CN108798613B - 一种用于智能井井下流量控制器的密封结构 - Google Patents

一种用于智能井井下流量控制器的密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于智能井井下流量控制器的密封结构，包括上阀体、下阀体、内滑套、密封底座、金属密封组件和第三密封环；上阀体的侧壁上设置多个节流孔，下阀体固定连接在上阀体的下端，密封底座固定连接在下阀体的内侧；金属密封组件设置在下阀体的内侧且位于上阀体的下端面与密封底座的上端面之间，金属密封组件和上阀体共同构成供内滑套上下滑动的通道；金属密封组件包括第一密封环和与之配合的第二密封环，第一密封环采用K型金属密封环，第二密封环为非金属弹性密封环，第二密封环的截面为楔形，第二密封环安装在位于K型金属密封环顶部的楔形空间中；下阀体与上阀体之间、下阀体与金属密封组件之间以及密封底座与下阀体之间均设置有第三密封环。

Description

一种用于智能井井下流量控制器的密封结构
技术领域
本发明涉及一种用于智能井井下流量控制器的密封结构，属于油气井钻完井技术领域。
背景技术
智能井通过分层控制井下滑套来控制井下油层流入井眼的流体，从而进行分层流量控制，由此实现多层同采，生产优化，进而提高最终采收率。在生产调整中，需要开关或调整井下油嘴的开启度。在常规井中，油嘴通常是放置在井口，便于调整、更换或维修，在井下则不便于维修或更换，因而井下需要更高的可靠性。通常，井下滑套的寿命应该与油井本身相同，至少需要5～10年的寿命周期，而井下流量控制阀在几千米深的地下工作，面临着高温、高压和腐蚀冲蚀等问题，工作环境十分恶劣，更是对流量控制阀的密封提出了极高的要求，采用非金属密封副的可靠性相对较差，而金属密封具有更高的耐久性。对于金属密封，通常采用的是端面密封，要实现端面密封，需要保证合适的比压，对智能井液压系统，需要长期提供一定的液压驱动力，使系统一直处于带压状态，因此会增加额外的成本。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于智能井井下流量控制器的密封结构，该密封结构具有金属密封的耐久性，同时又不消耗额外的使用成本。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于智能井井下流量控制器的密封结构，其特征在于，包括上阀体、下阀体、内滑套、密封底座、金属密封组件和第三密封环；所述上阀体的侧壁上设置多个节流孔，所述节流孔由上至下间隔分布；所述下阀体固定连接在所述上阀体的下端，所述密封底座固定连接在所述下阀体的内侧且与所述上阀体的下端面之间留有间距；所述金属密封组件设置在所述下阀体的内侧且位于所述上阀体的下端面与所述密封底座的上端面之间，所述金属密封组件和上阀体共同构成供所述内滑套上下滑动的通道；所述金属密封组件包括第一密封环和与之配合的第二密封环，所述第一密封环采用K型金属密封环，所述第二密封环为非金属弹性密封环，所述第二密封环包括支撑部和配合部，所述配合部的截面为楔形，所述配合部安装在位于所述K型金属密封环顶部的楔形空间中，所述支撑部位于所述配合部顶端，所述支撑部边缘的下端面与第一密封环的上端面相抵；所述下阀体与所述上阀体之间、所述下阀体与所述金属密封组件之间以及所述密封底座与所述下阀体之间均设置有所述第三密封环。
在所述第一密封环的内侧靠近顶端处设置有凸起。
当所述内滑套向下运动至进入到所述第一密封圈中时，所述第一密封圈与所述内滑套为过盈配合。
所述内滑套的下端的外表面设置为向内收缩的锥面。
所述第一密封环采用GH169合金材质。
所述第二密封环采用丁腈橡胶或氟橡胶材质。
所述第一密封环与所述第二密封环粘接在一起。
