CN112253021B - 一种尾管悬挂器及其防磨密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种尾管悬挂器及其防磨密封结构，包括位于悬挂器送入工具上端的定位机构和下端的密封机构，定位机构具有能够在上移超过喇叭筒上端口后，沿送入工具径向扩张的扩张部，扩张后定位机构的径向尺寸大于喇叭筒上端口的径向尺寸；密封机构包括变径密封管和第一、第二密封盒，变径密封管的上段外径小于下段；在装配状态下，第一密封盒位于所述上段与悬挂器本体之间的第一环形空间，第二密封盒位于所述下段与悬挂器本体之间的第二环形空间，并能够密封第二环形空间；在定位机构上移至喇叭筒上端口的状态下，第一密封盒能够密封第二环形空间。本发明能够保护尾管悬挂器的密封盒，防止转动对密封件造成磨损，增强尾管悬挂器的密封可靠性。

Description

一种尾管悬挂器及其防磨密封结构

技术领域

本发明涉及油气田钻井作业用尾管悬挂设备技术领域，具体来讲，涉及一种尾管悬挂器及其防磨密封结构。

背景技术

超高温尾管悬挂器的密封件面临着极为严苛的工作环境，所有的密封件都要求能承受油气井井下高温、高压、腐蚀性含微小固相颗粒的工作液环境。用于密封悬挂器送入工具与悬挂器本体之间的环空的密封盒还需要在高温条件下经受住密封位置金属部件的转动磨损。实验表明，超高温条件下，与密封件接触的金属零件的转动对密封件的影响非常大，极易造成密封件损坏，使密封盒失效，造成施工事故。

因此，在尾管悬挂器的设计中，对于密封盒的设计，有必要考虑防止转动磨损的密封结构。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够防止转动对密封件造成磨损的尾管悬挂器的密封结构。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种尾管悬挂器的防磨密封结构，包括定位机构和密封机构，其中，所述定位机构设置在悬挂器送入工具的上端，并具有能够在上移超过悬挂器喇叭筒上端口后，沿悬挂器送入工具的径向扩张的扩张部，扩张后的定位机构的径向尺寸大于悬挂器喇叭筒上端口的径向尺寸；所述密封机构包括变径密封管、第一密封盒和第二密封盒，变径密封管与所述悬挂器送入工具的下端连接，并包括从上到下彼此连接设置的具有第一外径的上段和具有第二外径的下段，第一外径小于第二外径；在装配状态下，所述第一密封盒位于所述第一外径与悬挂器本体之间的第一环形空间，所述第二密封盒位于所述第二外径与悬挂器本体之间的第二环形空间，并能够密封第二环形空间；在定位机构上移至所述悬挂器喇叭筒上端口的状态下，所述第一密封盒能够密封所述第二环形空间。

在本发明的一个示例性实施例中，在装配状态下，所述第一密封盒的长度可小于具有所述上段的长度，所述定位机构与悬挂器喇叭筒上端口的距离可大于所述第一密封盒的长度与第一、第二密封盒的间距之和。

在本发明的一个示例性实施例中，所述第一密封盒可包括第一内密封件、第一密封盒本体和第一外密封件，第一内密封件可设置在第一密封盒本体与变径密封管之间，第一外密封件可设置在第一密封盒本体与悬挂器本体之间；所述第二密封盒可包括第二内密封件、第二密封盒本体和第二外密封件，第二内密封件可设置在第二密封盒本体与变径密封管之间，第二外密封件可设置在第二密封盒本体与悬挂器本体之间。

在本发明的一个示例性实施例中，所述第一密封盒和第二密封盒能够合并组成第三密封盒，且在装配状态下，第三密封盒的一部分可位于所述第一环形空间，另一部分可位于所述第二环形空间。

在本发明的一个示例性实施例中，所述第三密封盒可不包括第一外密封件或第二外密封件。

在本发明的一个示例性实施例中，所述变径密封管的上端可设置有与所述悬挂器送入工具相匹配的螺纹。

在本发明的一个示例性实施例中，所述定位机构可包括弹片、弹片螺钉、定位爪和定位爪螺钉，弹片通过弹片螺钉与所述悬挂器送入工具连接，定位爪通过定位爪螺钉与弹片连接，且弹片能够使定位爪沿悬挂器送入工具的径向扩张以形成所述扩张部。

在本发明的一个示例性实施例中，所述定位机构还可包括定位机构本体和本体螺套，所述定位机构设置在定位机构本体上，本体螺套能够连接定位机构本体和所述悬挂器送入工具。

本发明的另一方面还提供了一种尾管悬挂器，所述尾管悬挂器包括如上所述的防磨密封结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果和优点可包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明采用两个密封盒来实现不同的密封目的，悬挂器丢手前，第二密封盒起密封作用，丢手过程中，悬挂器送入工具的转动不磨损第一密封盒的密封件，丢手后，第一密封盒和第二密封盒都可起密封作用，即使第二密封盒因转动摩擦发生损坏，也不会影响悬挂器的密封功能；

