深海石油钻采设备用高性能钛连接密封环的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于有色金属加工技术领域，涉及钛金属加工，具体涉及一种深海石油钻采设备用高性能钛连接密封环。
【背景技术】
[0002]从最近十几年来全球大型油气田的发现情况看，60%?70%的新增石油储量均源自海洋，其中深海中发现的储量大概占45%?50%。因此，深海已成为全世界油气田储量接替的主要区域。单以深海来看，全世界的深海油气储量超过2000亿吨，其中石油占到60%?70%，天然气占到10%?20%。因此人类已经将目标从近海投向远海，然而深海勘探与开采技术需要挑战人类科技的极限，各国开始争夺深海油气资源，我国也将目光瞄准深海油气田的开发。深海油气田的钻采开发需要大量高精尖的深水作业装备，但我国目前的装备水平还比较低。在深海钻探开采油气，即使有万分之一的事故概率，受深海地质条件的限制，以人为的力量很难在短时间内寻找到最有效的解决途径。因此，深海石油的钻探、开采或输送设备(简称“钻采设备”)的工作环境严酷，其长寿命，高可靠性尤其重要。
[0003]目前，在石油钻采行业中，深海石油钻采设备大多采用钢制(包括不锈钢)的法兰盘对接并用螺栓连接或采用复杂的连接组件(简称“组件”)来连接两段输油管道，其安装或更换工作繁琐，其安装后组件的内应力不均匀。因此，钢制的组件通常在1000m?3000m深海里使用时，由于耐海水腐蚀能力差，存在着使用寿命短的缺点，易诱发断裂、破损漏油或设备无法工作的事故。如果钢制连接密封组件发生腐蚀就必须更换或维修，而钻采设备处于深海往往不易维修或更换，所以随着深海石油钻采向更深深度发展，特别是在深于3000m深海使用时，钢制连接密封组件已很难满足深海石油钻采的需要。
【实用新型内容】
[0004]钛金属则因其密度小、强度高、比强度大和热膨胀系数小、耐腐蚀、高温和低温性能好等优点。如果利用其优点，设计结构相对简单的钛或钛合金密封连接环(简称“钛连接密封环”)并经过适当的工艺处理提高其性能指标，来替代钢制连接密封组件，有效克服上述缺点，实现深海石油钻采设备长寿命、耐高压、耐海水腐蚀和易维护的需要。因此，本实用新型提供了一种深海石油钻采设备用的钛连接密封环，其具有内螺纹可连接两段输油管，也可在其它设备上使用。它能满足1000m?3000m深或更深的深海使用，可提高钻采设备的使用寿命和开采效率，也可避免腐蚀破损漏油对海洋环境的污染。本实用新型采用的具体技术方案如下。
[0005]—种深海石油钻采设备用高性能钛连接密封环，包括环体(1)，其外形为圆环状，内部为中心孔，其特征在于:沿所述环体(1)的外圆表面圆周方向依次具有圆环状的凸台(2)、平台(3)、斜端面(4)和平端面(6)。
[0006]进一步的，所述中心孔的内圆周表面(5)具有内螺纹(7)。
[0007]再进一步的，所述凸台(2)将所述环体(1)外圆表面均分成两部分；所述凸台(2)、平台(3)和斜端面⑷的轴向宽度比为3: 2: 4;所述凸台⑵截面呈矩形。
[0008]再进一步的，所述环体(1)的内圆周半径(R1)为223.5mm ;所述斜端面(4)的第一外圆周半径(R2)为250mm、第二外圆周半径(R3)为284mm;所述凸台(2)的外圆周半径(R4)为300mm;所述环体⑴的轴向宽度(L)为150mm、所述凸台⑵的轴向宽度(N)为30mm、所述平台(3)的轴向宽度为20mm、所述斜端面⑷的轴向宽度为40mmo
[0009]进一步的，材料为钛或钛合金。
[0010]与现有技术比，本实用新型的钛连接密封环的技术效果是:
[0011]首先，钛连接密封环的结构设计可保证在安装使用过程中的应力分布均匀，其结构相对简单，安装、更换或维护也简易，同时用一个零部件来替代有多个零部件构成的连接组件，其可靠性也会显著提高；其次，钛连接密封环在经过热处理后，其抗拉强度、屈服强度等性能指标，较之普通的钛制品均大幅度提高。本发明的钛连接密封环，经实验测定，抗拉强度为565MPa，远高于美国ASTM B381标准对普通钛制品抗拉强度要求的62.3% ;屈服强度为460MPa，远高于该标准的67.3%;延伸率为25.2%，远高于该标准的26%;断面收缩率为44%，逃尚于该标准的46.7%。
[0012]因此本实用新型能满足在深海可靠地使用，可承受巨大的深海压力和油气输送压力的需要，能实现深海石油钻采设备长寿命、耐高压、耐海水腐蚀和易维护的需要。
【附图说明】
[0013]图1，为本实用新型的主视图。
[0014]图2，为本实用新型主视图的俯视图。
[0015]图3，为本实用新型俯视图的A-A剖视图。
