CN103573206A - 主动密封式旋转防喷器旋转总成 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种主动密封式旋转防喷器旋转总成。该旋转总成包括外筒及内置的中心管，所述中心管的下端固定补偿胶芯，且外筒、中心管及补偿胶芯上设有液压导流通道。该旋转总成具有旋转密封功能可靠、总成尺寸小、现场更换方便、胶芯开关灵活的特点。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井中所用的旋转防喷器，具体的说是一种主动密封式旋转防喷器旋转总成。
背景技术
旋转防喷器安装于井口防喷器组法兰上部，是起旋转密封作用的欠平衡钻井设备。根据胶芯密封方式不同，分为主动式和被动式。主动式旋转防喷器可以主动的控制胶芯形变，实施开关动作，并且实时调整其密封压力，以达到主动的抱紧并密封钻柱的目的；被动式旋转防喷器依靠胶芯与钻柱之间的过盈配合，被动的抱紧密封钻柱。现有被动式旋转防喷器胶芯不能主动地补偿压力，长时间起下钻胶芯磨损严重，导致胶芯与钻柱之间产生间隙，从而造成密封失效。如果更换旋转总成，将造成循环中断，特别是在水平井及大位移井中容易导致井下复杂，必须起钻到一定深度方可更换旋转总成，这样将大大降低生产时效，因此多采用主动式旋转防喷器。但由于现有的主动式旋转防喷器为了便于进行主动控制，其胶芯均为内嵌型，且胶芯体积较大，因此其壳体外径通常大于φ1200mm，且重量重，导致现场换旋转总成困难，而且这种内嵌式现场换胶芯也非常困难，钻井过程中一旦胶芯失效，旋转防喷器将无法密封井口。
发明内容：
为了解决现有被动式旋转防喷器胶芯不能主动的补偿磨损，主动式旋转防喷器体积大、重量重、现场无法更换胶芯的问题，本发明提供一种主动密封式旋转防喷器旋转总成。该旋转总成具有旋转密封功能可靠、总成尺寸小、现场更换方便、胶芯开关灵活的特点。
本发明的技术方案是：一种主动密封式旋转防喷器旋转总成，包括外筒及内置的中心管，所述中心管的下端固定补偿胶芯，且外筒、中心管及补偿胶芯上设有液压导流通道。
作为优选，所述的补偿式胶芯包括连接法兰、胶芯外壳体及组合胶芯，所述的连接法兰下端面固定上述的胶芯外壳体，胶芯外壳体的上下端孔内连接上压盖及下压盖，胶芯外壳体内置有套装的组合胶芯；所述的组合胶芯包括内胶芯及外胶芯，所述内胶芯的上端通过连接螺钉固定在连接法兰上，所述外胶芯的上下端分别由上压盖及下压盖定位，且所述外胶芯的密封唇处固定胶环骨架；上述的连接法兰连接在中心管的下端。
上述中心管与外筒的环腔内下部置有下承托环,所述下承托环与中心管外壁间置有下摩擦套；在上述外筒的壁上设有轴向导流孔a,在下承托环及下摩擦套上设有径向导流孔b，在中心管的壁上设有轴向导流孔c，轴向导流孔C内置有导流管，在上压盖上设有导流孔d，上压盖上设有导流孔e,所述的各导流孔相互连通组成上述的液压导流通道；且上述的各导流孔（a、b、c、d、e）为周向均布
本发明的有益效果是：上述方案中，该旋转总成将钻柱的密封胶芯位置放置于中心管下部，从而大大缩小了总成的外形尺寸，现有总成的外形尺寸仅为φ439mm，可以灵活方便的进行总成更换；而钻柱的密封是由液压驱动膨胀液，通过该旋转体上的导流孔将膨胀液推注到组合胶芯内部使其向内膨胀将钻柱密封，实现胶芯开关和密封压力灵活可控，增强旋转防喷器的旋转密封性能，延长胶芯的使用寿命，满足现场使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明安装布置示意图
图3为图1的俯视图；
图4为液压驱动示意图。
图中 1-上承托环，2-侧进液口，3-阻流环，4-中心管，5-外筒，6-下摩擦套，7-下承托环，8-下垫环，9-导油管， 10-特制螺母,11-连接法兰，12-上压盖，13-胶芯骨架，14-胶芯外壳体,15-内胶芯,16-外胶芯,17-下压盖，18-动密封环, 20-上扶正轴承,21-推力轴承,22-下扶正轴承,25-内六方堵头, 28-上牙阚,29-固定螺钉,30-上盖，33-上摩擦套,34-巨型密封圈，36-下盖, 37-旋转总成，38-防喷器壳体，39-连接法兰，40-液缸抱卡，41-快速插头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
由图1至图3所示，该主动密封式旋转防喷器旋转总成，包括外筒5及内置的中心管4，所述中心管4的下端固定补偿胶芯，且外筒5、中心管4及补偿胶芯上设有液压导流通道。
所述的补偿式胶芯包括连接法兰11、胶芯外壳体14及组合胶芯，所述的连接法兰11下端面焊接固定上述的胶芯外壳体14，胶芯外壳体14的上下端孔内螺纹连接上压盖12及下压盖17，胶芯外壳体14内置有套装的组合胶芯，所述的组合胶芯包括内胶芯15及外胶芯16，所述内胶芯15的上端通过连接螺钉10固定在连接法兰11上，所述外胶芯16的上下端分别由上压盖12及下压盖17定位，下压盖17在胶芯外壳体14内旋紧可对外胶芯16产生挤压作用，且所述外胶芯16的密封唇处固定胶环骨架13；而上述的连接法兰11又螺栓连接到中心管4的下端。
