述端头2的外径尺寸与弹性构件1的外径尺寸一致；

所述端头2的高度尺寸为3.2mm，端头2的内径尺寸为60～64mm，端头2的外径尺寸为69～73mm。

优选地，端头2的内径尺寸与弹性构件1整体所呈圆筒形的内径尺寸一致，都根据母丝扣油管/接箍母扣001的接箍内壁004处的内径尺寸设计，使得内部流体在流动过程中，流体截面无突变，流速平稳。

所述侧壁3的纵向截面呈波纹状，所述侧壁3的横向截面呈圆环状；

所述纵向截面是指经过筒状结构轴线的截面，所述横向截面是指垂直于筒状结构轴线的截面。

在一个优选的实施方式中，如图2、图3和图4中所示，所述波纹包括交替连接的圆弧段4和直线段5；所述圆弧段4形成波峰和波谷；圆弧段和圆弧段之间彼此不会直接相连，直线段和直线段之间彼此也不会直接相连；

优选地，多个所述圆弧段4的形状、尺寸都一致；各个圆弧段4基本彼此相同，使得侧壁与接箍内壁004之间均匀接触，彼此之间受力均衡；更优选地所述圆弧段为半圆形；

更优选地，圆弧段4的内圈半径尺寸为0.8～1.2mm；圆弧段4的外圈半径尺寸为1～1.7mm，圆弧段的厚度尺寸为0.2～0.5mm；

优选地，多个所述直线段5的长度尺寸彼此一致，多个所述直线段的厚度尺寸也彼此一致；从而使得侧壁3纵向截面所呈的波纹状波浪形为尺寸均匀的波浪形，即所述侧壁3上设置有均匀的波纹结构，各个波纹向外凸出的尺寸一致，弹性构件1的圆筒形壁面上受到的压紧力均匀分布，即各个波纹上受到的压紧力一致，弹性构件壁面整体受力均匀。

更优选的，多个所述直线段5的尺寸一致，多个所述直线段5的长度值都为1.7～2.1mm，直线段5的厚度值为0.2～0.5mm。

在一个优选的实施方式中，所述多个直线段5彼此平行设置，即直线段都与所述圆筒形壁面的轴线垂直，从而使得各个波纹均匀分布在侧壁上，确保受力均匀。

优选地，所述端头2与侧壁3的圆弧段4相连；该圆弧段4完整，具有足够的承压能力，圆弧状结构不易因外力压迫而变形；

优选地，如图3、图4中所示，该圆弧段4靠近侧壁3内腔，该圆弧的弧面朝向侧壁3的内侧，在受到自内向外的压力时能够更大程度地向外挤压变形，同时向两侧支撑端头2；优选地所述端头2和侧壁3一体成型。

本发明还提供一种使用如上文所述的弹性气体密封垫对普通丝扣油管气密封的方法，

该方法包括如下步骤：

步骤1：在所述弹性气体密封垫的上下两端涂抹密封脂，防止密封垫与公扣端面、母扣端面摩擦力过大导致密封垫的端部在扭矩的作用下出现旋转摩擦破损；

步骤2：在普通丝扣油管的螺纹上涂抹密封脂，提高螺纹自身密封能力，减小螺纹自身摩擦阻力，降低操作人员劳动强度；

步骤3：将密封垫放入接箍母扣的内连接端，使得弹性气体密封垫的端头2与接箍母扣的母扣端面充分接触；弹性气体密封垫的侧壁3与接箍母扣的接箍内壁充分接触；

步骤4：将公丝扣油管的公扣机紧端旋入接箍母扣并旋紧，通过液压钳为油管机紧上扣，将油管上紧至设定的标准上紧位置，并保证操作过程平缓，最终使得弹性气体密封垫的端头2与公丝扣油管的公扣端面充分接触；所述公扣机紧端即为公丝扣油管上旋入到母丝扣油管内的一端。

步骤5：油管上扣后配合作业机直接下井，在井下工作过程中，公扣端面和母扣端面从上下两侧挤压密封垫，同时井下气体膨胀从内向外挤压密封垫，在双重外力作用下实现密封垫对普通丝扣油管的气密封。

实施例

根据本发明提供的普通丝扣油管气密封用的弹性气体密封垫，该密封垫包括安装在公扣端面005和母扣端面003之间的弹性构件1，所述弹性构件1包括位于两侧端部的端头2和两个端头2之间的侧壁3；所述侧壁3的纵向截面呈波纹状；所述波纹包括交替连接的圆弧段4和直线段5；

