CN113914809B - 一种耐高温采油树及油管挂固定密封装置及其密封方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐高温采油树及油管挂固定密封装置，在法兰的侧壁上开设有贯穿法兰的侧壁的密封孔，密封孔包括内孔和外孔，内孔的半径小于外孔，固定密封组件包括固定杆、金属密封体、扩张环、蓄能机构和压帽，固定杆的首端贯穿密封孔与油管挂相接触，在固定杆的外壁和外孔的内壁两侧分别由内至外依次设置金属密封体、扩张环、金属密封体、蓄能机构和压帽，扩张环的首尾两端分别伸入金属密封体内。该装置采用全金属密封，将固定油管挂和密封分开设计，保证采油树在高低温交变状态下保持密封状态。
Description
技术领域
本发明涉及全金属密封组件技术领域，更具体地说涉及一种耐高温采油树及油管挂固定密封装置及其密封方法。
背景技术
目前，采油树及油管挂固定装置采用石墨非金属密封，在进行高温注蒸汽作业过程中，由于注汽过程温度变化导致石墨非金属材料热胀冷缩造成现场泄露，现场工程师需要不断的上紧螺栓来进行密封过程，因此需要开发可在高低温交变状态下持续保持密封的采油树油管挂固定密封装置。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，现有的采油树及油管挂固定装置采用石墨非金属密封，在进行高温注蒸汽作业过程中，由于注汽过程温度变化导致石墨非金属材料热胀冷缩造成泄露，提供了一种耐高温采油树及油管挂固定密封装置及其密封方法，该装置采用全金属密封，将固定油管挂和密封分开设计，保证采油树在高低温交变状态下保持密封状态。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
一种耐高温采油树油管挂固定密封装置，包括法兰、油管挂和固定密封组件，
在所述法兰的侧壁上开设有贯穿所述法兰的侧壁的密封孔，所述密封孔包括内孔和外孔，所述内孔的半径小于所述外孔，所述固定密封组件包括固定杆、金属密封体、扩张环、蓄能机构和压帽，所述固定杆的首端贯穿所述密封孔与所述油管挂相接触，在所述固定杆的外壁和所述外孔的内壁两侧分别由内至外依次设置所述金属密封体、所述扩张环、所述金属密封体、所述蓄能机构和所述压帽，所述扩张环的首尾两端分别伸入所述金属密封体内；
固定杆与法兰连接后将油管挂固定，压帽通过挤压蓄能机构和金属密封体，使得金属密封体与固定杆和法兰形成内外密封。
所述金属密封体采用一端开口一端封口的槽状结构。
在所述金属密封体的外壁上设置有球密封面、外密封球面、外扩张槽、内密封球面和内扩张槽，所述金属密封体的上部采用一侧梯形另一侧矩形的结构，所述金属密封体的下部采用矩形结构，所述球密封面设置在所述金属密封体的顶端梯形一侧，所述外密封球面和所述外扩张槽由内至外依次设置在所述金属密封体的下部，在所述外密封球面和所述外扩张槽的相对一侧的所述金属密封体上一一对应设置所述内密封球面和所述内扩张槽，球密封面与法兰内壁上的外密封面形成第一级外密封，外密封球面与法兰内壁形成第二级外密封，内密封球面与固定杆的外壁形成第一级内密封。
在所述金属密封体的内壁设置有外蓄力槽、外扩张球面、内蓄力槽和内扩张球面，所述金属密封体的内壁采用圆台型结构，所述外蓄力槽和所述外扩张球面由内至外依次设置在所述金属密封体的内壁上，在所述外蓄力槽和所述外扩张球面的相对一侧的所述金属密封体的内壁上一一对应设置所述内蓄力槽和所述内扩张球面。
在所述外扩张槽内设置有外软金属，在所述内扩张槽内设置有内软金属，金属密封体与扩张环发生轴向运动时，扩张环的上锥面与外扩张球面相接触挤压金属密封体，外扩张槽收缩挤压外软金属，外软金属与密封孔的内壁相接触形成第三道外密封,扩张环的下锥面与内扩张球面相接触挤压金属密封体，内扩张槽收缩挤压内软金属，内软金属与固定杆的外壁相接触形成第二道内密封。
