本發(fā)明涉及鉆井設(shè)備，具體涉及一種水龍頭沖管長壽命自適應(yīng)增壓補(bǔ)償密封裝置。

背景技術(shù)：

1、石油工業(yè)關(guān)乎國計(jì)民生，石油開采工藝流程主要分為三步：鉆井-固井-采油。開采過程中，鉆井是首要步驟，其效率直接影響油井的開發(fā)周期。

2、鉆機(jī)頂驅(qū)水龍頭是鉆機(jī)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)在鉆井作業(yè)中提供密封和旋轉(zhuǎn)功能。沖管密封系統(tǒng)是鉆機(jī)頂驅(qū)水龍頭最薄弱的環(huán)節(jié)，其密封性能直接影響水龍頭的壽命和鉆井速度。沖管密封屬于高壓動密封結(jié)構(gòu)，密封盤根又是集中受壓，在水龍頭工作過程中常常因磨損撕裂導(dǎo)致密封失效。當(dāng)前鉆井技術(shù)要求的鉆井液壓力越來越高，導(dǎo)致傳統(tǒng)水龍頭盤根密封壽命急劇降低。分析其原因，主要是泥漿壓力增大，盤根磨損加劇，導(dǎo)致盤根密封性能降低。這增加了鉆機(jī)停鉆和盤根更換次數(shù)，嚴(yán)重影響了鉆井作業(yè)效率。

3、因此，亟需對現(xiàn)有盤根密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠在高壓環(huán)境下保持穩(wěn)定的密封性能，延長盤根的使用壽命，從而減少鉆機(jī)停鉆和盤根更換的頻率，提高鉆井作業(yè)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種水龍頭沖管長壽命自適應(yīng)增壓補(bǔ)償密封裝置，以解決水龍頭沖管盤根密封結(jié)構(gòu)因磨損導(dǎo)致的密封性能下降、使用壽命短的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種水龍頭沖管長壽命自適應(yīng)增壓補(bǔ)償密封裝置，包括沖管以及位于所述沖管上的動密封組件，所述動密封組件包括下盤根盒、抵接筒結(jié)構(gòu)、密封增壓隔環(huán)以及第一動密封盤根；所述下盤根盒套設(shè)在沖管下端且開口朝下；

4、所述抵接筒結(jié)構(gòu)以及密封增壓隔環(huán)均位于下盤根盒內(nèi)部且自上而下依次套設(shè)于沖管外部，所述密封增壓隔環(huán)內(nèi)圈下端沿沖管周向設(shè)有第一凸臺，所述第一動密封盤根位于第一凸臺與上方的抵接筒結(jié)構(gòu)之間且密封套設(shè)于沖管外部；

5、所述第一凸臺的上表面沿沖管的周向開設(shè)有第一增壓腔，所述第一動密封盤根的橫截面呈鉤狀，所述第一動密封盤根朝內(nèi)圈彎曲的部分為唇部、另一部分為腰部，所述第一動密封盤根的腰部下端延伸至第一增壓腔內(nèi)且與第一增壓腔內(nèi)壁緊密配合；所述第一凸臺靠近沖管的內(nèi)圈壁面上開設(shè)有第一增壓流道，所述第一增壓流道延伸至第一動密封盤根的腰部下方且與第一增壓腔連通。

6、進(jìn)一步地，所述抵接筒結(jié)構(gòu)包括動密封下隔環(huán)、多個(gè)第二動密封盤根以及多個(gè)中間增壓隔環(huán)；所述動密封下隔環(huán)以及多個(gè)中間增壓隔環(huán)均位于下盤根盒內(nèi)部且自上而下依次套設(shè)于沖管外部；每個(gè)所述中間增壓隔環(huán)內(nèi)圈下端均沿沖管周向設(shè)有第二凸臺，每個(gè)所述第二凸臺上方均設(shè)有一個(gè)第二動密封盤根，且所有所述第二動密封盤根均密封套設(shè)于沖管外部；

7、每個(gè)所述中間增壓隔環(huán)的上表面均沿沖管的周向開設(shè)有第二增壓腔，所述第二動密封盤根形狀與第一動密封盤根一致，所有所述第二動密封盤根的腰部下端均延伸至對應(yīng)第二增壓腔內(nèi)且與對應(yīng)第二增壓腔內(nèi)壁緊密配合；每個(gè)所述第二凸臺的內(nèi)圈壁面上均開設(shè)有第二增壓流道，所述第二增壓流道延伸至對應(yīng)第二動密封盤根的腰部下方且與對應(yīng)第二增壓腔連通。

8、進(jìn)一步地，所述第一增壓流道以及第二增壓流道均設(shè)有多個(gè)，多個(gè)所述第一增壓流道沿密封增壓隔環(huán)的周向間隔且均勻排列，多個(gè)所述第二增壓流道沿對應(yīng)中間增壓隔環(huán)的周向間隔且均勻排列。