多个所述圆弧段4的形状、尺寸都一致，圆弧段4的内圈半径尺寸为1mm；圆弧段4的外圈半径尺寸为1.3mm，即圆弧段的厚度尺寸为0.3mm；

多个所述直线段5的尺寸一致，多个所述直线段5的长度值都为1.9mm，直线段5的厚度值为0.3mm。

所述端头2的高度尺寸为3.2mm，端头2的内径尺寸为62mm，端头2的外径尺寸为71mm。

所述侧壁3的最大外径尺寸为71mm，所述侧壁3的最小内径尺寸为62mm。

通过设置上述特定的尺寸参数，使得该密封垫的密封效果达到最佳状态，在静态压力和动态压力下都能够良好工作，确保油管的密封效果，使得油管内气压稳定，无漏气，具体来说，将本实施例1中的密封垫安装在普通丝扣油管内，

对该油管做静态压力测试，测试中压力变化图如图5中所示：

从图5中可知，在38-39Mpa压力的作用下，该密封垫能够维持良好的密封效果，在试验的2个小时内油管中无漏气，油管中压力稳定。

再对该油管做动态压力测试，测试数据如下表一，压力变化图如图6中所示：

表一

时间	压力(MPa)
		0:00	50.73
0:05	50.35
		0:10	50.03
0:15	49.83
		0:20	49.48
0:25	49.31
		0:30	48.95
0:35	48.78
		0:40	48.60
1:00	48.25
		1:30	47.90
2:00	47.73
		2:30	47.55
3:00	47.38
		3:30	47.20
4:00	47.03
		4:30	47.03
5:00	46.68
		5:30	46.68
6:00	46.54
		6:30	46.50
7:00	46.33
		7:30	46.33
8:00	46.33
		12:00	46.31

从表一和图6中可知，在经历了8小时的动态压力作用后，该密封垫仍然能够维持良好的密封效果，在后续4小时内油管中无漏气，油管中压力稳定。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种普通丝扣油管气密封用的弹性气体密封垫，其特征在于，该密封垫包括安装在公扣端面（005）和母扣端面（003）之间的弹性构件（1）；

所述弹性构件（1）包括位于两侧端部的端头（2）和两个端头（2）之间的侧壁（3）；

所述端头（2）呈圆环状，用于与公扣端面抵接，并从两端挤压侧壁（3），

所述端头（2）的高度尺寸为3.2mm，端头（2）的内径尺寸为60~64mm，端头（2）的外径尺寸为69~73mm；

所述侧壁（3）的纵向截面呈波纹状；所述侧壁（3）的横向截面呈圆环状；

所述波纹包括交替连接的圆弧段（4）和直线段（5）；所述圆弧段（4）形成波峰和波谷；

多个所述圆弧段（4）的形状、尺寸都一致；圆弧段（4）的内圈半径尺寸为0.8~1.2mm；圆弧段（4）的外圈半径尺寸为1~1.7mm，圆弧段的厚度尺寸为0.2~0.5mm；

多个所述直线段（5）的尺寸一致；多个所述直线段（5）的长度值都为1.7~2.1mm，直线段（5）的厚度值为0.2~0.5mm；

所述多个直线段（5）彼此平行设置；

所述端头（2）与侧壁（3）的圆弧段（4）相连；

该圆弧段（4）靠近侧壁（3）内腔；

所述弹性构件（1）的圆筒形壁面与接箍内壁（004）抵接。

2.根据权利要求1所述的弹性气体密封垫，其特征在于，

所述弹性构件（1）呈圆筒形。

3.根据权利要求2所述的弹性气体密封垫，其特征在于，

所述弹性构件（1）的端部分别与公扣端面和母扣端面抵接。

4.根据权利要求1-3之一所述的弹性气体密封垫，其特征在于，

所述弹性构件（1）在端部受到挤压时形变，圆筒形壁面向外扩张，圆筒形壁面贴紧接箍内壁（004）；

所述弹性构件（1）在壁面内部受到压力时形变，所述端部向两侧扩张，两个端部分别贴紧公扣端面（005）和母扣端面（003）。

5.一种使用如权利要求1-4任一项所述的弹性气体密封垫对普通丝扣油管气密封的方法，其特征在于，

该方法包括如下步骤：

步骤1：在所述弹性气体密封垫的上下两端涂抹密封脂；

步骤2：在普通丝扣油管的螺纹上涂抹密封脂；

步骤3：将密封垫放入接箍母扣的内连接端，使得弹性气体密封垫的端头（2）与接箍母扣的母扣端面充分接触；弹性气体密封垫的侧壁（3）与接箍母扣的接箍内壁充分接触；

步骤4：将公丝扣油管的公扣机紧端旋入接箍母扣并旋紧，通过液压钳为油管机紧上扣，将油管上紧至设定的标准上紧位置，并保证操作过程平缓，最终使得弹性气体密封垫的端头（2）与公丝扣油管的公扣端面充分接触；

步骤5：油管上扣后配合作业机直接下井，在井下工作过程中，公扣端面和母扣端面从上下两侧挤压密封垫，同时井下气体膨胀从内向外挤压密封垫，在双重外力作用下实现密封垫对普通丝扣油管的气密封。