专利名称：一种组合密封、分向耐磨的压裂开采井口装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油机械，压裂钻采设备中的井口装置。
背景技术：
井口装置是石油、天然气开采的重要设备，通常由套管联接件、油管头和采油树三大部分组成，用来联接套管柱、油管柱和输油气管道，通过各层之间及套管与油管之间的密封，控制井口压力和调节油气流量；也可用于酸化、压裂、注水、注气开采或测试等特殊作业。现有的压裂开采井口装置，油管四通一般都是垂直交汇，压裂液(含有砂粒)均从油管四通两侧的水平方向进入油管与套管的环形空间，对悬挂在油管四通内的油管形成直接冲刷，使得油管迅速磨损，甚至会造成油管断裂事故，影响压裂作业和油气井生产。另外，现有井口装置中悬挂器所用的密封件，多为橡胶密封件，其耐高压、耐腐蚀、耐损伤的性能差，损坏后易引发事故。所以在高压力、强冲刷和强腐蚀的压裂开采油气井上使用，表现欠佳。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明根据力学原理、组合密封和表面强化技术，研制一种结构合理、磨损缓慢、密封性好、寿命延长的油气田压裂开采井口装置。本发明由套管联接件、油管头、采油树、平板阀、连接法兰和密封件、联接件所组成，其创新之处是:油管头中的油管四通，上下两端是法兰，左右两侧呈菱形凸起，左右两侧的旁通道均向下倾斜，并与上下的主通道成锐角交汇；在悬挂器部件的上端和外圆表面，采用的是上下二道金属密封圈、中间是三道橡胶密封圈的组合式密封结构；与悬挂器部件下端联接的油管短节，其位于油管四通旁通道口处的外圆表面堆焊有硬质合金层。另外，在油管四通的下端法兰与套管法兰之间的接缝处、双方的通道口内，装有密封套部件。由于本发明的油管四通中，左右通道与主通道成锐角交汇，使得压裂液对油管四通中的主通道和油管短节的冲刷力得到有效分解；在油管短节受冲刷的外圆表面和油管四通的通道表面均堆焊和喷涂有硬质合金层，可以有效抗拒压裂液的冲刷和磨损；在油管四通的下端法兰与套管法兰之间的接缝处加设的密封套部件，可以保护两个法兰之间的密封垫环不受压裂液的损害；加之悬挂器部件与油管四通、油管异径接头之间采用二道金属密封圈，中间是三道橡胶密封圈的组合式密封结构，层层设防，确保其密封性能，提高了井口装置的使用寿命和工作的可靠性，特别适合在高压压裂采油气井口上使用。
图1为本发明局部剖视的总体结构示意图；图2为本发明中悬挂器部件的全剖视放大示意图；图3为本发明中密封套部件的全剖视放大示意图。附图中标号所示的零部件名称如下:1、套管短节，2、套管法兰，3、密封套部件，3-1、密封套，3-2、O型密封圈，4、油管四通，5、油管短节，6、悬挂器部件，6-1、悬挂器本体，6-2、紧定螺钉，6-3、拼紧螺母，6-4、支撑环,6-5、金属密封圈,6-6、矩形橡胶圈,6-7、锥顶压环,6-8、轴用挡圈,6-9、O型橡胶圈，
6-10、金属透镜垫，7、顶丝部件，8、油管异径接头，9、四通、10、平板阀，11、连接法兰，12、密封垫环，13、螺栓螺母。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:图1中，本发明由套管联接件、油管头、采油树、平板阀、连接法兰和密封件、联接件所组成。套管联接件主要包括套管短节(1)和套 管法兰(2);油管头主要包括油管四通
