專利名稱：壓力平衡及組合密封內(nèi)防噴器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于石油鉆采設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是井口設(shè)備中的防 噴器。
背景技術(shù)：
密封性能的優(yōu)劣是影響內(nèi)防噴器功能是否正常發(fā)揮的主要因素 之一，它在確保鉆進(jìn)安全運(yùn)行方面起著非常重要的作用。目前，國(guó)內(nèi)、 外內(nèi)防噴器大都采用單一的金屬對(duì)金屬密封，密封面需要配對(duì)精研 磨，加工精度高，這不但增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，而且配對(duì)研磨的內(nèi) 防噴器密封面存在容易劃傷損壞，關(guān)鍵零部件互換性差，使用壽命低 等缺點(diǎn)。且內(nèi)防噴器密封結(jié)構(gòu)普遍存在轉(zhuǎn)動(dòng)"失效"問題，即，遇井 涌或井噴發(fā)生，內(nèi)防噴器關(guān)閉后，球閥高壓端因在高壓液流的作用下， 球閥再次打開相當(dāng)困難，常出現(xiàn)球閥打不開，旋鈕折斷的情況發(fā)生， 繼而影響油田的正常鉆進(jìn)生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是設(shè)計(jì)一種壓力平衡及組合密封內(nèi)防噴器，設(shè)計(jì) 軟密封和金屬對(duì)金屬的組合雙密封結(jié)構(gòu)，確保內(nèi)防噴器密封的安全可 靠性；設(shè)計(jì)旁通平衡流道和壓力傳輸孔結(jié)構(gòu)，在確保內(nèi)防噴器的良好 密封性能的同時(shí)，使內(nèi)防噴器開關(guān)靈活，有效解決內(nèi)防噴器轉(zhuǎn)動(dòng)"失 效"問題。
具體地說，壓力平衡及組合密封內(nèi)防噴器，包括本體，本體中開 有通孔，上閥座和下閥座安裝在本體通孔內(nèi)，球閥安裝在上閥座和下 閥座之間，旋鈕連接在球閥上并且位于本體上的旋鈕孔內(nèi)，主體安裝在本體一端，其特征是在本體中開有旁通平衡流道且該旁通平衡流道 連通內(nèi)防噴器球閥低壓端與高壓端，在旁通平衡流道低壓端開口裝有
堵子，在旁通平衡流道高壓端裝有平衡塞和堵子；同時(shí)各密封處采用 0形圈軟密封和金屬對(duì)金屬組合雙密封結(jié)構(gòu)。
上閥座和下閥座與本體通孔之間、旋鈕與本體安裝孔之間、平衡 塞與本體孔之間采用O形圈軟密封；球閥與上閥座和下閥座之間采用
O形圈軟密封和金屬對(duì)金屬組合雙密封結(jié)構(gòu)。
平衡塞采用孔用彈性擋圈安裝在旁通平衡流道上且平衡塞端部 為錐形結(jié)構(gòu)與本體之間為金屬對(duì)金屬錐度密封結(jié)構(gòu)。
平衡塞上有流體壓力傳輸孔溝通球閥密閉腔和主體流道腔。
本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比具有以下幾個(gè)特點(diǎn)
1. 球閥與閥座采用軟密封和金屬對(duì)金屬的組合雙密封結(jié)構(gòu)。使內(nèi) 防噴器的密封性能變得安全可靠，
2. 設(shè)計(jì)的旁通平衡流道和壓力傳輸孔結(jié)構(gòu)，使得內(nèi)防噴器在關(guān)閉
后，不會(huì)因?yàn)楦邏阂毫鞯臎_擊作用而導(dǎo)致再次旋開球閥轉(zhuǎn)動(dòng)困難，甚 至無法打開，出現(xiàn)操作失敗影響正常鉆進(jìn)的情況發(fā)生。且球閥本體上 的旁通平衡流道結(jié)構(gòu)還設(shè)有平衡塞(采用金屬對(duì)金屬錐度密封結(jié)構(gòu)， 其上有矩形流體通道)和孔用彈性擋圈，為保證內(nèi)防噴器的安全操作 提供了有力保障。
旁通平衡流道平衡壓力結(jié)構(gòu)通過金屬對(duì)金屬密封的平衡塞控制， 使內(nèi)防噴器球閥左(低壓端)右端(高壓端)壓力平衡，使球閥轉(zhuǎn)動(dòng)靈
活、開關(guān)自如；壓力傳輸孔結(jié)構(gòu)溝通球閥密閉腔和主體流道腔，使球 閥密閉腔和主體流道腔在內(nèi)防噴器打開期壓力保持平衡，而且在內(nèi)防 噴器關(guān)閉期，潤(rùn)滑組合雙密封的密封圈，減少密封圈因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造 成的磨損。

圖為內(nèi)防噴器組合密封結(jié)構(gòu)與旁通流道壓力平衡結(jié)構(gòu)示意圖(僅 限關(guān)鍵部位)。