9、進(jìn)一步地，所述第一增壓流道以及第二增壓流道的數(shù)量分別為4~12個(gè)。

10、進(jìn)一步地，所述第一動密封盤根以及第二動密封盤根均包括盤根主體以及彈性增壓骨架，所述盤根主體包裹于彈性增壓骨架外部，且所述彈性增壓骨架對盤根主體的唇部四周施加朝向盤根主體內(nèi)圈中軸線的彈性擠壓力。

11、進(jìn)一步地，所述盤根主體采用耐磨且具備塑性變形性能的橡膠材質(zhì)。

12、進(jìn)一步地，彈性增壓骨架包括支撐骨架和多個(gè)設(shè)置于所述支撐骨架上的v形彈片，所述支撐骨架呈環(huán)狀，多個(gè)所述v形彈片沿支撐骨架的周向間隔排列，且多個(gè)所述v形彈片遠(yuǎn)離支撐骨架的一端均朝支撐骨架的內(nèi)圈中軸線方向彎曲，多個(gè)所述v形彈片用于將盤根主體唇部的對應(yīng)部位壓緊于沖管外壁上。

13、進(jìn)一步地，所述盤根主體的唇部工作面上覆設(shè)有耐磨復(fù)合纖維布。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

15、1、本發(fā)明中，沖管下端的動密封組件跟隨中心管旋轉(zhuǎn)，動密封組件中的第一動密封盤根用于對沖管下端進(jìn)行旋轉(zhuǎn)密封，是盤根密封系統(tǒng)中最薄弱的一環(huán)，由于密封增壓隔環(huán)上設(shè)有第一增壓流道以及第一增壓腔，當(dāng)鉆井液從沖管下端進(jìn)入到動密封組件中時(shí)，鉆井液依次進(jìn)入到第一增壓流道以及第一增壓腔內(nèi)，隨著鉆井液壓力升高，第一增壓流道內(nèi)的流體壓力會迅速增加，從而引起第一增壓腔內(nèi)壓力的動態(tài)增加，第一增壓腔內(nèi)壓力增加，可以調(diào)大其對第一動密封盤根腰部下端的作用力，第一動密封盤根的腰部將向上發(fā)生形變，由于第一動密封盤根頂部與上方抵接筒結(jié)構(gòu)相抵緊，導(dǎo)致第一動密封盤根上部發(fā)生橫向形變，由于第一動密封盤根一側(cè)與密封增壓隔環(huán)相抵緊，進(jìn)而導(dǎo)致第一動密封盤根上部將朝沖管的方向發(fā)生橫向形變，進(jìn)而增加了第一動密封盤根抱緊沖管的接觸應(yīng)力，自適應(yīng)地動態(tài)補(bǔ)償了第一動密封盤根由于高壓下旋轉(zhuǎn)磨損引起的密封性能下降的問題，通過有效的動態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，顯著提高了盤根的密封性能，延長了第一動密封盤根的有效密封時(shí)間，也即延長了第一動密封盤根的使用壽命；

