CN109267957A - 一种连续油管速度管柱悬挂密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续油管速度管柱悬挂密封装置，包括本体组件、顶部密封组件、卡瓦组件、解锁机构和底部密封组件，顶部密封组件包括导向螺母、顶部密封圈和O型密封圈；本体组件包括悬挂本体、卡瓦激发销和限位保护环；卡瓦组件包括安装在悬挂孔内弹性的卡瓦挡圈、卡瓦座和多片卡瓦；解锁机构包括密封衬套、支撑套和解锁活塞和解锁单向阀；底部密封组件包括由上至下安装在底部密封腔内的上密封圈、上活塞、下活塞和下密封圈。本发明无需操作窗,能快速、稳定悬挂连续油管速度管柱，并能可靠密封，能快速有效解锁，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻采行业连续油管速度管柱技术领域，具体涉及一种连续油管速度管柱悬挂密封装置。
背景技术
随着连续油管技术的发展，采用连续油管作为完井管柱，以有效地避免或减缓井底积液对后期生产的影响，已经在低压、低产气井内得到了越来越多的应用。但在实际使用过程中主要存在以下不足：
1.卡瓦不能有效的固定，受井内压力及气流的影响，连续油管会产生向上的滑动和振动。卡瓦悬挂器由于缺少有效的固定，极易造成松散，甚至会导致连续油管脱落，导致事故发生。
2.密封组件只有1组，密封可靠性差。在连续油管悬挂完成后，需要切割连续油管，其与井内的天然气只有一道密封，井内气体一旦泄露，将对井口操作人员的安全带来极大的隐患。
3.连续油管下到位后需要配置操作窗来下放卡瓦，操作复杂，费时费力。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种无需操作窗,能快速、稳定悬挂连续油管速度管柱，并能可靠密封，能快速有效解锁，提高工作效率的连续油管速度管柱悬挂密封装置。
本发明的技术方案是：一种连续油管速度管柱悬挂密封装置，包括本体组件、顶部密封组件、卡瓦组件、解锁机构和底部密封组件，其中，
所述本体组件包括悬挂本体、卡瓦激发销和限位保护环，所述卡瓦激发销活动设置在悬挂本体上，其一端贯穿悬挂本体与卡瓦外表面活动接触，所述限位保护环设置在悬挂本体的外表面用于限定卡瓦激发销旋出位置，所述悬挂本体的中部设有用于悬挂管柱的悬挂孔；
所述顶部密封组件包括导向螺母、顶部密封圈和O型密封圈，所述顶部密封圈安装在导向螺母与油管之间，所述O型密封圈安装在导向螺母与悬挂本体之间；
所述卡瓦组件包括安装在悬挂孔内弹性的卡瓦挡圈、卡瓦座和多片卡瓦，所述卡瓦挡圈设置在导向螺母与卡瓦座之间；所述卡瓦激发销贯穿卡瓦座与卡瓦外表面活动接触，所述卡瓦座的内壁由上至下分别设有未激发台阶和激发限位台阶，所述卡瓦座下部的内圆周表面呈锥形；所述多片卡瓦形成的内孔与连续油管的外径相对应，所述卡瓦上部设有与未激发台阶和激发限位台阶相配合的凸起，所述卡瓦内壁上设有与连续油管卡合的卡瓦牙，所述卡瓦的下部为与卡瓦座的锥形结构相配合的外圆锥面，所述卡瓦的外圆锥面上设有与卡瓦座相配合的背齿，所述卡瓦上部的外圆周表面设有用于限制卡瓦活动轨迹的矩形限位槽，所述矩形限位槽的位置与卡瓦激发销的位置相对应；