[0016]图中，1--环体、2—凸台、3—平台、4—斜端面、5—内圆周表面、6—平端面、7 —内螺纹、R1 —内圆周半径、R2 —斜端面的第一外圆周半径、R3 —斜端面的第二外圆周半径、R4—凸台外圆周半径、L—环体的轴向宽度、N—凸台的轴向宽度、M—凸台及相邻的两个平台的轴向宽度总和。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图进一步详细说明本实用新型的具体实施例。
[0018]如图1?图3所示，为本实用新型深海石油钻采设备用高性能钛连接密封环的主视图、俯视图和俯视图的A-A剖视图。其中，L—钛连接密封环的轴向宽度、N—凸台的轴向宽度、M-凸台2及相邻的两个平台3的轴向宽度总和。本实用新型的环体1是以凸台2为对称的中空腔体结构。其中空腔体的内表面为内圆周表面5，其外表面也为圆周表面，并具有凸台2、平台3、斜端面4。如图1和图3所示，沿凸台2的上或下方向，依次具有圆环状的凸台2、平台3、斜端面4和平端面6 ;凸台2的径向中心线呈上下对称，以轴向中心线呈左右对称；凸台2的轴向切面呈矩形；沿环体1的内圆周表面5可以是光滑的，也可根据使用需要加工成内螺纹7，可用于连接输油管或连接其它石油装备。其中，环体1的内圆周半径R1与斜端面4的第一外圆周半径R2形成平端面6，第一外圆周半径R2与斜端面4的第二外圆周半径R3形成成斜端面4，第二外圆周半径R3与凸台2的外圆周半径R4形成凸台2。根据客户的要求，当知晓钛连接密封环的轴向宽度L，凸台2的轴向宽度N，两个平台3与1个凸台2的轴向宽度总和M，则可计算出平台2的轴向宽度为(M-N)/2和斜端面4的轴向宽度为(L-M)/2。
[0019]进一步，具体的优选方案为:内圆周半径R1为223.5mm，第一外圆周半径为R2为250mm，第二外圆周半径为R3为284mm，外圆周半径R4为300mm ;钛连接密封环的轴向宽度L为150mm，凸台2的轴向宽度N为30mm，平台3具有轴向宽度20mm，斜端面4的轴向宽度为 40mm。
[0020]目前，美国ASTM B381标准对现有类似用途的普通钛制品要求的抗拉强度345MPa、屈服强度275MPa、延伸率20%、断面收缩率30%。
[0021]本实用新型的钛连接密封环，经实验测定，抗拉强度为565MPa，远高于该标准62.3% ;屈服强度为460MPa，远高于该标准的67.3% ;延伸率为25.2%，远高于该标准的26% ;断面收缩率为44%，远高于该标准的46.7%。
[0022]由此可见，本实用新型的钛连接密封环的抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率等性能指标，较之普通的钛制品均大幅度显著提高，能满足在深海可靠地使用，可承受巨大的深海压力和油气输送压力的需要，也能充分满足用户的特殊需要。
【主权项】
1.深海石油钻采设备用高性能钛连接密封环，包括环体(1)，其外形为圆环状，内部为中心孔，其特征在于:所述中心孔具有内圆周表面(5)，沿所述环体(1)的外圆表面圆周方向依次具有圆环状的凸台(2)、平台(3)、斜端面(4)和平端面(6)。2.如权利要求1所述的钛连接密封环，其特征在于:所述内圆周表面(5)具有内螺纹(7)。3.如权利要求1或2所述的钛连接密封环，其特征在于:所述凸台(2)将所述环体(1)外圆表面均分成两部分；所述凸台(2)、平台(3)和斜端面⑷的轴向宽度比为3: 2: 4；所述凸台(2)截面呈矩形。4.如权利要求3所述的钛连接密封环，其特征在于:所述环体(1)的内圆周半径(R1)为223.5mm ;所述斜端面(4)的第一外圆周半径(R2)为250mm、第二外圆周半径(R3)为284mm ;所述凸台⑵的外圆周半径(R4)为300mm ;所述环体(1)的轴向宽度(L)为150mm、所述凸台⑵的轴向宽度(N)为30mm、所述平台(3)的轴向宽度为20mm、所述斜端面(4)的轴向宽度为40mm。5.如权利要求1、2或4所述的钛连接密封环，其特征在于:材料为钛或钛合金。
【专利摘要】本实用新型提供了一种深海石油钻采设备用的钛连接密封环，包括圆环状的环体，环体的中心孔为圆周表面，沿所述环体的外圆表面圆周方向依次具有圆环状的凸台、平台、斜端面和平端面，所述内圆周表面可根据用户要求加工螺纹，来连接输油管或在其它设备上使用。本实用新型的实测抗拉强度为565MPa、屈服强度460MPa、延伸率25.2％、断面收缩率44％，技术性能显著提高。它能满足1000～3000m深或更深的深海使用可靠地使用，可承受巨大的深海压力和油气输送压力的需要，也可提高钻采设备的使用寿命和开采效率，还可避免腐蚀破损漏油对海洋环境的污染。
【IPC分类】B23P15/00, F16J15/00
【公开号】CN204985702
【申请号】CN201520721217
【发明人】孙子城
【申请人】宝鸡市渭滨区怡鑫金属加工厂
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月6日