(4)、油管短节(5)、悬挂器部件(6)和顶丝部件(7);采油树主要包括油管异径接头(8)、四通(9)、多只平板阀(10)和连接法兰(11)。以油管头中的油管四通(4)为载体:在油管四通(4)的下法兰与套管联接件中的套管法兰(2)之间，油管四通(4)的上法兰与采油树中的油管异径接头(8)之间，油管四通(4)左右两侧的斜面上方分别与串联的两只平板阀
(10)和一只连接法兰(11)之间，均装有密封垫环(12)，并用螺栓螺母(13)将它们联接成一个整体。采油树上方的连接法兰(11)分别与采油设备相连接，安装在油管四通(4)左右两侧串联的两只平板阀(10)和一只连接法兰(11)，分别与压裂设备相联接，以便进行油气井压裂采油作业。本发明的创新之处主要表现在油管头部分。一是将油管四通(4)设计成:上下两端是法兰，左右两侧呈菱形凸起，左右两侧的旁通道均向下倾斜，并与上下的主通道成锐角交汇；左右两侧的旁通道与上下主通道的交汇夹角在30° 60°之间，以便分解压裂液的冲刷力，并使之转变成向下的推动力。二是在悬挂器部件(6)的上端和外圆表面，采用的是上下二道金属密封圈、中间是三道橡胶密封圈的组合式密封结构；在上下金属密封圈的保护下，延长中间橡胶密封圈的使用寿命。三是与悬挂器部件(6)下端联接的油管短节(5)，其位于油管四通(4)旁通道口处的外圆表面堆焊有硬质合金层，以提高油管短节(5)的耐磨性能。另外，为进一步提高油管四通(4)的耐磨性能，在其左右两侧的旁通道内和主通道与旁通道交汇处的表面，喷涂有硬质合金层，以延长其使用寿命。图2中，油管头中的悬挂器部件(6)，由悬挂器本体(6-1)、紧定螺钉(6-2)、拼紧螺母(6-3)、支撑环(6-4)、金属密封圈(6-5)、矩形橡胶圈(6-6)、锥顶压环(6_7)、轴用挡圈(6-8)、O型橡胶圈(6-9)、金属透镜垫(6-10)所组成。悬挂器本体(6-1)为空心旋转体，中间是通孔，在通孔的上下两端是带引导口的锥形螺纹孔，用来安装和联接油管短节
(5)及井下油管；通孔上端锥形螺纹孔的引导口处，装有一只金属透镜垫(6-10)，用于密封悬挂器本体(6-1)与油管异径接头⑶通孔之间的径向缝隙。挂器本体(6-1)的外圆上方是圆柱体，上面切有两道矩形密封槽和一道挡圈槽，用来安装O型橡胶圈(6-9)和轴用挡圈(6-8);外圆的中下方是下边带锥面的圆凸台，圆凸台上面装有矩形橡胶圈(6-6)和锥顶压环(6-7);圆凸台下边的锥面，与金属密封圈(6-5)相配合；圆凸台的下方是带有一段螺纹的圆柱体，用来安装紧定螺钉(6-2)、拼紧螺母(6-3)和支撑环(6-4)，用于托附金属密封圈(6-5);从而形成上下二道金属密封圈、中间是三道橡胶密封圈的组合式密封结构。在二道金属密封圈中，上道是一只外圆中间是圆凸台、上下是锥面的金属透镜垫￠-10)，下道金属密封圈￠-5)的截面成平行四边形；三道橡胶密封圈中:上方两道是O型橡胶圈￠-9)，用于密封悬挂器本体￠-1)的外围与油管异径接头(8)内孔之间的缝隙；下方一道是矩形橡胶圈(6-6),在悬挂器本体(6-1)外围中间的圆凸台、上方锥顶压环(6-7)和顶丝部件(7)的共同作用下，对油管四通⑷的上下主通道与悬挂器本体(6-1)外围之间的环形空间进行重复密封。另外，为防止压裂液对位于油管四通(4)的下端法兰与套管法兰(2)结合面上的密封垫环(12)的损害，在油管四通(4)下端法兰与套管法兰(2)之间的接缝处、双方的通道口内，装有密封套部件(3)。