CN110107247A - 一种卡瓦密封结构 - Google Patents

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Abstract

一种卡瓦密封结构，包括筒状的密封本体，所述密封本体包括上端面和下端面，在所述密封本体的至少任一端面的外侧设有金属外挡圈且在该端面的内侧设有金属内挡圈，在设置所述金属外挡圈和金属内挡圈的端面上设有夹布包覆层，所述金属外挡圈抵压于所述夹布包覆层的外侧缘且所述金属内挡圈抵压于所述夹布包覆层的内侧缘，使得所述夹布包覆层提供对所述金属外挡圈和金属内挡圈的支撑。通过金属外挡圈和金属内挡圈能提高卡瓦密封结构的抗压性能，避免高温高压时发生橡胶挤出；通过夹布包覆层增强卡瓦密封结构的抗压、抗气爆性能，同时也为密封本体在橡胶高温变软时提供骨架作用，并且减少高低温时橡胶材料的变形，提高卡瓦密封结构的耐高低温性能。

Description

一种卡瓦密封结构
技术领域
本发明涉及密封零件技术领域，尤其涉及一种卡瓦密封结构。
背景技术
在钻井作业和油气测试过程中，套管头卡瓦悬挂器属于井口装置的基础部分，是安装在套管管柱上端用来悬挂各层套管管柱、密封各层套管之间的环形空间。卡瓦密封件作为卡瓦式套管头的主要密封件，卡瓦密封件的性能直接影响套管头的应用范围及正常使用。
目前使用的卡瓦密封件大多采用环形的橡胶圈构造，基本上都是在5000PSI 低压力，温度范围在-18℃～110℃内的工况使用，无法满足卡瓦式套管头使用在更高的压力及更广的温度范围的需求，其原因在于：1、橡胶的使用温度范围相对狭窄，一般在超出-18℃～110℃温度范围的环境中，其物理性能会大幅下降；2、橡胶在高压泄压时容易有气爆现象，导致橡胶产品损坏；3、橡胶在高温状态下会变软，再加上高压作用很容易从间隙中挤出导致卡瓦密封件变形；4、橡胶在低温时会变硬失去弹性，使得其密封性能下降。
以上因数决定目前使用的橡胶卡瓦密封件无法满足卡瓦式套管头在 15000PSI高压力，PU温度等级(-29℃～121℃)工况下的使用。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种卡瓦密封结构，可满足满足卡瓦式套管头在15000PSI高压力，PU温度等级(-29℃～121℃)工况下的使用。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种卡瓦密封结构，包括筒状的密封本体，所述密封本体包括上端面和下端面，在所述密封本体的至少任一端面的外侧设有金属外挡圈且在该端面的内侧设有金属内挡圈，在设置所述金属外挡圈和金属内挡圈的端面上设有夹布包覆层，所述金属外挡圈抵压于所述夹布包覆层的外侧缘且所述金属内挡圈抵压于所述夹布包覆层的内侧缘，使得所述夹布包覆层提供对所述金属外挡圈和金属内挡圈的支撑。
作为优选方案，所述夹布包覆层的外侧缘和内侧缘上分别设有台阶位，所述金属外挡圈和金属内挡圈分别安装于所述台阶位上，使得所述金属外挡圈和金属内挡圈的自由端面与所述密封本体的上端面或下端面平齐。
作为优选方案，所述夹布包覆层的外侧缘和内侧缘分别居于所述密封本体的外侧壁与内侧壁之间。
作为优选方案，所述密封本体的上端面或下端面的外侧设有第一金属外挡圈且该端面的内侧设有第一金属内挡圈，在设置所述第一金属外挡圈和所述第一金属内挡圈的端面上设有第一夹布包覆层。
作为优选方案，所述密封本体的上端面的外侧设有第一金属外挡圈且所述上端面的内侧设有第一金属内挡圈，在设有所述第一金属外挡圈和所述第一金属内挡圈的端面上设有第一夹布包覆层；所述密封本体的下端面的外侧设有第二金属外挡圈且所述下端面的内侧设有第二金属内挡圈，在设置所述第二金属外挡圈和所述第二金属内挡圈的端面上设有第二夹布包覆层。
