CN115046011A - 密封组件与油管悬挂器 - Google Patents

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CN115046011A CN202210867098.5A CN202210867098A CN115046011A CN 115046011 A CN115046011 A CN 115046011A CN 202210867098 A CN202210867098 A CN 202210867098A CN 115046011 A CN115046011 A CN 115046011A
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metal sealing
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杨旭
李�荣
蒋永义
孟彦涛
李勇
郭明阳
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Abstract

本发明公开了一种密封组件，包括生产用金属密封组件，所述生产用金属密封组件用于对油管悬挂器的生产通道的径向外侧出口位置四周进行密封；所述生产用金属密封组件包括从上到下依次套设固定在油管悬挂器本体上且均由耐腐蚀金属材料制得的上环形密封圈、环空套和下环形密封圈；其特征在于：所述生产用金属密封组件的表面覆盖设置有保护膜，所述保护膜为惰性层。本发明还公开了一种采用上述密封组件的油管悬挂器。本技术方案具有优点是：能够确保油气生产作业的安全性与可靠性更高。

Description

密封组件与油管悬挂器
技术领域
本发明属于水下油气生产系统领域，具体涉及一种密封组件与油管悬挂器。
背景技术
油管悬挂器是水下卧式采油树中必不可少的零件，位于采油树内，功能是用于悬挂油管柱，并与采油树本体密封形成环空和生产通道，同时也为井下控制提供接口和通道。
公告号CN113756737A的现有技术公开了一种用于浅水水下采油树的油管悬挂器装置，该技术方案包括密封组件，密封组件包括第一密封组件和第二密封组件，所述第一密封组件和第二密封组件分别用于密封所述电液穿越器连接组件以及连通采油树树体和油管悬挂器本体的水平通道。
但是上述技术方案仍存在以下不足之处：
现有的油管悬挂器在水下长期使用后，其生产通道处的生产用金属密封组件相互之间或与油管悬挂器本体之前出现粘连的情形，进而在拆卸时容易造成表面破损与损坏密封性能，进而难以重复使用，增加了使用成本。
基于此，申请人考虑设计一种能够降低使用成本的密封组件与油管悬挂器。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够降低使用成本的密封组件与油管悬挂器。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
密封组件，包括生产用金属密封组件，所述生产用金属密封组件用于对油管悬挂器的生产通道的径向外侧出口位置四周进行密封；所述生产用金属密封组件包括从上到下依次套设固定在油管悬挂器本体上且均由耐腐蚀金属材料制得的上环形密封圈、环空套和下环形密封圈；
所述上环形密封圈的下端面与所述下环形密封圈的上端面各自均设置有断面呈U型或V型的密封用沟槽；
所述环空套整体呈筒形结构且具有与所述生产通道的径向外侧出口贯通的通道孔，所述环空套的轴向的上端面和下端面各自设置有插入所述密封用沟槽的插接部，且所述插接部与对应的所述密封用沟槽的槽底之间抵紧密封，所述插接部与所述密封用沟槽的径向外侧壁之间具有可供介质进入的间隙；其特征在于：
所述生产用金属密封组件的表面覆盖设置有保护膜，所述保护膜为惰性层。
一种油管悬挂器，包括油管悬挂器本体，所述油管悬挂器本体上设置有径向贯通的生产通道；其特征在于：所述油管悬挂器本体上述设置有上述密封组件。
同现有技术相比较，本发明的密封组件具有的优点是：
