一種整體式單金屬密封安裝方法及密封面壓力自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣鉆井的整體式單金屬密封安裝方法及密封面壓力自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，屬于石油鉆井井下設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，主要由單金屬密封、壓力加載系統(tǒng)、安裝座、主軸和殼體構(gòu)成；首先在鉆井工具的外部進(jìn)行單金屬密封的組裝，然后再把已經(jīng)裝好的單金屬密封及安裝座安裝在殼體和主軸之間即可達(dá)到安裝要求；壓力加載系統(tǒng)主要由缸體、彈簧、活塞和殼體組成，鉆井液壓力會(huì)導(dǎo)致活塞端部對(duì)動(dòng)環(huán)座的外側(cè)施加推力，可以持續(xù)地保證密封面的外側(cè)接觸壓力大于內(nèi)側(cè)接觸壓力，實(shí)現(xiàn)當(dāng)鉆井深度逐漸增大時(shí)，密封面可持續(xù)地形成內(nèi)楔形間隙。
【專利說(shuō)明】
一種整體式單金屬密封安裝方法及密封面壓力自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣鉆井的整體式單金屬密封安裝方法及密封面壓力自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，屬于石油鉆井井下設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆井過(guò)程中經(jīng)常由于井下工具動(dòng)密封的失效而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，單金屬密封主要應(yīng)用于牙輪鉆頭上，中國(guó)專利CN 101086197A提出一種單金屬密封，該結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)井底振動(dòng)造成旋轉(zhuǎn)軸的徑向擺動(dòng)，然而橡膠支撐環(huán)的壓縮量對(duì)單金屬密封的性能有很大的影響，如果在鉆具內(nèi)部安裝單金屬密封的各個(gè)零件，則安裝誤差非常大，所以迫切需要一種可以在鉆具外部完成組裝，然后再整體安裝在鉆具內(nèi)部的密封機(jī)構(gòu)；另一方面，隨著鉆井深度的變化，單金屬密封的動(dòng)密封面的接觸壓力會(huì)發(fā)生改變，根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鉆井初始階段，鉆井壓力比較小，單金屬密封面外側(cè)的接觸壓力大于內(nèi)側(cè)，形成內(nèi)收斂間隙，有利于潤(rùn)滑油膜的形成，隨著鉆井深度的增加，密封面外側(cè)的接觸壓力逐漸會(huì)小于內(nèi)側(cè)，動(dòng)密封面則變成外楔形間隙，不能形成潤(rùn)滑油膜，同時(shí)鉆井液中的固體顆粒會(huì)進(jìn)入密封面，導(dǎo)致密封面磨損加劇，所以如何能夠通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)當(dāng)鉆井壓力逐漸增大時(shí)，密封面可以持續(xù)地形成內(nèi)楔形間隙，延長(zhǎng)動(dòng)密封的壽命是非常重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有井下動(dòng)密封技術(shù)的不足，對(duì)現(xiàn)有的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明一種整體式單金屬密封及密封面壓力自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，主要由單金屬密封、壓力加載系統(tǒng)、安裝座、主軸和殼體構(gòu)成。
[0004]所述整體式單金屬密封由安裝座、靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、橡膠圈、橡膠支撐環(huán)和動(dòng)環(huán)座組成，其中動(dòng)環(huán)、橡膠圈和橡膠支撐環(huán)安裝在動(dòng)環(huán)座上，隨主軸一起旋轉(zhuǎn)，靜環(huán)安裝在安裝座上，固定不動(dòng)，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)之間的接觸面為密封面，密封面靠近主軸一側(cè)為潤(rùn)滑油腔，靠近殼體一側(cè)為鉆井液腔;首先在鉆井工具的外部進(jìn)行單金屬密封的組裝，橡膠支撐環(huán)、橡膠圈、動(dòng)環(huán)、靜環(huán)先放置在動(dòng)環(huán)座和安裝座之間，然后在動(dòng)環(huán)座的右側(cè)施加壓力，迫使橡膠圈和橡膠支撐環(huán)發(fā)生變形，當(dāng)密封面的接觸壓力達(dá)到所需要的壓力時(shí)，通過(guò)擋環(huán)和螺釘將動(dòng)環(huán)座固定在安裝座上，然后再把已經(jīng)調(diào)整好的整體式單金屬密封安裝在殼體和主軸之間，并通過(guò)主軸上的主軸螺釘和主軸擋環(huán)卡住動(dòng)環(huán)座的內(nèi)側(cè)，最后拆掉擋環(huán)和螺釘即可達(dá)到安裝要求。
