CN102661123A

CN102661123A - 一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置

Info

Publication number: CN102661123A
Application number: CN2012101318811A
Authority: CN
Inventors: 张晓东; 张毅; 姜中舰; 张明; 陈晓丽
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明涉及用于石油、天然气、矿山及地质钻探方面的一种牙轮钻头密封装置，属于机械装置技术领域。它主要由动密封环、静密封环、焊接波纹管、动环座和防砂密封组成；所述动密封环、静密封环、焊接波纹管和动环座安装在牙轮的内孔和牙掌形成的密封腔体内；动密封环通过焊接波纹管和动环座固定在牙轮上，随着牙轮一起转动，动密封环和静密封环紧密贴合组成动密封来隔断焊接波纹管外侧的钻井液和焊接波纹管内侧的润滑油。所述防砂密封由橡胶块和钢丝块构成。本发明采用焊接波纹管代替橡胶弹性元件，可使动密封在高温下稳定工作；焊接波纹管采用阶梯型波片结构，可防止泥沙沉积在波纹管的外侧；能避免高温下动环座和静密封环脱落。

Description

一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置

技术领域

本发明涉及用于石油、天然气、矿山及地质钻探方面的一种牙轮钻头密封装置，属于机械装置技术领域。

背景技术

牙轮钻头的轴承密封工况比较恶劣，随着地层钻采深度的进一步加大，井下高温成为制约橡胶弹性发挥的关键因素，常用的橡胶密封或金属密封中的橡胶元件对温度比较敏感，同时橡胶的非线性特征将造成金属密封端面比压极不稳定。中国专利CN 101086197A提出一种单金属密封，该结构主要有动环、固定在牙轮上的密封垫环、橡胶密封和橡胶支撑环构成，橡胶密封可以提供轴向力，同时也可以阻止泥浆进入密封腔，但需要在轴颈上加工装纳密封圈的斜面，加工难度大；另一件中国专利CN 102287139A中提出采用一个异形橡胶密封圈代替橡胶密封圈和橡胶支撑环的方式，简化了密封结构，提高了密封的稳定性；但这些密封无一例外都是把橡胶作为主要的密封部件。

发明内容

本发明的目的在于针对超深井高温工况下橡胶性能变化比较大的特点，克服现有牙轮钻头动密封技术的不足，对现有的动密封结构进行改进，提供一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置。

本发明的技术方案是：本发明一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置，主要由动密封环、静密封环、焊接波纹管、动环座和防砂密封组成；所述动密封环、静密封环、焊接波纹管和动环座安装在牙轮的内孔和牙掌形成的密封腔体内；动密封环通过焊接波纹管和动环座固定在牙轮上，随着牙轮一起转动，动密封环和静密封环紧密贴合组成动密封来隔断焊接波纹管外侧的钻井液和焊接波纹管内侧的润滑油，润滑油通过通油孔进入焊接波纹管内侧；所述焊接波纹管内侧内的润滑油用来润滑牙轮和牙掌轴颈内的钢球，从而使钻头正常工作。

所述焊接波纹管由AM-350或Inconel718合金焊接制成，波形采用阶梯型；焊接波纹管的两端分别焊接在动环座和动密封环上。

所述动环座和牙轮内孔采用过盈配合，动环座冷冻后安装在牙轮的内孔中，动环座材质的热膨胀系数要大于牙轮材质，避免动环座脱落。

所述动密封环和静密封环材质均为硬质合金，静环密封环和牙掌轴颈采用过盈配合，静密封环加热后镶嵌在牙掌内径上，静密封环的热膨胀系数要小于牙掌的轴颈，避免高温下静密封环脱落。

所述防砂密封由橡胶块和钢丝块构成，橡胶块呈倒梯形，钢丝块由细钢丝编制成致密的网状结构，钢丝块的上端呈毛刷状，钢丝块的下端嵌入橡胶块成为一起，橡胶块提供钢丝块的密封力。