所述解锁机构包括密封衬套、支撑套和解锁活塞和解锁单向阀，所述悬挂孔内由下至上依次为密封衬套和支撑套，所述卡瓦座坐在支撑套上，所述支撑套安装在密封衬套上，所述密封衬套的下部设有底部密封腔，所述解锁活塞活动安装在密封衬套的上方且位于支撑套内，所述解锁活塞的下端与密封衬套和支撑套形成解锁密封腔，所述解锁密封腔通过通道与解锁单向阀连接；
所述底部密封组件包括由上至下安装在底部密封腔内的上密封圈、上活塞、下活塞和下密封圈，所述上活塞、下活塞和密封衬套之间形成密封环空，所述密封环空通过通道与密封单向阀连接。
优选的，所述卡瓦的底部设有卡瓦下锥面，所述解锁活塞的顶部设有与卡瓦下锥面相配合的活塞锥面。
优选的，所述卡瓦挡圈由四片卡瓦片、弹簧组成，所述四片卡瓦片通过四个弹簧串联成一具有一定的收缩弹性的环形组件。
优选的，所述卡瓦包括四个，所述卡瓦激发销为四个，分别安装在与四个卡瓦对应的位置。
优选的，所述卡瓦激发销的外表面设有限位槽，所述限位保护环的下端位于限位槽内。
优选的，所述密封衬套安装在悬挂本体的悬挂孔内，且密封衬套的外圆周表面分别设有用于安装支撑套的支撑套台阶和用于安装解锁活塞的活塞台阶，所述支撑套台阶和活塞台阶呈阶梯状结构。
优选的，所述卡瓦座与解锁活塞之间设有解锁空间。
优选的，所述顶部密封圈、上密封圈和下密封圈均为矩形密封圈。
优选的，所述卡瓦挡圈的下端设有卡瓦挡圈锥面，所述卡瓦的上端设有与卡瓦挡圈锥面相配合的卡瓦上锥面。
本发明与现有技术相比较，具有以下优点：
1.卡瓦的锁定更加稳定、可靠。连续油管悬挂完成后，旋转卡瓦激发销到卡瓦的矩形槽口底面，这样在限制住卡瓦径向运动的同时也锁住了卡瓦的轴向运动和圆周运动，使卡瓦能够可靠稳定的坐落在卡瓦座内，不会因震动或是井底压力作用造成解锁。
2.通过顶部密封组件和底部密封组件两组密封组件的作用，避免了油气采集过程中的泄露问题，安全可靠。
3.卡瓦外部锥面带有背齿，用来与卡瓦座的内圆锥面配合，锥型背齿结构不但能允许油管快速、稳定咬合，同时还能阻止油管连续向下运动, 防止将油管咬破。
4.通过解锁单向阀和液压控制解锁密封腔的大小，可快速实现油管解锁及悬挂，操作快捷方便。
5. 卡瓦已经预先装入，无需再使用操作窗来下入卡瓦，既可以节省时间又能节约成本，提高了工作效率。
附图说明
图1连续油管速度管柱悬挂装置结构总装结构图；
图2为图1中A处卡瓦组件的结构放大图；
图3为图1中B处解锁组件及底部密封组件的结构放大图；
图4为卡瓦挡圈的结构示意图；
图5为图4的D-D剖视图；
图6为卡瓦的结构示意图；
图7为连续油管速度管柱悬挂装置三维结构示意图；
图中：1.悬挂本体、2.卡瓦激发销、3.限位保护环、4.悬挂孔、5.限位槽、6.导向螺母、7.顶部密封圈、8.O型密封圈、9.卡瓦挡圈、10.卡瓦座、11.卡瓦、12.未激发台阶、13.激发限位台阶、14.凸起、15.卡瓦牙、16.背齿、17.矩形限位槽、18.卡瓦下锥面、19.密封衬套、20.支撑套、21.解锁活塞、22.解锁单向阀、23.活塞锥面、24.底部密封腔、25.解锁密封腔、26.上密封圈、27.上活塞、28.下活塞、29.下密封圈、30.密封环空、31.密封单向阀、32.支撑套台阶、33.活塞台阶、34.卡瓦上锥面、35.卡瓦挡圈锥面。
具体实施方式