因为生产用金属密封组件中各个构件的表面均设置有惰性层来构成保护膜，故使得各个构件相互之间以及与油管悬挂器本体之间不易粘连，从而可有效防止因粘连导致的拆卸破坏，起到更好的保护作用的同时，也使得各个构件的自身结构和外形能够长期完好，进而能够重复使用并持久确保使用功效的可靠性。
附图说明
图1为本发明油管悬挂器第一种实施例的俯视图。
图2为图1中A-A线剖视图。
图3为图2中I处放大图。
图4为图2中II处放大图。
图5为图2中III处放大图。
图6为图1中B向视图。
图7为图2中C向视图。
图8为本发明油管悬挂器第二种实施例的俯视图。
图9为图8中E-E线剖视图。
图10为图9中IV处放大图。
图11为图9中V处放大图。
图12为(收缩环安装前，带有标记的)上部本体的结构示意图。
图13为收缩环安装至上部本体的结构示意图。
图14为(外侧带有的标记)上部本体的结构示意图。
图15为锁紧驱动环放置在安装工装的底板时的结构示意图。
图16为收缩环、上部本体、锁紧驱动环与安装工装的剖视图。
图17为收缩环安装完成时的局部结构示意图。
图中标记为：
10油管悬挂器本体：101防腐层，102上部本体(1021上部本体上的基准线)，103锁紧驱动环，104收缩环(1041收缩环上的基准线)
20上环形密封圈
30环空套
40金属密封圈C：401压力平衡孔，402S密封圈
50金属密封圈D
60金属密封挡环
70金属密封承载环B
80第二道密封
第三道密封：901限位台肩，902金属密封圈A，903金属密封承载环A，904C形环，905锁紧螺钉
100第四道密封
111导向芯轴，112定向键，113定位键
120电穿越通道
130O型密封圈
140挡圈
151数字标记，152基准线标记
安装工装：161顶板，162液压千斤顶，163垫板，164支撑筒，165螺杆，166承载板，167底板
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
具体实施时：首先，如图2和图5所示：
密封组件，包括生产用金属密封组件，所述生产用金属密封组件用于对油管悬挂器的生产通道的径向外侧出口位置四周进行密封；所述生产用金属密封组件包括从上到下依次套设固定在油管悬挂器本体上且均由耐腐蚀金属材料制得的上环形密封圈、环空套和下环形密封圈；
所述上环形密封圈的下端面与所述下环形密封圈的上端面各自均设置有断面呈U型或V型的密封用沟槽；
所述环空套整体呈筒形结构且具有与所述生产通道的径向外侧出口贯通的通道孔，所述环空套的轴向的上端面和下端面各自设置有插入所述密封用沟槽的插接部，且所述插接部与对应的所述密封用沟槽的槽底之间抵紧密封，所述插接部与所述密封用沟槽的径向外侧壁之间具有可供介质进入的间隙；
所述生产用金属密封组件的表面覆盖设置有保护膜，所述保护膜为惰性层。
其中，所述惰性层为镀银层。
镀银层具有处理工艺成熟且成本较低、耐腐蚀性能良好的优点；与此同时，镀银层还具有导热与光反射性能优良的特点，能够起到快速导热与散热以及反射红外辐射的优点，实现更好的隔热保护效果，更好隔离生产通道内部输送油气中带有腐蚀性物质且温升变化造成的恶劣工况，起到更好的保护作用。
其中，所述惰性层为铝等离子涂层或碳化钨涂层中任意一种。
铝等离子涂层能够生成致密的氧化铝保护膜，氧化铝保护膜具有良好的耐腐蚀性能、抗氧化性能，能够起到良好的保护作用。
碳化钨涂层主要以碳化物金属陶瓷为主，采用的材料主要包括：WC-Co、WC-10Co-4Cr、WC-NiCr、Cr3C2-NiCr等金属陶瓷碳化钨涂层具有涂层致密、孔隙率低、结合强度高、硬度高、韧性好、抗高温的优点。
如图5所示，其中，所述下环形密封圈包括从上到下依次设置的金属密封圈C、金属密封圈D和金属密封挡环；
所述金属密封圈C包括断面呈矩形的基体部分，所述基体部分的上端面上凸成型有所述密封用沟槽；所述基体部分的外侧设置有填装有S密封圈的环形密封槽；
所述金属密封圈D的断面呈开口朝下的冂型，所述冂型的上端面与所述金属密封圈C的下端面抵接；
所述金属密封挡环的上端面成型有一圈凸环，所述凸环填充插入所述金属密封圈D的开口；所述金属密封挡环的下端面与金属密封承载环B的上端面相抵接，所述金属密封承载环B通过螺纹或螺钉套装固定在所述油管悬挂器本体上。