(2)本发明能够保护尾管悬挂器的密封盒，提高耐温承压能力(例如，耐温1500℃，承压70MPa)，增强尾管悬挂器的密封可靠性，防止施工时密封失效事故。

附图说明

图1示出了本发明的一个示例性实施例的尾管悬挂器的防磨密封结构的结构示意图；

图2示出了图1中的定位机构的局部放大图；

图3示出了图1中的密封机构的局部放大图。

附图标记说明如下：

1-定位机构，1a-弹片螺钉，1b-定位爪螺钉，1c-弹片，1d-定位爪，2-密封机构，2a-第一内密封件，2b-第一密封盒本体，2c-第一外密封件，2d-变径密封管，2e-第二内密封件，2f-第二密封盒本体，2g-第二外密封件，3-悬挂器送入工具，4-悬挂器喇叭筒上端口，5-悬挂器本体。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本发明的尾管悬挂器及其防磨密封结构。本文中，“第一”、“第二”和“第三”仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或具有严格的顺序性。

实施例1

图1示出了本发明的一个示例性实施例的尾管悬挂器的防磨密封结构的结构示意图，图2示出了图1中的定位机构的局部放大图，图3示出了图1中的密封机构的局部放大图。

在本发明的一个示例性实施例中，如图1、图2和图3所示，尾管悬挂器的防磨密封结构包括定位机构1和密封机构2。定位机构1包括弹片螺钉1a、定位爪螺钉1b、弹片1c以及定位爪1d；密封机构2包括第一内密封件2a、第一密封盒本体2b、第一外密封件2c、变径密封管2d、第二内密封件2e、第二密封盒本体2f以及第二外密封件2g。

其中，定位机构1设置在悬挂器送入工具3的上端，并具有能够在上移超过悬挂器喇叭筒上端口4后，沿悬挂器送入工具3的径向扩张的扩张部，且扩张后定位机构1的径向尺寸大于悬挂器喇叭筒上端口4的径向尺寸。

具体来讲，定位机构1可以为设置在悬挂器送入工具3的上部的一个具有定位功能的装置。例如，定位机构1可以为弹片螺钉1a、定位爪螺钉1b、弹片1c、以及定位爪1d组成的定位装置，其中，弹片1c通过弹片螺钉1a与悬挂器送入工具3连接，弹片1c设置在悬挂器送入工具3的外圆周上并能够产生形变，定位爪1d通过定位爪螺钉1b与弹片1c连接，且弹片1c能够使定位爪1d沿悬挂器送入工具3的径向扩张以形成所述扩张部。

或者，定位机构1也可以与悬挂器送入工具3的上端相连接的一段设置有定位装置的管段。定位机构1的两端分别与送入钻具和悬挂器送入工具3连接，以实现定位功能。例如，定位机构1可包括定位机构本体、本体螺套、弹片螺钉1a、定位爪螺钉1b、弹片1c、以及定位爪1d，定位机构本体的管径可与悬挂器送入工具3的管径相等，本体螺套用于连接定位机构本体与悬挂器送入工具3，弹片1c通过弹片螺钉1a与定位机构本体的外壁连接，定位爪1d通过定位爪螺钉1b与弹片1c连接。在装配状态下(即丢手前)，定位机构1位于悬挂器喇叭筒上端口4的下部，此时，悬挂器的内径较小，定位爪1d处于收拢的状态，弹片1c被压缩。在定位机构1随悬挂器送入工具3上移超过悬挂器喇叭筒上端口4的上部后(即丢手后)，悬挂器的内径较大，弹片1c将定位爪1d像伞一样撑开，即形成所述扩张部，此时定位机构1被卡在悬挂器喇叭筒上端口4上，不能继续下行，从而实现使悬挂器送入工具3上移一定距离，不能下放至原来的深度。这里，弹片1c也可以用其他弹性元件代替，例如，弹簧。

密封机构2位于悬挂器送入工具3的下部，并包括变径密封管2d、第一密封盒和第二密封盒，第一密封盒由第一内密封件2a、第一密封盒本体2b和第一外密封件2c组成，第二密封盒由第二内密封件2e、第二密封盒本体2f和第二外密封件2g组成。