密封套部件(3)由密封套(3-1)和O型密封圈(3-2)两种零件组成。密封套(3-1)为一节空心管，两端内外倒角，在其外圆的表面上方和下方，分别加工有I 2道矩形密封槽，内装2根或4根O型密封圈(3-2)。图3的实施例，是由一只密封套(3-1)和四根O型密封圈(3-2)组成的常用结构。在油管四通(4)下端法兰的通道口和套管法兰(2)上端的通道口处，分别加工有一层直径和深度相同的圆台阶，用来安装密封套部件(3)，防止产生位移。`
权利要求
1.一种组合密封、分向耐磨的压裂开采井口装置，由套管联接件、油管头、采油树、平板阀、连接法兰和密封件、联接件所组成；其特征是:油管头中的油管四通(4)，上下两端是法兰，左右两侧呈菱形凸起，左右两侧的旁通道均向下倾斜，并与上下的主通道成锐角交汇；在悬挂器部件￠)的上端和外圆表面，采用的是上下二道金属密封圈、中间是三道橡胶密封圈的组合式密封结构；与悬挂器部件(6)下端联接的油管短节(5)，其位于油管四通(4)旁通道口处的外圆表面堆焊有硬质合金层。
2.根据权利要求1所述的油气田压裂开采井口装置，其特征是:在油管四通(4)的下端法兰与套管法兰(2)之间的接缝处、双方的通道口内，还装有密封套部件(3)。
3.根据权利要求1所述的油气田压裂开采井口装置，其特征是:在油管四通(4)中，左右两侧的旁通道与上下主通道的锐角交汇夹角在30° 60°之间。
4.根据权利要求1所述的油气田压裂开采井口装置，其特征是:悬挂器部件￠)的组合式密封结构，二道金属密封圈中，上道是一只外圆中间是圆凸台、上下是锥面的金属透镜垫(6-10)，下道金属密封圈￠-5)的截面成平行四边形；三道橡胶密封圈中:上方两道是O型橡胶圈(6-9),下方一道是矩形橡胶圈(6-6)。
5.根据权利要求1所述的油气田压裂开采井口装置，其特征是:在油管四通(4)中，左右两侧的旁通道内和主通道与旁通道交汇处的表面，喷涂有硬质合金层。
6.根据权利要求2所述的油气田压 裂开采井口装置，其特征是:密封套部件(3)由密封套(3-1)和O型密封圈(3-2)两种零件组成。密封套(3-1)为一节空心管，两端内外倒角，在其外圆的表面上方和下方，分别加工有I 2道矩形密封槽，内装2根或4根O型密封圈(3-2) ο
全文摘要
一种组合密封、分向耐磨的压裂开采井口装置，由套管联接件、油管头、采油树、平板阀、连接法兰和密封件、联接件所组成。其创新之处是油管头中的油管四通，上下两端是法兰，左右两侧呈菱形凸起，左右两侧的旁通道均向下倾斜，并与上下的主通道成锐角交汇；在悬挂器部件的上端和外圆表面，采用的是上下二道金属密封圈、中间是三道橡胶密封圈的组合式密封结构；与悬挂器部件下端联接的油管短节(5)，其位于油管四通(4)旁通道口处的外圆表面堆焊有硬质合金层。另外，在油管四通的下端法兰与套管法兰之间的接缝处通道口内，还装有密封套部件。具有分解压裂液冲刷力、提高零部件的抗磨性能、组合密封安全可靠和密封垫环不受伤害等特点，特别适合在高压压裂采油气井口上使用。
文档编号E21B33/03GK103089188SQ20121059646
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者姜玉虎, 朱宏武, 赵文, 张燕明, 丁中铭, 姜金维, 张学清, 顾邦良, 李海荣, 周世海 申请人:江苏宏泰石化机械有限公司