S密封圈为整体为非金属材料制得且内部嵌设有环形弹性件(例如，SKF公司生产的S型密封件)
上述结构的下环形密封圈在能够通过金属密封材质部分实现第一道密封的同时，在第一道密封失效后，还能够通过金属密封圈C的基体部分的S密封圈提供第二道密封，形成双重密封，更好防止密封失效。
此外，上述下环形密封圈的结构，能够保证轴向锁紧的同时，也能够根据不同轴向长度尺寸的油管悬挂器来选配不同轴向长度的上环形密封圈、金属密封圈D和金属密封挡环，这样可更好提升环空套和金属密封圈C结构的通用性的同时，也能够降低不同型号油管悬挂器的开发制造难度与制造成本。
其中，位于所述环形密封槽轴向上方位置的所述金属密封圈C的基体部分设置有径向贯通的压力平衡孔。
设置上述压力平衡孔后，即能够使得金属密封圈C内侧与外侧的压力一致，进而能够更为顺利的拆装金属密封圈C。
实施时，优选所述压力平衡孔的径向内侧段的孔径小于径向外侧段的孔径。这样，可使得压力平衡孔易进难出，即能够在生产通道内瞬时出现高油气压力时，使得高油气压力能够经压力平衡孔注入金属密封圈C的内侧与油管悬挂器围成的腔体内并推动金属密封圈C沿径向外微移胀开，从而提升金属密封圈C上的基体部分的S密封圈的外凸部分与采油树上对应的侧壁之间的压紧力，进而进一步提升增强该处的密封性。实现随高压油气变化的快速响应并获得更优的密封效果来预防突发状况的发生。
一种油管悬挂器，包括油管悬挂器本体，所述油管悬挂器本体上设置有径向贯通的生产通道；所述油管悬挂器本体上述设置有上述密封组件。
如图2所示，所述生产通道的内侧壁、所述油管悬挂器本体的轴向上邻近所述生产通道的轴向外侧面与轴向内侧面均覆盖设置有防腐层，所述防腐层的轴向边缘表面与相邻的所述油管悬挂器本体的表面之间为平滑过渡连接。
设置上述防腐层后，即能够避免生产通道被输送的油气腐蚀并破坏接触面密封性能进而引发泄露的情况发生，确保生产的安全性与可靠性。
其中，所述油管悬挂器本体上与所述生产用金属密封组件内侧接触的轴向外侧面均覆盖设置有所述防腐层。
这样一来，即可避免生产用金属密封组件与油管悬挂器之间的密封接触面之间因腐蚀发生泄露，更好确保密封接触面的完好可靠。
所述防腐层为利用防腐合金与堆焊工艺制得。
实施时，优选所述防腐合金为625镍基合金。堆焊前，先将油管悬挂器上需堆焊位置的内壁切削一定厚度，后通过堆焊工艺使得焊料熔化并填充满堆焊槽，最后，再通过切削加工将堆焊表面处理至满足设计的粗糙度。
实施时，在油管悬挂器外侧位于所述生产用金属密封组件的上方位置从上到下依次设置有第二道密封、第三道密封和第四道密封，其中：
如图5所示，所述第二道密封包括在油管悬挂器的外侧面与所述金属密封圈C接触部分以及紧邻所述金属密封圈C上方部分的表面均设置的防腐层，且在紧邻所述金属密封圈C上方部分的表面的防腐层设置的装有S密封圈的环形密封槽；
如图4所示，所述第三道密封包括限位台肩、金属密封圈A、金属密封承载环A、C形环和锁紧螺钉，所述限位台肩的径向外侧面设置有装有S密封圈的环形密封槽；
所述金属密封圈A具有断面呈矩形的主体部分，所述主体部分的径向外侧设置有装有O型密封圈的环形密封槽，所述主体部分的下端面设置有所述密封用沟槽；
所述金属密封承载环A的上端面的内侧边缘与所述金属密封圈A的密封用沟槽的径向内侧的轴向端面之间抵紧连接，所述金属密封承载环A的上端面的径向外侧与所述金属密封圈A的密封用沟槽的径向内侧的轴向端面之间具有可供介质流入的间隙；
所述金属密封承载环A的外侧面设置有径向贯通的连接孔，所述油管悬挂器的外表面设置有与所述连接孔正对的螺纹孔以及可供所述C形环同轴落入的台阶孔；
各个连接孔及其对应的所述螺纹孔内插装有所述锁紧螺钉来实现金属密封承载环A在轴向上的锁止；
如图2所示，所述第四道密封包括在油管悬挂器的外侧面且轴向上间隔设置有至少两道填装有S密封圈的环形密封槽。
通过以上设置的多道密封后，既能够有效预防油气泄漏，更好的确保油气的安全生产。
如图2和图3所示，在油管悬挂器的上部本体的外侧设置有锯齿；