作为优选方案，所述密封本体的内部设有若干个环形的夹布增强层，所述若干个夹布增强层之间以相同或者相异的间隙沿所述密封本体的厚度方向层叠设置。
作为优选方案，所述各个夹布增强层与所述密封本体同轴。
作为优选方案，所述密封本体构成对所述夹布增强层的全包围。
作为优选方案，所述密封本体采用橡胶材料，所述密封本体与所述夹布包覆层及所述夹布增强层之间硫化联结。
作为优选方案，所述密封本体的外侧壁和/或内侧壁上设有装配面纹，所述装配面纹沿所述密封本体的厚度方向呈波浪形。
本发明实施例所提供的一种，与现有技术相比，其有益效果是：通过密封本体的端面设计成与金属外挡圈和金属内挡圈组合的结构，由于金属挡圈具有跟随性，当密封本体在压盖压紧后，密封本体的橡胶变形推动金属挡圈，可以把金属挡圈推向沟槽间隙方向，这样能把装配间隙减少为接近零，从而提高卡瓦密封结构的抗压性能，避免高温高压时发生橡胶挤出；通过密封本体的端面设置夹布包覆层，提高了密封本体上下端面的密度，减少气体在密封本体释放的速度，从而增强卡瓦密封结构的抗压、抗气爆性能，同时夹布包覆层也为密封本体在橡胶高温变软时提供骨架作用，并且减少高低温时橡胶材料的变形，提高卡瓦密封结构的耐高低温性能；本发明的卡瓦密封结构可满足卡瓦式套管头在15000PSI高压力，PU温度等级(-29℃～121℃)工况下的使用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的卡瓦密封结构的俯视图；
图2为图1中的A-A剖面局部示意图。
图中：1-密封本体，2-金属外挡圈，21-第一金属外挡圈，22-第二金属外挡圈，3-金属内挡圈，31-第一金属内挡圈，32-第二金属内挡圈，4-夹布包覆层， 41-第一夹布包覆层，42-第二夹布包覆层，5-台阶位，6-夹布增强层，7-装配面纹，71-外装配面纹，72-内装配面纹，8-装配孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1和图2，本发明优选的实施例提供了一种卡瓦密封结构，包括筒状的密封本体1，所述密封本体包括上端面和下端面，在所述密封本体1的至少任一端面的外侧设有金属外挡圈2且在该端面的内侧设有金属内挡圈3，在设置所述金属外挡圈2和金属内挡圈3的端面上设有夹布包覆层4，所述金属外挡圈 2抵压于所述夹布包覆层4的外侧缘且所述金属内挡圈3抵压于所述夹布包覆层 4的内侧缘，使得所述夹布包覆层4提供对所述金属外挡圈2和金属内挡圈3的支撑。
基于上述技术特征的卡瓦密封结构，通过密封本体1的端面设计成与金属外挡圈2和金属内挡圈3组合的结构，由于金属挡圈具有跟随性，当密封本体1 在压盖压紧后，密封本体1的橡胶变形推动金属挡圈，可以把金属挡圈推向沟槽间隙方向，这样能把装配间隙减少为接近零，从而提高卡瓦密封结构的抗压性能，避免高温高压时发生橡胶挤出；通过密封本体1的端面设置夹布包覆层4，提高了密封本体1上下端面的密度，减少气体在密封本体1释放的速度，从而增强卡瓦密封结构的抗压、抗气爆性能，同时夹布包覆层4也为密封本体1在橡胶高温变软时提供骨架作用，并且减少高低温时橡胶材料的变形，提高卡瓦密封结构的耐高低温性能；本发明的卡瓦密封结构可满足卡瓦式套管头在 15000PSI高压力，PU温度等级(-29℃～121℃)工况下的使用需求。
较佳地，所述外金属挡圈2采用不锈钢丝材料，安装在所述密封主体1的外圈，其作用是减少沟槽间隙，增强卡瓦密封结构的抗压性能。所述内金属挡圈3采用不锈钢丝材料，安装在所述密封主体1的内圈，其作用是减少沟槽间隙，增强卡瓦密封结构的抗压性能。