发明的有益效果和优点如下：

1.针对超深井高温工况的特点，本发明克服高温引起橡胶性能变化大的缺点，采用焊接波纹管代替橡胶弹性元件，可以使动密封在高温下稳定工作；2.焊接波纹管采用阶梯型波片结构，可以防止泥沙沉积在波纹管的外侧，影响波纹管的弹性；3. 动环座材质的热膨胀系数大于牙轮材质，静密封环的热膨胀系数小于牙掌轴颈，能避免高温下动环座和静密封环脱落；4. 防砂密封通过橡胶块提供密封力，钢丝块一方面可以阻止泥沙进入焊接波纹管外侧，另一方面可以让不含杂质的钻井液进入焊接波纹管外侧和焊接波纹管内侧的润滑油形成压力平衡。

附图说明

图1为本发明一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置结构示意图。

图2为本发明的防砂密封结构示意图。

图3为本发明的焊接波纹管波片示意图。

图中：1.牙轮，2.防砂密封，3.牙掌，4.通油孔，5.静密封环，6.动密封环，7.焊接波纹管外侧，8.焊接波纹管，9.焊接波纹管内侧，10.动环座，11.钢球，12.弹性支撑板，13.钢丝块，14.波片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置，主要由动密封环6、静密封环5、焊接波纹管8、动环座10和防砂密封2构成，所述动密封环6、静密封环5、焊接波纹管8和动环座10安装在牙轮1的内孔和牙掌3形成的密封腔体内；动密封环6通过焊接波纹管8和动环座10随牙轮1一起转动，牙轮1绕着牙掌3的中心转动，通过牙轮1上的动密封环6和牙掌3上的静密封环5组成旋转动密封；通过动密封环6和静密封环5来隔断焊接波纹管外侧7内的钻井液和焊接波纹管内侧9内的润滑油，润滑油通过通油孔4进入焊接波纹管内侧9；所述焊接波纹管内侧9内润滑油用来润滑牙轮1和牙掌3轴颈内的钢球11，从而使钻头正常工作。

所述动环座10和牙轮1的内孔采用过盈配合，动环座10冷冻后安装在牙轮1的内孔中，动环座10材质的热膨胀系数要大于牙轮1的材质，避免动环座10脱落。

所述动密封环6和静密封环5材质为硬质合金，静密封环5和牙掌3的轴颈采用过盈配合，所述静密封环5加热后镶嵌在牙掌3内径上，静密封环5的热膨胀系数要小于牙掌3的轴颈，避免高温下静密封环5脱落。

如图2所示，所述防砂密封2由橡胶块13和钢丝块12构成，所述钢丝块12由细钢丝编制而成，钢丝块12的上端呈毛刷状，钢丝块12的下端嵌入橡胶块13成为一起，橡胶块13可以提供钢丝块12的密封力。

如图1和图3所示，所述焊接波纹管8的两端分别焊接在动环座10和动密封环6上，焊接波纹管8由AM-350或Inconel718合金焊接制成，波片14采用阶梯型焊接，波片14焊接后需经热处理形成稳定的几何形状和刚度后才可以进行装配。

Claims

1.一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置，主要由动密封环（6）、静密封环（5）、焊接波纹管（8）、动环座（10）和防砂密封（2）构成，其特征在于：所述动密封环（6）、静密封环（5）、焊接波纹管（8）和动环座（10）安装在牙轮（1）的内孔和牙掌（3）形成的密封腔体内；动密封环（6）通过焊接波纹管（8）和动环座（10）随牙轮（1）一起转动，牙轮（1）绕着牙掌（3）的中心转动，通过牙轮（1）上的动密封环（6）和牙掌（3）上的静密封环（5）组成旋转动密封；所述动环座（10）和牙轮（1）的内孔采用过盈配合，动环座（10）冷冻后安装在牙轮（1）的内孔中，动环座（10）材质的热膨胀系数要大于牙轮（1）的材质，避免动环座（10）脱落；所述静密封环（5）加热后镶嵌在牙掌（3）内径上，静密封环（5）的热膨胀系数要小于牙掌（3）的轴颈，避免高温下静密封环（5）脱落；所述防砂密封（2）由橡胶块（13）和钢丝块（12）构成。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置，其特征在于：所述钢丝块（12）由细钢丝编制而成，钢丝块（12）的上端呈毛刷状，钢丝块（12）的下端嵌入橡胶块（13）成为一起；防砂密封（2）装配后，橡胶块（13）可以提供钢丝块（12）的密封力。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置，其特征在于：所述焊接波纹管（8）的两端分别焊接在动环座（10）和动密封环（6）上，波片（14）采用阶梯型焊接。