一种用于油管悬挂器端部的金属密封圈及密封装置的制造方法
【专利摘要】一种用于油管悬挂器端部的金属密封圈及密封装置，金属密封圈包括金属圈本体，金属圈本体的纵向截面呈菱形，金属圈本体的内壁、外壁均自上而下间隔开有若干个水平布置的环形的应力泄放槽和变形槽。密封装置，包括上支撑环、下支撑环以及金属密封圈，上支撑环、下支撑环分别布置在金属密封圈的顶面和底面；上支撑环的底面为斜面，该斜面与金属圈本体的顶角接触并有角度差；下支撑环的顶面为斜面，该斜面与金属圈本体的底角接触并有角度差。本发明具有结构简单、体积小、易变形、与载体之间为金属密封、密封可靠性好、可用于腐蚀环境的优点；同时,受力变形为弹性变形,可重复使用,对载体没有伤害,能够降低成本。
【专利说明】
一种用于油管悬挂器端部的金属密封圈及密封装置
技术领域
[0001]本发明属于石油管道密封接头领域，具体为一种用于油管悬挂器端部的金属密封圈及密封装置。
【背景技术】
[0002]在API6A(美国石油学会,American Petroleum Institute)标准中，对于重要的米油或采气井口，在安装作业时，载体与载体之间要求提供一种可靠的密封连接。
[0003]对于一般井口，载体与载体之间大多采用橡胶密封，然而，橡胶密封不能长期使用，长期使用会出现老化和失去弹性，橡胶密封不能在低温和高温中使用，低温会出现脆化，高温会出现软化。
[0004]对于用于-60°C以下的低温、用于350°C以上的高温、用于含H2S的气井等重要井口，载体与载体之间就需要采用价格昂贵的金属密封，金属密封一般不会受使用的时间、温度和腐蚀性介质影响，目前用于油管挂端部密封的金属密封件外部和内部所承受的压力是不一致的，所以在井口安装调试时，在检测金属密封的可靠性方面是无法评判的，而且这种密封件是一次性使用，安装与拆卸需要专用工具，对安装有一定的要求。如图1所示。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是一种结构简单、易变形、密封效果好且可重复使用的用于油管悬挂器端部的金属密封圈及密封装置。
[0006]首先给出用于油管悬挂器端部的金属密封圈:包括金属圈本体，所述金属圈本体的纵向截面呈菱形，所述金属圈本体的纵向截面呈菱形，所述金属圈本体的内壁、外壁均自上而下间隔开有水平布置的至少一个环形的应力泄放槽和至少一个环形的变形槽。
[0007]进一步的，所述金属圈本体的内壁自上而下依次开有一个环形的应力泄放槽和一个环形的变形槽;所述金属圈本体的外壁自下而上依次开有一个环形的应力泄放槽和一个环形的变形槽。
[0008]进一步的，所述应力泄放槽的截面呈三角形，所述变形槽的截面呈圆弧形。
[0009]接着给出由上述用于油管悬挂器端部的金属密封圈构成的密封装置:包括上支撑环、下支撑环以及金属密封圈，所述上支撑环、下支撑环分别布置在金属密封圈的顶面和底面;所述上支撑环的底面为斜面，该斜面与金属圈本体的顶角接触并有角度差;所述下支撑环的顶面为斜面，该斜面与金属圈本体的底角接触并有角度差。
[0010]与现有技术相比，本发明具有结构简单、体积小、易变形、与载体之间为金属密封、密封可靠性好、可用于腐蚀环境的优点；同时，受力变形为弹性变形，可重复使用，对载体没有伤害，能够降低成本;有益效果具体如下:
1.金属密封圈主要作用是提供并保持金属间密封，所以该金属密封圈不仅可用于API6A的领域中，也可被用于其它需要金属对金属密封的领域。
[0011]2.金属密封圈不需要像API垫环那样提供特殊沟槽就可进行密封，所以结构简单，便于加工与制造。
[0012]3.金属密封圈与其它起同样作用的金属密封圈比较，体积更小，因而所需空间更小。
[0013]4.金属密封圈其结构简单，相互之间能互换，安装与拆卸不需要专用工具，便于装配，节约了安装调试时间，把停工时间降低到最低限度。
[0014]5.在金属密封圈的外圆和内圆上有应力泄放槽，所以在受压力时，更易于变形，这样就不需要增加更大的螺栓扭矩来促使金属密封圈的密封，符合API6A规范推荐螺栓的应用。
[0015]6.在金属密封圈的外圆和内圆上有特殊的变形槽，该变形槽可以起到调节补偿载体直径方向和高度方向的尺寸误差，这样就可以用一个特殊金属密封圈满足安装需求。
[0016]7.由于金属密封圈所使用的材料硬度要比密封载体所使用的材料硬度低的很多，以及金属密封圈的特殊结构，所以在使用时，不会破坏密封载体的密封面。
[0017]8.即使在张力、弯曲、压缩和严酷作业条件下，也不必定期重新拧紧螺栓与螺母。
[0018]9.金属密封圈在使用时本身不受尺寸的限制，所以可被制成各种规格大小的金属密封圈。
[0019]10.使用金属密封圈，不会使被密封的载体强度降低。
