專利名稱：兩種不同熱膨脹系數管材之間的密封連接結構及連接方法
技術領域：
本發明涉及兩種不同熱膨脹系數管材之間的密封連接結構及連接方法。
背景技術：
通常，一個感應測井儀的外殼是由兩端的金屬外殼2和中間的玻璃鋼外殼1組成的，均為管狀，如圖1所示。因為該儀器工作于地下幾千米深處的高溫高壓環境，必須防止各種流體侵入。因此必須要解決兩個問題第一，玻璃鋼材料的耐壓性能還遠遠達不到井下作業的要求，需要解決其耐壓的問題；第二，玻璃鋼材料與金屬材料的熱膨脹系數不同，在寬溫度范圍工作必須要解決兩者接頭處的密封問題。
對于第一個問題，現有的作法是在線圈支架和玻璃鋼外殼之間充注硅油，并在充油腔體一端設有一個活塞或膠皮管，當井下壓力增大時，壓縮該活塞或膠皮管使得油層的油壓隨之增大，從而使玻璃鋼外殼兩側的壓力達到平衡。但是，采用注油方法使得儀器結構設計復雜，所有電氣部分都必須防油的侵蝕，故障率高，維修不便，硅油的價格也十分昂貴。更為嚴重的是在測井儀中部和兩端的交界處形成了高壓部分和無壓部分之間的承壓界面，使得高頻信號傳輸非常不便，因為在信號較多時，在空間上已無法滿足既高壓密封又同軸傳輸的要求。
對于第二個問題，目前存在的玻璃鋼管與金屬管之間的連接密封也是采用通常的加密封圈和粘接的方法，主要是應用于常溫低壓系統(小于20Mpa)，在高溫(≥150℃)高壓(≥140MPA)系統應用時，由于兩者熱膨脹系數不同帶來的變形更為明顯，經實驗測試已無法達到密閉的要求。事實上，在高溫環境下，對于兩種不同熱膨脹系數管材之間的密封連接都存在相同的問題。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供兩種不同熱膨脹系數管材之間的密封連接結構及連接方法，可在高溫環境下實現兩種管材之間的可靠密封。
為了解決上述技術問題，本發明提供了兩種不同熱膨脹系數管材之間的密封連接結構，包括第一管材接頭和套設在其外的膨脹系數較大的第二管材接頭，其特征在于，還包括材質與第二管材相同的中間管，該中間管的內表面與所述第一管材外表面密閉連接，該中間管的外表面與所述第二管材的內表面密閉連接。
進一步地，上述密封連接結構還可具有以下特點所述第一管材為金屬管，所述第二管材為玻璃鋼管。
進一步地，上述密封連接結構還可具有以下特點所述第一管材接頭上的和第二管材接頭接觸的徑向表面上還開設有一環形的燕尾槽，所述第二管材接頭對應的徑向表面上一體成形有一嵌入于該燕尾槽并與其形狀相配合的凸出部，構成該第一管材接頭與第二管材接頭之間的榫卯結構。
進一步地，上述密封連接結構還可具有以下特點所述第一管材接頭的外表面開有一組密封槽，并在該密封槽內裝設有密封圈，所述中間管對應于該密封圈的外表面上緊密套設了一金屬箍環，該箍環的長度大于該組密封槽的軸向長度。
進一步地，上述密封連接結構還可具有以下特點所述中間管內表面和所述第一管材外表面上設有相互配合的淺螺紋，所述中間管與所述第一管材、第二管材的接觸面上均用膠相互粘接。
本發明提供的兩種不同熱膨脹系數管材之間的密封連接方法，包括以下步驟(a)將一個與第二管材材質相同的中間管套設在第一管材接頭外并實現密封連接；(b)將第二管材接頭套設在所述中間管外并實現密封連接，從而實現第一和第二管材之間的密封連接。
