CN116201499A - 一种抽油杆动密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气田开发井下工具技术领域，具体涉及一种抽油杆动密封装置，包括自上而下依次设置的上接头、上扶正套筒、中心筒、下扶正套筒和下接头，所述中心筒内设置若干用于密封连续油管的密封组件，所述上扶正套筒内壁和所述下扶正套筒内壁均设置若干用于扶正连续油管的扶正组件；所述密封组件包括截面为三角形的胶筒，所述胶筒的内壁为尖端，所述胶筒两侧对称设置护环；所述扶正组件包括压环和所述压环两侧对称设置的扣环，所述压环的横截面为中间鼓肚的形状。本发明保证扶正组件能够有效的对连续油管进行扶正，并且还能够使三角形密封圈具有良好的密封性能。并且能够适应于150℃的高温环境，以及70MPa的高压环境，使用寿命长。

Description

一种抽油杆动密封装置

技术领域

本发明涉及油气田开发井下工具技术领域，具体涉及一种抽油杆动密封装置。

背景技术

目前，连续油管作业技术越来越多的应用在油气井生产过程中，连续油管完井有效避免了螺纹连接处腐蚀造成的漏失问题，同时安装方便、自动化程度高，可实施分层开采，很大程度上缩短作业时间，降低作业成本。但是在连续油管下井的过程中，连续油管动密封装置的密封圈容易发生翻转脱落，造成密封失效，且对密封面的光洁度要求较高，无法实现后期插入等问题。

专利CN107989569B公开了一种连续油管动密封装置，其技术方案是：下部密封刮油结构与上部扶正结构之间通过限位支撑板和连接螺栓连接，限位支撑板的内腔为密封缸，在密封缸内腔添加密封基套、密封橡胶芯和易换橡胶垫，密封橡胶芯安设在密封基套内腔，进而打开或关闭限位支撑板，并对密封缸内腔的密封基套、密封橡胶芯或易换橡胶垫进行更换。有益效果是：通过增加多组定位扶正钢球，对连续油管起到扶正和减少摩擦的作用；通过在密封缸内安装可以分体更换的密封基套、密封橡胶芯和易换橡胶垫，不仅可以实现连续油管的动密封，而且方便更换相应的密封件，而且增加了刮油装置，提高了动密封的效果，延长了连续油管的使用寿命，避免井口出现泄漏事故。但是该密封装置对于连续油管的摩擦力较大，连续油管插入时比较困难。

专利CN213743337U也公开了一种连续油管动密封装置，长胶筒套设在连续油管外壁，长胶筒外壁与外筒内壁之间有环形空间；所述环形空间上端可接通液体，其下端为密闭，其中流入的液体由于下端封闭而为静止状态；三角密封失效时，长胶筒内壁接触高速流动的液体，与环形空间内的静止液体形成压力差，进而推动长胶筒径向内收、抱住连续油管外壁。本实用新型制造长胶筒内、外壁的压力差，长胶筒能够在初级的胶筒密封失效的情况下内收、抱紧连续油管，形成第二道密封，有效保证了其正常工作。但是在抱紧连续油管后，难以将油管拔出，后续操作困难。

因此，亟需提供一种抽油杆动密封装置，操作简单，且密封性能良好。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种抽油杆动密封装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种抽油杆动密封装置，包括自上而下依次设置的上接头、上扶正套筒、中心筒、下扶正套筒和下接头，所述中心筒内设置若干用于密封连续油管的密封组件，所述上扶正套筒内壁和所述下扶正套筒内壁均设置若干用于扶正连续油管的扶正组件；

所述密封组件包括截面为三角形的胶筒，所述胶筒的内壁为尖端，所述胶筒两侧对称设置护环，两侧的护环与所述胶筒配合形成圆柱形；所述胶筒的内径比所述护环的内径小；

所述扶正组件包括压环和所述压环两侧对称设置的扣环，所述压环的横截面为中间鼓肚的形状，所述压环和两个所述扣环配合形成圆柱形；

所述胶筒的内径比所述连续油管的外径小0.3mm-1mm；所述压环的内径比所述连续油管的外径大0.1mm-0.5mm。

进一步地，所述密封组件还包括隔环，所述隔环设置在所述胶筒和所述中心筒之间；所述隔环为L型，所述胶筒和所述护环嵌入所述隔环内，所述胶筒、所述护环和所述隔环恰好形成圆柱形结构。