下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1-图6所示，一种连续油管速度管柱悬挂密封装置，包括本体组件、顶部密封组件、卡瓦组件、解锁机构和底部密封组件。
其中：
本体组件包括悬挂本体1、卡瓦激发销2和限位保护环3。卡瓦激发销2安装在悬挂本体1的外圆周表面，其一端贯穿悬挂本体1与卡瓦的外表面活动接触。限位保护环3设置在悬挂本体1的外表面，用于限定卡瓦激发销旋出位置，悬挂本体1的中部设有用于悬挂管柱的悬挂孔4。卡瓦激发销2的外表面设有限位槽5，所述限位保护环3的下端位于限位槽5内，限位保护环3用于限定卡瓦激发销2的旋出位置，防止过分旋出螺纹失效后受压弹出伤人。
卡瓦激发销2共四个，卡瓦激发销2贯穿卡瓦座10与卡瓦11外表面活动接触，分别用来定位四片卡瓦11，其前端带有螺纹，当连续油管下放到位后，右旋卡瓦激发销2使卡瓦11向内收缩,卡瓦11由座落在未激发台阶12落入激发限位台阶13内，见图2，此时卡瓦沿锥面F下滑，实现抱紧连续油管（此时解锁单向阀应该是打开的），连续油管座实后继续右旋卡瓦激发销2直到卡瓦下锥面与活塞锥面锁紧卡瓦，防止其因震动或是井底压力作用造成解锁。
顶部密封组件包括导向螺母6、顶部密封圈7和O型密封圈8。其中，顶部密封圈7安装在导向螺母6与油管之间，O型密封圈8安装在导向螺母6与悬挂本体1之间；连续油管悬挂到位后，右旋导向螺母6使其下行，压缩内部的顶部密封圈7实现连续油管外环空密封。
卡瓦组件包括安装在悬挂孔4内弹性的卡瓦挡圈9、卡瓦座10和多片卡瓦11，卡瓦座10下部的内圆周表面呈锥形，卡瓦座10用来承载和传递卡瓦11和管柱的载荷，同时支撑卡瓦挡圈9及其上部组件。
卡瓦挡圈9设置在导向螺母6与卡瓦座10之间；卡瓦挡圈9由四片卡瓦片、弹簧组成，四片卡瓦片通过四个弹簧串联成一具有一定的收缩弹性的环形组件，使卡瓦挡圈9具有一定的收缩弹性，如图4所示。
卡瓦11包括四个，四个卡瓦形成的内孔与连续油管的外径相对应，卡瓦激发销2也为四个，分别安装在与四个卡瓦块对应的位置。
卡瓦座10的内壁由上至下分别设有未激发台阶12和激发限位台阶13，激发限位台阶13防止卡瓦过度下行咬坏油管。卡瓦11的上部外圆周表面设有与未激发台阶12和激发限位台阶13相配合的凸起14，凸起14与台阶配合。卡瓦11内壁上设有与连续油管卡合的卡瓦牙15，用来卡持连续油管。卡瓦11的下部为与卡瓦座10的锥形结构相配合的外圆锥面F，卡瓦11的外圆锥面F上设有与卡瓦座相配合的背齿16，锥型背齿结构允许油管快速、稳定咬合，并能阻止其连续向下运动, 防止咬破油管。卡瓦11上部的外圆周表面设有用于限制卡瓦11活动轨迹的矩形限位槽17，矩形限位槽17的位置与卡瓦激发销2的位置相对应，矩形限位槽17与卡瓦激发销2端部配合，用来限制卡瓦11活动轨迹。
卡瓦11的底部设有卡瓦下锥面18，解锁活塞21的顶部设有与卡瓦下锥面18相配合的活塞锥面23。
解锁机构包括密封衬套19、支撑套20和解锁活塞21和解锁单向阀22，卡瓦座10与解锁活塞21之间具有解锁空间。悬挂孔4内由下至上依次为密封衬套19和支撑套20，卡瓦座10坐在支撑套20上，支撑套20安装在密封衬套19上，密封衬套19安装在悬挂本体1的悬挂孔4内，且密封衬套19的外圆周表面分别设有用于安装支撑套20的支撑套台阶32和用于安装解锁活塞21的活塞台阶33，支撑套台阶32和活塞台阶33呈阶梯状结构。