進一步地，上述密封連接方法還可具有以下特點所述第一管材為金屬管，所述第二管材為玻璃鋼管。
進一步地，上述密封連接方法還可具有以下特點所述第一管材接頭的外表面開有一組密封槽，所述步驟(a)中，先在第一管材接頭的每一密封槽內放置一密封圈，再加熱一金屬箍環并將其套置在所述第一管材接頭上對應于所述密封槽的位置，然后將所述中間管插入所述箍環和第一管材接頭之間的間隙處，所述箍環的長度大于該組密封槽的軸向長度。
進一步地，上述密封連接方法還可具有以下特點所述中間管內表面和所述第一管材外表面上設有相互配合的淺螺紋，在步驟(a)將所述中間管套設在第一管材接頭外時，先在該中間管的內表面和第一管材的外表面涂膠，然后依靠螺紋配合將該中間管逐步旋入該第一管材接頭。
進一步地，上述密封連接方法還可具有以下特點所述金屬管上的和玻璃鋼管接觸的徑向表面上還開設有一環形的燕尾槽，所述步驟(b)中，是在所述中間管的外表面上纏繞玻璃布至所需要的外徑尺寸，在纏繞時，玻璃布表面上也要涂膠，等膠固化后，即形成了所述玻璃鋼管，同時，在該玻璃管與金屬管接觸的徑向表面一體成形了一嵌入于該燕尾槽并與其形狀相配合的凸出部，構成該金屬管接頭與玻璃鋼管接頭之間的榫卯結構。
本發明實現了高溫環境下兩種不同熱膨脹系數管材之間的密封連接。特別地，應用于感應測并儀時，可簡化了玻璃鋼管在高溫高壓下密封結構，拓寬了玻璃鋼管在高溫高壓條件下的應用范圍，解決非注油承壓方式的陣列感應測井儀器研制中結構設計的關鍵技術。并可降低成本，并便于維修。
圖1是本發明實施例中，感應測井儀的結構圖。
圖2是圖1感應測井儀的結構圖A-A剖面圖。
圖3是圖2中玻璃鋼管與金屬管密封結構放大圖。
具體實施例方式
如圖2和圖3所示，感應測井儀的外殼包括由中間的玻璃鋼外殼1和兩端的金屬外殼2，對于一個感應測井儀來說，其基本的物理結構除外殼外，還包括一個或二個拼接在一起的中空的線圈支架6以及套設在該支架中孔內的一中空的厚壁金屬管8，該線圈支架6基本為圓柱形，其上的溝槽中裝有線圈系以及相應傳輸線，厚壁金屬管8用于穿設電氣線路，同時起到傳遞機械張力的作用。本儀器是感應類測井儀器，依靠向地層發射電磁波并接收地層散射波來實現測井作業，中部的外殼需要具有電絕緣和磁無損的性能，因此采用了玻璃鋼材料。玻璃鋼結構兩端一般為鋼外殼結構，內裝有各種模擬、數字電路及所配接電源。一支測井儀長度可以達到4～6米。
如圖3所示，為了解決玻璃鋼外殼(下文也稱玻璃鋼管)的耐壓問題，本實施例將同軸的玻璃鋼管1、線圈支架6(也可以采用玻璃鋼材料)和厚壁金屬管8無間隙的安裝，這樣除玻璃鋼管、線圈支架承擔部分壓力外，將外界的壓力傳遞到厚壁金屬管8，主要由該金屬管來承壓，這樣就能夠滿足耐壓的要求了。
對于高溫環境下玻璃鋼管與金屬管接頭之間的密閉問題，其連接結構如圖3所示，包括金屬管接頭20、套接在該金屬管接頭外的玻璃鋼管接頭10以及連接時使用的中間管4、箍環5和密封圈3。
金屬管接頭20最外端的外表面具有一段淺螺紋，靠近金屬管本體的一側則車出了一組用于安裝密封圈的環形密封槽，圖中示出的是3個，但不局限于此。中間管4也采用玻璃鋼材料，其長度與金屬管接頭20大致相當，遠離金屬管本體一端的內表面也有一段淺螺紋，整個外表面上均有淺螺紋，且該中間管4直徑稍大于所述金屬管接頭20的外徑。箍環5為金屬材料，如鋼管，其內徑與中間管外徑大致相當，長度應大于金屬管接頭20上的該組環形密封槽的軸向長度。