进一步地，所述密封本体1采用橡胶材料，所述密封本体1采用氢化丁晴胶材料，其作用是提供弹性和密封作用。所述夹布包覆层4采用增强夹布材料，所述密封本体1与所述夹布包覆层4之间硫化联结。所述夹布包覆层4硫化联结于所述密封主体1的上下端面，其作用是保护所述密封主体1，增强卡瓦密封结构的抗压、抗气爆和耐高低温能力。
所述夹布包覆层4的外侧缘和内侧缘上分别设有台阶位5，所述金属外挡圈2和金属内挡圈3分别安装于所述台阶位5上，使得所述金属外挡圈2和金属内挡圈3的自由端面与所述密封本体1的上端面或下端面平齐。所述台阶位5作为夹布包覆层4的一部分，一方面使得所述金属外挡圈2和金属内挡圈3与所述密封本体1的上下端面平齐，另一方面使所述夹布包覆层4能够为所述第一金属外挡圈21和所述第一金属内挡圈31提供强力的支撑，还能提高所述夹布包覆层4对所述密封主体1的包覆率。
所述夹布包覆层4的外侧缘和内侧缘分别居于所述密封本体1的外侧壁与内侧壁之间，从而减少气体在所述密封本体1内部的漏出，提高本卡瓦密封结构的气密性。
在本发明的一种实施例中，所述密封本体1的上端面的外侧设有第一金属外挡圈21且该上端面的内侧设有第一金属内挡圈31，在该上端面上设有第一夹布包覆层41。或者，所述密封本体1的下端面的外侧设有第一金属外挡圈21且该下端面的内侧设有第一金属内挡圈31，在该下端面上设有第一夹布包覆层41。
如附图2所示，在本发明的另一种实施例中，所述密封本体1的上端面的外侧设有第一金属外挡圈21且所述上端面的内侧设有第一金属内挡圈31，在设有所述第一金属外挡圈21和所述第一金属内挡圈31的端面上设有第一夹布包覆层41；所述密封本体1的下端面的外侧设有第二金属外挡圈22且所述下端面的内侧设有第二金属内挡圈32，在设置所述第二金属外挡圈22和所述第二金属内挡圈32的端面上设有第二夹布包覆层42。通过密封本体1的上、下端面均设计成与金属外挡圈2和金属内挡圈3组合的结构，大大提高卡瓦密封结构的抗压性能，避免高温高压时发生橡胶挤出。
所述密封本体1的内部设有若干个环形的夹布增强层6，所述若干个夹布增强层6之间以相同或者相异的间隙沿所述密封本体1的厚度方向层叠设置。所述夹布增强层6采用增强夹布材料，所述夹布增强层6与主体橡胶环5硫化联结在一起，其位置设在所述密封本体1的内部，其作用是增强卡瓦密封结构的抗压、抗气爆和耐高低温性能。
进一步地，所述卡瓦密封结构上设有若干个呈环形阵列分布的装配孔8，所述若干个装配孔分别沿所述密封主体1的厚度方向贯穿所述卡瓦密封结构，即所述装配孔8依次贯穿所述第一夹布包覆层41、密封主体1的上端面、夹布增强层6、密封主体1的下端面、第二夹布包覆层42。
本实施例的卡瓦密封结构设有多层夹布增强层6，而现有技术是密封件内部无设置内部夹布层。由于密封主体1的内部设有夹布增强层6，使密封主体1的结构稳定，其内部的夹布分层逐步减少压力气体的穿透力，也减少气体在密封件释放的速度，从而增强卡瓦密封结构的抗压、抗气爆性能。所述夹布增强层6 也为密封主体1在橡胶材料高温变软时提供骨架作用，并且减少高低温时橡胶材料的变形，提高卡瓦密封结构的耐高低温性能。
在本实施例中，所述各个夹布增强层6与所述密封本体1同轴，从而保证卡瓦密封结构的结构稳定性。
所述密封本体1构成对所述夹布增强层6的全包围，从而减少气体在所述密封本体1内部的漏出，提高本卡瓦密封结构的气密性。