更进一步地，所述隔环外壁设置第一凹槽，所述第一凹槽内设置第一密封圈。

更进一步地，所述中心筒两边对称设置隔环凹槽，所述隔环凹槽内嵌入所述隔环，所述隔环在上方的所述隔环凹槽内沿L型向上的方向排列，所述隔环在下方的所述隔环凹槽内沿L型向下的方向排列。

进一步地，所述上接头的下方嵌入所述上扶正套筒内，所述上接头与所述上扶正套筒之间通过剪钉连接，所述上接头嵌入所述上扶正套筒内的外壁上设置第二凹槽，所述第二凹槽内设置第二密封圈。

进一步地，所述下接头的上方嵌入所述下扶正套筒内，所述下接头与所述下扶正套筒之间通过剪钉连接，所述下接头嵌入所述下扶正套筒内的外壁上设置第三凹槽，所述第三凹槽内设置第三密封圈。

进一步地，所述上扶正套筒的下方嵌入所述中心筒的上端，所述上扶正套筒与所述中心筒之间通过剪钉连接；所述下扶正套筒的上方嵌入所述中心筒的下端，所述下扶正套筒与所述中心筒之间通过剪钉连接。

进一步地，所述上扶正套筒的上方设置第一扶正凹槽，所述第一扶正凹槽内设置所述扶正组件；所述下扶正套筒的下方设置第二扶正凹槽，所述第二扶正凹槽内设置所述扶正组件。

进一步地，所述压环和所述扣环均由PEEK材质制成。

进一步地，所述密封组件的数量为12组，所述中心筒两侧各设置6组；所述扶正组件的数量为8组，所述上扶正套筒和所述下扶正套筒内各设置4组。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明通过设置三角形密封和鼓肚型扶正组件，并且限定了三角形密封圈的内径、扶正压环的内径和连续油管外径的大小关系，保证扶正组件能够有效的对连续油管进行扶正，并且还能够使三角形密封圈具有良好的密封性能。并且三角形密封胶筒减小了胶筒与连续油管的接触面积，能够提供较好的密封性能的同时，减小连续油管的摩擦阻力，并且由于三角形密封胶筒的尖端朝向连续油管，因此，对于胶筒内壁的大小要求放宽，增加了胶筒内壁的工艺设计空间。

2.本发明将扶正组件设置为中间的压环和两侧的扣环，压环为鼓肚型结构，鼓肚型的压环保证了压环具有较高的强度，具有良好的支撑作用；并且压环与两侧的扣环为弧形面接触，两者之间的接触相当于球形轴承，能够适应抽油杆的角度变化，起到角度微调作用，有利于抽油杆的扶正。

3.本发明安装简单，无抱死现象，且能够适应于150℃的高温环境，以及70MPa的高压环境，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中所述密封组件的结构示意图。

图3为本发明中所述扶正组件的结构示意图。

图4为本发明在常温下的承压数据图。

图5为本发明在常温下，磨损150米后的承压数据图。

图6为本发明在150℃下，磨损150米后的承压数据图。

附图标记说明：

1-上接头；2-上扶正套筒；3-中心筒；4-隔环；5-下接头；6-扣环；7-压环；8-护环；9-胶筒；10-剪钉；11-第二密封圈；12-第一密封圈；13-下扶正套筒；14-第三密封圈。

具体实施方式

下面将结合附图说明对本发明的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例并不是本发明的全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-3所示，本发明提供一种抽油杆动密封装置，包括自上而下依次设置的上接头1、上扶正套筒2、中心筒3、下扶正套筒13和下接头5，所述中心筒3内设置若干用于密封连续油管的密封组件，所述上扶正套筒2的内壁和所述下扶正套筒13的内壁均设置若干用于扶正连续油管的扶正组件；

所述密封组件包括截面为三角形的胶筒9，所述胶筒9的内壁为尖端，所述胶筒9的外壁为平行于所述胶筒轴线的圆柱面，所述胶筒9两侧对称设置护环8，所述护环8由较硬的PEEK材质制成，两侧的护环8与所述胶筒9配合形成圆柱形；所述胶筒9的内径比所述护环8的内径小，所述胶筒9的内径可以根据抽油杆的外径和工作压力进行调整；当抽油杆穿过所述密封组件时，胶筒9与所述抽油杆之间形成密封，随着抽油杆的移动，抽油杆带动胶筒9偏向一侧，但是护环8阻挡了胶筒的偏移，进而减小胶筒9内径的变化，使胶筒9与抽油杆之间保持稳定的密封性能；同时，两侧的护环8能够阻挡胶筒9脱落。