在安裝時，先在金屬管接頭的每一密封槽內放置一“O”形密封圈3，如2290環，加熱所述箍環并將其套置在所述金屬管接頭上對應于密封槽的位置處，然后在中間管的螺紋上涂膠，將中間管插入所述箍環和金屬管接頭之間的間隙處，然后再借助螺紋的配合將中間管逐步向金屬管接頭的末端旋入。這樣形成的結構如圖3所示，形成了兩個密封段，一個是密封圈構成的密封段，一個是中間管和金屬管接頭的螺紋粘接后構成的密封段，該結構及安裝方法相對現有密封接頭具有以下幾個特點1)在金屬管接頭和玻璃鋼管接頭中加了一中間管，主要是因為高溫環境下對于密封面的加工要求非常高，要在一個尺寸很大的玻璃鋼管兩端用模具加工出高精度的密封面來比較困難，而采用一小段同樣材料的中間管，則其加工精度可以更高，使密封性能更好。
2)雖然在高溫下金屬材料和玻璃鋼的熱膨脹系數的差異會導致兩者之間產生變形，但是由于中間管被同是金屬材料的箍環牢牢地固定住，因此中間管與金屬管接頭之間的間隙基本不會發生變化，使得該密封圈構成的密封段仍然具有良好的密封效果。
3)在安裝時，采用了先放置加熱了的箍環，后在該箍環和金屬管接頭之間插入中間管的做法，這樣可以使得安裝過程中中間管不會因密封圈的緣故在前端發生形變導致密封性不好。
4)中間管與金屬管接頭的螺紋配合具有兩個作用，第一是在將中間管插入到金屬管底部時能夠采用逐步旋入的方式，因為插入過程需要克服密封圈的阻力，采用旋入方式可以方便安裝，避免變形。第二是在中間管和金屬管接頭的這部分表面形成互相咬合的接觸面，將有助于提高密封的性能。
在中間管4安裝好后，先在中間管4的外螺紋上涂膠，然后纏繞玻璃布至所需要的外徑尺寸，在纏繞時玻璃布表面上也要涂膠，等膠固化后，即形成了本發明玻璃鋼管和金屬管的密封結構。要特別說明的是，本實施例在金屬管接頭20上的和玻璃鋼管接頭10接觸的徑向界面上還開設了一個環形的燕尾槽21，這樣在纏繞時，由于膠會侵入到該燕尾槽21中，并且在固化后，形成為嵌入燕尾槽21并與其形狀相配合的凸出部，該凸出部是和玻璃鋼管外殼形成為一體的。這樣就自然形成了該玻璃鋼管接頭與金屬管接頭之間的榫卯結構。構成了另一道阻擋外界流體的侵入的防線。特別地，由于玻璃鋼材料的熱膨脹系數大于金屬，越是在高溫的環境下，該榫卯結構越密閉。
在另一實施例中，沒有采用包括密封圈和箍環的中間管結構，經在高溫環境下測試，同樣也達到了密封的要求，這主要是因為上述榫卯結構的作用。
在另一實施例中，還可以在線圈支架接頭部分的外表面和金屬管接頭的內表面上加工出相應的螺紋，先在該兩個表面上涂膠，再將線圈支架旋入所述金屬管，這樣又形成了一道阻擋外界流體侵入的防線。
鑒于本發明所形成密閉結構的原理，明顯地，該玻璃鋼管與金屬管之間的密閉連接方式也可以應用于其它熱膨脹系數不同的兩種材料之間的密閉連接。
權利要求
1.兩種不同熱膨脹系數管材之間的密封連接結構，包括第一管材接頭和套設在其外的膨脹系數較大的第二管材接頭，其特征在于，還包括材質與第二管材相同的中間管，該中間管的內表面與所述第一管材外表面密閉連接，該中間管的外表面與所述第二管材的內表面密閉連接。
2.如權利要求1所述的密封連接結構，其特征在于，所述第一管材為金屬管，所述第二管材為玻璃鋼管。