圖號(hào)說明l-本體；2-支撐環(huán)；3-上拼合環(huán)；5-上閥座；7-下拼
合環(huán)；9-旋鈕；10-球闊；11_彈簧；13、下閥座；14-主體；15-堵子；
16-平衡塞;19、 20-孔用彈性擋圈；4、 6、 8、 12、 17-支撐圈；21、
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具體實(shí)施方式
如圖所示，壓力平衡及組合密封內(nèi)防噴器，包括本體1，本體1
中開f通孔，上閥座5和下閥座13安裝在本體通孔內(nèi)，球閥10安裝 在上閥座5和下閥座13之間，旋鈕9連接在球閥10上并且位于本體 上的旋鈕孔內(nèi)，主體14安裝在本體1 一端，其特征是在本體1中開 有旁通平衡流道且該旁通平衡流道連通內(nèi)防噴器球閥低壓端與高壓 端，在旁通平衡流道低壓端開口裝有堵子15，在旁通平衡流道高壓 端裝有平衡塞16和堵子15;同時(shí)各密封處采用O形圈軟密封和金屬 對(duì)金屬組合雙密封結(jié)構(gòu)
內(nèi)防噴器密封機(jī)理
內(nèi)防噴器的密封結(jié)構(gòu)如附圖所示，主要由上拼合環(huán)3、上閥座5、 下拼合環(huán)7、球閥10、旋鈕9、下閥座13、彈簧ll、平衡塞16、本 體18以及密封圈組成，是一種用于內(nèi)防噴器有效的密封方案。該結(jié) 構(gòu)主要有四處密封，分別是上、下閥座(5、 13)與內(nèi)防噴器本體、 旋鈕8與本體1、平衡塞16與本體旁通平衡孔以及球閥10與上閥座 5和下閥座13的密封結(jié)構(gòu)。其中上、下閥座與球閥間的組合雙密封 結(jié)構(gòu)，是內(nèi)防噴器防止入口端與出口端在關(guān)閉時(shí)串通的關(guān)鍵密封。而 旋鈕與本體、平衡塞與本體之間的密封，是為了防止鉆井液向外泄漏， 這三種密封都是采用密封圈加支撐環(huán)密封結(jié)構(gòu)形式。密封性能的優(yōu)劣是影響內(nèi)防噴器功能是否正常發(fā)揮的主要因素之一，密封材料的選取 就顯得尤為重要，它直接影響到內(nèi)防噴器整體使用性能和壽命，所以
在本結(jié)構(gòu)中，密封圈的材料采用高飽和氫化丁睛橡膠(HNBR)，它的 綜合性能優(yōu)良，能滿足產(chǎn)品在硫化氫介質(zhì)工況下的使用要求。
本結(jié)構(gòu)中還有一個(gè)重要的密封就是球閥與閥座之間的密封，它的 作用是要完全截?cái)嗳肟诙伺c出口端的連通，防止井涌或井噴，因此球 閥與閥座采用密封圈密封和金屬對(duì)金屬的雙重組合密封，當(dāng)內(nèi)防噴器 關(guān)閉時(shí)，在右側(cè)高壓作用下，球體向左移動(dòng)，首先壓緊密封圈，使球 體與上閥座5的金屬表面壓緊。與上閥座接觸后，在球的左側(cè)形成強(qiáng) 制性的單面密封，完全阻斷井涌或井噴時(shí)產(chǎn)生的高壓液流。如果下閥 座13與球閥間出現(xiàn)縫隙，造成旋鈕處與高壓液流貫通，就有可能引起 鉆井液外泄。由于下閥座13可以滑動(dòng)，在彈簧力和液壓力聯(lián)合作用下， 球的右側(cè)與下閥座13形成密封，阻斷高壓液流進(jìn)入旋鈕部位，即使這 一密封有少許滲漏，滲漏出來的液體通過縫隙的壓力將出現(xiàn)很大的損 失，對(duì)旋鈕處的密封不會(huì)構(gòu)成大的威脅。簡(jiǎn)單的說，在內(nèi)防噴器關(guān)閉 時(shí)，上閥座5與球體間，以及下閥座13與球體之間形成金屬對(duì)金屬的 直接密封，但壓力不高時(shí)，下閥座13在彈簧力和液壓力聯(lián)合作用下， 依靠軟密封材料形成密封。內(nèi)防噴器開啟時(shí)，兩側(cè)閥座5、 13與球體 之間都是依靠軟密封形成密封。右側(cè)閥座必須浮動(dòng)，依靠彈簧力或彈 簧力加流體壓力對(duì)其施加預(yù)緊力。
旁通平衡流道結(jié)構(gòu)和壓力傳輸孔結(jié)構(gòu) 旁通平衡流道結(jié)構(gòu)如附圖所示，該平衡流道和壓力傳輸孔位于內(nèi) 防噴器本體上，使高壓井液分流的孔道，將內(nèi)防噴器的下腔和上腔連 通，該旁通流道上設(shè)有平衡塞16、孔用彈性擋圈19和堵子15。其工 作原理是當(dāng)內(nèi)防噴器的球體關(guān)閉的時(shí)候，球閥的下方會(huì)出現(xiàn)高壓作 用，導(dǎo)致球閥轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)困難，而這時(shí)候只要稍微松動(dòng)平衡塞，使高壓流體進(jìn)入旁通流道，溝通內(nèi)防噴器右端高壓腔和左端低壓腔，使左、 右腔壓力串通，減少球閥被轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到的壓差力，使球閥轉(zhuǎn)動(dòng)方便、 靈活打開。壓力傳輸孔結(jié)構(gòu)，它的作用同旁通流道相似，主要是為了
