CN109281656A - 一种井下电气设备连接密封结构及测压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田井下设备技术领域,具体涉及一种井下电气设备连接密封结构及测压装置。密封结构包括密封筒、电极、绝缘层和V型组合圈,密封筒内部具有腔体,密封筒顶面具有连通外部和腔体间的通孔,电极穿过通孔插入腔体中,在电极的外部包裹有绝缘层,绝缘层外部套有V型组合圈,螺柱从通孔上端旋入并顶住V型组合圈,使V型组合圈受挤压撑开后外部抵住通孔内壁、内部抵住绝缘层。本发明还提供一种包含上述密封结构的测压装置。该密封结构可实现各易渗漏点的多级密封,从而有效的保证密封结构在井下高温高压环境中不易发生渗漏,增加密封结构的使用寿命,保证内部电气设备的正常工作。测压装置同样提高了密封性能,有效保护内部的压力传感器。
Description
技术领域
本发明涉及油田井下设备技术领域,具体涉及一种井下电气设备连接密封结构及测压装置。
背景技术
工业采油作业中,需要在井下装入各种电气设备,用于井下参数的监测。然而,井下环境一般为高温高压且具有强腐蚀性,对电气设备具有很大的危害和影响,因此,需要使用密封结构放置电气设备。但是,由于大多数电气设备需要连接电线至密封结构以外,因此,不可能使用通常的密封措施,现有技术中,一般采用将连接器航插置于密封筒体的通孔中,通过连接器一端连接电器设备,另一端连接电线以实现电流和信号传输以及密封功能。
但是,现有的连接器,通常采用套入橡胶圈的单极密封,通过航插方式插于密封筒通孔中,在长期高温高压作用下,航插使用的O型圈在出现异常高压情况下的承受力有限,超过极限就会破损断裂,从而造成渗漏,影响内部电气设备的正常工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为:提供一种井下电气设备连接密封结构,其可解决现有技术中采用连接器航插方式实现密封造成的O型圈破损断裂,密封能力下降,出现渗漏的问题,从而保证内部电气设备的正常工作。本发明还提供一种包含上述密封结构的测压装置,通过在密封筒中放入压力传感器进行压力测量,同时保证压力传感器的密封性,不受外部渗漏井液的影响。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种井下电气设备连接密封结构,包括密封筒、电极、绝缘层和V型组合圈,所述密封筒内部具有可容纳井下电气设备的腔体,且密封筒顶面具有连通外部和腔体间的通孔,所述电极穿过通孔插入腔体中,在所述电极的外部包裹有绝缘层,所述绝缘层外部套有V型组合圈,螺柱从通孔上端旋入并顶住V型组合圈,使V型组合圈受挤压撑开后外部抵住通孔内壁、内部抵住绝缘层。
在一种优选的实施方式中,所述电极包括自上而下依次螺纹连接的第一电极、第二电极和第三电极,且第一电极和第三电极的直径相同,第二电极直径大于第一电极和第三电极的直径。
在一种优选的实施方式中,所述绝缘层包括第一绝缘管、第二绝缘管、第一支撑座和第二支撑座,所述第一绝缘管包裹于第一电极外部,在第一绝缘管外部包裹有V型组合圈,在V型组合圈下部的第一电极外部套有第一支撑座,且所述第一支撑座底面顶住第二电极的顶面,在第三电极外部包裹有第二绝缘管,在第二绝缘管和第一支撑座间的空间中套有第二支撑座。
在一种优选的实施方式中,所述V型组合圈和螺柱间具有第一垫片,在第二绝缘管外且位于第二支撑座下方套有第二垫片。
在一种优选的实施方式中,在所述密封筒顶面固定有压板,所述螺柱可穿过压板,所述压板通过螺钉紧固于密封筒顶面上。
在一种优选的实施方式中,在所述电极的顶部连接有电线,绝缘胶带缠绕于电线和电极外部以实现电线和电极的连接。
在一种优选的实施方式中,所述绝缘层的材料为改性聚醚醚酮,所述改性聚醚醚酮通过在聚醚醚酮中加入其质量百分比为5%-50%的玻纤制得。