所述内滑套采用金属材质。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明采用主要由第一密封环和第二密封环构成的金属密封组件，其中第一密封环采用K型金属密封环，第二密封环采用非金属弹性密封环且安装在位于K型金属密封环顶部的楔形空间中，当内滑套向下运动至与金属密封组件接触时，K型金属密封环与内滑套之间形成金属密封，同时非金属弹性密封环与内滑套之间形成非金属与金属密封，并且K型金属密封环与非金属弹性密封环之间相互作用，进一步增加了两者与内滑套之间的作用力，从而保证密封效果。本发明的耐久性不亚于金属密封结构，同时也比现有的金属密封结构节约使用成本。
附图说明
图1是完井系统的局部示意图；
图2是本发明密封结构的结构示意图；
图3是本发明金属密封组件的结构示意图；
图4是本发明内滑套的局部放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
图1给出了完井系统的局部示意图，该系统包括布置在油井井眼1中的采油管柱2，采油管柱2上安装有封隔器3、井下流量控制器4等井下工具。其中，井下流量控制器4。本发明所提出的密封结构即安装于井下流量控制器4中。
如图2、图3所示，本发明提出的一种用于智能井井下流量控制器的密封结构，包括上阀体5、下阀体6、内滑套7、密封底座8、金属密封组件9和第三密封环10。上阀体5的侧壁上设置多个节流孔11，节流孔11由上至下间隔分布。下阀体6固定连接在上阀体5的下端，密封底座8固定连接在下阀体6的内侧且与上阀体5的下端面之间留有间距。金属密封组件9设置在下阀体6的内侧且位于上阀体5的下端面与密封底座8的上端面之间，金属密封组件9和上阀体5共同构成供内滑套7上下滑动的通道。金属密封组件9包括第一密封环91和与之配合的第二密封环92，第一密封环91采用K型金属密封环，第二密封环92为非金属弹性密封环，第二密封环92包括支撑部921和配合部922，配合部922的截面为楔形且安装在位于K型金属密封环顶部的楔形空间中，支撑部位于配合部顶端，支撑部边缘的下端面与第一密封环91的上端面相抵。下阀体6与上阀体5之间、下阀体6与金属密封组件9之间以及密封底座8与下阀体6之间均设置有第三密封环10。
进一步地，在第一密封环91的内侧靠近顶端处设置有凸起911，凸起911用于与由上向下运动的内滑套7接触，减少接触面积，增大接触应力。
进一步地，当内滑套7向下运动至进入到第一密封圈91中时，第一密封圈91与内滑套7为过盈配合。
进一步地，内滑套7的下端的外表面设置为向内收缩的锥面71，以便于内滑套7向下运动时能够顺利进入第一密封环91中。
进一步地，第一密封环91采用GH169合金材质，强度高、耐热耐腐蚀且具有一定弹性。第二密封环92采用丁腈橡胶或氟橡胶材质，耐高温、耐流体冲蚀且弹性好。上述材料可以实现更好的密封，但是其它有类似属性的金属材料和非金属材料也可以使用，并局限于所列举的材料。
进一步地，内滑套7采用金属材质。
进一步地，第一密封环91与第二密封环92粘接在一起。
本发明的工作原理及工作过程如下：在内滑套7的上部固定连接有活塞杆(图中未示出)，用于控制内滑套7上下移动，当内滑套7上下移动时，其位置变化会导致遮挡住的节流孔11的数量发生改变，从而实现井下流量调节。其中，内滑套7与第一密封环91采用过盈配合，当内滑套7向下抵近金属密封组件9时，首先与第二密封环92轻微接触，再与第一密封圈91接触。内滑套7再向下移动时，由于内滑套7外径略大于第二密封环92和第一密封环91的内径，内滑套7开始对金属密封组件9施加了一个径向力，这个力迫使第一密封环91中的支腿912发生弹性变形。内滑套7进一步下行，通过凸起911，使倾斜梁进一步压缩，使其挤压内滑套7，第一密封环91将大部分径向压力集中在位于其内侧的凸起911上，减小总体接触面积，从而增大接触应力。第二密封环92被第一密封环91的支腿912、913沿径向压缩在楔形空间内，而第二密封环92的配合部922被挤压从而支撑部921与内滑套7的外表面形成非金属对金属密封。楔形空间内的第二密封环92受到支腿912的挤压，产生弹性反作用力作用于支腿912上，这个力又进一步作用在内滑套7上，进一步增大了金属密封的接触压力。除此之外，而第二密封环92件还会受到来自地层的压力F，进一步挤压楔形空间内的非金属材料，使支撑部921紧贴内滑套7。地层压力F同时使配合部922径向挤压第一密封环91的支腿912、913，增大金属密封的接触应力。
