CN109973044B - 金属密封副封隔器 - Google Patents

金属密封副封隔器 Download PDF

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CN109973044B CN201910287622.XA CN201910287622A CN109973044B CN 109973044 B CN109973044 B CN 109973044B CN 201910287622 A CN201910287622 A CN 201910287622A CN 109973044 B CN109973044 B CN 109973044B
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    • E21B33/1265Packers; Plugs with fluid-pressure-operated elastic cup or skirt with mechanical slips

Abstract

本发明公开了一种金属密封副封隔器,包括:释放解锁机构、上卡瓦液压缸机构、上卡瓦机构、上金属密封副液压缸机构、金属密封副、下金属密封副液压缸机构、下卡瓦机构、下卡瓦液压缸机构及下接头,上金属密封副的四个斜面与下金属密封副的四个斜面相对应组成金属密封副,金属密封副和卡瓦单独受力,改善了密封副和卡瓦的受力情况。本发明采用上述结构的金属密封副封隔器,从根本上解决了橡胶材料在高温环境下碳化的问题,同时也大大降低了封隔器的加工制造成本,打破了传统封隔器胶筒密封的思维模式,采用上提解封的方式解封,使封隔器的解封更加便利。

Description

金属密封副封隔器
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域,尤其是涉及一种金属密封副封隔器。
背景技术
目前在油田开发过程中,无论是注水注气工艺、压裂工艺、堵水调剖工艺、分采工艺,还是其它油井措施工艺,凡是用到井下封隔器的工艺技术,无一例外采用的都是橡胶密封副的封隔器。随着油田开发生产需求的不断提高,油田各大相关研究机构及现场工程技术人员开发出了多种形式的封隔器,但在封隔器的密封材料方面仍然沿用橡胶制品作为密封副。由于橡胶材料具有弹性好、压缩系数大、密封可靠性高、加工成本低而被普遍用于各种形式的封隔器上。
近年来,随着油田开发的不断深入,浅层、中深层的储层已开发殆尽。为了稳定原油及天然气产量,各大油田工程技术人员将开发目标转向埋藏更深的油藏。随着所开发的油藏深度不断增加,油井的温度也不断上升。虽然油田科技工作者及现场工程技术人员不断开发出抗温性能更高的橡胶材料以适应深井开发的需求,但仍然无法满足目前钻探深度达到6000m-7000m的油井需求,并且深井和超深井的数量正在逐年增加,按照平均地温梯度3.2℃/100m计算,油层中部温度在192℃-224℃范围内。这只是统计的平均温度,没有包含异常高温区域。在这个温度范围内,目前多种封隔器上采用的耐高温橡胶会发生高温碳化现象而导致封隔器密封副失效,不能适应生产的需求。另一方面,科研人员在研发耐温性能更高的橡胶密封副时,不仅需要投入大量的科研经费,从而导致封隔器胶筒的造价也会大幅度上升,这无疑增加了封隔器的研发和制造成本。据资料表明,虽然目前已经研发出了耐温180℃的橡胶材料,但是现场试验并不如人意,因此,随着现场生产对封隔器胶筒性能需求的不断提高,急需能够适应更高温度,寿命更长的封隔器密封副,为了适应现场需求,特提出本发明技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属密封副封隔器,从根本上解决了橡胶材料在高温环境下碳化的问题,同时也大大降低了封隔器的加工制造成本,打破了传统封隔器胶筒密封的思维模式,采用上提解封的方式解封,使封隔器的解封更加便利。