一种测压装置,包含上述任一项所述的密封结构,还包括压力传感器和橡胶垫,所述压力传感器安装于密封筒的腔体内,并与密封筒的侧壁贴合,所述橡胶垫固定于压力传感器下方的腔体内壁上,且橡胶垫下方与井液连通,所述腔体上顶面到压力传感器与腔体接触面的空间未第一腔体,所述传感器与腔体接触面到橡胶垫的空间为第二腔体,所述压力传感器的感应端位于第二腔体内,在所述第一腔体和第二腔体中均充满绝缘液体。
在一种优选的实施方式中,所述橡胶垫中注塑有钢制弹片。
在一种优选的实施方式中,在所述装置上部安装有法兰盘,所述橡胶垫下方的密封筒上具有内螺纹。
本发明的有益效果是:通过在电极外部包裹绝缘层,并在绝缘层外部套有V型组合圈,通过V型组合圈受压后外唇和内唇撑开,外唇可顶住密封筒的通孔内壁,内唇可顶住绝缘层外壁,从而保证V型组合圈与通孔内壁以及V型组合圈与绝缘层外壁间有效的密封性能,同时,绝缘层在受到V型组合圈内唇挤压后,其内侧可顶住电极外侧,从而保证了绝缘层和电极间的密封性能。该密封结构可实现各易渗漏点的多级密封,从而有效的保证密封结构在井下高温高压环境中不易发生渗漏,增加密封结构的使用寿命,保证内部电气设备的正常工作。
本发明还提供了包含上述密封结构的测压装置,将压力传感器安装于密封筒内,在实现压力测量的功能前提下,保证了腔体内部的密封性能,保护压力传感器不受井液的损害。
附图说明
图1是本发明所述密封结构的爆炸图;
图2是本发明所述密封结构的剖面图;
图3是本发明所述密封结构在V型组合圈处的局部放大图;
图4是本发明所述密封结构在第二电极处的局部放大图;
图5是本发明所述测压装置的爆炸图;
图6是本发明所述测压装置的主视图;
图7是图6沿A-A方向的剖面图;
图8是本发明所述测压装置在压力传感器处的局部剖面图;
图9是本发明所述测压装置在橡胶垫处的局部剖面图。
图中各附图标记为:1:密封结构,11:密封筒,1101:第一外壳,1102:第二外壳,1103:第三外壳,1121:第一泄气阀,1131:第二泄气阀,1122:第一注液阀,1132:第二注液阀,111:腔体,1111:第一腔体,1112:第二腔体,12:电极,121:第一电极,122:第二电极,123:第三电极,131:第一绝缘管,132:第二绝缘管,141:第一支撑座,142:第二支撑座,151:第一垫片,152:第二垫片,16:V型组合圈,17:螺柱,181:压板,182:螺钉,191:电线,192:绝缘胶带,21:第一电路板,22:第二电路板,23:固定螺钉,3:压力传感器,31:感应端,4:橡胶垫,41:钢制弹片,5:胶垫压板。
具体实施方式
下面结合各附图,对本发明做详细描述。
结合图和图2,本发明所述的密封结构包括密封筒11、电极12、绝缘层和V型组合圈16,优选的,本实施例中的电极12包括有自上而下依次安装的第一电极121、第二电极122和第三电极123;所述绝缘层包括有第一绝缘管131、第二绝缘管132以及第一支撑座141和第二支撑座142。其中,密封筒11为顶面具有较大厚度的箱体,且下部具有可容纳安装电气设备的腔体111,所述腔体111通过通孔实现顶面与外部连通,在通孔中具有一阶阶梯面。如图4所示,第一电极121和第三电极123的直径相同,第二电极122的直径大于第一电极121和第三电极123,且第二电极122的上下两端具有内螺纹,相对应的,第一电极121和第三电极123具有外螺纹,从而使第一电极121和第二电极122,以及第二电极122和第三电极123实现螺纹连接。在第一电极121外部包裹有第一绝缘管131,且在第一电极121顶端连接有电线191,所述电线191和第一电极121焊接相连,并通过缠绕绝缘胶带192固定。在阶梯面以下的第三电极123外部包裹有第二绝缘管132。在第一绝缘管131和第二绝缘管132间自上而下依次设置第一垫片151、V型组合圈16、第一支撑座141、第二支撑座142和第二垫片152,通过以上结构的设置,使电极1和通孔间的缝隙消除。