一种具有超高压密封能力的井口金属密封结构

摘要

本发明属于密封结构技术领域，公开了一种具有超高压密封能力的井口金属密封结构，包括四通管、法兰、密封钢圈、上密封座和下密封座，下密封座和上密封座均设有楔形凸起，密封钢圈的上下两端开设有楔形凹槽，下密封座和上密封座的楔形凸起与密封钢圈的楔形凹槽卡接，密封钢圈设有密封部，上下两侧密封部之间连接有限位套，密封钢圈间歇转动连接有限位体，密封钢圈的中部还开设有调节槽，调节槽通过螺纹连接有调节球，上密封座开设有缓压孔、竖直导流孔和水平导流孔，法兰与四通管的连接端面卡接有密封圈，法兰与四通管利用螺栓螺母紧固连接；本发明解决了现有技术装配金属密封组件时无法保证装配效果的问题，适用于超高压井口的密封。

说明书

技术领域

本发明涉及密封结构技术领域，具体为一种具有超高压密封能力的井口金属密封结构。

背景技术

目前用于井口、套管头上的大四通与法兰之间的连接密封基本上都是使用常用的橡胶密封圈，橡胶密封圈使用寿命短，易老化泄漏，需要定期维护，成本高，尤其是不能适应超高温、超高压的工况，存在生产安全隐患。

为了解决上述问题，中国专利(专利公开号：CN108019179B)公开了一种金属密封组件，包括密封环以及位于所述密封环上方的密封压环，所述密封环上开设有与所述密封压环下端部相配合的凹槽，所述密封压环的下端部插在所述凹槽中，所述密封压环的侧壁上开设有导流孔；所述导流孔包括贯穿所述密封压环侧壁的第一竖直导流孔以及连通所述第一竖直导流孔和凹槽的第一水平导流孔；所述第一竖直导流孔与第一水平导流孔的开设方向相互垂直；所述第一水平导流孔靠近所述凹槽的一端开设有应力缓解槽；所述第一水平导流孔的上端与所述第一竖直导流孔贯通，所述第一水平导流孔的下端与所述应力缓解槽贯通，所述第一水平导流孔位于所述第一竖直导流孔中间位置的下方，且所述密封压环的下部关于所述第一水平导流孔和应力缓解槽对称；所述应力缓解槽的截面为矩形，应力缓解槽的宽度大于第一水平导流孔的宽度；所述密封环的外侧面具有向外凸出的唇口，所述唇口为环绕在所述密封环外侧面上部的凸部；所述唇口关于所述密封环的凹槽对称。

上述方案利用金属密封环和金属密封压环以适应超高温、超高压特殊的井口工况，利用密封压环上的导流孔以避免在装配密封压环和密封环时产生憋压，在密封压环上开设有应力缓解槽以提高金属密封组件的弹性密封效果；但该装置在装配时需要利用顶丝将密封压环压入密封环中，整个装配过程不可见，工作人员无法确保密封压环与密封压环之间是否已经完成装配，因此需要一种装配简单且能够保证装配效果的金属密封组件。

发明内容

本发明意在提供一种具有超高压密封能力的井口金属密封结构，以解决现有技术装配金属密封组件时无法保证装配效果的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的基础技术方案是：一种具有超高压密封能力的井口金属密封结构，包括密封钢圈、上密封座和下密封座，所述密封钢圈的上下两端均开设有凹槽，所述凹槽呈楔形，所述密封钢圈的上下两侧均设有密封部，所述密封部设于所述凹槽的两侧，所述密封钢圈连接有限位套，所述限位套设于上下所述密封部之间，所述密封钢圈的内还转动连接有限位体，所述限位体呈凸轮状，所述限位体单向转动，所述限位体与所述限位套抵接，所述密封钢圈的中部还开设有调节槽，所述调节槽设有内螺纹，所述调节槽内通过螺纹转动连接有调节球，所述调节球与所述限位体抵接，所述上密封座和下密封座均设有楔形凸起，所述楔形凸起与所述凹槽匹配设置。

基础技术方案的原理：密封钢圈、上密封座和下密封座均设于井口连接处法兰与四通管之间，下密封座与法兰固定连接后，利用下密封座的楔形凸起与密封钢圈下端的楔形凹槽相互配合连接，转动调节调节球，使其与限位体抵接，密封座的楔形凸起与密封钢圈上端的楔形凹槽相互配合连接，将装配有整个密封结构的法兰与四通管套接，凸轮状的限位体只能沿一个方向转动，向上装配带有整个密封结构的法兰时，限位体转动，限位套向密封钢圈的内侧收缩，实现金属密封结构的装配，当四通管管内气压增大时，四通管管内气体施加给上密封座一个向下的力，但由于凸轮状的限位体反向固定，限位套被限位体限制而无法收缩，限位套与法兰和四通管的管壁抵接力度不变，金属密封结构不易脱落四通管，同时上密封座在向下运动的过程中楔形凸起不断的挤压楔形凹槽，使得密封部与法兰和四通管的管壁抵接力度增大，实现金属密封结构高压自封。

基础技术方案的有益效果是：采用金属密封结构，使用寿命长、不易老化泄漏；可视化操作，先分别将下密封座、密封钢圈和下密封座装配在法兰上后，再将整体部分装配在四通管上，装配简单，装配效果有保证；低压条件装配，管内高压时，限位套与法兰和四通管的管壁抵接力度不变，密封部增大对法兰和四通管的管壁抵接力度，双重保证了本金属密封结构在高压环境下适应能力。