16、2、當(dāng)?shù)谝粍用芊獗P根磨損嚴(yán)重進(jìn)而導(dǎo)致其與沖管之間的密封失效時(shí)，鉆井液將通過第一動密封盤根與沖管之間的縫隙進(jìn)入到中間增壓隔環(huán)內(nèi)圈，且鉆井液可以進(jìn)入到中間增壓隔環(huán)的第二增壓流道以及第二增壓腔內(nèi)，當(dāng)鉆井液壓力升高，會依次引起第二增壓流道以及第二增壓腔內(nèi)流體壓力的動態(tài)增加，第二增壓腔內(nèi)的流體將增加對第二動密封盤根腰部下方的作用力，導(dǎo)致第二動密封盤根發(fā)生向上的形變，由于第二動密封盤根頂部與上方的中間增壓隔環(huán)底部相抵緊、外圈又與對應(yīng)的中間增壓隔環(huán)內(nèi)圈相抵緊，導(dǎo)致第二動密封盤根上部發(fā)生朝沖管方向的橫向形變，進(jìn)而增加了第二動密封盤根抱緊沖管的接觸應(yīng)力，使得第二動密封盤根能夠動態(tài)補(bǔ)償?shù)诙用芊獗P根因旋轉(zhuǎn)磨損而引起的密封性能下降的問題，有利于增加第二動密封盤根的有效密封時(shí)間，進(jìn)而增加整個(gè)動態(tài)密封組件的有效使用壽命，減少維修、更換動態(tài)密封組件的頻次；?3、第一動密封盤根以及第二動密封盤根內(nèi)部均設(shè)置有v形彈片，v形彈片通過自身的彈性可將盤根的密封唇壓緊在沖管的外壁，且隨著第一動密封盤根以及第二動密封盤根的磨損，其內(nèi)部的v形彈片能夠?qū)?yīng)盤根更長時(shí)間壓緊于沖管外壁，這一機(jī)制有效補(bǔ)償了高壓條件下由于磨損導(dǎo)致的密封盤根彈塑性能的下降，提高了盤根的密封性能與使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種水龍頭沖管長壽命自適應(yīng)增壓補(bǔ)償密封裝置，包括沖管(1)以及位于所述沖管(1)上的動密封組件，其特征在于：所述動密封組件包括下盤根盒(7)、抵接筒結(jié)構(gòu)(8)、密封增壓隔環(huán)(9)以及第一動密封盤根(10)；所述下盤根盒(7)套設(shè)在沖管(1)下端且開口朝下；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水龍頭沖管長壽命自適應(yīng)增壓補(bǔ)償密封裝置，其特征在于：所述抵接筒結(jié)構(gòu)(8)包括動密封下隔環(huán)(16)、多個(gè)第二動密封盤根(17)以及多個(gè)中間增壓隔環(huán)(18)；所述動密封下隔環(huán)(16)以及多個(gè)中間增壓隔環(huán)(18)均位于下盤根盒(7)內(nèi)部且自上而下依次套設(shè)于沖管(1)外部；每個(gè)所述中間增壓隔環(huán)（18）內(nèi)圈下端均沿沖管（1）周向設(shè)有第二凸臺（19），每個(gè)所述第二凸臺（19）上方均設(shè)有一個(gè)第二動密封盤根（17），且所有所述第二動密封盤根(17)均密封套設(shè)于沖管(1)外部；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水龍頭沖管長壽命自適應(yīng)增壓補(bǔ)償密封裝置，其特征在于：所述第一增壓流道(12)以及第二增壓流道(20)均設(shè)有多個(gè)，多個(gè)所述第一增壓流道(12)沿密封增壓隔環(huán)(9)的周向間隔且均勻排列，多個(gè)所述第二增壓流道(20)沿對應(yīng)中間增壓隔環(huán)(18)的周向間隔且均勻排列。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水龍頭沖管長壽命自適應(yīng)增壓補(bǔ)償密封裝置，其特征在于：所述第一增壓流道(12)以及第二增壓流道(20)的數(shù)量分別為4~12個(gè)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水龍頭沖管長壽命自適應(yīng)增壓補(bǔ)償密封裝置，其特征在于：所述第一動密封盤根(10)以及第二動密封盤根(17)均包括盤根主體(22)以及彈性增壓骨架(23)，所述盤根主體(22)包裹于彈性增壓骨架(23)外部，且所述彈性增壓骨架(23)對盤根主體(22)的唇部(14)四周施加朝向盤根主體(22)內(nèi)圈中軸線的彈性擠壓力。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種水龍頭沖管長壽命自適應(yīng)增壓補(bǔ)償密封裝置，其特征在于：所述盤根主體(22)采用耐磨且具備塑性變形性能的橡膠材質(zhì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種水龍頭沖管長壽命自適應(yīng)增壓補(bǔ)償密封裝置，其特征在于：彈性增壓骨架(23)包括支撐骨架(24)和多個(gè)設(shè)置于所述支撐骨架(24)上的v形彈片(25)，所述支撐骨架(24)呈環(huán)狀，多個(gè)所述v形彈片(25)沿支撐骨架(24)的周向間隔排列，且多個(gè)所述v形彈片(25)遠(yuǎn)離支撐骨架(24)的一端均朝支撐骨架(24)的內(nèi)圈中軸線方向彎曲，多個(gè)所述v形彈片(25)用于將盤根主體(22)唇部(14)的對應(yīng)部位壓緊于沖管(1)外壁上。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水龍頭沖管長壽命自適應(yīng)增壓補(bǔ)償密封裝置，其特征在于：所述盤根主體(22)的唇部(14)工作面上覆設(shè)有耐磨復(fù)合纖維布(26)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水龍頭沖管長壽命自適應(yīng)增壓補(bǔ)償密封裝置，包括沖管以及位于沖管上的動密封組件，動密封組件包括下盤根盒、抵接筒結(jié)構(gòu)、密封增壓隔環(huán)以及第一動密封盤根；下盤根盒套設(shè)在沖管下端；抵接筒結(jié)構(gòu)以及密封增壓隔環(huán)均位于下盤根盒內(nèi)，密封增壓隔環(huán)內(nèi)圈下端設(shè)有第一凸臺，第一動密封盤根位于第一凸臺與上方的抵接筒結(jié)構(gòu)之間且密封套設(shè)于沖管外部；第一凸臺的上表面沿周向開設(shè)有第一增壓腔，第一動密封盤根的腰部下端延伸至第一增壓腔內(nèi)且與第一增壓腔內(nèi)壁緊密配合；第一凸臺靠近沖管的內(nèi)圈壁面上開設(shè)有第一增壓流道，第一增壓流道延伸至第一動密封盤根的腰部下方且與第一增壓腔連通。本發(fā)明可延長動密封壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：董亮亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南石油大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6