另外，由于三角形胶筒9的内壁为尖端，使得胶筒9内壁能够在一个较大的直径变化范围内压缩，因此，降低了胶筒9内径的设计要求，增大了工艺设计窗口。

所述扶正组件包括压环7和所述压环7两侧对称设置的扣环6，所述压环7的横截面为中间鼓肚的形状，所述压环7和两个所述扣环6配合形成圆柱形，优选地，所述压环7的内径小于所述扣环6的内径；

所述胶筒9的内径比所述连续油管的外径小0.3mm-1mm；所述压环7的内径比所述连续油管的外径大0.1mm-0.5mm。

当抽油杆穿过动密封装置时，扶正组件与抽油杆之间微小的间隙既能保证抽油杆顺利穿过，又能对抽油杆进行扶正；胶筒9与抽油杆之间相对大的间隙，既能保证胶筒9与抽油杆之间的密封性能，又不会导致胶筒9严重的磨损。

进一步地，所述密封组件还包括隔环4，所述隔环4设置在所述胶筒9和所述中心筒3之间；所述隔环4为L型，所述胶筒9和所述护环8嵌入所述隔环4内，所述胶筒9、所述护环8和所述隔环4恰好形成圆柱形结构。

更进一步地，所述隔环4的外壁设置第一凹槽，所述第一凹槽内设置第一密封圈12，第一密封圈12优选为O型密封圈。

更进一步地，所述中心筒3两边对称设置隔环凹槽，上方的所述隔环凹槽与所述上扶正套筒2接触，下方的所述隔环凹槽与下扶正套筒13接触；所述隔环凹槽内嵌入所述隔环4，所述隔环4在上方的所述隔环凹槽内沿L型向上的方向排列，所述隔环4在下方的所述隔环凹槽内沿L型向下的方向排列。

进一步地，所述上接头1的下方嵌入所述上扶正套筒2内，所述上接头1与所述上扶正套筒2之间通过剪钉10连接，所述上接头1嵌入所述上扶正套筒2内的外壁上设置第二凹槽，所述第二凹槽内设置第二密封圈11，第二密封圈11优选为O型密封圈。

进一步地，所述下接头5的上方嵌入所述下扶正套筒13内，所述下接头5与所述下扶正套筒13之间通过剪钉连接，所述下接头5嵌入所述下扶正套筒13内的外壁上设置第三凹槽，所述第三凹槽内设置第三密封圈14，第三密封圈14优选为O型密封圈。

进一步地，所述上扶正套筒2的下方嵌入所述中心筒3的上端，所述上扶正套筒2与所述中心筒3之间通过剪钉连接；所述上扶正套筒2嵌入所述中心筒3内的外壁上设置第四凹槽，所述第四凹槽内设置第四密封圈；所述下扶正套筒13的上方嵌入所述中心筒3的下端，所述下扶正套筒13与所述中心筒3之间通过剪钉连接；所述下扶正套筒13嵌入所述中心筒3内的外壁上设置第五凹槽，所述第五凹槽内设置第五密封圈。

进一步地，所述上扶正套筒2的上方设置第一扶正凹槽，所述第一扶正凹槽内设置所述扶正组件；所述下扶正套筒13的下方设置第二扶正凹槽，所述第二扶正凹槽内设置所述扶正组件。

进一步地，所述压环7和所述扣环6均由PEEK材质制成。

进一步地，所述密封组件的数量为12组，所述中心筒3两侧各设置6组；所述扶正组件的数量为8组，所述上扶正套筒2和所述下扶正套筒13内各设置4组。

为验证本发明的承压能力和密封性能，对本发明的动密封装置进行三种模拟形势下的结合试验，分别为压力模拟、温度模拟和下入磨损模拟，

压力模拟是将抽油杆放入本发明的动密封装置内，然后在中心筒3中间位置的预留打压孔处安装接头装置，中心筒3两侧密封组件和抽油杆的外壁形成一个密封空间，通过预留打压孔对本发明输入井底压力，模拟井下压力环境，以此测试工具性能。

温度模拟是在压力模拟装置的基础上，在本发明外表面对应密封组件的位置加载加热装置，加热至指定温度，并保温一定时间，使热量充分传递至密封组件并且密封组件在高温下保持一定时间，再测了本发明的承压能力和密封性能。

