一种无级差反复开关式压裂滑套密封件的制作方法

1.本实用新型涉及一种石油固井用滑套工具，尤其涉及一种无级差反复开关式压裂滑套密封件。

背景技术：

2.在固井作业中，多采用无级差反复开关式压裂滑套，该种压裂滑套可实现滑套的多次打开与关闭，有通用性高、分段无限级、压后管柱全通径、单段可开关、对单段可进行反复的多次压裂作业，以及不动管柱快速投产等技术优势。
3.然而，无级差反复开关式压裂滑套密封需要经过多次循环的开关动作，因此，其对密封件的要求很高，技术难点也很大。其一，要求密封件在受到多次双向的反复高压冲击下不受损伤；其二，要求密封件在多次往复运动中持密封性能；其三，要求密封件满足前两个条件下，还要求密封常温和高温下的液体和气体时做到零泄漏。
4.由此可见，无级差反复开关式压裂滑套密封件的性能直接影响无级差反复开关式压裂滑套正常使用和安全问题
5.目前使用的投球式滑套封件多为常规的双向弹性储能密封或v形组密封，其性能上无法满足无级差反复开关式压裂滑套的多次往复动作需求。原因在于：1、常规的双向弹性储能密封受多次高压冲击下，其弹簧力会持续衰减从而导致密封性能下降并开始泄漏；2、常规的双向弹性储能密封受多次高压冲击下其夹套容易开裂导致完全失效；3、v形组密封的密封性相对不足，高低温转换时容易泄漏，并且滑动的阻力较大。
6.因此，目前使用的投球式滑套封件无法满足无级差反复开关式压裂滑套的多次往复滑动需求。