为实现上述目的,本发明提供了一种金属密封副封隔器,包括:
释放解锁机构,所述释放解锁机构包括与油管连接的上变扣接头、与所述上变扣接头另一端连接的下挡环和在所述上变扣接头内滑动的释放环,所述上变扣接头的端部外侧设置有上挡环,所述上挡环设置在所述下挡环的前端;
上卡瓦液压机构,所述上卡瓦液压机构包括与所述上挡环连接的上卡瓦液压缸缸体、设置在所述上卡瓦液压缸缸体内的上卡瓦导向体和与所述上卡瓦导向体上端连接的上卡瓦液压缸活塞,所述上卡瓦液压缸活塞设置在所述上卡瓦液压缸缸体内;
上卡瓦机构,所述上卡瓦机构包括设置在所述上卡瓦液压缸缸体下端T型槽内的上金属密封副锁杆、与所述上金属密封副锁杆下端连接的上锁杆基座和沿所述上卡瓦导向体上的导向斜面向下运动的上卡瓦,所述上卡瓦安装在所述上卡瓦液压缸缸体的T型槽内;
金属密封副液压缸机构,所述金属密封副液压缸机构包括与所述上卡瓦导向体连接的上金属密封副液压缸机构和与所述上金属密封副液压缸机构连接的下金属密封副液压缸机构;
下卡瓦机构,所述下卡瓦机构包括下锁杆基座、设置在所述下锁杆基座下端的下金属密封副锁杆、设置在所述下金属密封副锁杆内部的下卡瓦导向体和下卡瓦;
下卡瓦液压缸机构,所述下卡瓦液压缸机构包括与所述下金属密封副锁杆连接的下卡瓦液压缸缸体和设置在所述下卡瓦液压缸缸体内的下卡瓦液压缸活塞,所述下卡瓦液压缸活塞和所述下卡瓦液压缸缸体均与所述下卡瓦导向体连接;
下接头,所述下接头包括与所述下卡瓦液压缸缸体连接的外挡环和用于连接封隔器下部油管的下变扣接头、所述下变扣接头与所述外挡环连接。
优选的,所述上变扣接头的中部设置有周向均布的释放剪切销钉,所述释放剪切销钉设置在所述释放环上的环形剪切槽内,所述释放环的上部设置有释放环密封垫,所述释放环的下部与所述上卡瓦导向体的上端螺纹连接。
优选的,所述上卡瓦液压缸活塞的内表面和外表面上分别设置有上卡瓦液压缸活塞内密封圈和上卡瓦液压缸活塞外密封圈,所述上卡瓦液压缸缸体的内部设置有上卡瓦液压缸密封圈。
优选的,所述上金属密封副锁杆的限位槽内设置有上金属密封副锁杆上弹簧限位环和上金属密封副锁杆下弹簧限位环。
优选的,所述上金属密封副液压缸机构包括与所述上锁杆基座连接的上金属密封副液压缸缸体、设置在所述上金属密封副液压缸缸体内部的上金属密封副液压缸活塞和与所述上卡瓦导向体下螺纹连接的上金属密封副导向体,所述上金属密封副导向体设置在所述上金属密封副液压缸缸体内,且与所述上金属密封副液压缸活塞连接,所述上金属密封副液压缸缸体上端轴向均布的T型槽内设置有上金属密封副,所述上金属密封副导向体上的限位槽中设置有上金属密封副限位环。
优选的,所述下金属密封副液压缸机构包括与所述上金属密封副形成密封体的下金属密封副、与所述下金属密封副下端连接的下金属密封副液压缸缸体和设置在所述下金属密封副液压缸缸体内的下金属密封副液压缸活塞,所述下金属密封副液压缸活塞与所述上金属密封副导向体连接,所述下金属密封副的外侧设置有下金属密封副限位环。
优选的,所述上金属密封副的四个斜面与所述下金属密封副的四个斜面相对应组成金属密封副,所述上金属密封副液压缸活塞、所述上金属密封副液压缸缸体、所述下金属密封副液压缸缸体和所述下金属密封副液压缸活塞内均设置有密封圈。
优选的,所述下锁杆基座的上端与所述下金属密封副液压缸缸体的下丝扣相连接,所述下卡瓦导向体的上端与所述上金属密封副导向体下部的丝扣相连接,所述下卡瓦导向体的外侧设置有下金属密封副锁杆上限位环和下金属密封副锁杆下限位环。
