一种密封与锁紧同步实施的水下井口金属密封装置的制作方法

本技术涉及海洋钻井的作业工具领域，具体为一种密封与锁紧同步实施的水下井口金属密封装置。

背景技术：

1、水下井口深水油气或水合物开发的关键装置，它位于海底泥线，为海面钻井设备和深部地层之间提供了连接通道，水下井口安装有多种尺寸规格的钢质套管，其中大直径套管用于封固浅部地层，小直径套管用于封固深部地层，不同直径套管之间的环形空间由下向上填充了水泥浆，环空液体，由于静液压力梯度以及地层压实作用的影响，深部地层的地层压力远远高于海底以及浅部地层的地层压力，地层流体可能通过套管环空进入水下井口内部，造成井喷、井涌等复杂井下事故，必须对油套环空进行永久封堵，减少地层压力过高导致的井涌、井喷事故。

2、在油气生产过程中，由于深部地层高温产液带来的径向散热使得套管柱和环空液体发生热膨胀，产生较高的抬升载荷和液压力，要求水下井口与环空液体之间刚紧锁紧并且形成有效密封，防止井口头和套管头错位，上顶水下采油树，造成不可估量的经济损失和环境污染风险，而现有的水下井口头环形密封系统零部件较多，施工步骤繁多，安装风险较大。

技术实现思路

1、基于此，本实用新型的目的是提供一种密封与锁紧同步实施的水下井口金属密封装置，以解决现有的水下井口头环形密封系统零部件较多，施工步骤繁多，安装风险较大的技术问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种密封与锁紧同步实施的水下井口金属密封装置，包括推筒、锁紧环、密封套总成、定位支撑环和外筒、水下井口与套管头，所述密封套总成位于装置最下部，在受力变形后，密封套总成外壁和内壁的密封凸面贴紧水下井口或套管头后发生弹性变形，密封凸面产生一定接触应力并形成密封面，所述推筒用于推开锁紧环并将密封套总成密封，使密封装置处于密封或解脱状态；所述外筒用于悬挂密封套总成；所述定位支撑环用于连接外筒，支撑外筒、密封套总成、锁紧环的重量。

3、通过采用上述技术方案，首先金属密封装置在送入工具带动下行，定位支撑环抵靠套管头后停止下行，此时密封套总成紧贴套管头外壁和水下井口内壁，推筒向下移动，推筒楔入密封套总成的凹槽并将外瓣挤向井口头内壁，同时推筒将内瓣挤向套管头外壁，推筒继续下行，密封套总成的密封凸面紧贴套管头和水下井口并发生弹性变形，接触面上产生接触应力形成密封面，结构零部件少、施工步骤简便、安装风险小。

4、本实用新型进一步设置为，所述密封凸面由整体加工或橡胶圈组成。

5、本实用新型进一步设置为，所述推筒底部上设置有引导锥面，引导锥面从上至下呈缩形，所述密封套总成的凹楔面为引导锥面相匹配的斜面，所述推筒上端也设置有引导锥面，引导锥面沿靠近所述锁紧环的方向呈渐缩形，所述锁紧环的内壁面为与引导锥面相匹配的斜面，推筒下行至一定位置时能够利用锥面将锁紧环撑开并嵌入水下井口内壁凹槽。

6、本实用新型进一步设置为，所述套管头顶部设置有与所述密封套总成内瓣配合的凹槽，所述密封套总成内瓣受推筒挤压嵌入套管头凹槽，密封套总成可承载位于其下方的液压力。

7、本实用新型进一步设置为，所述锁紧环嵌入水下井口内壁凹槽，套管头上顶密封套总成受到锁紧环的约束作用，使套管头与水下井口相对位置不变，密封套总成处于密封状态。

8、本实用新型进一步设置为，所述密封套总成不破坏水下井口头和套管头，仅依靠密封凸面的弹性变形产生密封应力。

9、综上所述，本实用新型主要具有以下有益效果：

10、本实用新型提供的密封与锁紧同步实施的水下井口套管环空金属密封装置，利用金属密封环的挤压变形产生密封应力形成密封面，能够将下部环空压力和环空液体完全封隔，密封和锁紧功能使用推筒一步操作同时完成密封和锁紧功能或解除密封和取出功能，本结构零部件少、施工步骤简便、安装风险小，对井口头和套管头无破坏性，将其送入预定位置后施加轴向载荷即可完成水下井口环空密封。