下水磨损模拟是通过与实际使用的抽油杆尺寸相同的连续杆在本发明的动密封装置内部来回推拉，并完成要求的行程，再测量本发明的承压能力和密封性能。

本发明采用的试验条件如下：

压力模拟的打压压力为35MPa；温度模拟的加热温度至150℃，保温60分钟；下水磨损模拟的行程为150米。

实验结果如下：

如图4所示为常温条件下，对本发明进行压力模拟，打压压力为35MPa，保压一定时间，将压力传感器放入中心筒两侧的密封组件形成的蜜蜂空间内，测量压力传感器测得的压力值，无明显压降，本发明的密封性能良好。

如图5所示，常温条件下，连续杆在本发明的动密封装置内往复运动150米后，进行压力模拟，打压压力为38MPa、55MPa、70MPa，每个打压压力下分别保压一定时间，均无明显压降。

如图6所示，对本发明进行温度模拟，将加热温度加热至150℃，然后保温60分钟，加热过程中再使用连续杆对本发明的动密封装置进行下水磨损模拟，磨损行程为150米，之后进行压力模拟，打压压力逐渐上升至70MPa，并保压一定时间，无明显压降，本发明的密封性能良好。

以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种抽油杆动密封装置，包括自上而下依次设置的上接头、上扶正套筒、中心筒、下扶正套筒和下接头，所述中心筒内设置若干用于密封连续油管的密封组件，所述上扶正套筒内壁和所述下扶正套筒内壁均设置若干用于扶正连续油管的扶正组件；其特征在于，

所述密封组件包括截面为三角形的胶筒，所述胶筒的内壁为尖端，所述胶筒两侧对称设置护环，两侧的护环与所述胶筒配合形成圆柱形；所述胶筒的内径比所述护环的内径小；

所述扶正组件包括压环和所述压环两侧对称设置的扣环，所述压环的横截面为中间鼓肚的形状，所述压环和两个所述扣环配合形成圆柱形；

所述胶筒的内径比所述连续油管的外径小0.3mm-1mm；所述压环的内径比所述连续油管的外径大0.1mm-0.5mm。

2.根据权利要求1所述的抽油杆动密封装置，其特征在于，所述密封组件还包括隔环，所述隔环设置在所述胶筒和所述中心筒之间；所述隔环为L型，所述胶筒和所述护环嵌入所述隔环内，所述胶筒、所述护环和所述隔环恰好形成圆柱形结构。

3.根据权利要求2所述的抽油杆动密封装置，其特征在于，所述隔环外壁设置第一凹槽，所述第一凹槽内设置第一密封圈。

4.根据权利要求2所述的抽油杆动密封装置，其特征在于，所述中心筒两边对称设置隔环凹槽，所述隔环凹槽内嵌入所述隔环，所述隔环在上方的所述隔环凹槽内沿L型向上的方向排列，所述隔环在下方的所述隔环凹槽内沿L型向下的方向排列。

5.根据权利要求1所述的抽油杆动密封装置，其特征在于，所述上接头的下方嵌入所述上扶正套筒内，所述上接头与所述上扶正套筒之间通过剪钉连接，所述上接头嵌入所述上扶正套筒内的外壁上设置第二凹槽，所述第二凹槽内设置第二密封圈。

6.根据权利要求1所述的抽油杆动密封装置，其特征在于，所述下接头的上方嵌入所述下扶正套筒内，所述下接头与所述下扶正套筒之间通过剪钉连接，所述下接头嵌入所述下扶正套筒内的外壁上设置第三凹槽，所述第三凹槽内设置第三密封圈。

7.根据权利要求1所述的抽油杆动密封装置，其特征在于，所述上扶正套筒的下方嵌入所述中心筒的上端，所述上扶正套筒与所述中心筒之间通过剪钉连接；所述下扶正套筒的上方嵌入所述中心筒的下端，所述下扶正套筒与所述中心筒之间通过剪钉连接。

8.根据权利要求1所述的抽油杆动密封装置，其特征在于，所述上扶正套筒的上方设置第一扶正凹槽，所述第一扶正凹槽内设置所述扶正组件；所述下扶正套筒的下方设置第二扶正凹槽，所述第二扶正凹槽内设置所述扶正组件。

9.根据权利要求1所述的抽油杆动密封装置，其特征在于，所述压环和所述扣环均由PEEK材质制成。

10.根据权利要求1所述的抽油杆动密封装置，其特征在于，所述密封组件的数量为12组，所述中心筒两侧各设置6组；所述扶正组件的数量为8组，所述上扶正套筒和所述下扶正套筒内各设置4组。

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