CN220621810U - 一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，涉及油气田开发井下作业装备领域，包括：第一前密封和第二前密封，所述第一前密封和第二前密封通过公头与母头配合，形成互锁结构，如图1所示；本实用新型，加强了密封面在管柱摩擦拉力作用下也能有足够强度保持完整，从而解决了端面因管柱摩擦力引起的密封面分离失效的缺陷。

Description

一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构

技术领域

本实用新型涉及油气田开发井下作业装备领域，具体涉及一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

油气井带压作业技术伴随石油工业的发展而生，国内早期也对带压作业机进行过一些探索，但都因各种因素制约没有形成完整配套的技术，特别是受装备制约，仅依耐井控装备组合开展了一些被迫的(控制井喷、或修井等)不压井作业工作，也就是现在统称的带压作业工作。美国、加拿大等国石油工业体系较为完善，形成了较为成熟配套的作业设备，中国石油在本世纪初引进了2套成套的辅助带压作业机。在四川气田逐步开展了带压作业工作，经过近二十几年的消化吸收，技术日趋成熟，已制定了作业标准，开发出了各种成套带压作业机。但随着作业规模加大，作业机和作业技术的核心部件不断暴露其短板，作业风险难以控制，就作业压力而言，绝大部分作业都是在压力下线区间，仅七分之一左右，关键部件还靠引进，成本也难以控制。结果表明，设备的关键部件还需要进一步开发。

应用表明，作业机前密封在作业过程中已成为消耗件，通常作业中途就必须更换。在井下复杂工况下，异常磨损、密封失效等不仅增加了作业风险，而且增加了作业强度和操作成本，是急需解决的关键部件。

在带压作业井口压力控制机理上，工作防喷器主要靠两组半封闸板交替密封控制环控压力，由液缸总成和闸板总成构成，前密封装密封胶芯前端，在液缸推力P0作用下，前密封I、II紧紧抱住管柱，两对矩形密封面A-A＇、B-B＇和前密封C-C＇环形与管柱外表面紧紧贴合在一起，形成3个密封面，共同组成一个密封环，达到阻断井筒环空流体压力传递实现环空压力的控制，如图2所示。现有前密封结构如图3所示。

带压作业时，环空压力控制闸板是在管柱运动下实现开关功能的，且动作频繁，是动密封。这与通常用于井控的防喷器不同，常规井控防喷器是在管柱静态实现开关功能的。因此带压作业工作闸板在密封胶芯前端加装了耐磨的密封垫，通称为前密封，这就成了“关键”的工作部件。目前使用情况看，因国内作业条件较国外复杂，如作业管柱加工表面粗糙度，圆度、直度要求不高或没有要求，作业时管柱表面也不进行处理，起下过程管柱颤动、偏磨等等，都直接影响作业机控压闸板前密封使用寿命和密封度，一旦失效，将给作业带来强制停工，甚至带来潜在安全风险。

从图2可知，当关闭闸板时，液缸推力沿径向推动闸板总成合拢，产生闭合力紧紧抱住管柱实现密封。推力越大，密封效果越好，但是给管柱运动的摩擦就越大，就更容易磨损前密封。加之，在前密封圆弧设计上采用圆形或U形设计。圆形设计未考虑液缸水平面垂直于轴向上的闭合力。U形设计虽然考虑了压缩前密封产生测向闭合力的，但与管柱外圆弧表面不匹配，容易磨损。密封面厚度与密封本体厚度一致，与管柱形成的密封面积和强度有限等等，这些都是产生泄漏的原因之一；并且这些结构的前密封，A-A＇、B-B＇端面在管柱摩擦力作用下，容易导致A与A＇、B与B＇追随性变差，产生间隙失去密封功能；再有，国内外均采用同一非金属材料，如高分子聚乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚丙烯等等制造耐磨块，选材不分压力等级，高低压都是一种材料，不满足在不同工况下的受力、摩擦系数、润滑、发热等技术要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术中存在的问题，提供了一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，在原设计前密封密封面积小，规格型号单一，强度小等结构缺陷上进行了改进，设计了系列新型的前密封结构。卯榫结构增加了第一、第二前密封相互咬合强度，密封端面凸出设计增加了密封有效面积，解决了上述问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，包括：第一前密封和第二前密封，所述第一前密封和第二前密封通过公头与母头配合，形成互锁结构。