具体来讲，变径密封管2d与悬挂器送入工具3的下端连接，并具有从上到下彼此连接设置的上段和下段。所述上段具有第一外径；所述下段具有第二外径。其中，第一外径与悬挂器送入工具3的外径相等，且第一外径小于第二外径。所述上段的上端设置有与悬挂器送入工具3相匹配的螺纹。第一密封盒和第二密封盒的形状、尺寸和材料可以都相同，且第一密封盒和第二密封盒分别设置在变径密封管2d的上段和下段与悬挂器本体5之间。即第一内密封件2a设置在第一密封盒本体2b与变径密封管2d之间，第一外密封件2c设置在第一密封盒本体2b与悬挂器本体5的内壁之间；第二内密封件2e设置在第二密封盒本体2f与变径密封管2d之间，第二外密封件2g设置在第二密封盒本体2f与悬挂器本体5的内壁之间。

在装配状态下(即丢手前)，第一密封盒位于变径密封管2d的上段与悬挂器本体5的内壁之间的第一环形空间，第二密封盒位于变径密封管2d的下段与悬挂器本体5的内壁之间的第二环形空间。此时，第一内密封件2a与变径密封管2d的外表面不接触，所以第一密封盒不起密封作用，而第二内密封件2e与变径密封管2d的外表面接触，所以第二密封盒起密封作用，即能够密封所述第二环形空间。也就是说，在装配状态下，第一密封盒位于变径密封管2d上段与悬挂器本体5内壁之间，能密封与悬挂器本体5内壁之间的间隙，不能密封与变径密封管2d之间的间隙；第二密封盒位于变径密封管2d下段与悬挂器本体5内壁之间，既能密封与悬挂器本体5之间的间隙，也能密封与变径密封管2d之间的间隙。

在定位机构1上移超过悬挂器喇叭筒上端口4的状态下(即丢手后)，第一密封盒和第二密封盒在悬挂器中的空间位置不变，而变径密封管2d随定位机构上移一定距离，使得第一密封盒和第二密封盒都位于变径密封管2d的下段与悬挂器本体5之间的第二环形空间。此时，第一内密封件2a和第二内密封件2e都能够与变径密封管2d的外表面接触，所以第一密封盒和第二密封盒都可起密封作用，即第一密封盒和第二密封盒都能够密封所述第二环形空间。在丢手过程中，即便变径密封管2d随悬挂器送入工具3转动而损坏第一内密封件2a，第二内密封件2e同样能够实现密封第二环形空间，不会影响悬挂器的密封功能。也就是说，在定位机构1上移超过所述悬挂器喇叭筒上端口4的状态下，第一密封盒既能密封与悬挂器本体5之间的间隙，也能密封与变径密封管2d之间的间隙。

这里，定位机构1上移的距离就是变径密封管2d上移的距离，这个距离刚好能够使第一内密封件2a与变径密封管2d的第二外径的外表面接触。即在装配状态下，定位机构1的安装位置与悬挂器喇叭筒上端口4相间隔的距离需大于第一密封盒上端与第二密封盒下端相间隔的距离。例如，第一密封盒的长度可小于具有所述上段(变径密封管2d外径较小的部分)的长度，定位机构1与悬挂器喇叭筒上端口4的距离可大于第一密封盒的长度与第一、第二密封盒的间距之和。

现场使用时，将尾管悬挂器下放到设计位置，坐挂后需要丢手时，转动送入钻具，此时，与送入钻具相连接的悬挂器送入工具3以及变径密封管2d随着一起转动，第二密封盒起密封作用。转动过程中，变径密封管2d与第二内密封件2e摩擦，可能损坏第二内密封件2e，从而导致第二密封盒密封失效，但第一密封盒不受影响。转动钻具丢手成功后，上提送入钻具一段距离，使定位机构1向上移动且定位爪1d能够超过悬挂器喇叭筒上端口4，此时弹片1c将定位爪1d撑开，再下放送入钻具，定位机构1卡在悬挂器喇叭筒上端口4上，悬挂器送入工具3无法继续下行，这时变径密封管2d能够和第一内密封件2a接触并实现密封，即恢复变径密封管2d与第一密封盒之间的密封，此时即使第二密封盒因转动摩擦受损，也不会影响悬挂器的密封功能。

实施例2

在本发明的另一个示例性实施例中，尾管悬挂器的防磨密封结构在包括上述示例性实施例的结构的基础上，其第一密封盒和第二密封盒还可以合并组成第三密封盒。也就是说，第一密封盒和第二密封盒能够一体化加工制造为一个新的较长的密封盒，即第三密封盒。第三密封盒的外密封件可以是第一密封盒的第一外密封件或第二密封盒的第二外密封件中的任意一个。在装配状态下，第三密封盒的一部分位于所述第一环形空间，另一部分位于所述第二环形空间。也就是说，第三密封盒的一部分位于所述变径密封管外径较小的上段与悬挂器本体内壁之间的环形空间，另一部分位于所述变径密封管外径较大的下段与悬挂器本体内壁之间的环形空间。