在油管悬挂器的上部本体的外侧套装的锁紧驱动环的内侧面设置有与所述锯齿对应的齿槽；
且在所述锁紧驱动环下移驱动油管悬挂器的锁紧环胀开时，所述锯齿能够插入所述齿槽内实现对锁紧驱动环的锁止。
设置上述过盈配合的锯齿和齿槽后，即通过在锁紧驱动环向下动作至止点后，起到对锁紧驱动环的锁紧限位作用，避免锁紧驱动环的意外松脱并解锁，有效避免意外情况发生，提升作业的安全可靠性。
锁紧环需解锁时，只需克服齿槽与锯齿之间的齿咬合力，强行拉出锁紧驱动环即可解锁。
如图3所示，实施时，油管悬挂器的上部本体的外侧通过螺纹连接安装有一个收缩环，所述收缩环的外侧面设置有所述锯齿。收缩环为锁紧驱动环提供一个额外摩擦面，以防止在回收油管悬挂器送入/回收工具时锁紧驱动环意外解锁。且采用收缩环的结构，使得收缩环在磨损后易于更换。
关于收缩环的安装、收缩环安装完毕后油管悬挂器的上部本体(以下简称：上部本体)与锁紧驱动环之间的安装步骤如下：
第一步、在上部本体的外螺纹外圆上，做好基准线，以该基准线为起点，用钢卷尺量出弧长“A1”(A1＝A)值。然后在“A1”值的终点处、上部本体的顶面上用记号笔绘制基准线以作标记。表示收缩环所需旋松的量(如图12所示)。
第二步、将收缩环拧紧在上部本体上(拧紧程度为徒手拧紧即可)。
第三步、在收缩环的顶部用记号笔标出一基准线与上部本体记号“1”对齐。
第四步、逆时针转动收缩环，使得收缩环上的基准线与上部本体上的基准线对齐。如图13所示。
第五步、在上部本体的外圆上标记一条基准线和数字“1”，用来表示位置1。在上部本体的外圆上标记一条基准线和字母“A1”，用来表示尺寸“A1”。如图14所示。
第六步、将锁紧驱动环放置在安装工装的底板上。如图15所示。
第七步、将收缩环压入工装的承载板，旋入上部本体的下部螺纹。将吊环螺钉安装在承载板上。检查确保如第四步中的两基准的位置是对齐的。
第八步、将安装有收缩环的上部本体吊起，缓慢放入锁紧驱动环中，并保证数字“1”所对的基准线与锁紧驱动环上的位置“1”是对齐的。(在锁紧驱动环的位置“1”上画一条线，以辅助对正锁紧驱动环和上部本体)。
第九步、将液压千斤顶放置在承载板上(尽可能使其位于承载板的中心)。
第十步、将安装工装的顶板穿过工装的螺杆后，放置在液压千斤顶的顶部，通过螺母将顶板固定，如图16所示。
第十一步、启动液压千斤顶，将上部本体和锁紧环压入锁紧驱动环内。当收缩环凸起部分通过锁紧驱动环时，将会听到尖锐摩擦声。
第十二步、当液压千斤顶运行至全部行程后，将液压千斤顶活塞收回，拧松泥线悬挂器工装顶部的螺母，将顶板下放直至接触液压千斤顶的活塞，拧紧螺母，重复第十一步，直到上部本体已完全压入锁紧驱动环内。
用深度尺测量和记录从收缩环顶部至上部本体顶部的距离，记为D1，使得D1的值处于合理范围内即可。如图17所示。
第十三步、确认通过锁紧驱动环孔1，能看到上部本体孔，且两孔是对齐位置。通过锁紧驱动环孔1，将螺栓M20×150安装在上部本体的孔内。
第十四步、确认收缩环和上部本体上的基准线是对齐的。
完成以上安装步骤并在检测完毕后，即完成收缩环、上部本体与锁紧驱动环之间的安装。
在收缩环和上部本体压入锁紧驱动环的过程中，可能会出现基准线未对齐的情况。如果出现未对齐的情况，则需要将上部本体和收缩环从锁紧驱动环内压出来，然后重复进行安装直到基准线对齐为止。
如图6和图7所示，实施时，在油管悬挂器的外表面设置有粗导向结构和精准导向结构，其中：所述粗导向结构包括导向芯轴和定向键，所述导向芯轴通过法兰与油管悬挂器顶部同轴固定连接，所述定向键通过螺钉固定安装在所述导向芯轴的外表面且下端成型有导向配合用尖端，所述导向配合用尖端能够与顶部具有导向斜面的导向筒相配合来实现360度范围内的旋转导向；
所述精准导向结构包括定位键，所述定位键固定安装在所述第二道密封与所述第三道密封之间的油管悬挂器本体的外表面。
采用上述双重导向结构后，即可通过粗导向结构来先行实现360度范围内的旋转导向，最终在下放并通过更小的定位键来精准插入对应的定位槽内实现圆周方向的精准导向，确保油管悬挂器能够实现精准的对接安装。