优选地，所述密封部设置有凸起。

通过上述设置，增大密封钢圈与法兰和四通管管壁之间的摩擦系数，同时增大密封部与管壁之间抵接的过盈量，提高本金属密封结构抗高压的能力。

优选地，所述上密封座间歇开设有第一竖直导流孔和第一水平导流孔，所述第一竖直导流孔与所述上密封座的下端面连通，所述第一水平导流孔与所述上密封座楔形凸起的侧面连通，所述第一竖直导流孔与所述第一水平导流孔连通。

通过上述设置，第一竖直导流孔和第一水平导流孔可以有效的避免上密封座的楔形凸起和密封钢圈的楔形凹槽在装配时产生憋压，保证装配的顺利进行，在装配的过程中楔形凸起和的楔形凹槽之间的气体经第一水平导流孔从楔形凸起的两侧流出，流出的气体施加给密封部一个向外扩张的力，更加便于上密封座与密封钢圈之间的装配。

优选地，所述上密封座还间歇开设有第二竖直导流孔和第二水平导流孔，所述第二竖直导流孔与所述上密封座楔形凸起的上端面连通，所述第二水平导流孔与所述上密封座楔形凸起的侧面连通，所述第二竖直导流孔与所述第二水平导流孔连通，所述第二水平导流孔设于所述第一水平导流孔的上侧。

通过上述设置，当四通管管内的气压增大时，高压气体从第二竖直导流孔进入上密封座内，并从第二水平导流孔流出对密封钢圈楔形凹槽的斜面产生一个水平方向的正压力，进一步增大密封部与法兰和四通管的管壁抵接力度，提高本金属密封结构的高压自封效果。

优选地，所述上密封座还开设有缓压孔，所述缓压孔与所述第一竖直导流孔连通，所述缓压孔设于所述第一竖直导流孔的下方。

通过上述设置，上密封座楔形凸起和密封钢圈的楔形凹槽在装配的气体经缓压孔缓冲后进入第一导流孔内，间接加大了金属密封结构的弹性密封。

优选地，所述限位套由金属材料制成。

通过上述设置，金属材料使用寿命长，不易老化泄露。

附图说明

图1为本发明一种具有超高压密封能力的井口金属密封结构局部半剖视图；

图2为图1中A处的放大视图；

图3为本发明一种具有超高压密封能力的井口金属密封结构密封钢圈的半剖视图；

图4为图3中B处的放大视图；

图5为本发明一种具有超高压密封能力的井口金属密封结构上密封座的半剖视图；

图6为本发明一种具有超高压密封能力的井口金属密封结构限位体的主视图；

附图中的对应标记的名称为：

四通管1、法兰2、下密封座3、密封钢圈4、密封部41、凹槽42、限位体 43、限位套44、调节槽45、调节球46、上密封座5、第一竖直导流孔51、第一水平导流孔52、第二竖直导流孔53、第二水平导流孔54、缓压孔55、密封圈6、挡圈7、螺栓8、螺母9。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

如图1至图6所示，一种具有超高压密封能力的井口金属密封结构，包括四通管1、法兰2、密封钢圈4、上密封座5和下密封座3，密封钢圈4、上密封座 5和下密封座3均套接于法兰2凸起的外壁，四通管1套接在密封钢圈4、上密封座5和下密封座3的外侧，法兰2开设有密封槽，下密封座3的下端面放置在密封槽的上端面，密封槽的侧壁卡接有挡圈7，下密封座3的上端一体成型有楔形凸起，密封钢圈4的上下两端均开设有楔形凹槽42，下密封座3的楔形凸起与密封钢圈4下端的楔形凹槽42卡接，密封钢圈4内外圈的上下两侧均一体成型有密封部41，密封部41一体成型有凸起，密封部41对称设于楔形凹槽42的两侧，上下两侧密封部41之间还固定焊接有限位套44，限位套44由镍钴基耐热合金制成，密封钢圈4间歇对称转动连接有两件凸轮状的限位体43，其中偏移半径C>A>B，限位体43逆时针转动，顺时针转动锁死，限位体43与限位套44 的内壁抵接，密封钢圈4的中部还开设有带有内螺纹的调节槽45，调节槽45通过螺纹转动连接有调节球46，调节球46与左右两侧的限位体43抵接，上密封座5的下端一体成型有楔形凸起，上密封座5的楔形凸起与密封钢圈4上端的楔形凹槽42卡接，上密封座5间歇开设有缓压孔55、第一竖直导流孔51、第一水平导流孔52、第二竖直导流孔53和第二水平导流孔54，缓压孔55的下端与上密封座5的下端面连通，缓压孔55的上端与第一垂直导流孔的下端连通，第一水平导流孔52和第二水平导流孔54均与上密封座5楔形凸起的侧壁连通，第二水平导流孔54设于第一水平导流孔52的上侧，第一竖直导流孔51与第一水平导流孔52连通，第二竖直导流孔53与上密封座5楔形凸起的上端面连通，第二竖直导流孔53与第二水平导流孔54连通，法兰2与四通管1的连接端面卡接有密封圈6，法兰2与四通管1利用螺栓8螺母9紧固连接。

具体实施过程如下：

使用本金属密封结构时，先将下密封座3套接在法兰2凸起的外侧，下密封座3放置在密封槽的上端面，用挡圈7限制下密封座3的位置，接着把密封钢圈 4的楔形凹槽42与下密封座3上端的楔形凸起用力卡接在一起，调节槽45的方向向上，再转动调节球46，利用调节球46的球体与限位体43的端面抵接，接着再将上密封座5的楔形凸起与密封钢圈4的楔形凹槽42用力卡接在一起，在四通管1端面的凹槽42内放置密封圈6，然后再将套接有金属密封结构的法兰2 整体套接在四通管1的内侧，最后利用螺栓8螺母9将法兰2与四通管1紧固连接。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。