CN203822241U - 一种金属和橡胶组合密封的单级套管头 - Google Patents

一种金属和橡胶组合密封的单级套管头 Download PDF

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姜玉虎
杨培建
丁中铭
姜金维
张学清
周世海
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Abstract

一种金属和橡胶组合密封的单级套管头,采用两端细中间粗的加长颈套管挂;在套管挂中上部位与转换法兰的中心孔之间,装有一组由蝶形弹簧、加长垫环、X型密封圈和上垫环组成的上下楔入式金属密封组件;在套管挂中下部位与套管四通的中心孔之间,装有一由下垫环、X型密封圈、上垫环、拼紧螺母和紧定螺钉组成的上下楔入式金属密封组件。另外,在加长垫环的内外圆周上,均切有密封槽、装有O型密封圈;在套管挂中部的外圆周上加工有一道台阶,台阶上装有矩型密封圈和锥顶压环;矩型密封圈和O型密封圈均采用“高饱和氢化丁腈橡胶”材料制做;还可通过转换法兰上的注脂阀和小阶台孔,向套管头内的环形空间和缝隙注入密封脂,从而起到多重密封作用。

Description

一种金属和橡胶组合密封的单级套管头
技术领域
[0001] 本实用新型涉及石油机械,油气井钻采设备中的套管头。
背景技术
[0002] 现有油气井使用的套管头,用橡胶密封件的,其耐高温、高压、腐蚀和磨损性能较差,寿命不长;使用金属密封件的,其密封性能易受到结构设计、加工误差、压紧力度和装配技术等因素的影响,密封效果差常不尽人意。
发明内容
[0003] 本实用新型针对上述问题,选用金属密封件和橡胶密封件组合结构,用金属密封组件保护橡胶密封件,以达到延长寿命和密封可靠的效果。
[0004] 本实用新型包括底座、套管四通、套管悬挂器、转换法兰、顶丝部件和注脂阀,其不同之处是:套管悬挂器中的套管挂,是两端细中间粗的加长颈套管挂;在套管挂外圆的中下部位与套管四通的中心孔壁之间,装有一组由下垫环、X型密封圈、上垫环、拼紧螺母和紧定螺钉组成的上下楔入式金属密封组件;在套管挂外圆的中上部位与转换法兰的中心孔壁之间,装有一组由蝶形弹簧、加长垫环、X型密封圈和上垫环组成的上下楔入式金属密封组件。
[0005] 另外,在套管挂中部的外圆周上加工有一道台阶,台阶上装有矩型密封圈和锥顶压环;在套管挂中上部位的加长垫环的内外圆周上,分别切有一道密封槽,密封槽内均装有O型密封圈;矩型密封圈和O型密封圈均采用“高饱和氢化丁腈橡胶”材料制做。在转换法兰的下方法兰的圆周边上,加工有两个水平的小阶台孔,与中心处的阶台通孔下端相通;在两个水平的小阶台孔外端口处,分别装有一个注脂阀和一个泄压阀。
[0006] 由于本实用新型采用加长颈的套管挂,在套管挂的上下两处装有两组以X型密封圈为核心的上下楔入式金属密封组件,可以有效地密封套管与套管之间、套管与油管之间的腐蚀性高温高压介质。另外,在每组金属密封组件后方的缝隙处,均增加一道“高饱和氢化丁腈橡胶”制成的O型密封圈和矩型密封圈;在套管悬挂器与转换法兰以及套管四通的中心孔之间的环形空间和缝隙,均通过转换法兰上的小阶台孔和注脂阀,接受外来注塑枪注入的密封脂,对套管头起到多重密封的保险作用;通过特殊结构,层层设防,确保其密封性能和工作的可靠性,特别适合在含硫的高温高压油气井上使用。
附图说明
[0007] 图1为本实用新型局部剖视的总体结构示意图;
[0008] 图2为图1中蝶形弹簧零件的水平俯视示意图。
[0009] 附图中标号所示的零部件名称如下:
[0010] 1、底座,2、套管四通,3、套管挂,4、下垫环,5、X型密封圈,6、上垫环,7、矩型密封圈,8、锥顶压环,9、顶丝部件、10、转换法兰,11、注脂阀,12、蝶形弹簧,13、加长垫环,14、X型密封圈,15、上垫环,16、O型密封圈,17、密封垫环,18、泄压阀,19、螺栓螺母,20、拼紧螺母,21、紧定螺钉。
具体实施方式
[0011] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0012] 图1中,本实用新型中的套管悬挂器,由套管挂(3)、两组金属密封组件和O型密封圈(16)、矩型密封圈(7)和锥顶压环(8)所组成。套管悬挂器中的套管挂(3),是两端细中间粗的加长颈套管挂;中间的通孔是容纳油气管的过道,通孔下端的锥螺纹用来联接内套管,通孔上端的细牙螺纹用来联接装卸用的吊扣。由下垫环(4)、X型密封圈(5)、上垫环
(6)、拼紧螺母(20)和紧定螺钉(21)组成的一组上下楔入式金属密封组件,安装在套管挂
(3)外圆的中下部与套管四通(2)的中心孔壁之间;X型密封圈(5)与截面呈梯形凸起的下垫环(4)和上垫环(6)相互吻合后,在套管四通(2)中心孔内的台阶和套管悬挂器安装套管后的重力作用下,使X型密封圈(5)膨胀,达到密封的效果。为了防止个别油气井内套管数量偏少、重量不足,不能使X型密封圈(5)可靠的膨胀密封;本实用新型在套管挂(3)中部的外圆周上加工有一道台阶,台阶上装有矩型密封圈(7)和锥顶压环(8);在数根均布在套管四通(2)圆周上的顶丝部件(9)的挤压下,既可使矩型密封圈(7)膨胀密封,又能固定套管悬挂器,防止其串动。由蝶形弹簧(12)、加长垫环(13)、X型密封圈(14)和上垫环(15)组成的另一组上下楔入式金属密封组件,安装在套管挂(3)外圆的上部与转换法兰(10)的中心孔壁之间;在联接套管四通(2)和转换法兰(10)的多根螺栓螺母(19)的压力作用下,加长垫环(13)和上垫环(15)的梯形凸起,使X型密封圈(14)膨胀密封。由于本实用新型与众不同地采用蝶形弹簧(12)推动X型密封圈(14)膨胀密封,从而避免了多种零部件轴向误差对金属密封组件产生的压力变化和不良影响,并能防止金属密封组件在受到震动或冲击时产生的松动。为了防止X型密封圈(14)因压力不足,不能可靠的膨胀密封;安装在套管挂(3)中上部位的加长垫环(13)的内外圆周上,分别切有一道密封槽,密封槽内均装有O型密封圈(16),以增强其密封性能。
[0013] 为了适应高温、高压和酸性的油气介质,并努力使矩型密封圈(7)和O型密封圈
(16)的寿命与金属密封组件相接近,本实用新型套管悬挂器上使用的矩型密封圈(7)和O型密封圈(16),均采用“高饱和氢化丁腈橡胶”材料制做。
[0014] 套管悬挂器与套管四通(2)、顶丝部件(9)转换法兰(10)、注脂阀(11)、密封垫环
(17)、泄压阀(18)和螺栓螺母(19)等零部件组合后,焊接在底座(I)上,交油气田使用。
[0015] 套管四通(2)中心是阶台通孔,用来安装套管悬挂器;阶台通孔的下端是锥管螺纹,用来联接表层套管;上方是法兰,用一个密封垫环(17)和均布的多只螺栓螺母(19)与转换法兰(10)相联接;在上方法兰的圆周边上,加工有数个两端有螺纹、并与中心孔相通的水平阶台孔,孔中各装有一个顶丝部件(9),用来压紧套管悬挂器;套管四通(2)的中下方是两段不同直径的圆柱体,在直径较粗的圆柱体对应的两侧,加工有两个平面;在两个平面的中间部位,加工有一个与中心孔贯通的旁通孔,在两个平面的旁通孔口处,均加工有多只螺纹孔和一道梯形垫环槽,以便用螺栓螺母和密封垫环来联接旁通道上的其它阀门或测井零部件。
[0016] 转换法兰(10)上方和下方是法兰,上下法兰之间是过渡的圆柱体和圆锥体,中心是阶台通孔,阶台通孔上半部分是容纳油气管的过道,下半部分安装套管悬挂器;下法兰采用一个密封垫环(17)和多根螺栓螺母(19),与套管四通(2)相联接;上法兰也采用密封垫环和螺栓螺母,与其它井口设备相联接。在转换法兰(10)下方的法兰的圆周边上,加工有两个水平的小阶台孔,与中心处的阶台通孔下端相通;在两个水平的小阶台孔外端口处,分别装有一个注脂阀(11)和一个泄压阀(18)。在套管头安装就绪后,用注塑枪通过注脂阀
(11)向套管头内注入的密封脂,当密封脂从另一端的泄压阀(18)溢出后,证明套管悬挂器与套管四通(2)、转换法兰(10)之间的环形空间和缝隙已充满密封脂。
[0017] 图2中:为了使蝶形弹簧(12)能有产生足够的变形量,以适应零部件的轴向误差和压紧X型密封圈(14)的需要,并为密封脂填满套管悬挂器与套管四通(2)、转换法兰
(10)之间的环形空间和缝隙畅通渠道,在蝶形弹簧(12)上端的圆周上,切有多条均布的沟槽,沟槽的下端均加工成圆弧形,以防止材料应力的危害。

