CN1904417A - 两种不同热膨胀系数管材之间的密封连接结构及连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了两种不同热膨胀系数管材之间的密封连接结构和密封连接方法，该结构包括第一管材接头和套设在其外的膨胀系数较大的第二管材接头，其特征在于，还包括材质与第二管材相同的中间管，该中间管的内表面与所述第一管材外表面密闭连接，该中间管的外表面与所述第二管材的内表面密闭连接。该方法包括步骤：将一个与第二管材材质相同的中间管套设在第一管材接头外并实现密封连接；将第二管材接头套设在所述中间管外并实现密封连接，从而实现第一和第二管材之间的密封连接。第一管材可为金属管，第二管材可为玻璃钢管。本发明的连接结构及连接方法，可在高温环境下实现两种管材之间的可靠密封。

Description

两种不同热膨胀系数管材之间的密封连接结构及连接方法

技术领域

本发明涉及两种不同热膨胀系数管材之间的密封连接结构及连接方法。

背景技术

通常，一个感应测井仪的外壳是由两端的金属外壳2和中间的玻璃钢外壳1组成的，均为管状，如图1所示。因为该仪器工作于地下几千米深处的高温高压环境，必须防止各种流体侵入。因此必须要解决两个问题：第一，玻璃钢材料的耐压性能还远远达不到井下作业的要求，需要解决其耐压的问题；第二，玻璃钢材料与金属材料的热膨胀系数不同，在宽温度范围工作必须要解决两者接头处的密封问题。

对于第一个问题，现有的作法是在线圈支架和玻璃钢外壳之间充注硅油，并在充油腔体一端设有一个活塞或胶皮管，当井下压力增大时，压缩该活塞或胶皮管使得油层的油压随之增大，从而使玻璃钢外壳两侧的压力达到平衡。但是，采用注油方法使得仪器结构设计复杂，所有电气部分都必须防油的侵蚀，故障率高，维修不便，硅油的价格也十分昂贵。更为严重的是在测井仪中部和两端的交界处形成了高压部分和无压部分之间的承压界面，使得高频信号传输非常不便，因为在信号较多时，在空间上已无法满足既高压密封又同轴传输的要求。

对于第二个问题，目前存在的玻璃钢管与金属管之间的连接密封也是采用通常的加密封圈和粘接的方法，主要是应用于常温低压系统(小于20Mpa)，在高温(≥150℃)高压(≥140MPA)系统应用时，由于两者热膨胀系数不同带来的变形更为明显，经实验测试已无法达到密闭的要求。事实上，在高温环境下，对于两种不同热膨胀系数管材之间的密封连接都存在相同的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供两种不同热膨胀系数管材之间的密封连接结构及连接方法，可在高温环境下实现两种管材之间的可靠密封。

为了解决上述技术问题，本发明提供了两种不同热膨胀系数管材之间的密封连接结构，包括第一管材接头和套设在其外的膨胀系数较大的第二管材接头，其特征在于，还包括材质与第二管材相同的中间管，该中间管的内表面与所述第一管材外表面密闭连接，该中间管的外表面与所述第二管材的内表面密闭连接。

进一步地，上述密封连接结构还可具有以下特点：所述第一管材为金属管，所述第二管材为玻璃钢管。

进一步地，上述密封连接结构还可具有以下特点：所述第一管材接头上的和第二管材接头接触的径向表面上还开设有一环形的燕尾槽，所述第二管材接头对应的径向表面上一体成形有一嵌入于该燕尾槽并与其形状相配合的凸出部，构成该第一管材接头与第二管材接头之间的榫卯结构。

进一步地，上述密封连接结构还可具有以下特点：所述第一管材接头的外表面开有一组密封槽，并在该密封槽内装设有密封圈，所述中间管对应于该密封圈的外表面上紧密套设了一金属箍环，该箍环的长度大于该组密封槽的轴向长度。

进一步地，上述密封连接结构还可具有以下特点：所述中间管内表面和所述第一管材外表面上设有相互配合的浅螺纹，所述中间管与所述第一管材、第二管材的接触面上均用胶相互粘接。

本发明提供的两种不同热膨胀系数管材之间的密封连接方法，包括以下步骤：

(a)将一个与第二管材材质相同的中间管套设在第一管材接头外并实现密封连接；

(b)将第二管材接头套设在所述中间管外并实现密封连接，从而实现第一和第二管材之间的密封连接。

进一步地，上述密封连接方法还可具有以下特点：所述第一管材为金属管，所述第二管材为玻璃钢管。

进一步地，上述密封连接方法还可具有以下特点：所述第一管材接头的外表面开有一组密封槽，所述步骤(a)中，先在第一管材接头的每一密封槽内放置一密封圈，再加热一金属箍环并将其套置在所述第一管材接头上对应于所述密封槽的位置，然后将所述中间管插入所述箍环和第一管材接头之间的间隙处，所述箍环的长度大于该组密封槽的轴向长度。