密封衬套19的下部设有底部密封腔24，解锁活塞21活动安装在密封衬套19的上方且位于支撑套20内，解锁活塞21的下端与密封衬套19和支撑套20形成解锁密封腔25，解锁密封腔25通过通道与解锁单向阀22连接。使用时可以使卡瓦悬挂器预先放置在本装置中，且不影响连续油管的下放和悬挂，也不需要额外的操作窗来辅助安装悬挂器，当需要解锁连续油管时，将卡瓦激发销2退回到未激发台阶12位置，通过解锁单向阀22注入液压油（此时密封单向阀处于泄压状态），使解锁活塞21受压上行，在其活塞锥面23与卡瓦的卡瓦下锥面18的相互作用, 卡瓦上锥面34与卡瓦挡圈锥面35相互作用，卡瓦沿卡瓦下锥面18上行,四片卡瓦11向外扩散,坐落于未激发台阶12的位置，此时卡瓦11的内径大于连续油管的外径，可以让连续油管顺利下放或上提，连续油管悬挂器处于解锁状态。
底部密封组件包括由上至下安装在底部密封腔24内的上密封圈26、上活塞27、下活塞28和下密封圈29，上活塞27、下活塞28和密封衬套19之间形成密封环空30，密封环空30通过通道与密封单向阀31连接。从密封单向阀31注入液压油，使上活塞27、下活塞28分别向上向下运行，分别压缩上密封圈26和下密封圈29，使其与连续油管管体产生过盈配合，从而实现密封。
上部的顶部密封圈7、上密封圈26和下密封圈29均为矩形密封圈。
工作原理：
首先退出卡瓦激发销2，使其退出到限位保护环3位置，之后通过密封单向阀31泄压，解锁单向阀22注入液压油，使解锁活塞21上行，顶卡瓦牙15上行并落座到卡瓦座10的未激发台阶12位置，此时卡瓦11的内径大于连续油管的外径，可以让连续油管顺利下放或上提。下放连续油管，到达要求位置后，通过解锁单向阀22卸掉油缸内液压油，右旋卡瓦激发销2，使卡瓦牙15全部落入卡瓦座10的激发限位台阶13内，此时四片卡瓦11因锥面的作用向内收缩。适当上提连续油管后再下放，直到其完全被卡瓦11锁住，此时悬重降为零。连续油管悬挂完成后，再次右旋卡瓦激发销2到卡瓦11的矩形限位槽17的底面，限制住卡瓦11的径向运动和轴向运动。通过密封单向阀31注入液压油，使上活塞27和下活塞28分别压缩上密封圈26和下密封圈29来密封连续油管外环空。右旋导向螺母6，压缩顶部密封圈7使其密封上部环空。此时，完成连续油管悬挂。
1. 卡瓦的锁定更加稳定、可靠。连续油管悬挂完成后，旋转卡瓦激发销到卡瓦的矩形槽口底面H，这样在限制住卡瓦径向运动的同时也锁住了卡瓦的轴向运动和圆周运动，使卡瓦能够可靠稳定的坐落在卡瓦座内，不会因震动或是井底压力作用造成解锁。
2.通过上下两组密封组件的作用，避免了油气采集过程中的泄露问题，安全可靠。
3.卡瓦外部锥面带有背齿，见图3，用来与卡瓦座的锥面F配合，锥型背齿结构不但能允许油管快速、稳定咬合，同时还能阻止油管连续向下运动, 防止将油管咬破。
4.特有的液压结构，可快速实现油管解锁及悬挂，操作快捷方便。
5. 卡瓦已经预先装入，无需再使用操作窗来下入卡瓦，既可以节省时间又能节约成本。
本发明并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种连续油管速度管柱悬挂密封装置，其特征在于：包括本体组件、顶部密封组件、卡瓦组件、解锁机构和底部密封组件，其中，
