CN102996088A - 一种设有动静态结合密封结构的收集器 - Google Patents

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Abstract

一种设有动静态结合密封结构的收集器，所述收集器连接在护孔管的尾端，收集器设有瓦斯抽排口，煤、气输送口以及对应于护孔管轴向设置的供钻杆穿过的钻孔，其特征在于，所述钻孔处由内向外依次设有静态密封件和动态密封件；所述静态密封件的主体由一个圆柱螺旋环构成，所述螺旋环的外周壁与钻孔内壁过盈配合，螺旋环朝向钻杆的内周壁沿径向布满刷毛并形成螺旋密封面，所述刷毛的头部与钻杆的外周壁接触性贴合，形成初密封；所述动态密封件有多个大小相同的并列排布的密封环组成，每个密封环与钻孔内壁、钻杆外周壁间隙动态配合。本发明可用于任意轴向旋转及伸缩杆的密封，尤其是应用在煤炭钻采中，不仅能提高煤层采用钻采效率，而且能提供较强的安全保护，确保煤层钻采的安全进行。

Description

一种设有动静态结合密封结构的收集器
技术领域
本发明涉及煤炭钻采收集器，尤其是一种设有动静态结合密封结构的收集器。
背景技术
对于薄软煤层采用水力开采是一种经济实惠且安全可靠的采掘手段，但在注水压裂后，大量煤、水、气将通过钻孔集中涌出其后续的煤、水、气分离、归纳运输及安全保障则变得亟待解决。目前国内没有相关方面的针对性装置，尤其是在钻杆密封方面，这就使煤矿薄软煤层的水力开采遇到技术瓶颈。现有装置中有关收集器的钻孔与钻杆连接密封结构多采用硬密封、软密封或同步旋转密封技术，以上三种密封方式都存在着使用缺陷，如硬密封会造成钻杆与密封件摩擦强烈使密封件易损耗，在使用中出现气体及灰尘泄漏；软密封在遇到高压状况时可靠性较差；同步旋转密封技术在同步旋转中可能产生高热或火花严重威胁井下安全生产。
发明内容
本发明为了避免现有技术存在的不足之处，提供一种设有动静态结合密封结构的收集器，该收集器能提供较强的安全保护，确保煤层钻采的安全进行。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种设有动静态结合密封结构的收集器，所述收集器连接在护孔管的尾端，收集器设有瓦斯抽排口，煤、气输送口以及对应于护孔管轴向设置的供钻杆穿过的钻孔，其结构特点在于，所述钻孔处由内向外依次设有静态密封件和动态密封件；所述静态密封件的主体由一个圆柱螺旋环构成，所述螺旋环的外周壁与钻孔内壁过盈配合，螺旋环朝向钻杆的内周壁沿径向布满刷毛并形成螺旋密封面，所述刷毛的头部与钻杆的外周壁接触性贴合，形成初密封；所述动态密封件有多个大小相同的并列排布的密封环组成，每个密封环与钻孔内壁、钻杆外周壁间隙动态配合。
所述静态密封件螺旋环的环数至少为两环；所述动态密封件的每个密封环的厚度为2.5－4 mm，密封环的数量为12－15个。
所述静态密封件螺旋环为金属材质，所述刷毛采用加阻燃剂的尼龙66材质；所述动态密封件的密封环采用PPESK合金改性尼龙。
所述钻孔与动静态密封结构之间还设有铜套，所述铜套与钻孔内壁过盈配合或螺纹连接，所述铜套与静态密封件过盈配合，所述铜套与动态密封件间隙动态配合。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明收集器的钻孔与钻杆之间采用动静态密封结构，其中静态密封件为软刷式密封圈，通过阻燃尼龙刷毛同钻杆接触密封，在正常压力下可起到密封作用，由于采用软材料密封减少了同钻杆的摩擦且方便钻头的安装及钻杆的正常伸缩运动；动态密封件为多个个大小相同的并列排布的高耐磨密封环，其内径大于钻杆直径，外径小于钻孔直径，在钻杆正常工作时每个动态密封件犹如呼啦圈一样绕钻杆旋转运动，多个动态密封环与钻杆、钻孔形成无序的多点密封，此种密封方式可减少每个密封圈的摩擦损耗，当出现“喷孔”等极端情况时动态密封件会立刻在封闭器后部堆积实现高质量密封且不会影响钻杆工作，用此动静结合、软硬结合的密封方式可以达到节约用料且能应付各种极端条件的密封功能。
附图说明
图1为本发明收集器中结构示意图。
图2为本发明静态密封件结构示意图。
图中标号：1护孔管；2瓦斯抽排口；3静态密封件；31螺旋环；32刷毛；4动态密封件；5钻杆；6煤水输送口；7法兰。
以下通过具体实施方式，结合附图，对本发明作进一步说明具体实施方式。
具体实施方式
如图1所示，收集器连接在护孔管1的尾端，收集器设有瓦斯抽排口2，煤、气输送口6以及对应于护孔管轴向设置的钻孔，钻孔处由内向外依次设有静态密封件3和动态密封件4。
如图2所示，静态密封件3的主体由一个圆柱螺旋环31构成，螺旋环的内周壁沿径向布满刷毛32，并形成的螺旋的密封面，刷毛长度均相等并短于圆柱螺旋环的二分之一内径（具体根据所需穿过的钻杆直接确定）；刷毛的头部与钻杆5的外周壁贴合，形成初密封。
动态密封件4有多个大小相同的并列排布的的密封环组成，每个密封环与钻孔内壁、钻杆外周壁间隙动态配合。
具体实施时，静态密封件螺旋环采用金属材质（如钢、铁、铜等材质），刷毛采用加阻燃剂的尼龙66材质，静态密封件螺旋环的环数至少为两环（螺旋360°为一环），螺旋环的轴向最小长度为40－50mm；动态密封件的密封环采用PPESK合金改性尼龙（市售产品），动态密封件的每个密封环的厚度为2.5－4 mm，密封环的数量为12－15个。
为了提高密封质量，延长使用寿命，钻孔与动静态密封结构之间还设有铜套，铜套与钻孔内壁过盈配合或螺纹连接，铜套与静态密封件过盈配合，铜套与动态密封件间隙动态配合。
以下通过一个具体使用实施例对本发明技术方案做进一步说明。
首先整套装置按护孔管、收集器及动静态密封件用法兰7连接，然后将钻杆及钻头从其中间穿过；再将护孔管固定在钻眼处，同时把瓦斯抽排管及煤水输送管连接在瓦斯抽排口和煤水输送口；最后开动钻机工作。工作中钻杆钻采的煤、水、瓦斯在收集中中进行初步分离，在收集器钻孔处，钻杆依次通过静态密封件和动态密封件进行密封，在钻杆在钻采旋转过程中，静态密封件通过尼龙刷毛与钻杆外周壁形成接触性贴合，当收集器为低负压的条件下，静态密封件维持常态的密封。动态密封，适应于“喷孔”发生时自动紧急密封。一旦收集器腔体突然出现正压或高压状态，动态平面密封组的“呼啦圈”式排布的10-15个动态密封片，可以立即自动堆积到钻孔外端密封法兰7的开孔处，实现紧急密封，且不影响钻进作业。当护孔器腔体转到常压状态，动态平面密封组自动恢复“自由等待态”。所谓自由状态，是指端密封片无序的跟着钻杆旋转，每一个端密封片的位置、状态都是随机无序的。