进一步地，上述密封连接方法还可具有以下特点：所述中间管内表面和所述第一管材外表面上设有相互配合的浅螺纹，在步骤(a)将所述中间管套设在第一管材接头外时，先在该中间管的内表面和第一管材的外表面涂胶，然后依靠螺纹配合将该中间管逐步旋入该第一管材接头。

进一步地，上述密封连接方法还可具有以下特点：所述金属管上的和玻璃钢管接触的径向表面上还开设有一环形的燕尾槽，所述步骤(b)中，是在所述中间管的外表面上缠绕玻璃布至所需要的外径尺寸，在缠绕时，玻璃布表面上也要涂胶，等胶固化后，即形成了所述玻璃钢管，同时，在该玻璃管与金属管接触的径向表面一体成形了一嵌入于该燕尾槽并与其形状相配合的凸出部，构成该金属管接头与玻璃钢管接头之间的榫卯结构。

本发明实现了高温环境下两种不同热膨胀系数管材之间的密封连接。特别地，应用于感应测并仪时，可简化了玻璃钢管在高温高压下密封结构，拓宽了玻璃钢管在高温高压条件下的应用范围，解决非注油承压方式的阵列感应测井仪器研制中结构设计的关键技术。并可降低成本，并便于维修。

附图说明

图1是本发明实施例中，感应测井仪的结构图。

图2是图1感应测井仪的结构图A-A剖面图。

图3是图2中玻璃钢管与金属管密封结构放大图。

具体实施方式

如图2和图3所示，感应测井仪的外壳包括由中间的玻璃钢外壳1和两端的金属外壳2，对于一个感应测井仪来说，其基本的物理结构除外壳外，还包括一个或二个拼接在一起的中空的线圈支架6以及套设在该支架中孔内的一中空的厚壁金属管8，该线圈支架6基本为圆柱形，其上的沟槽中装有线圈系以及相应传输线，厚壁金属管8用于穿设电气线路，同时起到传递机械张力的作用。本仪器是感应类测井仪器，依靠向地层发射电磁波并接收地层散射波来实现测井作业，中部的外壳需要具有电绝缘和磁无损的性能，因此采用了玻璃钢材料。玻璃钢结构两端一般为钢外壳结构，内装有各种模拟、数字电路及所配接电源。一支测井仪长度可以达到4～6米。

如图3所示，为了解决玻璃钢外壳(下文也称玻璃钢管)的耐压问题，本实施例将同轴的玻璃钢管1、线圈支架6(也可以采用玻璃钢材料)和厚壁金属管8无间隙的安装，这样除玻璃钢管、线圈支架承担部分压力外，将外界的压力传递到厚壁金属管8，主要由该金属管来承压，这样就能够满足耐压的要求了。

对于高温环境下玻璃钢管与金属管接头之间的密闭问题，其连接结构如图3所示，包括金属管接头20、套接在该金属管接头外的玻璃钢管接头10以及连接时使用的中间管4、箍环5和密封圈3。

金属管接头20最外端的外表面具有一段浅螺纹，靠近金属管本体的一侧则车出了一组用于安装密封圈的环形密封槽，图中示出的是3个，但不局限于此。中间管4也采用玻璃钢材料，其长度与金属管接头20大致相当，远离金属管本体一端的内表面也有一段浅螺纹，整个外表面上均有浅螺纹，且该中间管4直径稍大于所述金属管接头20的外径。箍环5为金属材料，如钢管，其内径与中间管外径大致相当，长度应大于金属管接头20上的该组环形密封槽的轴向长度。

在安装时，先在金属管接头的每一密封槽内放置一“O”形密封圈3，如2290环，加热所述箍环并将其套置在所述金属管接头上对应于密封槽的位置处，然后在中间管的螺纹上涂胶，将中间管插入所述箍环和金属管接头之间的间隙处，然后再借助螺纹的配合将中间管逐步向金属管接头的末端旋入。这样形成的结构如图3所示，形成了两个密封段，一个是密封圈构成的密封段，一个是中间管和金属管接头的螺纹粘接后构成的密封段，该结构及安装方法相对现有密封接头具有以下几个特点：

1)在金属管接头和玻璃钢管接头中加了一中间管，主要是因为高温环境下对于密封面的加工要求非常高，要在一个尺寸很大的玻璃钢管两端用模具加工出高精度的密封面来比较困难，而采用一小段同样材料的中间管，则其加工精度可以更高，使密封性能更好。

2)虽然在高温下金属材料和玻璃钢的热膨胀系数的差异会导致两者之间产生变形，但是由于中间管被同是金属材料的箍环牢牢地固定住，因此中间管与金属管接头之间的间隙基本不会发生变化，使得该密封圈构成的密封段仍然具有良好的密封效果。