[0020]11.金属密封圈不会受API6A法兰螺栓孔的限制而影响本身的设计空间，也就是说特殊金属密封圈在设计上本身很小。
[0021]12.金属密封圈可以被设计成在常温下承受20000Psi工作压力。
[0022]13.金属密封圈可选用碳钢、低合金钢、300系列不锈钢和抗腐蚀合金材料制造，所以特殊金属密封圈可被用于更广范的领域，特别被用于硫化氢、二氧化碳腐蚀工况条件，符合API6A和NACE MR 0175规范要求。
[0023]14.金属密封圈是金属对金属密封，所以可被用于_60°C以下的低温和被用于350°C以上的高温。
[0024]15.在压力波动情况下不会影响密封的可靠性。
[0025]16.可被重复使用多次而无需更换新的。
【附图说明】
[0026]图1为现有金属密封圈装配的结构示意图；
图2为图1中的局部放大图；
图3为现有金属密封圈的结构承受压力示意图；
图4为本发明中的金属密封圈截面的结构示意图。
[0027]图5为本发明中的由金属密封圈构成的密封装置的结构示意图；
图中:1、金属圈本体，2、菱形截面，3.1、第一应力泄放槽，3.2、第二应力泄放槽，4.1、第一变形槽，4.2、第二变形槽，5、上支撑环，6、下支撑环，7、接触点，8、角度差，9、第一载体，
10、第二载体。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本发明做进一步的说明。
[0029]实施例1
参见图4，一种用于油管悬挂器端部的金属密封圈，包括金属圈本体I，金属圈本体的纵向截面呈菱形，金属圈本体I的内壁自上而下依次开有环形的第一应力泄放槽3.1和环形的第一变形槽4.1;金属圈本体的外壁自下而上依次开有环形的第二应力泄放槽3.2和环形的第二变形槽4.2;应力泄放槽的截面呈三角形，变形槽的截面呈圆弧形。
[0030]实施例2
参见图5，一种由实施例1中用于油管悬挂器端部的金属密封圈构成的密封装置，包括上支撑环5、下支撑环6以及金属密封圈，上支撑环5、下支撑环6分别布置在金属密封圈的顶面和底面;上支撑环5的底面为斜面，该斜面与金属本体I的顶角接触并有角度差;下支撑环6的顶面为斜面，该斜面与金属圈本体I的底角接触并有角度差8。
[0031 ] 工作原理如下:
如图5所示，金属密封圈本体的截面呈菱形，利用菱形截面的二个对角作为金属对金属密封的接触点(即图中接触点7)，即二个对角分别与第一载体9和第二载体10接触；同时，利用上支撑环5、下支撑环6与金属圈本体I接触面之间的角度差将力优先传递给金属圈本体I的接触点，由于受力点的不同，接触点处优先受力并开始变形，随着力的增大，接触点处的力也越来越大，接触点处的变形越来越充分，从而形成金属密封并且密封性能也越来越可靠。如图4所示，由于应力泄放槽的存在，从而保证金属密封圈本体所承受的力是有序的分布，保证金属圈本体I的变形是在弹性变形范围内，避免了金属密封圈的塑性变形。如图4所示，由于变形槽的存在，可以调节补偿载体直径方向和高度方向的尺寸误差，这样就可以用一个特殊的金属密封圈满足安装需求。
[0032]对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，有可能对具体尺寸，或者局部结构做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于油管悬挂器端部的金属密封圈，包括金属圈本体，其特征在于:所述金属圈本体的纵向截面呈菱形，所述金属圈本体的内壁、外壁均自上而下间隔开有水平布置的至少一个环形的应力泄放槽和至少一个环形的变形槽。2.根据权利要求1所述的用于油管悬挂器端部的金属密封圈，其特征在于:所述金属圈本体的内壁自上而下依次开有一个环形的应力泄放槽和一个环形的变形槽;所述金属圈本体的外壁自下而上依次开有一个环形的应力泄放槽和一个环形的变形槽。3.根据权利要求1或2所述的用于油管悬挂器端部的金属密封圈，其特征在于，所述应力泄放槽的截面呈三角形，所述变形槽的截面呈圆弧形。4.由权利要求1-3任一所述用于油管悬挂器端部的金属密封圈构成的密封装置，其特征在于，包括上支撑环、下支撑环以及金属密封圈，所述上支撑环、下支撑环分别布置在金属密封圈的顶面和底面;所述上支撑环的底面为斜面，该斜面与金属圈本体的顶角接触并有角度差;所述下支撑环的顶面为斜面，该斜面与金属圈本体的底角接触并有角度差。
【文档编号】E21B33/03GK106065947SQ201610667432
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年8月15日
【发明人】于小涛, 孙国安, 李梦霞
【申请人】山东科瑞井控系统制造有限公司