[0005]所述壓力加載系統(tǒng)主要由缸體、彈簧、活塞和殼體組成，其中殼體和四個(gè)缸體通過(guò)螺紋聯(lián)接實(shí)現(xiàn)固定，鉆井液分別作用在缸體的左側(cè)和活塞的右側(cè)，缸體左側(cè)的鉆井液壓力可以傳遞到殼體上，不會(huì)影響活塞的受力；而活塞右側(cè)的鉆井液壓力則和缸體內(nèi)部彈簧的彈力形成一種動(dòng)態(tài)平衡，隨著鉆井深度的增加，活塞會(huì)進(jìn)一步壓縮彈簧，達(dá)到一種新的平衡，此時(shí)活塞左側(cè)的端部會(huì)對(duì)動(dòng)環(huán)座的外側(cè)施加軸向推力，而且該軸向推力會(huì)隨著鉆井深度的增加而不斷增大，從而可以持續(xù)地保證密封面的外側(cè)接觸壓力大于內(nèi)側(cè)接觸壓力，實(shí)現(xiàn)當(dāng)鉆井深度逐漸增大時(shí)，密封面可持續(xù)地形成內(nèi)楔形間隙，潤(rùn)滑油腔的潤(rùn)滑油則可以形成動(dòng)態(tài)油膜，從而防止鉆井液中的顆粒進(jìn)入密封面的外側(cè)，延長(zhǎng)密封的壽命;動(dòng)環(huán)座底部的外側(cè)厚度為內(nèi)側(cè)厚度的二分之一，且內(nèi)外側(cè)過(guò)渡處為圓弧，該種結(jié)構(gòu)更有利于動(dòng)環(huán)座的變形，可以更好的壓緊密封面的外側(cè)。
[0006]本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點(diǎn)如下:
1.實(shí)現(xiàn)了單金屬密封的整體式安裝，避免了在鉆具的內(nèi)部調(diào)整密封面的接觸壓力，提高了單金屬密封的安裝精度，同時(shí)也降低了操作難度;2.通過(guò)壓力加載系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了密封面外側(cè)接觸壓力隨鉆井深度的增加逐漸增大，可以持續(xù)地保證密封面的外側(cè)接觸壓力大于內(nèi)側(cè)接觸壓力，解決了長(zhǎng)期以來(lái)隨著鉆井深度的增加，單金屬密封失效概率逐漸增多的問(wèn)題。
[0007]【附圖說(shuō)明】:
圖1為本發(fā)明一種整體式單金屬密封及密封面壓力自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的軸截面示意圖；
圖2為整體式單金屬密封在鉆具外部的組裝示意圖；
圖3為整體式單金屬密封在主軸上的安裝示意圖；
圖4為缸體和殼體連接的三維圖；
圖5為密封面內(nèi)收斂間隙示意圖；
圖6為密封面外收斂間隙示意圖；
圖中:1.殼體，2.測(cè)試儀器，3.安裝座，4.靜環(huán)，5.動(dòng)環(huán)，6.螺釘，7.擋環(huán)，8.缸體，9.彈簧，10.活塞，11.鉆井液腔，12.橡膠支撐環(huán)，13.主軸擋環(huán)，14.主軸螺釘，15.動(dòng)環(huán)座，16.主軸，17.橡膠圈，18.密封面，19.潤(rùn)滑油腔。
[0008]【具體實(shí)施方式】:
在圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6中，一種整體式單金屬密封及密封面壓力自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，主要由單金屬密封、壓力加載系統(tǒng)、安裝座2、主軸16和殼體I構(gòu)成。