3)在安装时，采用了先放置加热了的箍环，后在该箍环和金属管接头之间插入中间管的做法，这样可以使得安装过程中中间管不会因密封圈的缘故在前端发生形变导致密封性不好。

4)中间管与金属管接头的螺纹配合具有两个作用，第一是在将中间管插入到金属管底部时能够采用逐步旋入的方式，因为插入过程需要克服密封圈的阻力，采用旋入方式可以方便安装，避免变形。第二是在中间管和金属管接头的这部分表面形成互相咬合的接触面，将有助于提高密封的性能。

在中间管4安装好后，先在中间管4的外螺纹上涂胶，然后缠绕玻璃布至所需要的外径尺寸，在缠绕时玻璃布表面上也要涂胶，等胶固化后，即形成了本发明玻璃钢管和金属管的密封结构。要特别说明的是，本实施例在金属管接头20上的和玻璃钢管接头10接触的径向界面上还开设了一个环形的燕尾槽21，这样在缠绕时，由于胶会侵入到该燕尾槽21中，并且在固化后，形成为嵌入燕尾槽21并与其形状相配合的凸出部，该凸出部是和玻璃钢管外壳形成为一体的。这样就自然形成了该玻璃钢管接头与金属管接头之间的榫卯结构。构成了另一道阻挡外界流体的侵入的防线。特别地，由于玻璃钢材料的热膨胀系数大于金属，越是在高温的环境下，该榫卯结构越密闭。

在另一实施例中，没有采用包括密封圈和箍环的中间管结构，经在高温环境下测试，同样也达到了密封的要求，这主要是因为上述榫卯结构的作用。

在另一实施例中，还可以在线圈支架接头部分的外表面和金属管接头的内表面上加工出相应的螺纹，先在该两个表面上涂胶，再将线圈支架旋入所述金属管，这样又形成了一道阻挡外界流体侵入的防线。

鉴于本发明所形成密闭结构的原理，明显地，该玻璃钢管与金属管之间的密闭连接方式也可以应用于其它热膨胀系数不同的两种材料之间的密闭连接。

Claims (10)

1、两种不同热膨胀系数管材之间的密封连接结构，包括第一管材接头和套设在其外的膨胀系数较大的第二管材接头，其特征在于，还包括材质与第二管材相同的中间管，该中间管的内表面与所述第一管材外表面密闭连接，该中间管的外表面与所述第二管材的内表面密闭连接。

2、如权利要求1所述的密封连接结构，其特征在于，所述第一管材为金属管，所述第二管材为玻璃钢管。

3、如权利要求1或2所述的密封连接结构，其特征在于，所述第一管材接头上的和第二管材接头接触的径向表面上还开设有一环形的燕尾槽，所述第二管材接头对应的径向表面上一体成形有一嵌入于该燕尾槽并与其形状相配合的凸出部，构成该第一管材接头与第二管材接头之间的榫卯结构。

4、如权利要求1或2所述的密封连接结构，其特征在于，所述第一管材接头的外表面开有一组密封槽，并在该密封槽内装设有密封圈，所述中间管对应于该密封圈的外表面上紧密套设了一金属箍环，该箍环的长度大于该组密封槽的轴向长度。

5、如权利要求1或2所述的密封连接结构，其特征在于，所述中间管内表面和所述第一管材外表面上设有相互配合的浅螺纹，所述中间管与所述第一管材、第二管材的接触面上均用胶相互粘接。

6、两种不同热膨胀系数管材之间的密封连接方法，包括以下步骤：

(a)将一个与第二管材材质相同的中间管套设在第一管材接头外并实现密封连接；

(b)将第二管材接头套设在所述中间管外并实现密封连接，从而实现第一和第二管材之间的密封连接。

7、如权利要求6所述的密封连接方法，其特征在于，所述第一管材为金属管，所述第二管材为玻璃钢管。

8、如权利要求6或7所述的密封连接方法，其特征在于，所述第一管材接头的外表面开有一组密封槽，所述步骤(a)中，先在第一管材接头的每一密封槽内放置一密封圈，再加热一金属箍环并将其套置在所述第一管材接头上对应于所述密封槽的位置，然后将所述中间管插入所述箍环和第一管材接头之间的间隙处，所述箍环的长度大于该组密封槽的轴向长度。

9、如权利要求6或7所述的密封连接方法，其特征在于，所述中间管内表面和所述第一管材外表面上设有相互配合的浅螺纹，在步骤(a)将所述中间管套设在第一管材接头外时，先在该中间管的内表面和第一管材的外表面涂胶，然后依靠螺纹配合将该中间管逐步旋入该第一管材接头。

10、如权利要求7所述的密封连接方法，其特征在于，所述金属管上的和玻璃钢管接触的径向表面上还开设有一环形的燕尾槽，所述步骤(b)中，是在所述中间管的外表面上缠绕玻璃布至所需要的外径尺寸，在缠绕时，玻璃布表面上也要涂胶，等胶固化后，即形成了所述玻璃钢管，同时，在该玻璃管与金属管接触的径向表面一体成形了一嵌入于该燕尾槽并与其形状相配合的凸出部，构成该金属管接头与玻璃钢管接头之间的榫卯结构。

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