优选的,所述下卡瓦液压缸活塞和所述下卡瓦液压缸缸体内均设置有下卡瓦密封圈。
优选的,所述下变扣接头上设置有下卡瓦液压缸固定销钉和内挡环,所述内挡环设置在所述外挡环的下部,所述下变扣接头内设置有环形槽接头,所述环形槽接头与所述下卡瓦导向体的连接处间歇设置有环形槽接头密封垫,所述下变扣接头与所述环形槽接头通过定位销钉连接,所述环形槽接头内设置有环形槽接头密封圈。
因此,本发明采用上述结构的金属密封副封隔器,具备以下技术效果:
(1)采用软金属材料密封副的设计,使封隔器在高温高压环境下形成可靠的密封,不会产生橡胶密封副在高温高压环境下碳化失效的问题;
(2)采用液压座封的形式,使座封的位置更加精确,座封的方式更加简化;
(3)采用双卡瓦卡定与封隔器密封副位置锁定一体化设计,增加了密封的可靠性,提高了封隔器解封的可靠性;
(4)采用座封和座卡分列式液压缸设计,使金属密封副和卡瓦单独受力,改善了密封副和卡瓦的受力情况,使座卡和密封更加可靠;
(6)采用上提解封的方式解封,使封隔器的解封更加便利。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种金属密封副封隔器实施例的结构示意图;
图2为本发明一种金属密封副封隔器实施例的上金属密封副的结构示意图;
图3为本发明一种金属密封副封隔器实施例的下金属密封副的结构示意图。
具体实施方式
实施例
图1为本发明一种金属密封副封隔器实施例的结构示意图,图2为本发明一种金属密封副封隔器实施例的上金属密封副的结构示意图,图3为本发明一种金属密封副封隔器实施例的下金属密封副的结构示意图,如图所示,本发明提供了一种金属密封副封隔器,包括:释放解锁机构1、上卡瓦液压机构2、上卡瓦机构3、上金属密封副液压缸机构4、下金属密封副液压缸机构5、下卡瓦机构6、下卡瓦液压缸机构7和下接头8。
释放解锁机构1包括与油管连接的上变扣接头11、与上变扣接头11另一端连接的下挡环12和在上变扣接头11内滑动的释放环13,上变扣接头11的端部外侧设置有上挡环14,上挡环14设置在下挡环12的前端;上变扣接头11的中部设置有周向均布的释放剪切销钉15,释放剪切销钉15设置在释放环13上的环形剪切槽内,释放环13的上部设置有释放环密封垫16,释放环13的下部与上卡瓦导向体22的上端螺纹连接。释放解锁机构的作用有两个,一是在封隔器座封前用于固定上卡瓦液压缸缸体21的轴向位置,封隔器座封前上卡瓦液压缸缸体21上部的小销钉孔与上变扣接头11下部的小销钉孔的位置相互对齐,固定剪切销钉将上卡瓦液压缸缸体21与上变扣接头11连接在一起,这样可以防止在封隔器下井过程中,由于上卡瓦液压缸缸体21及其与之相接的四个上金属密封副锁杆31、四个上卡瓦33、上锁杆基座32、上金属密封副液压缸缸体41自身的重力而导致的误动作;二是封隔器解封用于解锁,封隔器解封时,首先上提油管,由于封隔器的四个上卡瓦33此时卡定在套管内壁上,从而使作用力作用在释放剪切销钉15上,随着上提力度的增加,释放剪切销钉15被剪断,上变扣接头11上移,下档环12上移,当下档环12移动到上挡环14的位置时,带动上挡环14向上运动,上挡环14带动上卡瓦液压缸缸体21向上运动,上卡瓦液压缸缸体21带动上卡瓦33和上金属密封副锁杆31向上运动,使上卡瓦33解除锚定,同时使上金属密封副锁杆31解锁,上金属密封副锁杆31向上运动带动上锁杆基座32向上运动,同时带动上金属密封副液压缸缸体41向上运动,上金属密封副液压缸缸体41带动上金属密封副44解封,继续上提油管,当上卡瓦液压缸缸体21的内端面与上卡瓦液压缸活塞23的下端面相接触时,带动上卡瓦导向体22、上金属密封副导向体43、下卡瓦导向体63上行,下金属密封副51解封,下卡瓦64解卡,完成封隔器的解封。