内蓄力槽，内扩张槽、外蓄力槽和外扩张槽能够减少金属密封体受到扩张环的挤压外向扩张时，应力集中，提高工作强度。
一种耐高温采油树油管挂固定密封装置的密封方法，温度升高，内软金属和外软金属发生膨胀，使得金属密封体的侧壁扩大，通过外蓄力槽和内蓄力槽能够减少内软金属和外软金属的向外扩展量，能够保持金属密封体的外观形状，通过蓄能机构能够吸收较多的外力，此时保持该装置的整体密封性能；温度降低，内软金属和外软金属发生收缩，蓄能机构释放外力，蓄能机构通过挤压金属密封体的侧壁，使得扩张环挤压内软金属和外软金属，进而保持该装置的整体密封性能。
本发明的有益效果为：本发明一种耐高温采油树油管挂固定密封装置可满足400摄氏度、70MPa及含有高腐蚀性条件下长期使用；本发明可在高低温交变情况下保持持续的密封性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1A的局部放大图；
图3为图2B的局部放大图；
图中：1为法兰；2为油管挂；3为固定杆；4为金属密封体；5为扩张环；6为蓄能机构；7为压帽；8为内软金属；9为外软金属；11为外密封面；41为球密封面；42为外蓄力槽；43为外密封球面；44为外扩张槽；45为外扩张球面；46为内蓄力槽；47为内密封球面；48为内扩张槽；49为内扩张球面。
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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例一
一种耐高温采油树油管挂固定密封装置，包括法兰1、油管挂2和固定密封组件，
在法兰1的侧壁上开设有贯穿法兰1的侧壁的密封孔，密封孔包括内孔和外孔，内孔的半径小于外孔，固定密封组件包括固定杆3、金属密封体4、扩张环5、蓄能机构6和压帽7，固定杆的首端贯穿密封孔与油管挂2相接触，在固定杆3的外壁和外孔的内壁两侧分别由内至外依次设置金属密封体4、扩张环5、金属密封体4、蓄能机构6和压帽7，扩张环8的首尾两端分别伸入金属密封体4内；
固定杆3与法兰1连接后将油管挂2固定，压帽7通过挤压蓄能机构6和金属密封体4，使得金属密封体4与固定杆3和法兰1形成内外密封。
实施例二
在实施例一的基础上，金属密封体4采用一端开口一端封口的槽状结构。
在金属密封体4的外壁上设置有球密封面41、外密封球面43、外扩张槽44、内密封球面47和内扩张槽48，金属密封体4的上部采用一侧梯形另一侧矩形的结构，金属密封体4的下部采用矩形结构，球密封面41设置在金属密封体4的顶端梯形一侧，外密封球面43和外扩张槽44由内至外依次设置在金属密封体4的下部，在外密封球面43和外扩张槽44的相对一侧的金属密封体4上一一对应设置内密封球面47和内扩张槽48，球密封面41与法兰1内壁上的外密封面44形成第一级外密封，外密封球面43与法兰1内壁形成第二级外密封，内密封球面47与固定杆3的外壁形成第一级内密封。
在金属密封体4的内壁设置有外蓄力槽42、外扩张球面44、内蓄力槽43和内扩张球面49，金属密封体4的内壁采用圆台型结构，外蓄力槽42和外扩张球面44由内至外依次设置在金属密封体4的内壁上，在外蓄力槽42和外扩张球面44的相对一侧的金属密封体4的内壁上一一对应设置内蓄力槽43和内扩张球面49。
在外扩张槽44内设置有外软金属9，在内扩张槽48内设置有内软金属8，金属密封体4与扩张环5发生轴向运动时，扩张环5的上锥面与外扩张球面45相接触挤压金属密封体4，外扩张槽44收缩挤压外软金属9，外软金属9与密封孔的内壁相接触形成第三道外密封,扩张环5的下锥面与内扩张球面49相接触挤压金属密封体4，内扩张槽48收缩挤压内软金属8，内软金属8与固定杆3的外壁相接触形成第二道内密封。
内蓄力槽46，内扩张槽48、外蓄力槽42和外扩张槽44能够减少金属密封体4受到扩张环5的挤压向外扩张时，应力集中，提高工作强度。