技术实现要素：

7.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够满足在4℃～180℃的使用温度，在15000psi以上双向的工作压力下实现1000次以上滑动，保证密封液体和气体的零泄漏等工况下的使用需求的无级差反复开关式压裂滑套密封件。
8.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
9.一种无级差反复开关式压裂滑套密封件，其包括c环、两个a环、两个夹套和两个b环，两个所述b环、两个所述夹套和两个所述a环自内而外依次对称地设置于所述c环的两侧；所述夹套上设有开口朝外的安装腔，所述安装腔内设有u形弹；所述a环的一端伸入所述安装腔内，所述a环的另一端覆盖在所述夹套的支撑唇口上，所述a环上设有与所述安装腔连通的通孔；当整个密封件受到流体正向或反向挤压时，所述夹套的支撑唇口能够支撑及贴紧所述a环的底部，外部流体通过所述通孔进入所述安装腔内并为所述夹套的密封唇口贴紧密封面提供压力。
10.作为本实用新型的优选方案，所述安装腔的底部设有与所述u形弹的底部相对的垫片。
11.作为本实用新型的优选方案，所述b环在靠近所述夹套一侧设有截面为y形的第一凹槽，所述夹套设有截面为y形的第一凸起，所述第一凸起与所述第一凹槽配合连接；所述b环在靠近所述c环一侧设有截面为梯形的第二凸起，所述c环设有截面为梯形的第二凹槽，所述第二凸起与所述第二凹槽配合连接。
12.作为本实用新型的优选方案，所述夹套的内圈和外圈对称地布置有所述密封唇口，所述密封唇口包括主密封唇和辅助密封唇，所述主密封唇位于靠近所述a环的一侧，所述主密封唇的安装过盈量大于所述辅助密封唇的安装过盈量。
13.作为本实用新型的优选方案，所述主密封唇的曲面半径大于所述辅助密封唇的曲面半径。
14.作为本实用新型的优选方案，所述b环的安装过盈量小于所述夹套的安装过盈量。
15.作为本实用新型的优选方案，所述a环为peek材料。
16.作为本实用新型的优选方案，所述c环为peek材料。
17.作为本实用新型的优选方案，所述b环为改性ptfe材料。
18.作为本实用新型的优选方案，所述夹套为改性ptfe材料。
19.实施本实用新型提供的一种无级差反复开关式压裂滑套密封件，与现有技术相比，其有益效果在于：
20.本实用新型的无级差反复开关式压裂滑套密封件利用夹套的支撑唇口支撑住a环的底部，增加受力面积，分摊a环根部的受力，能够避免a环的根部因承受过大压力而损坏，提高密封件的使用寿命；同时，夹套的支撑唇口能够与a环的底部贴紧密封后会阻碍压力进入安装腔内，这时外部流体依然可以通过a环上的通孔进入安装腔内，从而利用流体压力为夹套的外圈和内圈提供向外的张力，能够使夹套的外圈和内圈上的密封唇口贴紧密封面(如：管壁)，提高密封件的密封性能；由此，能够满足在4℃～180℃的使用温度，在15000psi以上双向的工作压力下实现1000次以上滑动，保证密封液体和气体的零泄漏等工况下的使用需求。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
22.图1是本实用新型实施例提供的一种无级差反复开关式压裂滑套密封件的结构示意图。
23.图2是密封件受到流体正向挤压时的结构示意图；
24.图3是密封件受到流体反向挤压时的结构示意图；
25.图中标记：
26.c环1；a环2；夹套3；b环4；安装腔5；u形弹6；通孔7；垫片8；滑套9；管10；限位端盖11；限位台阶12；支撑唇口31；密封唇口32；主密封唇321；辅助密封唇322；支撑面a；支撑面b。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下
实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”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实用新型和简化描述，而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实用新型的限制。应当理解的是，本实用新型中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