综上所述，金属密封组件9与内滑套7之间金属密封接触压力主要来自于3个方面的径向偏压力：(1)支腿912受到内滑套7的压迫发生弹性变形，产生的弹性偏压力；(2)支腿912发生弹性变形从而挤压楔形空间内的第二密封环92，而第二密封环92又反作用于支腿912而产生的弹性偏压力；(3)第二密封环92受到地层压力F使K型金属密封环截面张开的趋势，使支腿912发生弹性变形从而产生的弹性偏压力。来自上述3个方面的径向偏压力同时施加到了第一密封环91的凸起911上，同时由于金属密封组件9的密封面积很小，使得金属密封组件9与内滑套7的外表面之间能够形成较大的金属接触应力。当这个接触应力适当时，即大于密封介质压力又小于材料屈服应力时，K型金属密封环与内滑套7间的密封副实现密封。
此外，本发明还拥有一个优点：当内滑套7向下移动关闭时，与金属密封组件9开始发生接触，当密封尚未形成时，金属密封组件9四周受地层压力F作用达到平衡，当密封开始逐渐形成时，压差逐渐建立，金属密封组件9在地层压力F的作用下，不至于位移过大或发生失效，使得楔形空间内的第一密封环92能够始终保持平缓的流动，保证在密封过程中，第一密封环92能够始终被紧密的容纳在金属楔形空间中。
由此可见本发明在执行井下流量控制器4的密封时具有显著优势，它可以提供金属密封和非金属密封两种类型的密封方式，而且两种密封方式又可以相互作用，相辅相成，这使得在内滑套7打开、关闭时可以尽可能的减小对金属密封组件9的损耗，延长金属密封组件9的使用寿命。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种用于智能井井下流量控制器的密封结构，其特征在于，包括上阀体、下阀体、内滑套、密封底座、金属密封组件和第三密封环；
所述上阀体的侧壁上设置多个节流孔，所述节流孔由上至下间隔分布；
所述下阀体固定连接在所述上阀体的下端，所述密封底座固定连接在所述下阀体的内侧且与所述上阀体的下端面之间留有间距；
所述金属密封组件设置在所述下阀体的内侧且位于所述上阀体的下端面与所述密封底座的上端面之间，所述金属密封组件和上阀体共同构成供所述内滑套上下滑动的通道；所述金属密封组件包括第一密封环和与之配合的第二密封环，所述第一密封环采用K型金属密封环，所述第二密封环为非金属弹性密封环，所述第二密封环包括支撑部和配合部，所述配合部的截面为楔形，所述配合部安装在位于所述K型金属密封环顶部的楔形空间中，所述支撑部位于所述配合部顶端，所述支撑部边缘的下端面与所述第一密封环的上端面相抵；
所述下阀体与所述上阀体之间、所述下阀体与所述金属密封组件之间以及所述密封底座与所述下阀体之间均设置有所述第三密封环；
在所述第一密封环的内侧靠近顶端处设置有凸起。
2.如权利要求1所述的一种用于智能井井下流量控制器的密封结构，其特征在于，当所述内滑套向下运动至进入到所述第一密封圈中时，所述第一密封圈与所述内滑套为过盈配合。
3.如权利要求1或2所述的一种用于智能井井下流量控制器的密封结构，其特征在于，所述内滑套的下端的外表面设置为向内收缩的锥面。
4.如权利要求1或2所述的一种用于智能井井下流量控制器的密封结构，其特征在于，所述第一密封环采用GH169合金材质。
5.如权利要求1或2所述的一种用于智能井井下流量控制器的密封结构，其特征在于，所述第二密封环采用丁腈橡胶或氟橡胶材质。
6.如权利要求1或2所述的用于智能井井下流量控制器的密封结构，其特征在于，所述第一密封环与所述第二密封环粘接在一起。
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