上卡瓦液压机构2包括与上挡环14连接的上卡瓦液压缸缸体21、设置在上卡瓦液压缸缸体21内的上卡瓦导向体22和与上卡瓦导向体22上端连接的上卡瓦液压缸活塞23上卡瓦液压缸活塞23设置在上卡瓦液压缸缸体21内;上卡瓦液压缸活塞23的内表面和外表面上分别设置有上卡瓦液压缸活塞内密封圈24和上卡瓦液压缸活塞外密封圈25,上卡瓦液压缸缸体21的内部设置有上卡瓦液压缸密封圈26;其主要作用是给上卡瓦机构提供座卡动力,当从油管内打压时,高压液体通过上卡瓦导向体上的进液孔进入到上卡瓦液压缸缸体内,使上卡瓦液压缸缸体向下运动,推动上金属密封副锁杆和上卡瓦向下运动使上卡瓦锚定在套管内壁上,同时使上金属密封副锁杆位置锁定,防止上金属密封副液压缸缸体后退。
上卡瓦机构3包括设置在上卡瓦液压缸缸体21下端T型槽内的上金属密封副锁杆31、与上金属密封副锁杆31下端连接的上锁杆基座32和沿上卡瓦导向体22上的导向斜面向下运动的上卡瓦33,上卡瓦33安装在上卡瓦液压缸缸体21的T型槽内;上金属密封副锁杆31的限位槽内设置有上金属密封副锁杆上弹簧限位环34和上金属密封副锁杆下弹簧限位环35;其作用是对封隔器起到锚定作用,防止封隔器在下部压力的作用下上窜。
上金属密封副液压缸机构4包括与上锁杆基座32连接的上金属密封副液压缸缸体41、设置在上金属密封副液压缸缸体41内部的上金属密封副液压缸活塞42和与上卡瓦导向体22下螺纹连接的上金属密封副导向体43,上金属密封副导向体43设置在上金属密封副液压缸缸体41内,且与上金属密封副液压缸活塞42连接,上金属密封副液压缸缸体41上端轴向均布的T型槽内设置有上金属密封副44,上金属密封副导向体43上的限位槽中设置有上金属密封副限位环45;其主要作用是为上金属密封副提供推力,封隔器座封时,油管内的高压液体通过上金属密封副导向体上的进液孔进入到上金属密封副液压缸缸体内,推动其向下运动,位于上金属密封副液压缸缸体上的4个上金属密封副沿着上金属密封副导向体上的上导向斜面与上金属密封副液压缸缸体一起向下运动。
下金属密封副液压缸机构5包括与上金属密封副44形成密封体的下金属密封副51、与下金属密封副51下端连接的下金属密封副液压缸缸体52和设置在下金属密封副液压缸缸体52内的下金属密封副液压缸活塞53,下金属密封副液压缸活塞53与上金属密封副导向体43连接,下金属密封副51的外侧设置有下金属密封副限位环54;上金属密封副44的四个斜面与下金属密封副51的四个斜面相对应组成金属密封副,上金属密封副液压缸活塞42、上金属密封副液压缸缸体41、下金属密封副液压缸缸体52和下金属密封副液压缸活塞53内均设置有密封圈。下金属密封副液压缸缸体在由上金属密封副导向体下端进液孔进入的高压液体的作用下向上运动,推动4个下金属密封副沿着上金属密封副导向体下导向斜面向上运动,最终使上金属密封副44上的44-3、44-1面与下金属密封副51上的51-3、51-1面紧密接触形成密封,44-4和51-4面与套管内壁紧密接触形成密封,44-2、51-2分别与上金属密封副导向体的上导向斜面、下导向斜面紧密接触形成密封,随着座封压力的增加,上金属密封副、下金属密封副上各个密封表面上的软金属层在挤压过程中产生塑性变形,从而形成可靠密封,达到封隔油套环形空间的目的。下卡瓦机构6包括下锁杆基座61、设置在下锁杆基座61下端的下金属密封副锁杆62、设置在下金属密封副锁杆62内部的下卡瓦导向体63和下卡瓦64;下锁杆基座61的上端与下金属密封副液压缸缸体52的下丝扣相连接,下卡瓦导向体63的上端与上金属密封副导向体43下部的丝扣相连接,下卡瓦导向体63的外侧设置有下金属密封副锁杆上限位环65和下金属密封副锁杆下限位环66。其作用有两个,一是卡定封隔器,防止封隔器在上部液体的压力作用下下滑,二是锁紧下金属密封副,防止其在正常使用过程中封隔失效。