29.如图1至图3所示，本实用新型实施例的无级差反复开关式压裂滑套密封件包括c环1、两个a环2、两个夹套3和两个b环4，两个所述b环4、两个所述夹套3和两个所述a环2自内而外依次对称地设置于所述c环1的两侧；所述夹套3上设有开口朝外的安装腔5，所述安装腔5内设有u形弹6；所述a环2的一端伸入所述安装腔5内，所述a环2的另一端覆盖在所述夹套3的支撑唇口31上，所述a环2上设有与所述安装腔5连通的通孔7；当整个密封件受到流体正向或反向挤压时，所述夹套3的支撑唇口31能够支撑及贴紧所述a环2的底部，外部流体通过所述通孔7进入所述安装腔5内并为所述夹套3的密封唇口32贴紧密封面提供压力。
30.其中，c环1为peek材料，处于整个密封件的正中间，其作用是减少密封件与管壁之间的间隙，增强密封件的抗压性能；b环4为ptfe材料，优选为改性ptfe材料，可以配置一个以上，其作用是在受压时提供增强性密封作用；夹套3为ptfe材料，优选为改性ptfe材料，其作用是在受压时提供主密封作用；夹套3内的u形弹6为合金材料，作用是为夹套3提供初始密封作用力；a环2为peek材料，其作用是密封件受到端部压力时，支撑着整个密封件以及保护夹套3的支撑唇口31不被沟槽(即密封件与管壁之间的间隙)损伤或挤进沟槽间隙。由此，c环1、b环4、夹套3和a环2的互相配合作用下能同时承受两个方向的压力。
31.本实用新型实施例的无级差反复开关式压裂滑套密封件的工作原理是：
32.通过在c环1上对称设置b环4、夹套3、a环2，一体化组装后，整套密封件套装在滑套9上，且整套密封件被限制在限位端盖11和限位台阶12之间，其中，限位端盖11、限位台阶12与滑套装配一体的整体结构，套装有密封件的滑套能够在管10内活动，滑套通过滑动到设定位置来控制管路的开或关，每次开或关过程中密封件外圈(即b环4、夹套3)与管10的内壁做轴向的相对运动，还有交替的开关动作使密封件承受来自正向和反向的流体压力，如图2和图3所示；
33.当整个密封件受到流体正向挤压(见图2中“p”方向)时，整个密封件下移至限位台阶12上，此时位于图2所示结构下侧的a环2与夹套3的支撑唇口31贴紧形成支撑面a，增加受力面积；在整个密封件下移的过程中，外部流体能够经过位于图2所示结构上侧的a环2与夹套3的支撑唇口31之间的间隙以及该a环2上的通孔7进入安装腔5内，即使位于图2所示结构上侧的a环2与夹套3的支撑唇口31贴紧会阻碍外部流体进入安装腔5内，但这时外部流体依然可以通过位于图2所示结构上侧的a环2上的通孔7顺利进入安装腔5内，从而利用流体压力为位于图2所示结构上侧的夹套3的外圈和内圈提供向外的张力，使得夹套3的外圈和内圈上的密封唇口32贴紧密封面(如：管壁)；
34.同理的，当整个密封件受到流体反向挤压(见图3中“p”方向)时，整个密封件上移至限位端盖11上，此时位于图3所示结构上侧的a环2与夹套3的支撑唇口31贴紧形成支撑面
a，增加受力面积；在整个密封件上移的过程中，外部流体能够经过位于图3所示结构下侧的a环2与夹套3的支撑唇口31之间的间隙以及该a环2上的通孔7进入安装腔5内，即使位于图3所示结构下侧的a环2与夹套3的支撑唇口31贴紧会阻碍外部流体进入安装腔5内，但这时外部流体依然可以通过位于图3所示结构下侧的a环2上的通孔7顺利进入安装腔5内，从而利用流体压力为位于图3所示结构下侧的夹套3的外圈和内圈提供向外的张力，使得夹套3的外圈和内圈上的密封唇口32贴紧密封面(如：管壁)。
35.可见，本实用新型实施例的无级差反复开关式压裂滑套密封件的技术关键在于，利用夹套3的支撑唇口31支撑住a环2的底部，增加受力面积，分摊a环根部的受力，能够避免a环2的根部因承受过大压力而损坏，提高密封件的使用寿命；同时，夹套3的支撑唇口31能够与a环2的底部贴紧后会阻碍压力进入安装腔5内，这时外部流体通过a环2上的通孔7依然可以顺利进入安装腔5内，从而利用流体压力为夹套3的外圈和内圈提供向外的张力，能够使夹套3的外圈和内圈上的密封唇口32贴紧密封面(如：管壁)，提高密封件的密封性能；由此，能够满足在4℃～180℃的使用温度，在15000psi以上双向的工作压力下实现1000次以上滑动，保证密封液体和气体的零泄漏等工况下的使用需求。
36.示例性的，所述安装腔5的底部设有与所述u形弹6的底部相对的垫片8。该垫片8的设计，能够对夹套3进行保护，防止在多次高压冲击下使u形弹6嵌入夹套3里而导致的u形弹6的弹性性能衰减以及夹套3安装腔5损伤，进而提高了夹套3的密封唇口32的回弹性和密封性，保证抗反向高压和反复的冲击能力，进一步提高密封件的使用寿命。同时，垫片8与夹套3之间能够形成较大的支撑面b，进一步增加受力面积，提高密封件的使用寿命，并且有效地保证了密封件双向反复冲击下的稳定性。