技术特征：

1.一种密封与锁紧同步实施的水下井口金属密封装置，其特征在于：包括推筒（1）、锁紧环（2）、密封套总成（5）、定位支撑环（3）和外筒（4）、水下井口（6）与套管头（7），所述密封套总成（5）位于装置最下部，在受力变形后，密封套总成（5）外壁和内壁的密封凸面贴紧水下井口（6）或套管头（7）后发生弹性变形，密封凸面产生一定接触应力并形成密封面，所述推筒（1）用于推开锁紧环（2）并将密封套总成（5）密封，使密封装置处于密封或解脱状态；所述外筒（4）用于悬挂密封套总成（5）；所述定位支撑环（3）用于连接外筒（4），支撑外筒（4）、密封套总成（5）、锁紧环（2）的重量。

2.根据权利要求1所述的一种密封与锁紧同步实施的水下井口金属密封装置，其特征在于：所述密封凸面由整体加工或橡胶圈组成。

3.根据权利要求1所述的一种密封与锁紧同步实施的水下井口金属密封装置，其特征在于：所述推筒（1）底部上设置有引导锥面，引导锥面从上至下呈缩形，所述密封套总成（5）的凹楔面为引导锥面相匹配的斜面。

4.根据权利要求1所述的一种密封与锁紧同步实施的水下井口金属密封装置，其特征在于：所述推筒（1）上端也设置有引导锥面，引导锥面沿靠近所述锁紧环（2）的方向呈渐缩形，所述锁紧环（2）的内壁面为与引导锥面相匹配的斜面。

5.根据权利要求1所述的一种密封与锁紧同步实施的水下井口金属密封装置，其特征在于：所述套管头（7）顶部设置有与所述密封套总成（5）内瓣配合的凹槽，所述密封套总成（5）内瓣受推筒（1）挤压嵌入套管头（7）凹槽，密封套总成（5）可承载位于其下方的液压力。

6.根据权利要求1所述的一种密封与锁紧同步实施的水下井口金属密封装置，其特征在于：所述锁紧环（2）嵌入水下井口（6）内壁凹槽，套管头（7）上顶密封套总成（5）受到锁紧环（2）的约束作用，使套管头（7）与水下井口（6）相对位置不变，密封套总成（5）处于密封状态。

7.根据权利要求1所述的一种密封与锁紧同步实施的水下井口金属密封装置，其特征在于：所述密封套总成（5）不破坏水下井口（6）头和套管头（7），仅依靠密封凸面的弹性变形产生密封应力。

技术总结本技术公开了一种密封与锁紧同步实施的水下井口金属密封装置，涉及海洋钻井的作业工具领域，包括推筒、锁紧环、密封套总成、定位支撑环和外筒，所述密封套总成位于装置最下部，在受力变形后，密封套总成外壁和内壁的密封凸面贴紧水下井口或套管头后发生弹性变形，密封凸面产生一定接触应力并形成密封面。本技术提供的密封与锁紧同步实施的水下井口套管环空金属密封装置，利用金属密封环的挤压变形产生密封应力形成密封面，能够将下部环空压力和环空液体完全封隔，密封和锁紧功能使用推筒一步操作同时完成密封和锁紧功能或解除密封和取出功能，本结构零部件少、施工步骤简便、安装风险小，对井口头和套管头无破坏性。技术研发人员：曾静,李晶,寇贝贝,李彬,李博,李星辰,宁波,王英圣,于浩雨,卢秋平受保护的技术使用者：南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）技术研发日：20231204技术公布日：2024/7/15