Claims (4)

1.一种设有动静态结合密封结构的收集器，所述收集器连接在护孔管的尾端，收集器设有瓦斯抽排口，煤、气输送口以及对应于护孔管轴向设置的供钻杆穿过的钻孔，其特征在于，所述钻孔处由内向外依次设有静态密封件和动态密封件；所述静态密封件的主体由一个圆柱螺旋环构成，所述螺旋环的外周壁与钻孔内壁过盈配合，螺旋环朝向钻杆的内周壁沿径向布满刷毛并形成螺旋密封面，所述刷毛的头部与钻杆的外周壁接触性贴合，形成初密封；所述动态密封件有多个大小相同的并列排布的密封环组成，每个密封环与钻孔内壁、钻杆外周壁间隙动态配合。
2.根据权利要求1所述的一种设有动静态结合密封结构的收集器，其特征在于，所述静态密封件螺旋环的环数至少为两环；所述动态密封件的每个密封环的厚度为2.5－4 mm，密封环的数量为12－15个。
3.根据权利要求1或2所述的一种设有动静态结合密封结构的收集器，其特征在于，所述静态密封件螺旋环为金属材质，所述刷毛采用加阻燃剂的尼龙66材质；所述动态密封件的密封环采用PPESK合金改性尼龙。
4.根据权利要求1所述的一种设有动静态结合密封结构的收集器，其特征在于，所述钻孔与动静态密封结构之间还设有铜套，所述铜套与钻孔内壁过盈配合或螺纹连接，所述铜套与静态密封件过盈配合，所述铜套与动态密封件间隙动态配合。
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