Claims (5)

1.一种金属和橡胶组合密封的单级套管头,包括底座、套管四通、套管悬挂器、转换法兰、顶丝部件和注脂阀,其特征是:套管悬挂器中的套管挂(3),是两端细中间粗的加长颈套管挂;在套管挂(3)外圆的中下部位与套管四通(2)的中心孔壁之间,装有一由下垫环(4)、X型密封圈(5)、上垫环(6)、拼紧螺母(20)和紧定螺钉(21)组成的上下楔入式金属密封组件;在套管挂(3)外圆的中上部位与转换法兰(10)的中心孔壁之间,装有一组由蝶形弹簧(12)、加长垫环(13)、X型密封圈(14)和上垫环(15)组成的上下楔入式金属密封组件。
2.根据权利要求1所述的金属和橡胶组合密封的单级套管头,其特征是:在套管挂(3)中部的外圆周上加工有一道台阶,台阶上装有矩型密封圈(7)和锥顶压环(8)。
3.根据权利要求1所述的金属和橡胶组合密封的单级套管头,其特征是:安装在套管挂(3)中上部位的加长垫环(13)的内外圆周上,分别切有一道密封槽,密封槽内均装有O型密封圈(16)。
4.根据权利要求1所述的金属和橡胶组合密封的单级套管头,其特征是:套管悬挂器上使用的矩型密封圈(7)和O型密封圈(16),均采用“高饱和氢化丁腈橡胶”材料制做。
5.根据权利要求1所述的金属和橡胶组合密封的单级套管头,其特征是:在蝶形弹簧(12)上端的圆周上,切有 多条均布的沟槽,沟槽的下端均加工成圆弧形。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106761528A (zh) * 2016-12-19 2017-05-31 宝鸡石油机械有限责任公司广汉钻采设备厂 一种可补偿x型金属密封垫环套管头
CN112112596A (zh) * 2020-09-21 2020-12-22 中国石油天然气集团有限公司 一种双垫环金属密封油管头

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