进一步地，所述第一前密封，包括：A密封面、B密封面、C密封面；

所述第二前密封，包括：A＇密封面、B＇密封面、C＇密封面；

所述C密封面和C＇密封面均呈弧形；

所述第一前密封和第二前密封互锁后，A密封面与A＇密封面接触、B密封面与B＇密封面接触、C密封面和C＇密封面与管柱外表面接触，共形成三处密封。

进一步地，所述公头为榫槽，所述母头为榫头。

进一步地，所述A密封面和B密封面均设置有榫槽，所述A＇密封面和B＇密封面均设置有榫头。

进一步地，所述A密封面和B密封面的榫槽呈贯穿式，所述A＇密封面和B＇密封面的榫头的尺寸与对应的榫槽尺寸进行适配。

进一步地，所述A密封面或B密封面的榫槽呈贯穿式，所述A＇密封面和B＇密封面的榫头的尺寸与对应的榫槽尺寸进行适配。

进一步地，所述A密封面和B密封面的榫槽呈半贯穿式，所述A＇密封面和B＇密封面的榫头的尺寸与对应的榫槽尺寸进行适配。

进一步地，所述A密封面或B密封面的榫槽呈半贯穿式，所述A＇密封面和B＇密封面的榫头的尺寸与对应的榫槽尺寸进行适配。

进一步地，所述A密封面、B密封面、C密封面、A＇密封面、B＇密封面、C＇密封面均进行加宽处理。

进一步地，所述第一前密封和第二前密封互锁后，C密封面和C＇密封面围成的形状呈椭圆状。

与现有的技术相比本实用新型的有益效果是：

1.一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，基于密封原理和卯榫结构，在原设计前密封密封面积小，规格型号单一，强度小等结构缺陷上进行了改进，设计了系列新型的前密封结构，并提出了根据管柱运动方向和环空压力不同使用不同规格大小的前密，增强了密封性能、延长了使用寿命。

2、一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，根据材料的压缩性能，不同压力下的压缩量不同，采用椭圆周长压缩变形后等于密封管柱外径的设计方法确定前密封长轴和短轴半径。设计长轴与液缸推力方向一致，前密封在长轴方向未压缩状态下与被密封件——管柱是间隙配合，当关闭时，闸板总成沿长轴压缩前密封，并紧贴被密封件——管柱，产生是过盈配合，闭合力随液缸推力大小而变化，沿短轴相反方向撑开前密封，通过材料本身的弹性形变形成成对管柱密封的闭合力，解决了侧面预应力不够的问题。

3、一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，为提高A密封面与A＇密封面、B密封面与B＇密封面的追随性，将原平面密封端部设计成凹凸结构(不限此卯榫结构)，形成互锁结构，互相咬合，加强了密封面在管柱摩擦拉力作用下也能有足够强度保持完整，从而解决了端面因管柱摩擦力引起的密封面分离失效的缺陷。

4、一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，在A密封面、A＇密封面、B密封面、B＇密封面、C密封面、C＇密封面设计了唇边，增加了封密封面积，增强气密封性能，同时也增加了密封面强度。

附图说明

图1为榫头榫槽为贯穿式的前密封结构示意图；

图2为工作防喷器的基本结构；

图3为现有密封环结构示意图；

图4为榫头榫槽为半贯穿式的前密封结构示意图；

图5为唇边加强半贯穿式的前密封结构示意图。

附图标记：1-第一前密封，2-第二前密封，3-A密封面，4-B密封面，5-C密封面，6-A＇密封面，7-B＇密封面，8-C＇密封面，9-榫槽，10-榫头，11-唇边。

具体实施方式

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例一

一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，包括：第一前密封1和第二前密封2，所述第一前密封1和第二前密封2采取椭圆设计环形密封面，通过公头与母头配合，形成互锁结构；即加强了密封面在管柱摩擦拉力作用下也能有足够强度保持完整，从而解决了端面因管柱摩擦力引起的密封面分离失效的缺陷。

在本实施例中，具体的，所述第一前密封1，包括：A密封面3、B密封面4、C密封面5；

所述第二前密封2，包括：A＇密封面6、B＇密封面7、C＇密封面8；

所述C密封面5和C＇密封面8均呈弧形；

所述第一前密封1和第二前密封2互锁后，A密封面3与A＇密封面6接触、B密封面4与B＇密封面7接触、C密封面5和C＇密封面8与管柱外表面接触，共形成三处密封。

在本实施例中，具体的，所述公头为榫槽9，所述母头为榫头10。

在本实施例中，具体的，所述A密封面3和B密封面4均设置有榫槽9，所述A＇密封面6和B＇密封面7均设置有榫头10。

在本实施例中，具体的，如图1所示，所述A密封面3和B密封面4的榫槽9呈贯穿式，所述A＇密封面6和B＇密封面7的榫头10的尺寸与对应的榫槽9尺寸进行适配。

在一些其他的实施例中，所述A密封面3或B密封面4的榫槽9呈贯穿式，所述A＇密封面6和B＇密封面7的榫头10的尺寸与对应的榫槽9尺寸进行适配。

在一些其他的实施例中，如图4所示，所述A密封面3和B密封面4的榫槽9呈半贯穿式，所述A＇密封面6和B＇密封面7的榫头10的尺寸与对应的榫槽9尺寸进行适配。

在一些其他的实施例中，所述A密封面3或B密封面4的榫槽9呈半贯穿式，所述A＇密封面6和B＇密封面7的榫头10的尺寸与对应的榫槽9尺寸进行适配。

在一些其他的实施例中，如图5所示，所述A密封面3、B密封面4、C密封面5、A＇密封面6、B＇密封面7、C＇密封面8均进行加宽处理，即增加设置了唇边11，即增加了封密封面积，增强气密封性能，同时也增加了密封面的耐磨强度。