3.如權利要求1或2所述的密封連接結構，其特征在于，所述第一管材接頭上的和第二管材接頭接觸的徑向表面上還開設有一環形的燕尾槽，所述第二管材接頭對應的徑向表面上一體成形有一嵌入于該燕尾槽并與其形狀相配合的凸出部，構成該第一管材接頭與第二管材接頭之間的榫卯結構。
4.如權利要求1或2所述的密封連接結構，其特征在于，所述第一管材接頭的外表面開有一組密封槽，并在該密封槽內裝設有密封圈，所述中間管對應于該密封圈的外表面上緊密套設了一金屬箍環，該箍環的長度大于該組密封槽的軸向長度。
5.如權利要求1或2所述的密封連接結構，其特征在于，所述中間管內表面和所述第一管材外表面上設有相互配合的淺螺紋，所述中間管與所述第一管材、第二管材的接觸面上均用膠相互粘接。
6.兩種不同熱膨脹系數管材之間的密封連接方法，包括以下步驟(a)將一個與第二管材材質相同的中間管套設在第一管材接頭外并實現密封連接；(b)將第二管材接頭套設在所述中間管外并實現密封連接，從而實現第一和第二管材之間的密封連接。
7.如權利要求6所述的密封連接方法，其特征在于，所述第一管材為金屬管，所述第二管材為玻璃鋼管。
8.如權利要求6或7所述的密封連接方法，其特征在于，所述第一管材接頭的外表面開有一組密封槽，所述步驟(a)中，先在第一管材接頭的每一密封槽內放置一密封圈，再加熱一金屬箍環并將其套置在所述第一管材接頭上對應于所述密封槽的位置，然后將所述中間管插入所述箍環和第一管材接頭之間的間隙處，所述箍環的長度大于該組密封槽的軸向長度。
9.如權利要求6或7所述的密封連接方法，其特征在于，所述中間管內表面和所述第一管材外表面上設有相互配合的淺螺紋，在步驟(a)將所述中間管套設在第一管材接頭外時，先在該中間管的內表面和第一管材的外表面涂膠，然后依靠螺紋配合將該中間管逐步旋入該第一管材接頭。
10.如權利要求7所述的密封連接方法，其特征在于，所述金屬管上的和玻璃鋼管接觸的徑向表面上還開設有一環形的燕尾槽，所述步驟(b)中，是在所述中間管的外表面上纏繞玻璃布至所需要的外徑尺寸，在纏繞時，玻璃布表面上也要涂膠，等膠固化后，即形成了所述玻璃鋼管，同時，在該玻璃管與金屬管接觸的徑向表面一體成形了一嵌入于該燕尾槽并與其形狀相配合的凸出部，構成該金屬管接頭與玻璃鋼管接頭之間的榫卯結構。
全文摘要
本發明公開了兩種不同熱膨脹系數管材之間的密封連接結構和密封連接方法，該結構包括第一管材接頭和套設在其外的膨脹系數較大的第二管材接頭，其特征在于，還包括材質與第二管材相同的中間管，該中間管的內表面與所述第一管材外表面密閉連接，該中間管的外表面與所述第二管材的內表面密閉連接。該方法包括步驟將一個與第二管材材質相同的中間管套設在第一管材接頭外并實現密封連接；將第二管材接頭套設在所述中間管外并實現密封連接，從而實現第一和第二管材之間的密封連接。第一管材可為金屬管，第二管材可為玻璃鋼管。本發明的連接結構及連接方法，可在高溫環境下實現兩種管材之間的可靠密封。
文檔編號G01V3/10GK1904417SQ200610103828
公開日2007年1月31日 申請日期2006年8月2日 優先權日2006年8月2日
發明者張瑞, 候洪為, 盧達, 張雷, 代蕊, 張晉, 賈志德 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務股份有限公司