同时,如图3所示,通过在第一垫片151顶部旋入螺柱17,螺柱17顶住第一垫片151从而作用于V型组合圈16上,由于V型组合圈16受到竖直方向的力后发生径向形变而张开,其内唇顶住第一绝缘管131,外唇顶住通孔内壁,当V型组合圈16内唇顶住第一绝缘管131时,由于第一绝缘管131也存在弹性形变,且可顶住第一电极121外壁,因此,使用V型组合圈16,可实现V型组合圈16与通孔内壁间、V型组合圈16与第一绝缘管131外壁间、第一绝缘管131内壁与第一电极121外壁间的密封,充分保证装置的密封性。通过螺钉182将压板181固定于密封筒11顶面上,从而实现内部各结构的稳定、外部美观以及进一步提高抗高温和抗腐蚀性能。以上结构,使用V型密封圈和绝缘胶带192,可实现多种密封措施结合使用,提高装置的密封性能;与现有的使用连接器航插的方式,其具有成本低,且密封效果更好的优势,且可承受更大的电气耐压和电流。
优选的,所述绝缘层,即包括第一绝缘管131、第二绝缘管132、第一支撑座141和第二支撑座142均使用改性聚醚醚酮材料,所述所述改性聚醚醚酮通过在聚醚醚酮中加入其质量百分比为5%-50%的玻纤制得,更为优选的,加入玻纤的比例为30%。使用改性聚醚醚酮的目的在于:现有的密封绝缘材料,一般采用四氟乙烯,其具有“冷流性”,即材料制品在长时间连续载荷作用下发生的塑形变化,从而导致在特定的压缩应力时,四氟乙烯会产生“冷流”而形变,严重影响装置的密封效果。使用该改性聚醚醚酮作为绝缘层后,其可耐120℃的高温,承受40MPa的高压,且具有耐腐蚀的作用,对于井下高温高压和强腐蚀性环境具有较强的适应能力。
结合图5-图8,一种包含上述密封结构1的测压装置,其还包括有压力传感器3和橡胶垫4,所述压力传感器3安装于密封筒11的腔体111中,在压力传感器3与密封筒11下部的腔体111中安装有橡胶垫4。更进一步的,所述密封筒11包括依次螺纹连接的第一外壳1101、第二外壳1102和第三外壳1103,其中,第一外壳1101上具有通孔,并连接有电极12、绝缘层和V型组合圈16等密封结构1。在第三外壳1103中安装有压力传感器3,在压力传感器3的感应端31下方的一段距离上安装有橡胶垫4。并且,可将腔体111分为第一腔体1111和第二腔体1112,第一腔体1111从腔体111的顶面至压力传感器3与腔体111内壁的接触面;第二腔体1112从压力传感器3的感应端31至橡胶垫4,且所述第一腔体1111和第二腔体1112相互独立且均密闭。同时,为保证在第一腔体1111和第二腔体1112中可注入绝缘液体,在密封筒111上开设有连通第一腔体1111的第一泄气阀1121和第一注液阀1122,以及连通第二腔体1112的第二泄气阀1131和第二注液阀1132,并使第一泄气阀1121位于第一注液阀1122的上方,第二泄气阀1131位于第二注液阀1132的上方。绝缘液体优选的使用变压器油,将变压器油注入第一注液阀1122(第二注液阀1132)中,液面上升使腔体111内部空气从第一泄气阀1121(第二泄气阀1131)中排出,直至变压器油充满第一腔体1111和第二腔体1112。在第一腔体1111中,通过固定螺钉23安装有第一电路板21和第二电路板22,所述第一电路板21和第二电路板22均连接压力传感器3,从而起到处理压力数据的作用。在橡胶垫4下方的第三外壳1103上,具有内螺纹(图中未示出),用于连接扶正器,从而保证设备可沿套管轴线下入井内。
如图9所示,所述橡胶垫4通过胶垫压板5固定于腔体111内壁上,优选的,在橡胶垫4内部,通过注塑工艺安装有钢制弹片41,且所述钢制弹片41材料为不锈钢、钛合金、镁铝合金中的至少一种。注塑钢制弹片41的原因在于:由于橡胶垫4在内部绝缘液体和外部井液的压差作用下,频繁的形变以保证内外压力相同,因而,在长期使用过程中,橡胶容易出现老化的问题,由老化会产生强度降低、破裂、边缘脱落的结构问题,严重影响了橡胶垫4的密封性和导压能力。在橡胶垫4中注塑钢制弹片41,在保证橡胶垫4本身的弹性和导压能力的前提下,同时也提高了橡胶垫4的结构强度,应用于井下高温高压的环境效果非常显著,能有效解决上述问题,使橡胶垫4强度高、不易破裂、边缘不易松动,从而提高橡胶垫4寿命。