实施例三
在实施例二的基础上，一种耐高温采油树油管挂固定密封装置的密封方法，温度升高，内软金属和外软金属发生膨胀，使得金属密封体的侧壁扩大，通过外蓄力槽和内蓄力槽能够减少内软金属和外软金属的向外扩展量，能够保持金属密封体的外观形状，通过蓄能机构能够吸收较多的外力，此时保持该装置的整体密封性能；温度降低，内软金属和外软金属发生收缩，蓄能机构释放外力，蓄能机构通过挤压金属密封体的侧壁，使得扩张环挤压内软金属和外软金属，进而保持该装置的整体密封性能。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.一种耐高温采油树及油管挂固定密封装置，其特征在于：包括法兰、油管挂和固定密封组件，在所述法兰的侧壁上开设有贯穿所述法兰的侧壁的密封孔，所述密封孔包括内孔和外孔，所述内孔的半径小于所述外孔，所述固定密封组件包括固定杆、金属密封体、扩张环、蓄能机构和压帽，所述固定杆的首端贯穿所述密封孔与所述油管挂相接触，在所述固定杆的外壁和所述外孔的内壁两侧分别由内至外依次设置所述金属密封体、所述扩张环、所述金属密封体、所述蓄能机构和所述压帽，所述扩张环的首尾两端分别伸入所述金属密封体内；
固定杆与法兰连接后将油管挂固定，压帽通过挤压蓄能机构和金属密封体，使得金属密封体与固定杆和法兰形成内外密封；在所述金属密封体的内壁设置有外蓄力槽、外扩张球面、内蓄力槽和内扩张球面，所述金属密封体的内壁采用圆台型结构，所述外蓄力槽和所述外扩张球面由内至外依次设置在所述金属密封体的内壁上，在所述外蓄力槽和所述外扩张球面的相对一侧的所述金属密封体的内壁上一一对应设置所述内蓄力槽和所述内扩张球面。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温采油树及油管挂固定密封装置，其特征在于：所述金属密封体采用一端开口一端封口的槽状结构。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温采油树及油管挂固定密封装置，其特征在于：在所述金属密封体的外壁上设置有球密封面、外密封球面、外扩张槽、内密封球面和内扩张槽，所述金属密封体的上部采用一侧梯形另一侧矩形的结构，所述金属密封体的下部采用矩形结构，所述球密封面设置在所述金属密封体的顶端梯形一侧，所述外密封球面和所述外扩张槽由内至外依次设置在所述金属密封体的下部，在所述外密封球面和所述外扩张槽的相对一侧的所述金属密封体上一一对应设置所述内密封球面和所述内扩张槽，球密封面与法兰内壁上的外密封面形成第一级外密封，外密封球面与法兰内壁形成第二级外密封，内密封球面与固定杆的外壁形成第一级内密封。
4.根据权利要求3所述的一种耐高温采油树及油管挂固定密封装置，其特征在于：在所述外扩张槽内设置有外软金属，在所述内扩张槽内设置有内软金属，金属密封体与扩张环发生轴向运动时，扩张环的上锥面与外扩张球面相接触挤压金属密封体，外扩张槽收缩挤压外软金属，外软金属与密封孔的内壁相接触形成第三道外密封,扩张环的下锥面与内扩张球面相接触挤压金属密封体，内扩张槽收缩挤压内软金属，内软金属与固定杆的外壁相接触形成第二道内密封。
5.一种如权利要求4所述的耐高温采油树及油管挂固定密封装置的密封方法，其特征在于：温度升高，内软金属和外软金属发生膨胀，使得金属密封体的侧壁扩大，通过外蓄力槽和内蓄力槽能够减少内软金属和外软金属的向外扩展量，能够保持金属密封体的外观形状，通过蓄能机构能够吸收较多的外力，此时保持该装置的整体密封性能；温度降低，内软金属和外软金属发生收缩，蓄能机构释放外力，蓄能机构通过挤压金属密封体的侧壁，使得扩张环挤压内软金属和外软金属，进而保持该装置的整体密封性能。
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