所述本体组件包括悬挂本体、卡瓦激发销和限位保护环，所述卡瓦激发销活动设置在悬挂本体上，其一端贯穿悬挂本体与卡瓦外表面活动接触，所述限位保护环设置在悬挂本体的外表面用于限定卡瓦激发销旋出位置，所述悬挂本体的中部设有用于悬挂管柱的悬挂孔；
所述顶部密封组件包括导向螺母、顶部密封圈和O型密封圈，所述顶部密封圈安装在导向螺母与油管之间，所述O型密封圈安装在导向螺母与悬挂本体之间；
所述卡瓦组件包括安装在悬挂孔内弹性的卡瓦挡圈、卡瓦座和多片卡瓦，所述卡瓦挡圈设置在导向螺母与卡瓦座之间；所述卡瓦激发销贯穿卡瓦座与卡瓦外表面活动接触，所述卡瓦座的内壁由上至下分别设有未激发台阶和激发限位台阶，所述卡瓦座下部的内圆周表面呈锥形；所述多片卡瓦形成的内孔与连续油管的外径相对应，所述卡瓦上部设有与未激发台阶和激发限位台阶相配合的凸起，所述卡瓦内壁上设有与连续油管卡合的卡瓦牙，所述卡瓦的下部为与卡瓦座的锥形结构相配合的外圆锥面，所述卡瓦的外圆锥面上设有与卡瓦座相配合的背齿，所述卡瓦上部的外圆周表面设有用于限制卡瓦活动轨迹的矩形限位槽，所述矩形限位槽的位置与卡瓦激发销的位置相对应；
所述解锁机构包括密封衬套、支撑套和解锁活塞和解锁单向阀，所述悬挂孔内由下至上依次为密封衬套和支撑套，所述卡瓦座坐在支撑套上，所述支撑套安装在密封衬套上，所述密封衬套的下部设有底部密封腔，所述解锁活塞活动安装在密封衬套的上方且位于支撑套内，所述解锁活塞的下端与密封衬套和支撑套形成解锁密封腔，所述解锁密封腔通过通道与解锁单向阀连接；
所述底部密封组件包括由上至下安装在底部密封腔内的上密封圈、上活塞、下活塞和下密封圈，所述上活塞、下活塞和密封衬套之间形成密封环空，所述密封环空通过通道与密封单向阀连接。
2.根据权利要求1所述的一种连续油管速度管柱悬挂密封装置，其特征在于：所述卡瓦的底部设有卡瓦下锥面，所述解锁活塞的顶部设有与卡瓦下锥面相配合的活塞锥面。
3.根据权利要求1所述的一种连续油管速度管柱悬挂密封装置，其特征在于：所述卡瓦挡圈由四片卡瓦片、弹簧组成，所述四片卡瓦片通过四个弹簧串联成一具有一定的收缩弹性的环形组件。
4.根据权利要求3所述的一种连续油管速度管柱悬挂密封装置，其特征在于：所述卡瓦包括四个，所述卡瓦激发销为四个，分别安装在与四个卡瓦对应的位置。
5.根据权利要求4所述的一种连续油管速度管柱悬挂密封装置，其特征在于：所述卡瓦激发销的外表面设有限位槽，所述限位保护环的下端位于限位槽内。
6.根据权利要求1所述的一种连续油管速度管柱悬挂密封装置，其特征在于：所述密封衬套安装在悬挂本体的悬挂孔内，且密封衬套的外圆周表面分别设有用于安装支撑套的支撑套台阶和用于安装解锁活塞的活塞台阶，所述支撑套台阶和活塞台阶呈阶梯状结构。
7.根据权利要求1所述的一种连续油管速度管柱悬挂密封装置，其特征在于：所述卡瓦座与解锁活塞之间设有解锁空间。
8.根据权利要求1所述的一种连续油管速度管柱悬挂密封装置，其特征在于：所述顶部密封圈、上密封圈和下密封圈均为矩形密封圈。
9.根据权利要求1所述的一种连续油管速度管柱悬挂密封装置，其特征在于：所述卡瓦挡圈的下端设有卡瓦挡圈锥面，所述卡瓦的上端设有与卡瓦挡圈锥面相配合的卡瓦上锥面。
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