在本实施例中，进一步地，在具体应用中，还可以根据管柱运动方向和环空压力不同使用不同规格大小的前密。

在本实施例中，具体的，所述第一前密封1和第二前密封2互锁后，C密封面5和C＇密封面8围成的形状呈椭圆状，与所密封的管柱外形尺寸一致，密封面周向预紧力大小相等；即在具体应用中，如图1所示，还可以根据材料的压缩性能，不同压力下的压缩量不同，采用椭圆周长压缩变形后等于密封管柱外径的设计方法确定前密封长轴和短轴半径，即第一前密封1和第二前密封2扣合后，C密封面5与C＇密封面8围成一个椭圆空间；设计长轴与液缸推力方向一致，耐磨块在长轴方向未压缩状态下与被密封件——管柱是间隙配合，当关闭时，闸板总成沿长轴压缩耐磨块，耐磨块紧贴被密封件——管柱，产生是过盈配合，闭合力随液缸推力大小而变化，沿短轴相反方向撑开耐磨块，通过材料本身的弹性形变形成对管柱密封的闭合力，解决了侧面预应力不够的问题。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

提供本背景技术部分是为了大体上呈现本实用新型的上下文，当前所署名的发明人的工作、在本背景技术部分中所描述的程度上的工作以及本部分描述在申请时尚不构成现有技术的方面，既非明示地也非暗示地被承认是本实用新型的现有技术。

Claims (10)

1.一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，其特征在于，包括：第一前密封(1)和第二前密封(2)，所述第一前密封(1)和第二前密封(2)采取椭圆设计环形密封面，通过公头与母头配合，形成互锁结构。

2.根据权利要求1所述的一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，其特征在于，所述第一前密封(1)，包括：A密封面(3)、B密封面(4)、C密封面(5)；

所述第二前密封(2)，包括：A＇密封面(6)、B＇密封面(7)、C＇密封面(8)；

所述C密封面(5)和C＇密封面(8)均呈弧形；

所述第一前密封(1)和第二前密封(2)互锁后，A密封面(3)与A＇密封面(6)接触、B密封面(4)与B＇密封面(7)接触、C密封面(5)和C＇密封面(8)与管柱外表面接触，共形成三处密封。

3.根据权利要求2所述的一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，其特征在于，所述公头为榫槽(9)，所述母头为榫头(10)。

4.根据权利要求3所述的一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，其特征在于，所述A密封面(3)和B密封面(4)均设置有榫槽(9)，所述A＇密封面(6)和B＇密封面(7)均设置有榫头(10)。

5.根据权利要求4所述的一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，其特征在于，所述A密封面(3)和B密封面(4)的榫槽(9)呈贯穿式，所述A＇密封面(6)和B＇密封面(7)的榫头(10)的尺寸与对应的榫槽(9)尺寸进行适配。

6.根据权利要求4所述的一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，其特征在于，所述A密封面(3)或B密封面(4)的榫槽(9)呈贯穿式，所述A＇密封面(6)和B＇密封面(7)的榫头(10)的尺寸与对应的榫槽(9)尺寸进行适配。

7.根据权利要求4所述的一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，其特征在于，所述A密封面(3)和B密封面(4)的榫槽(9)呈半贯穿式，所述A＇密封面(6)和B＇密封面(7)的榫头(10)的尺寸与对应的榫槽(9)尺寸进行适配。

8.根据权利要求4所述的一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，其特征在于，所述A密封面(3)或B密封面(4)的榫槽(9)呈半贯穿式，所述A＇密封面(6)和B＇密封面(7)的榫头(10)的尺寸与对应的榫槽(9)尺寸进行适配。

9.根据权利要求4-8任一项所述的一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，其特征在于，所述A密封面(3)、B密封面(4)、C密封面(5)、A＇密封面(6)、B＇密封面(7)、C＇密封面(8)均进行加宽加强处理。

10.根据权利要求1所述的一种新型带压作业机工作闸板卯榫结构前密封结构，其特征在于，所述第一前密封(1)和第二前密封(2)互锁后，在液缸推力作用下，C密封面(5)和C＇密封面(8)围成的形状呈圆状，与所密封的管柱外形尺寸一致，密封面周向预紧力大小相等。