專利名稱：組合密封、分向耐磨的壓裂開(kāi)采井口裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油機(jī)械，壓裂鉆采設(shè)備中的井口裝置。
背景技術(shù)：
井口裝置是石油、天然氣開(kāi)采的重要設(shè)備，通常由套管聯(lián)接件、油管頭和采油樹(shù)三大部分組成，用來(lái)聯(lián)接套管柱、油管柱和輸油氣管道，通過(guò)各層之間及套管與油管之間的密封，控制井口壓力和調(diào)節(jié)油氣流量；也可用于酸化、壓裂、注水、注氣開(kāi)采或測(cè)試等特殊作業(yè)?，F(xiàn)有的壓裂開(kāi)采井口裝置，油管四通一般都是垂直交匯，壓裂液(含有砂粒)均從油管四通兩側(cè)的水平方向進(jìn)入油管與套管的環(huán)形空間，對(duì)懸掛在油管四通內(nèi)的油管形成直接沖刷，使得油管迅速磨損，甚至?xí)斐捎凸軘嗔咽鹿?，影響壓裂作業(yè)和油氣井生產(chǎn)。另外，現(xiàn)有井口裝置中懸掛器所用的密封件，多為橡膠密封件，其耐高壓、耐腐蝕、耐損傷的性能差，損壞后易引發(fā)事故。所以在高壓力、強(qiáng)沖刷和強(qiáng)腐蝕的壓裂開(kāi)采油氣井上使用，表現(xiàn)欠佳。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型根據(jù)力學(xué)原理、組合密封和表面強(qiáng)化技術(shù)，研制一種結(jié)構(gòu)合理、磨損緩慢、密封性好、壽命延長(zhǎng)的油氣田壓裂開(kāi)采井口裝置。本實(shí)用新型由套管聯(lián)接件、油管頭、采油樹(shù)、平板閥、連接法蘭和密封件、聯(lián)接件所組成，其創(chuàng)新之處是:油管頭中的油管四通，上下兩端是法蘭，左右兩側(cè)呈菱形凸起，左右兩側(cè)的旁通道均向下傾斜，并與上下的主通道成銳角交匯；在懸掛器部件的上端和外圓表面，采用的是上下二道金屬密封圈、中間是三道橡膠密封圈的組合式密封結(jié)構(gòu)；與懸掛器部件下端聯(lián)接的油管短節(jié)，其位于油管四通旁通道口處的外圓表面堆焊有硬質(zhì)合金層。另外，在油管四通的下端法蘭與套管法蘭之間的接縫處、雙方的通道口內(nèi)，裝有密封套部件。由于本實(shí)用新型的油管四通中，左右通道與主通道成銳角交匯，使得壓裂液對(duì)油管四通中的主通道和油管短節(jié)的沖刷力得到有效分解；在油管短節(jié)受沖刷的外圓表面和油管四通的通道表面均堆焊和噴涂有硬質(zhì)合金層，可以有效抗拒壓裂液的沖刷和磨損；在油管四通的下端法蘭與套管法蘭之間的接縫處加設(shè)的密封套部件，可以保護(hù)兩個(gè)法蘭之間的密封墊環(huán)不受壓裂液的損害；加之懸掛器部件與油管四通、油管異徑接頭之間采用二道金屬密封圈，中間是三道橡膠密封圈的組合式密封結(jié)構(gòu)，層層設(shè)防，確保其密封性能，提高了井口裝置的使用壽命和工作的可靠性，特別適合在高壓壓裂采油氣井口上使用。

圖1為本實(shí)用新型局部剖視的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型中懸掛器部件的全剖視放大示意圖；圖3為本實(shí)用新型中密封套部件的全剖視放大示意圖。附圖中標(biāo)號(hào)所示的零部件名稱如下:1、套管短節(jié)，2、套管法蘭，3、密封套部件，3-1、密封套，3-2、O型密封圈，4、油管四通，5、油管短節(jié)，6、懸掛器部件，6-1、懸掛器本體，6-2、緊定螺釘，6-3、拼緊螺母，6-4、支撐環(huán),6-5、金屬密封圈,6-6、矩形橡膠圈,6-7、錐頂壓環(huán),6-8、軸用擋圈,6-9、O型橡膠圈，6-10、金屬透鏡墊，7、頂絲部件，8、油管異徑接頭，9、四通、10、平板閥，11、連接法蘭，12、密封墊環(huán)，13、螺栓螺母。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明:圖1中，本實(shí)用新型由套管聯(lián)接件、油管頭、采油樹(shù)、平板閥、連接法蘭和密封件、聯(lián)接件所組成。套管聯(lián)接件主要包括套管短節(jié)(I)和套管法蘭(2);油管頭主要包括油管四通(4)、油管短節(jié)(5)、懸掛器部件(6)和頂絲部件(7);采油樹(shù)主要包括油管異徑接頭(8)、四通(9)、多只平板閥(10)和連接法蘭(11)。以油管頭中的油管四通(4)為載體:在油管四通(4)的下法蘭與套管聯(lián)接件中的套管法蘭(2)之間，油管四通(4)的上法蘭與采油樹(shù)中的油管異徑接頭(8)之間，油管四通(4)左右兩側(cè)的斜面上方分別與串聯(lián)的兩只平板閥