所述密封本体1的外侧壁和/或内侧壁上设有装配面纹7，所述装配面纹7 沿所述密封本体1的厚度方向呈波浪形。所述装配面纹7包括设于所述密封主体1的外侧壁上的外装配面纹71和设于所述密封主体1的内侧壁上的内装配面纹72，所述外装配面纹71和和内装配面纹72作为密封主体1的一部份，其作用是提高卡瓦密封结构的密封性能。现有技术的密封件侧面一般呈平滑的圆弧，无设置波浪形的装配面纹，属于面密封，密封力分散，尤其高低温时密封性能较差。而本实施例的密封主体1在其内外侧壁上设置波浪形的装配面纹，形成线性的密封效果，密封力集中，提高了卡瓦密封结构的密封性能。
本发明的卡瓦密封结构，相对于现有技术具有显著的优势：1、抗压性能好，使用压力可高达15000PSI；2、使用温度范围广，适用温度范围可达PU(-29℃～121℃)；3、抗气爆能力强，在15000PSI、PU(-29℃～121℃)的工况下，其使用后没发生气爆损坏现象，并且没有一点损伤；4、通过套管头PU温度等级试验，并取得认证。因此，本发明的卡瓦密封结构具有非常优越的应用前景。
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，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种卡瓦密封结构，其特征在于，包括筒状的密封本体，所述密封本体包括上端面和下端面，在所述密封本体的至少任一端面的外侧设有金属外挡圈且在该端面的内侧设有金属内挡圈，在设置所述金属外挡圈和金属内挡圈的端面上设有夹布包覆层，所述金属外挡圈抵压于所述夹布包覆层的外侧缘且所述金属内挡圈抵压于所述夹布包覆层的内侧缘，使得所述夹布包覆层提供对所述金属外挡圈和金属内挡圈的支撑。
2.根据权利要求1所述的卡瓦密封结构，其特征在于，所述夹布包覆层的外侧缘和内侧缘上分别设有台阶位，所述金属外挡圈和金属内挡圈分别安装于所述台阶位上，使得所述金属外挡圈和金属内挡圈的自由端面与所述密封本体的上端面或下端面平齐。
3.根据权利要求2所述的卡瓦密封结构，其特征在于，所述夹布包覆层的外侧缘和内侧缘分别居于所述密封本体的外侧壁与内侧壁之间。
4.根据权利要求3所述的卡瓦密封结构，其特征在于，所述密封本体的上端面或下端面的外侧设有第一金属外挡圈且该端面的内侧设有第一金属内挡圈，在设置所述第一金属外挡圈和所述第一金属内挡圈的端面上设有第一夹布包覆层。
5.根据权利要求3所述的卡瓦密封结构，其特征在于，所述密封本体的上端面的外侧设有第一金属外挡圈且所述上端面的内侧设有第一金属内挡圈，在设有所述第一金属外挡圈和所述第一金属内挡圈的端面上设有第一夹布包覆层；所述密封本体的下端面的外侧设有第二金属外挡圈且所述下端面的内侧设有第二金属内挡圈，在设置所述第二金属外挡圈和所述第二金属内挡圈的端面上设有第二夹布包覆层。
6.根据权利要求1所述的卡瓦密封结构，其特征在于，所述密封本体的内部设有若干个环形的夹布增强层，所述若干个夹布增强层之间以相同或者相异的间隙沿所述密封本体的厚度方向层叠设置。
7.根据权利要求6所述的卡瓦密封结构，其特征在于，所述各个夹布增强层与所述密封本体同轴。
8.根据权利要求7所述的卡瓦密封结构，其特征在于，所述密封本体构成对所述夹布增强层的全包围。
9.根据权利要求6所述的卡瓦密封结构，其特征在于，所述密封本体采用橡胶材料，所述密封本体与所述夹布包覆层及所述夹布增强层之间硫化联结。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的卡瓦密封结构，其特征在于，所述密封本体的外侧壁和/或内侧壁上设有装配面纹，所述装配面纹沿所述密封本体的厚度方向呈波浪形。
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