以下,说明所述测压装置的具体工作原理。将电线191通过导线连接外部设备,第三电极123通过导线连接电路板,使用电路板连接压力传感器3,为其供电同时实现信号传输,以连通压力测量的电路。第一腔体1111内的变压器油,可对处于其中的导线、第一电路板21、第二电路板22和压力传感器3起到散热作用;第二腔体1112中的变压器油,通过橡胶垫4的导压作用,与外部的井液的压力实现平衡。由于感应端31接触第二腔体1112中的变压器油,因此,可通过测量其压力以表征外部井液的压力。本发明所述的测压装置,在井下高温高压和腐蚀性强的环境中,可实现极好的密封性,相对于航插方式的密封,其性能优势明显。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此即限制本发明的专利保护范围,凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种井下电气设备连接密封结构,其特征在于,包括密封筒、电极、绝缘层和V型组合圈,所述密封筒内部具有可容纳井下电气设备的腔体,且密封筒顶面具有连通外部和腔体间的通孔,所述电极穿过通孔插入腔体中,在所述电极的外部包裹有绝缘层,所述绝缘层外部套有V型组合圈,螺柱从通孔上端旋入并顶住V型组合圈,使V型组合圈受挤压撑开后外部抵住通孔内壁、内部抵住绝缘层。
2.如权利要求1所述的一种井下电气设备连接密封结构,其特征在于,所述电极包括自上而下依次螺纹连接的第一电极、第二电极和第三电极,且第一电极和第三电极的直径相同,第二电极直径大于第一电极和第三电极的直径。
3.如权利要求2所述的一种井下电气设备连接密封结构,其特征在于,所述绝缘层包括第一绝缘管、第二绝缘管、第一支撑座和第二支撑座,所述第一绝缘管包裹于第一电极外部,在第一绝缘管外部包裹有V型组合圈,在V型组合圈下部的第一电极外部套有第一支撑座,且所述第一支撑座底面顶住第二电极的顶面,在第三电极外部包裹有第二绝缘管,在第二绝缘管和第一支撑座间的空间中套有第二支撑座。
4.如权利要求3所述的一种井下电气设备连接密封结构,其特征在于,所述所述V型组合圈和螺柱间具有第一垫片,在第二绝缘管外且位于第二支撑座下方套有第二垫片。
5.如权利要求1所述的一种井下电气设备连接密封结构,其特征在于,在所述密封筒顶面固定有压板,所述螺柱可穿过压板,所述压板通过螺钉紧固于密封筒顶面上。
6.如权利要求1所述的一种井下电气设备连接密封结构,其特征在于,在所述电极的顶部连接有电线,绝缘胶带缠绕于电线和电极外部以实现电线和电极的连接。
7.如权利要求1任一项所述的一种井下电气设备连接密封结构,其特征在于,所述绝缘层的材料为改性聚醚醚酮,所述改性聚醚醚酮通过在聚醚醚酮中加入其质量百分比为5%-50%的玻纤制得。
8.一种测压装置,其特征在于,包含权利要求1-7任一项所述的密封结构,还包括压力传感器和橡胶垫,所述压力传感器安装于密封筒的腔体内,并与密封筒的端面贴合,所述橡胶垫固定于压力传感器下方的腔体内壁上,且橡胶垫下方与井液连通,所述腔体上顶面到压力传感器与腔体接触面的空间为第一腔体,所述传感器与腔体接触面到橡胶垫的空间为第二腔体,所述压力传感器的感应端位于第二腔体内,在所述第一腔体和第二腔体中均充满绝缘液体。
9.如权利要求8所述的一种测压装置,其特征在于,所述橡胶垫中注塑有钢制弹片。
10.如权利要求8所述的一种测压装置,其特征在于,在所述装置上部安装有法兰盘,所述橡胶垫下方的密封筒上具有内螺纹。
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