(10)和一只連接法蘭(11)之間，均裝有密封墊環(huán)(12)，并用螺栓螺母(13)將它們聯(lián)接成一個(gè)整體。采油樹(shù)上方的連接法蘭(11)分別與采油設(shè)備相連接，安裝在油管四通(4)左右兩側(cè)串聯(lián)的兩只平板閥(10)和一只連接法蘭(11)，分別與壓裂設(shè)備相聯(lián)接，以便進(jìn)行油氣井壓裂采油作業(yè)。本實(shí)用新型的創(chuàng)新之處主要表現(xiàn)在油管頭部分。一是將油管四通(4)設(shè)計(jì)成:上下兩端是法蘭，左右兩側(cè)呈菱形凸起，左右兩側(cè)的旁通道均向下傾斜，并與上下的主通道成銳角交匯；左右兩側(cè)的旁通道與上下主通道的交匯夾角在30° 60°之間，以便分解壓裂液的沖刷力，并使之轉(zhuǎn)變成向下的推動(dòng)力。二是在懸掛器部件(6)的上端和外圓表面，采用的是上下二道金屬密封圈、中間是三道橡膠密封圈的組合式密封結(jié)構(gòu)；在上下金屬密封圈的保護(hù)下，延長(zhǎng)中間橡膠 密封圈的使用壽命。三是與懸掛器部件(6)下端聯(lián)接的油管短節(jié)
(5)，其位于油管四通(4)旁通道口處的外圓表面堆焊有硬質(zhì)合金層，以提高油管短節(jié)(5)的耐磨性能。另外，為進(jìn)一步提高油管四通(4)的耐磨性能，在其左右兩側(cè)的旁通道內(nèi)和主通道與旁通道交匯處的表面，噴涂有硬質(zhì)合金層，以延長(zhǎng)其使用壽命。圖2中，油管頭中的懸掛器部件(6)，由懸掛器本體(6-1)、緊定螺釘(6-2)、拼緊螺母(6-3)、支撐環(huán)(6-4)、金屬密封圈(6-5)、矩形橡膠圈(6-6)、錐頂壓環(huán)(6_7)、軸用擋圈(6-8)、O型橡膠圈(6-9)、金屬透鏡墊(6-10)所組成。懸掛器本體(6-1)為空心旋轉(zhuǎn)體，中間是通孔，在通孔的上下兩端是帶引導(dǎo)口的錐形螺紋孔，用來(lái)安裝和聯(lián)接油管短節(jié)
(5)及井下油管；通孔上端錐形螺紋孔的引導(dǎo)口處，裝有一只金屬透鏡墊(6-10)，用于密封懸掛器本體(6-1)與油管異徑接頭⑶通孔之間的徑向縫隙。掛器本體(6-1)的外圓上方是圓柱體，上面切有兩道矩形密封槽和一道擋圈槽，用來(lái)安裝O型橡膠圈(6-9)和軸用擋圈(6-8);外圓的中下方是下邊帶錐面的圓凸臺(tái)，圓凸臺(tái)上面裝有矩形橡膠圈(6-6)和錐頂壓環(huán)(6-7);圓凸臺(tái)下邊的錐面,與金屬密封圈(6-5)相配合；圓凸臺(tái)的下方是帶有一段螺紋的圓柱體，用來(lái)安裝緊定螺釘(6-2)、拼緊螺母(6-3)和支撐環(huán)(6-4)，用于托附金屬密封圈(6-5);從而形成上下二道金屬密封圈、中間是三道橡膠密封圈的組合式密封結(jié)構(gòu)。在二道金屬密封圈中，上道是一只外圓中間是圓凸臺(tái)、上下是錐面的金屬透鏡墊￠-10)，下道金屬密封圈￠-5)的截面成平行四邊形；三道橡膠密封圈中:上方兩道是O型橡膠圈￠-9)，用于密封懸掛器本體￠-1)的外圍與油管異徑接頭(8)內(nèi)孔之間的縫隙；下方一道是矩形橡膠圈(6-6),在懸掛器本體(6-1)外圍中間的圓凸臺(tái)、上方錐頂壓環(huán)(6-7)和頂絲部件(7)的共同作用下，對(duì)油管四通⑷的上下主通道與懸掛器本體(6-1)外圍之間的環(huán)形空間進(jìn)行重復(fù)密封。另外，為防止壓裂液對(duì)位于油管四通(4)的下端法蘭與套管法蘭(2)結(jié)合面上的密封墊環(huán)(12)的損害，在油管四通(4)下端法蘭與套管法蘭(2)之間的接縫處、雙方的通道口內(nèi)，裝有密封套部件(3)。密封套部件(3)由密封套(3-1)和O型密封圈(3-2)兩種零件組成。密封套(3-1)為一節(jié)空心管，兩端內(nèi)外倒角，在其外圓的表面上方和下方，分別加工有I 2道矩形密封槽，內(nèi)裝2根或4根O型密封圈(3-2)。圖3的實(shí)施例，是由一只密封套(3-1)和四根O型密封圈(3-2)組成的常用結(jié)構(gòu)。在油管四通(4)下端法蘭的通道口和套管法蘭(2)上端的通道口處，分別加工有一層直徑和深度相同的圓臺(tái)階，用來(lái)安裝密封套部件(3)，防止產(chǎn) 生位移。
