CN103075125B - 一种压力平衡装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及井下作业工具领域中的一种用于石油钻井井下仪器或工具中的压力平衡装置。技术方案是：在中空的接头内置走线管，在走线管与接头的环形空腔上、下端分别有通油堵头和堵头封堵，浮动活塞连同弹簧套装在通油堵头和堵头之间的走线管外，在通油堵头轴向设置一个或多个油通道，浮动活塞内、外壁分别与走线管和接头构成滑动密封配合，在接头中部的环形空腔段径向设置一个或多个液通道。该发明可以为井下仪器和工具旋转密封提供所需的液压油，提高密封系统的可靠性和使用寿命，确保井下仪器和工具在井下正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及井下作业工具领域中的一种用于石油钻井井下仪器或工具中的压力平衡装置。
背景技术
石油钻井井下作业环境十分恶劣, 井下工具处于高温、高压、高振动、高固相颗粒的工作环境下，密封的可靠性和使用寿命都面临着严重的考验。目前，常用的高压旋转动密封有机械密封和填料密封，机械密封效果较好，但结构复杂, 占用空间大, 价格昂贵, 且对密封副要求高, 在井下高振动，高固相颗粒的工作环境下可靠性难以保证。填料密封因填料与旋转轴表面同一部分连续接触, 会产生相当大的摩擦和磨损, 且散热较困难。
Kalsi密封系统是一种新的流体动力润滑旋转密封，能够在动密封面之间形成一层能避免相对运动表面直接接触的流体动压油膜，从而大大降低了密封圈磨损和摩擦热，使密封具备密封压力高、磨损低、扭矩稳定和润滑好等特点，适用于井下多磨砺、高温、高压、高振动的密封环境。Kalsi密封的使用能够大大提高轴和密封的寿命，从而提高井下工具工作的可靠性和使用寿命，工作时允许微量泄漏液压油润滑冷却自身，需要密封腔内有足够液压油量，确保密封腔内外压差为正，密封正常工作。但是如何保证Kalsi密封系统在井下作业环境中有充足液压油和密封腔内外，成为亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的就是保证密封系统液压油量和压差为正的需求，提出一种能够为井下仪器或工具密封系统提供所需液压油量和压差为正的压力平衡装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
在中空的接头内置走线管，在走线管与接头的环形空腔上、下端分别有通油堵头和堵头封堵，浮动活塞连同弹簧套装在通油堵头和堵头之间的走线管外，在通油堵头轴向设置一个或多个油通道，浮动活塞内、外壁分别与走线管和接头构成滑动密封配合，在接头中部的环形空腔段径向设置一个或多个液通道。
上述方案还包括：走线管与接头的环形空腔上端封堵采用通油堵头内、外壁分别与走线管和接头密封圈配合后，由限位挡圈与接头固连锁定；走线管与接头的环形空腔下端封堵采用堵头内、外壁分别与走线管和接头密封圈配合后，由堵头压帽与接头固连锁定；浮动活塞内、外壁分别通过密封圈与走线管和接头构成滑动密封配合。
限位挡圈与接头固连锁定方式为限位挡圈与接头内置环形槽锁定配合或者限位挡圈与接头内置丝扣锁定配合；堵头压帽与接头固连锁定方式为堵头压帽与接头内置环形槽锁定配合或者堵头压帽与接头内置丝扣锁定配合；在堵头与堵头压帽之间还设置有限位环和线堵头，线堵头上设有多个密封插针。
在堵头与限位环之间还设置轴线间隙调整垫。接头上下外端部分别设置外丝扣，接头中部外置扶正器。
本压力平衡装置的有益效果是：该压力平衡装置在浮动活塞和通油堵头之间形成的油腔中的液压油存储量可以通过弹簧行程调整，并可根据密封系统需求进行设计，能够充分保证密封系统对液压油量的需求。在井下工作过程中，钻井液通过接头上的钻井液通孔流入浮动活塞后弹簧位置，使液压油压力始终等于钻井液压力与弹簧力之和，弹簧力可根据用油系统的需求进行调整，保证用油系统与钻铤内钻井液压差为正值，防止钻井液进入用油系统，对用油系统造成破坏。接头外可安装采用整体套装式结构的扶正器，直接安装在接头外圆上，扶正效果明显，且结构简单，安装方便。走线管两端分别与通油堵头和堵头连接，走线管内孔既能够让液压油流通，也可以用作用油系统与用电系统之间导线穿越接头的通道。走线管内孔处于接头中心，在接头与用油系统通过螺纹联接旋紧过程中，导线不会绞结，避免在旋扣过程中损坏。总之该发明可以为井下仪器和工具旋转密封提供所需的液压油，提高密封系统的可靠性和使用寿命，确保井下仪器和工具在井下正常工作。