如图8至图11所示，实施时，在油管悬挂器内部顺轴向设置有偏心的电穿越通道，所述电穿越通道的上端和下端各自设置有电接头，且所述电接头各自通过压环组件与油管悬挂器本体固定相连，所述压环组件与所述油管悬挂器本体之间通过螺纹旋接固定；
所述压环的径向内侧与径向外侧各自设置有至少一个填充有密封件的环形密封槽，所述密封件包括O型密封圈和在轴向包夹住所述O型密封圈的一对挡圈。
采用上述包含电穿越通道的结构后，即可在送入安装油管悬挂器同时，也顺利完成电接头的精准对接。
以上仅是本发明优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，作出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。

Claims (10)

1.密封组件，包括生产用金属密封组件，所述生产用金属密封组件用于对油管悬挂器的生产通道的径向外侧出口位置四周进行密封；所述生产用金属密封组件包括从上到下依次套设固定在油管悬挂器本体上且均由耐腐蚀金属材料制得的上环形密封圈、环空套和下环形密封圈；
所述上环形密封圈的下端面与所述下环形密封圈的上端面各自均设置有断面呈U型或V型的密封用沟槽；
所述环空套整体呈筒形结构且具有与所述生产通道的径向外侧出口贯通的通道孔，所述环空套的轴向的上端面和下端面各自设置有插入所述密封用沟槽的插接部，且所述插接部与对应的所述密封用沟槽的槽底之间抵紧密封，所述插接部与所述密封用沟槽的径向外侧壁之间具有可供介质进入的间隙；其特征在于：
所述生产用金属密封组件的表面覆盖设置有保护膜，所述保护膜为惰性层。
2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于：所述惰性层为镀银层。
3.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于：所述惰性层为铝等离子涂层或碳化钨涂层中任意一种。
4.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于：所述下环形密封圈包括从上到下依次设置的金属密封圈C、金属密封圈D和金属密封挡环；
所述金属密封圈C包括断面呈矩形的基体部分，所述基体部分的上端面上凸成型有所述密封用沟槽；所述基体部分的外侧设置有填装有S密封圈的环形密封槽；
所述金属密封圈D的断面呈开口朝下的冂型，所述冂型的上端面与所述金属密封圈C的下端面抵接；
所述金属密封挡环的上端面成型有一圈凸环，所述凸环填充插入所述金属密封圈D的开口；所述金属密封挡环的下端面与金属密封承载环B的上端面相抵接，所述金属密封承载环B通过螺纹或螺钉套装固定在所述油管悬挂器本体上。
5.根据权利要求4所述的密封组件，其特征在于：位于所述环形密封槽轴向上方位置的所述金属密封圈C的基体部分设置有径向贯通的压力平衡孔。
6.一种油管悬挂器，包括油管悬挂器本体，所述油管悬挂器本体上设置有径向贯通的生产通道；其特征在于：所述油管悬挂器本体上述设置有权利要求1至5中任一项所述的密封组件。
7.根据权利要求6所述的油管悬挂器，其特征在于：所述生产通道的内侧壁、所述油管悬挂器本体的轴向上邻近所述生产通道的轴向外侧面与轴向内侧面均覆盖设置有防腐层，所述防腐层的轴向边缘表面与相邻的所述油管悬挂器本体的表面之间为平滑过渡连接。
8.根据权利要求7所述的油管悬挂器，其特征在于：所述油管悬挂器本体上与所述生产用金属密封组件内侧接触的轴向外侧面均覆盖设置有所述防腐层。
9.根据权利要求7所述的油管悬挂器，其特征在于：所述防腐层为利用防腐合金与堆焊工艺制得。
10.根据权利要求6所述的油管悬挂器，其特征在于：在油管悬挂器的上部本体的外侧设置有锯齿；
在油管悬挂器的上部本体的外侧套装的锁紧驱动环的内侧面设置有与所述锯齿对应的齿槽；
且在所述锁紧驱动环下移驱动油管悬挂器的锁紧环胀开时，所述锯齿能够插入所述齿槽内实现对锁紧驱动环的锁止。
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