權(quán)利要求1.組合密封、分向耐磨的壓裂開(kāi)采井口裝置，由套管聯(lián)接件、油管頭、采油樹(shù)、平板閥、連接法蘭和密封件、聯(lián)接件所組成；其特征是:油管頭中的油管四通(4)，上下兩端是法蘭，左右兩側(cè)呈菱形凸起，左右兩側(cè)的旁通道均向下傾斜，并與上下的主通道成銳角交匯；在懸掛器部件出)的上端和外圓表面，采用的是上下二道金屬密封圈、中間是三道橡膠密封圈的組合式密封結(jié)構(gòu)；與懸掛器部件(6)下端聯(lián)接的油管短節(jié)(5)，其位于油管四通(4)旁通道口處的外圓表面堆焊有硬質(zhì)合金層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合密封、分向耐磨的壓裂開(kāi)采井口裝置，其特征是:在油管四通(4)的下端法蘭與套管法蘭(2)之間的接縫處、雙方的通道口內(nèi)，還裝有密封套部件⑶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合密封、分向耐磨的壓裂開(kāi)采井口裝置，其特征是:在油管四通(4)中，左右兩側(cè)的旁通道與上下主通道的銳角交匯夾角在30° 60°之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合密封、分向耐磨的壓裂開(kāi)采井口裝置，其特征是:懸掛器部件出)的組合式密封結(jié)構(gòu)，二道金屬密封圈中，上道是一只外圓中間是圓凸臺(tái)、上下是錐面的金屬透鏡墊(6-10)，下道金屬密封圈(6-5)的截面成平行四邊形；三道橡膠密封圈中:上方兩道是O型橡膠圈￠-9)，下方一道是矩形橡膠圈￠-6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的組合密封、分向耐磨的壓裂開(kāi)采井口裝置，其特征是:在油管四通(4)中，左右兩側(cè)的旁通道內(nèi)和主通道與旁通道交匯處的表面，噴涂有硬質(zhì)合金層。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合密封、分向耐磨的壓裂開(kāi)采井口裝置，其特征是:密封套部件⑶由密封套(3-1)和O型密封圈(3-2)兩種零件組成；密封套(3-1)為一節(jié)空心管，兩端內(nèi)外倒角，在其外圓的表面上方和下方，分別加工有I 2道矩形密封槽，內(nèi)裝2根或4根O型密封圈(3-2)。
專利摘要組合密封、分向耐磨的壓裂開(kāi)采井口裝置，由套管聯(lián)接件、油管頭、采油樹(shù)、平板閥、連接法蘭和密封件、聯(lián)接件所組成。其創(chuàng)新之處是油管頭中的油管四通，上下兩端是法蘭，左右兩側(cè)呈菱形凸起，左右兩側(cè)的旁通道均向下傾斜，并與上下的主通道成銳角交匯；在懸掛器部件的上端和外圓表面，采用的是上下二道金屬密封圈、中間是三道橡膠密封圈的組合式密封結(jié)構(gòu)；與懸掛器部件下端聯(lián)接的油管短節(jié)(5)，其位于油管四通(4)旁通道口處的外圓表面堆焊有硬質(zhì)合金層。另外，在油管四通的下端法蘭與套管法蘭之間的接縫處通道口內(nèi)，還裝有密封套部件。具有分解壓裂液沖刷力、提高零部件的抗磨性能、組合密封安全可靠和密封墊環(huán)不受傷害等特點(diǎn)，特別適合在高壓壓裂采油氣井口上使用。
文檔編號(hào)E21B43/26GK203066924SQ20122075669
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者姜玉虎, 朱宏武, 趙文, 張燕明, 丁中銘, 姜金維, 張學(xué)清, 顧邦良, 李海榮, 周世海 申請(qǐng)人:江蘇宏泰石化機(jī)械有限公司