附图说明
图1是一种压力平衡装置应用实施例的结构示意图；
图中：1. 限位挡圈 ，2. 通油堵头 ，3. 接头上端部O型密封圈， 4. 弹簧 ，5. 走线管 ，6. 接头 ，7. 钻井液通孔（也称液通道） ，8. 堵头外圆O型密封圈 ，9. 轴线间隙调整垫（O型密封圈）， 10. 限位环 ，11. 密封插针，12.线堵头， 13. 堵头压帽， 14.用油系统， 15.液压油通道（也称油通道）， 16. 走线管外O型密封圈 ， 17.浮动活塞 ，18. 钻铤， 19. 扶正器与接头O型密封圈 ，20.扶正器 ， 21.堵头， 22.堵头内圆型密封O圈 ， 23.线堵头O型密封圈 24.用电系统。
具体实施方式
下面结合说明书附图对发明做进一步的详述。
参照图1，实施例1是一种简化压力平衡装置的实施例。
在中空的接头6内置走线管5，在走线管5与接头6组成的环形空腔上、下端分别有通油堵头2和堵头21封堵。浮动活塞17连同弹簧4套装在通油堵头2和堵头21之间的走线管5外。在通油堵头2轴向设置2个液压油通道15，浮动活塞17内、外壁分别与走线管5和接头6构成滑动密封配合，在接头6中部的环形空腔段径向设置2个钻井液通道7。
实施例2是在实施例1的基础上的优化方案。其中：走线管5与接头6的环形空腔上端封堵采用通油堵头2内、外壁分别与走线管5和接头6通过密封圈（16、3）配合后，由限位挡圈1与接头内置环形槽锁定配合。走线管5与接头6的环形空腔下端封堵采用堵头21内、外壁分别与走线管5和接头6通过密封圈（22、8）配合后，经过轴线间隙调整垫9、限位环10和线堵头12，由堵头压帽13与接头内置丝扣配合固连锁定。浮动活塞17内、外壁分别通过密封圈（16、3）与走线管5和接头6构成滑动密封配合。线堵头12上设有3-5个密封插针11，用于与下部用电系统24的电缆对接。接头6上下外端部分别设置外丝扣，分别与井下仪器和工具的用油系统14和用电系统24相接，接头6中部外置扶正器20后安装在钻铤18内。线堵头12与接头6之间设有密封圈23，接头6与扶正器20之间有密封圈19。
本发明的工作过程如下：在装置下井之前，通过用油系统，将液压油泵入平衡装置，推动浮动活塞沿走线管压缩弹簧，达到设定的压力或液压油量后完成油液存储。当工具在井下工作时，钻井液通过接头径向钻井液通孔进入到浮动活塞与堵头之间，增加液压油压力，使工具用油系统和钻井液的压差为弹簧压力，为井下工具用油系统提供稳定压力。
Claims (5)
1.一种压力平衡装置，其特征是：在中空的接头内置走线管，在走线管与接头的环形空腔上、下端分别有通油堵头和堵头封堵，浮动活塞连同弹簧套装在通油堵头和堵头之间的走线管外，在通油堵头轴向设置一个或多个油通道，浮动活塞内、外壁分别与走线管和接头构成滑动密封配合，在接头中部的环形空腔段径向设置一个或多个液通道。
2.根据权利要求1所述的压力平衡装置，其特征是：走线管与接头的环形空腔上端封堵采用通油堵头内、外壁分别与走线管和接头密封圈配合后，由限位挡圈与接头固连锁定；走线管与接头的环形空腔下端封堵采用堵头内、外壁分别与走线管和接头密封圈配合后，由堵头压帽与接头固连锁定；浮动活塞内、外壁分别通过密封圈与走线管和接头构成滑动密封配合。
3.根据权利要求2所述的压力平衡装置，其特征是：限位挡圈与接头固连锁定方式为限位挡圈与接头内置环形槽锁定配合或者限位挡圈与接头内置丝扣锁定配合；堵头压帽与接头固连锁定方式为堵头压帽与接头内置环形槽锁定配合或者堵头压帽与接头内置丝扣锁定配合；在堵头与堵头压帽之间还设置有限位环和线堵头，线堵头上设有多个密封插针。
4.根据权利要求3所述的压力平衡装置，其特征是：在堵头与限位环之间还设置轴线间隙调整垫。
5.根据权利要求1、2 、3或4所述的压力平衡装置，其特征是：接头上下外端部分别设置外丝扣，接头中部外置扶正器。
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