下卡瓦液压缸机构7包括与下金属密封副锁杆62连接的下卡瓦液压缸缸体71和设置在下卡瓦液压缸缸体71内的下卡瓦液压缸活塞72,下卡瓦液压缸活塞72和下卡瓦液压缸缸体71均与下卡瓦导向体63连接;下卡瓦液压缸活塞72和下卡瓦液压缸缸体71内均设置有下卡瓦密封圈。其主要作用是为下卡瓦机构提供座卡动力,封隔器座封时,油管内的高压液体通过下卡瓦导向体上的进液孔进入下卡瓦液压缸缸体内,推动其向上运动,安装在下卡瓦液压缸缸体上的4个下卡瓦和4个下金属密封副锁杆随其一起向上运动,使下卡瓦卡定在套管内壁上,与此同时,使下金属密封副锁定在密封位置,防止下金属密封副封隔失效。
下接头8包括与下卡瓦液压缸缸体71连接的外挡环81和用于连接封隔器下部油管的下变扣接头82、下变扣接头82与外挡环81连接;下变扣接头82上设置有下卡瓦液压缸固定销钉83和内挡环84,内挡环84设置在外挡环81的下部,下变扣接头82内设置有环形槽接头85,环形槽接头85与下卡瓦导向体63的连接处间歇设置有环形槽接头密封垫86,下变扣接头82与环形槽接头85通过定位销钉87连接,环形槽接头85内设置有环形槽接头密封圈88。其主要作用是连接下部尾管和固定封隔器座封前下卡瓦液压缸缸体的位置,防止封隔器在下井过程中由于管内压力的波动而产生误座封,封隔器座封前,下卡瓦液压缸缸体上的下卡瓦液压缸上的定位销孔与下变扣接头上的定位销孔相互对齐,由下卡瓦液压缸固定销钉将其连接在一起,防止下卡瓦液压缸缸体在下井过程中产生误动作使封隔器座封,定位销钉的主要作用是防止尾管对座封的影响。
因此,本发明采用上述结构的金属密封副封隔器,从根本上解决了橡胶材料在高温环境下碳化的问题,同时也大大降低了封隔器的加工制造成本,打破了传统封隔器胶筒密封的思维模式,采用上提解封的方式解封,使封隔器的解封更加便利。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种金属密封副封隔器,其特征在于,包括:
释放解锁机构,所述释放解锁机构包括与油管连接的上变扣接头、与所述上变扣接头另一端连接的下挡环和在所述上变扣接头内滑动的释放环,所述上变扣接头的端部外侧设置有上挡环,所述上挡环设置在所述下挡环的前端;
上卡瓦液压机构,所述上卡瓦液压机构包括与所述上挡环连接的上卡瓦液压缸缸体、设置在所述上卡瓦液压缸缸体内的上卡瓦导向体和与所述上卡瓦导向体上端连接的上卡瓦液压缸活塞,所述上卡瓦液压缸活塞设置在所述上卡瓦液压缸缸体内;
上卡瓦机构,所述上卡瓦机构包括设置在所述上卡瓦液压缸缸体下端T型槽内的上金属密封副锁杆、与所述上金属密封副锁杆下端连接的上锁杆基座和沿所述上卡瓦导向体上的导向斜面向下运动的上卡瓦,所述上卡瓦安装在所述上卡瓦液压缸缸体的T型槽内;
金属密封副液压缸机构,所述金属密封副液压缸机构包括与所述上卡瓦导向体连接的上金属密封副液压缸机构和与所述上金属密封副液压缸机构连接的下金属密封副液压缸机构;
下卡瓦机构,所述下卡瓦机构包括下锁杆基座、设置在所述下锁杆基座下端的下金属密封副锁杆、设置在所述下金属密封副锁杆内部的下卡瓦导向体和下卡瓦;
下卡瓦液压缸机构,所述下卡瓦液压缸机构包括与所述下金属密封副锁杆连接的下卡瓦液压缸缸体和设置在所述下卡瓦液压缸缸体内的下卡瓦液压缸活塞,所述下卡瓦液压缸活塞和所述下卡瓦液压缸缸体均与所述下卡瓦导向体连接;
