CN204985702U - 深海石油钻采设备用高性能钛连接密封环 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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
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。
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
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。
一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)。
进一步的,所述中心孔的内圆周表面(5)具有内螺纹(7)。
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(4)的轴向宽度比为3∶2∶4;所述凸台(2)截面呈矩形。
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(1)的轴向宽度(L)为150mm、所述凸台(2)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。
进一步的,材料为钛或钛合金。
与现有技术比,本实用新型的钛连接密封环的技术效果是:
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ASTMB381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%,远高于该标准的46.7%。
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
图1,为本实用新型的主视图。
图2,为本实用新型主视图的俯视图。
图3,为本实用新型俯视图的A-A剖视图。
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
下面结合附图进一步详细说明本实用新型的具体实施例。
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。
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。
目前,美国ASTMB381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%。
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%。
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。
Claims (5)
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(4)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(2)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(2)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。
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