[0009]在圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6中，所述整體式單金屬密封由安裝座3、靜環(huán)4、動(dòng)環(huán)5、橡膠圈17、橡膠支撐環(huán)12和動(dòng)環(huán)座15組成，其中動(dòng)環(huán)5、橡膠圈17和橡膠支撐環(huán)12安裝在動(dòng)環(huán)座15上，隨主軸16—起旋轉(zhuǎn)，靜環(huán)4安裝在安裝座3上，固定不動(dòng)，動(dòng)環(huán)5和靜環(huán)4之間的接觸面為密封面18，密封面18靠近主軸16—側(cè)為潤(rùn)滑油腔19，靠近殼體I的一側(cè)為鉆井液腔11;首先在鉆具殼體I的外部進(jìn)行單金屬密封的組裝，橡膠支撐環(huán)12、橡膠圈17、動(dòng)環(huán)5、靜環(huán)4先放置在動(dòng)環(huán)座15和安裝座3之間，然后在動(dòng)環(huán)座15的右側(cè)施加壓力，迫使橡膠圈17和橡膠支撐環(huán)12發(fā)生變形，當(dāng)密封面18的接觸壓力達(dá)到所需要的壓力時(shí)，通過(guò)擋環(huán)7和螺釘6將動(dòng)環(huán)座15固定在安裝座3上，然后再把已經(jīng)調(diào)整好的單金屬密封整體安裝在殼體I和主軸16之間，并通過(guò)主軸16上的主軸螺釘14和主軸擋環(huán)13卡住動(dòng)環(huán)座15的內(nèi)側(cè)，最后拆掉擋環(huán)7和螺釘6即可達(dá)到安裝要求。
[0010]在圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6中，所述壓力加載系統(tǒng)主要由缸體8、彈簧9、活塞10和殼體I組成，其中殼體I和缸體8通過(guò)螺紋聯(lián)接實(shí)現(xiàn)固定，鉆井液分別作用在缸體8的左側(cè)和活塞1的右側(cè)，缸體8左側(cè)的鉆井液壓力可以傳遞到殼體I上，不影響活塞1的受力;而活塞10右側(cè)的鉆井液壓力則和缸體8內(nèi)部彈簧9的彈力形成一種動(dòng)態(tài)平衡，隨著鉆井深度的增加，活塞10會(huì)進(jìn)一步壓縮彈簧9，達(dá)到一種新的平衡，此時(shí)活塞10左側(cè)的端部會(huì)對(duì)動(dòng)環(huán)座15施加軸向推力，而且該軸向推力會(huì)隨著鉆井深度的增加而不斷增大，從而可以持續(xù)地保證密封面18的外側(cè)接觸壓力大于內(nèi)側(cè)接觸壓力，實(shí)現(xiàn)當(dāng)鉆井深度逐漸增大時(shí)，密封面18可持續(xù)地形成內(nèi)楔形間隙，潤(rùn)滑油腔19的潤(rùn)滑油則可以形成動(dòng)態(tài)油膜，從而防止鉆井液中的顆粒進(jìn)入密封面18的外側(cè)，延長(zhǎng)密封的壽命;動(dòng)環(huán)座15底部的外側(cè)厚度為內(nèi)側(cè)厚度的二分之一，且內(nèi)外側(cè)過(guò)渡處為圓弧，該種結(jié)構(gòu)更有利于動(dòng)環(huán)座15的變形，可以更好的壓緊密封面18的外側(cè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種整體式單金屬密封安裝方法，其特征在于:所述整體式單金屬密封由安裝座(3)、靜環(huán)(4)、動(dòng)環(huán)(5)、橡膠圈(17)、橡膠支撐環(huán)(12)和動(dòng)環(huán)座(15)組成，首先在鉆具殼體(I)的外部進(jìn)行整體式單金屬密封的組裝，當(dāng)密封面(18)的接觸壓力達(dá)到所需要的壓力時(shí)，通過(guò)擋環(huán)(7)和螺釘(6)將動(dòng)環(huán)座(15)固定在安裝座(3)上，然后把已經(jīng)調(diào)整好的整體式單金屬密封安裝在殼體(I)和主軸(16)之間，并通過(guò)主軸(16)上的主軸螺釘(14)和主軸擋環(huán)(13)卡住動(dòng)環(huán)座(15)的內(nèi)側(cè)，最后拆掉擋環(huán)(7)和螺釘(6)即可達(dá)到安裝要求。2.—種如權(quán)利要求1所述的整體式單金屬密封的密封面壓力自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于:所述密封面壓力自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)主要由缸體(8)、彈簧(9)、活塞(10)和殼體(I)組成，其中缸體(8)沿周向布置四個(gè)，和殼體(I)通過(guò)螺紋聯(lián)接實(shí)現(xiàn)固定；在鉆井液壓力作用下，活塞(10)的伸出端緊貼動(dòng)環(huán)座(15)底部的外側(cè);所述動(dòng)環(huán)座(15)底部的外側(cè)厚度為內(nèi)側(cè)厚度的二分之一，且動(dòng)環(huán)座(15)內(nèi)外側(cè)過(guò)渡處為圓弧。
【文檔編號(hào)】E21B10/25GK106014263SQ201610458342
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月23日
【發(fā)明人】張毅, 張曉東, 張明明, 肖平, 周權(quán), 盧美亮, 吳倩
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)