下接头,所述下接头包括与所述下卡瓦液压缸缸体连接的外挡环和用于连接封隔器下部油管的下变扣接头、所述下变扣接头与所述外挡环连接;
所述上金属密封副液压缸机构包括与所述上锁杆基座连接的上金属密封副液压缸缸体、设置在所述上金属密封副液压缸缸体内部的上金属密封副液压缸活塞和与所述上卡瓦导向体下螺纹连接的上金属密封副导向体,所述上金属密封副导向体设置在所述上金属密封副液压缸缸体内,且与所述上金属密封副液压缸活塞连接,所述上金属密封副液压缸缸体上端轴向均布的T型槽内设置有上金属密封副,所述上金属密封副导向体上的限位槽中设置有上金属密封副限位环,所述下金属密封副液压缸机构包括与所述上金属密封副形成密封体的下金属密封副、与所述下金属密封副下端连接的下金属密封副液压缸缸体和设置在所述下金属密封副液压缸缸体内的下金属密封副液压缸活塞,所述下金属密封副液压缸活塞与所述上金属密封副导向体连接,所述下金属密封副的外侧设置有下金属密封副限位环,所述上金属密封副的四个斜面与所述下金属密封副的四个斜面相对应组成金属密封副,所述上金属密封副液压缸活塞、所述上金属密封副液压缸缸体、所述下金属密封副液压缸缸体和所述下金属密封副液压缸活塞内均设置有密封圈,所述下金属密封副液压缸缸体在由上金属密封副导向体下端进液孔进入的高压液体的作用下向上运动,推动4个下金属密封副沿着上金属密封副导向体下导向斜面向上运动,最终使上金属密封副上的44-3、44-1面与下金属密封副上的51-3、51-1面紧密接触形成密封,上金属密封副上的44-4和下金属密封副上的51-4面与套管内壁紧密接触形成密封,上金属密封副上的44-2、下金属密封副上的51-2分别与上金属密封副导向体的上导向斜面、下导向斜面紧密接触形成密封,随着座封压力的增加,上金属密封副、下金属密封副上各个密封表面上的软金属层在挤压过程中产生塑性变形,从而形成可靠密封。
2.根据权利要求1所述的金属密封副封隔器,其特征在于:所述上变扣接头的中部设置有周向均布的释放剪切销钉,所述释放剪切销钉设置在所述释放环上的环形剪切槽内,所述释放环的上部设置有释放环密封垫,所述释放环的下部与所述上卡瓦导向体的上端螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的金属密封副封隔器,其特征在于:所述上卡瓦液压缸活塞的内表面和外表面上分别设置有上卡瓦液压缸活塞内密封圈和上卡瓦液压缸活塞外密封圈,所述上卡瓦液压缸缸体的内部设置有上卡瓦液压缸密封圈。
4.根据权利要求3所述的金属密封副封隔器,其特征在于:所述上金属密封副锁杆的限位槽内设置有上金属密封副锁杆上弹簧限位环和上金属密封副锁杆下弹簧限位环。
5.根据权利要求4所述的金属密封副封隔器,其特征在于:所述下锁杆基座的上端与所述下金属密封副液压缸缸体的下丝扣相连接,所述下卡瓦导向体的上端与所述上金属密封副导向体下部的丝扣相连接,所述下卡瓦导向体的外侧设置有下金属密封副锁杆上限位环和下金属密封副锁杆下限位环。
6.根据权利要求5所述的金属密封副封隔器,其特征在于:所述下卡瓦液压缸活塞和所述下卡瓦液压缸缸体内均设置有下卡瓦密封圈。
7.根据权利要求6所述的金属密封副封隔器,其特征在于:所述下变扣接头上设置有下卡瓦液压缸固定销钉和内挡环,所述内挡环设置在所述外挡环的下部,所述下变扣接头内设置有环形槽接头,所述环形槽接头与所述下卡瓦导向体的连接处间歇设置有环形槽接头密封垫,所述下变扣接头与所述环形槽接头通过定位销钉连接,所述环形槽接头内设置有环形槽接头密封圈。
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