例如，第一密封盒可包括第一内密封件、第一密封盒本体和第一外密封件，第二密封盒可包括第二内密封件、第二密封盒本体和第二外密封件，第一密封盒和第二密封盒直接合在一起制造成第三密封盒。又例如，第一密封盒和第二密封盒直接合在一起制造成第三密封盒，第三密封盒可不包括第一外密封件或第二外密封件，即第三密封盒由第一内密封件、第一密封盒本体、第二内密封件、第二密封盒本体和第二外密封件构成，或者，第三密封盒由第一内密封件、第一密封盒本体、第一外密封件、第二内密封件和第二密封盒本体构成。

实施例3

在本发明的又一个示例性实施例中，尾管悬挂器的内部包括上述任意一个示例性实施例中所述的防磨密封结构。所述尾管悬挂器的密封效果好，具有较好的耐温承压能力(例如，耐温150℃，承压70MPa)，既能够在高温环境中使用，也能够在低温环境中使用。

综上所述，本发明能够实现不同的密封目的，悬挂器丢手前，第二密封盒起密封作用，丢手过程中，悬挂器送入工具的转动不磨损第一密封盒的密封件，丢手后，第一密封盒和第二密封盒都可起密封作用，即使第二密封盒因转动摩擦发生损坏，也不会影响悬挂器的密封功能。本发明能够保护尾管悬挂器的密封盒，提高耐温承压能力(例如，耐温150℃，承压70MPa)，增强尾管悬挂器的密封可靠性，防止施工时密封失效事故。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (8)

1.一种尾管悬挂器的防磨密封结构，其特征在于，所述防磨密封结构包括定位机构和密封机构，其中，

所述定位机构设置在悬挂器送入工具的上端，并具有能够在上移超过悬挂器喇叭筒上端口后，沿悬挂器送入工具的径向扩张的扩张部，扩张后的定位机构的径向尺寸大于悬挂器喇叭筒上端口的径向尺寸；

所述密封机构包括变径密封管、第一密封盒和第二密封盒，变径密封管与所述悬挂器送入工具的下端连接，并包括从上到下彼此连接设置的具有第一外径的上段和具有第二外径的下段，第一外径小于第二外径；

所述第一密封盒包括第一内密封件、第一密封盒本体和第一外密封件，第一内密封件设置在第一密封盒本体与变径密封管之间，第一外密封件设置在第一密封盒本体与悬挂器本体之间；所述第二密封盒包括第二内密封件、第二密封盒本体和第二外密封件，第二内密封件设置在第二密封盒本体与变径密封管之间，第二外密封件设置在第二密封盒本体与悬挂器本体之间；

在装配状态下，所述第一密封盒位于所述上段与悬挂器本体之间的第一环形空间，所述第二密封盒位于所述下段与悬挂器本体之间的第二环形空间，并能够密封第二环形空间，第一内密封件与变径密封管的外表面不接触，第二内密封件与变径密封管的外表面接触；在定位机构上移至所述悬挂器喇叭筒上端口的状态下，所述第一密封盒能够密封所述第二环形空间，第一内密封件和第二内密封件都能够与变径密封管的外表面接触。

2.根据权利要求1所述的尾管悬挂器的防磨密封结构，其特征在于，在装配状态下，所述第一密封盒的长度小于具有所述上段的长度，所述定位机构与悬挂器喇叭筒上端口的距离大于所述第一密封盒的长度与第一、第二密封盒的间距之和。

3.根据权利要求1所述的尾管悬挂器的防磨密封结构，其特征在于，所述第一密封盒和第二密封盒能够合并组成第三密封盒，且在装配状态下，第三密封盒的一部分位于所述第一环形空间，另一部分位于所述第二环形空间。

4.根据权利要求3所述的尾管悬挂器的防磨密封结构，其特征在于，所述第三密封盒不包括第一外密封件或第二外密封件。

5.根据权利要求1所述的尾管悬挂器的防磨密封结构，其特征在于，所述变径密封管的上端设置有与所述悬挂器送入工具相匹配的螺纹。

6.根据权利要求1所述的尾管悬挂器的防磨密封结构，其特征在于，所述定位机构包括弹片、弹片螺钉、定位爪和定位爪螺钉，弹片通过弹片螺钉与所述悬挂器送入工具连接，定位爪通过定位爪螺钉与弹片连接，且弹片能够使定位爪沿悬挂器送入工具的径向扩张以形成所述扩张部。

7.根据权利要求6所述的尾管悬挂器的防磨密封结构，其特征在于，所述定位机构还包括定位机构本体和本体螺套，所述定位机构设置在定位机构本体上，本体螺套能够连接定位机构本体和所述悬挂器送入工具。

8.一种尾管悬挂器，其特征在于，所述尾管悬挂器包括如权利要求1至7中任意一项所述的防磨密封结构。

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