37.示例性的，所述b环4优选为y型密封圈，所述b环4在靠近所述夹套3一侧设有截面为y形的第一凹槽，所述夹套3设有截面为y形的第一凸起，所述第一凸起与所述第一凹槽配合连接；所述b环4在靠近所述c环1一侧设有截面为梯形的第二凸起，所述c环1设有截面为梯形的第二凹槽，所述第二凸起与所述第二凹槽配合连接。由此，通过凹凸配合结构，方便整个密封件组装的同时，使各个部件之间的连接结构更加紧凑，在动静密封切换时更加稳定可靠。
38.示例性的，所述夹套3的内圈和外圈对称地布置有所述密封唇口32，所述密封唇口32包括主密封唇321和辅助密封唇322，所述主密封唇321位于靠近所述a环2的一侧，所述主密封唇321的安装过盈量大于所述辅助密封唇322的安装过盈量，所述主密封唇321的曲面半径大于所述辅助密封唇322的曲面半径。这样的设计，能够保证主密封唇321在滑动时更平滑，同时也能保证其在静密封状态时提供足够的强度，辅助密封唇322起到部份密封作用和支撑平衡作用。
39.示例性的，所述b环4的安装过盈量小于所述夹套3的安装过盈量，便于安装，但是b环4在静密封时受压力作用下，其唇口被撑开而提供很好的辅助密封效果。
40.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种无级差反复开关式压裂滑套密封件，其特征在于，包括c环、两个a环、两个夹套和两个b环，两个所述b环、两个所述夹套和两个所述a环自内而外依次对称地设置于所述c环的两侧；所述夹套上设有开口朝外的安装腔，所述安装腔内设有u形弹；所述a环的一端伸入所述安装腔内，所述a环的另一端覆盖在所述夹套的支撑唇口上，所述a环上设有与所述安装腔连通的通孔；当整个密封件受到流体正向或反向挤压时，所述夹套的支撑唇口能够支撑及贴紧所述a环的底部，外部流体通过所述通孔进入所述安装腔内并为所述夹套的密封唇口贴紧密封面提供压力。2.根据权利要求1所述的无级差反复开关式压裂滑套密封件，其特征在于，所述安装腔的底部设有与所述u形弹的底部相对的垫片。3.根据权利要求1所述的无级差反复开关式压裂滑套密封件，其特征在于，所述b环在靠近所述夹套一侧设有截面为y形的第一凹槽，所述夹套设有截面为y形的第一凸起，所述第一凸起与所述第一凹槽配合连接；所述b环在靠近所述c环一侧设有截面为梯形的第二凸起，所述c环设有截面为梯形的第二凹槽，所述第二凸起与所述第二凹槽配合连接。4.根据权利要求1所述的无级差反复开关式压裂滑套密封件，其特征在于，所述夹套的内圈和外圈对称地布置有所述密封唇口，所述密封唇口包括主密封唇和辅助密封唇，所述主密封唇位于靠近所述a环的一侧，所述主密封唇的安装过盈量大于所述辅助密封唇的安装过盈量。5.根据权利要求4所述的无级差反复开关式压裂滑套密封件，其特征在于，所述主密封唇的曲面半径大于所述辅助密封唇的曲面半径。6.根据权利要求5所述的无级差反复开关式压裂滑套密封件，其特征在于，所述b环的安装过盈量小于所述夹套的安装过盈量。7.根据权利要求1所述的无级差反复开关式压裂滑套密封件，其特征在于，所述a环为peek材料。8.根据权利要求1所述的无级差反复开关式压裂滑套密封件，其特征在于，所述c环为peek材料。9.根据权利要求1所述的无级差反复开关式压裂滑套密封件，其特征在于，所述b环为改性ptfe材料。10.根据权利要求1所述的无级差反复开关式压裂滑套密封件，其特征在于，所述夹套为改性ptfe材料。

技术总结

本实用新型公开了一种无级差反复开关式压裂滑套密封件，其包括C环、两个A环、两个夹套和两个B环，两个B环、两个夹套和两个A环自内而外依次对称地设置于C环的两侧；夹套上设有开口朝外的安装腔，安装腔内设有U形弹；A环的一端伸入安装腔内，A环的另一端覆盖在夹套的支撑唇口上，A环上设有与安装腔连通的通孔；当整个密封件受到流体正向或反向挤压时，夹套的支撑唇口能够支撑及贴紧A环的底部，外部流体通过通孔进入安装腔内并为夹套的密封唇口贴紧密封面提供压力。本实用新型具有使用寿命高，密封效果好，能够满足在4℃～180℃的使用温度，在15000psi以上双向压力下实现1000次以上滑动，并保证密封液体和气体零泄漏等工况下的使用需求的优点。的使用需求的优点。的使用需求的优点。