壓力傳輸孔結(jié)構(gòu)溝通球閥10密閉腔和主體流道腔，使球閥10密閉腔
和主體流道腔在內(nèi)防噴器打開期壓力保持平衡，而且在內(nèi)防噴器關(guān)閉 期，潤(rùn)滑組合雙密封的密封圈，減少密封圈因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成的磨損。
另外，旁通流道上設(shè)有的平衡塞16和孔用彈性當(dāng)圈19，當(dāng)內(nèi)防 噴器溝通內(nèi)防噴器右端高壓腔和左端低壓腔，使左、右腔壓力串通時(shí)， 由于瞬時(shí)壓力沖擊較大，有可能導(dǎo)致平衡塞飛出傷人，而孔用彈性擋 圈的存在就是為了防止平衡塞飛出，所以本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 緊湊，而且現(xiàn)場(chǎng)操作安全可靠。
權(quán)利要求1. 壓力平衡及組合密封內(nèi)防噴器，包括本體(1)，本體(1)中開有通孔，上閥座(5)和下閥座(13)安裝在本體通孔內(nèi)，球閥(10)安裝在上閥座(5)和下閥座(13)之間，旋鈕(9)連接在球閥(10)上并且位于本體上的旋鈕孔內(nèi)，主體(14)安裝在本體(1)一端，其特征是在本體(1)中開有旁通平衡流道且該旁通平衡流道連通內(nèi)防噴器球閥低壓端與高壓端，在旁通平衡流道低壓端開口裝有堵子(15)，在旁通平衡流道高壓端裝有平衡塞(16)和堵子(15)；同時(shí)各密封處采用O形圈軟密封和金屬對(duì)金屬組合雙密封結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力平衡及組合密封內(nèi)防噴器，其特 征是上閥座(5)和下閥座(13)與本體通孔之間、旋鈕(9)與本體 安裝孔之間、平衡塞(16)與本體孔之間采用 形圈軟密封；球閥(10) 與上閥座(5)和下閥座(13)之間采用O形圈軟密封和金屬對(duì)金屬 組合雙密封結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力平衡及組合密封內(nèi)防噴器，其特 征是平衡塞(16)采用孔用彈性擋圈(19)安裝在旁通平衡流道上且 平衡塞(16)端部為錐形結(jié)構(gòu)與本體之間為金屬對(duì)金屬錐度密封結(jié)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的壓力平衡及組合密封內(nèi)防噴器， 其特征是平衡塞(16)上有流體壓力傳輸孔溝通球閥(10)密閉腔和 主體流道腔。
專利摘要本實(shí)用新型屬于石油鉆探設(shè)備中的壓力平衡及組合密封內(nèi)防噴器，它包括本體，本體中開有通孔，上閥座和下閥座安裝在本體通孔內(nèi)，球閥安裝在上閥座和下閥座之間，旋鈕連接在球閥上并且位于本體上的旋鈕孔內(nèi)，主體安裝在本體一端，其特征是在本體中開有旁通平衡流道且該旁通平衡流道連通內(nèi)防噴器球閥低壓端與高壓端，在旁通平衡流道低壓端開口裝有堵子，在旁通平衡流道高壓端裝有平衡塞和堵子；同時(shí)各密封處采用O形圈軟密封和金屬對(duì)金屬組合雙密封結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型采用了金屬對(duì)金屬和金屬對(duì)高飽和氫化丁睛橡膠主、副密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和旁通平衡流道與壓力傳輸孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不但強(qiáng)有力地保證了內(nèi)防噴器的安全可靠密封，而且有效解決了內(nèi)防噴器關(guān)閉期間，因球閥左、右端壓差過大而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)動(dòng)“失效”問題。
文檔編號(hào)E21B33/06GK201306146SQ200820222780
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2008年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月22日
發(fā)明者楊建武, 王小通, 韜 金 申請(qǐng)人:寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司