上述的胶环骨架13嵌于外胶芯16内部，骨架由两个挤压环和若干个支撑柱通过熔化焊接与外胶芯16组合在一起，内外胶芯组装后处于轴向压紧状态时，胶环骨架13在外部载荷的挤压下，压紧外胶环15的唇边，确保唇边可以有效的密封，同时避免唇边向内移动导致渗漏。
上述中心管4的上端通过螺钉29与上牙阚28固定连接，外筒5的上端通过螺栓固定有上盖30，与外筒5的环腔内从上至下依次置有上承托环1、阻流环3、上扶正轴承20、推力轴承21、下扶正轴承22及下承托环7，上承托环1与中心管4间套装上摩擦套33，所述下承托环7与中心管4外壁间置有下摩擦套6；上述外筒5的下端由螺栓固定在下盖36的外止口上，下承托环7的下端由下盖36的内止口支撑，下摩擦套6的下端由下垫环8支撑，下垫环8的下端坐在连接法兰11的上端面上，中心管4的下端置于连接法兰11的内止口上并由螺栓连接；其中，在上述外筒5的壁上设有轴向导流孔a,在下承托环7及下摩擦套6上设有径向导流孔b，在中心管4的壁上设有轴向导流孔c，轴向导流孔c内置有导流管8，在连接法兰11上设有导流孔d，上压盖12上设有导流孔e, 上述的各导流孔（a、b、c、d、e）相互连通并与外胶芯相通组成上述的液压导流通道，实现旋转动密封传液；且上述的各导流孔（a、b、c、d、e）在各构件上为周向均布。为了保证密封性，在连接法兰11的设有导流孔d的上端孔固定内六方堵头25密封。
此外，上述的上摩擦套33及下摩擦套6与中心管4之间装有O型密封圈；上承托环1及下承托环7与上下摩擦套之间装有动密封环18，与外套5之间装有O型密封圈；外套5外壁上的巨型槽口内装有巨型密封圈34；下压盖17与胶芯外壳体14间装有O型密封圈。
上述形成小尺寸的旋转总成为主动密封式旋转防喷器内部的核心运转部件，它的现场安装方式如图2及图3所示，通过手压泵控制液缸抱卡40打开，将该旋转总成37放置于旋转防喷器壳体38内，通过手压泵控制液缸抱卡40收拢扶持住该旋转总成中的外筒5，最后将旋转防喷器底部连接法兰39与井口的旋转防喷器组法兰相连接，使该旋转总成37处于固定状态，在旋转总成37内上扶正轴承20,推力轴承21,下扶正轴承22的支撑于扶正作用下，中心管4与防喷器壳体38能够相对旋转；由于中心管4的上端通过螺钉29与上牙阚28固定连接，因此能够在方钻杆驱动器牙阚的驱动下，中心管4及其下边固定的补偿胶芯随钻具共同旋转。
旋转总成正常旋转动作时，驱动油路液压系统中的快速插头41插入总成中外筒5上的侧进液口2，向总成内注入液压油，在图4所示的液压系统中电机、泵、开关阀、远程调压阀、比例溢流阀及蓄能器的控制下，通过各导流孔（a、b、c、d、e），可以实现0.5-7MPa油压的控制输入，液压油依各导流孔内向下传递，将液压油最终引导至油压收缩式组合胶芯内部，在3-7MPa油压的驱动下，油压收缩式组合胶芯内部主动收缩，内胶芯主动的抱紧并密封钻柱。
需要旋转总成密封钻具时，地面油源加压，旋转总成主动的收缩内径，抱紧并密封钻具，随钻具共同旋转；当不需要密封钻具时，地面油源泄压，旋转总成内径回复初始状态，钻具可以正常通过，对旋转总成无任何影响；需要更换旋转总成时，打开旋转防喷器壳体液缸抱卡，使用吊索将总成从井口提出，提至钻具接头以上，卸开钻具接头，更换新的旋转总成，将新的旋转总成安装于旋转防喷器壳体内部。
上述的旋转总成在地面旋转试验台进行了旋转试验，在模拟现场工况进行了60～120rpm转速旋转试验15h、胶芯抱紧φ127mm钻杆10MPa密封承压试验、胶芯打开及关闭状态过φ165mm接头110次磨损检测、总成及胶芯装卸试验20次，设备运转可靠、发热量小、胶芯磨损量小。
Claims (3)
1.一种主动密封式旋转防喷器旋转总成，包括外筒（5）及内置的中心管（4），其特征在于：所述中心管（4）的下端固定补偿胶芯，且外筒（5）、中心管（4）及补偿胶芯上设有液压导流通道。
2.根据权利要求1所述的主动密封式旋转防喷器旋转总成，其特征在于：所述的补偿式胶芯包括连接法兰（11）、胶芯外壳体（14）及组合胶芯，所述的连接法兰（11）下端面固定上述的胶芯外壳体（14），胶芯外壳体（14）的上下端孔内连接上压盖（12）及下压盖（17），胶芯外壳体（14）内置有套装的组合胶芯；所述的组合胶芯包括内胶芯（15）及外胶芯（16），所述内胶芯（15）的上端通过连接螺钉（10）固定在连接法兰（11）上，所述外胶芯（16）的上下端分别由上压盖（12）及下压盖（17）定位，且所述外胶芯（16）的密封唇处固定胶环骨架（13）；上述的连接法兰（11）连接中心管（4）的下端。
3.根据权利要求2所述的主动密封式旋转防喷器旋转总成，其特征在于：上述中心管（4）与外筒（5）的环腔内下部置有下承托环（7）,所述下承托环（7）与中心管（4）外壁间置有下摩擦套（6）；在上述外筒（5）的壁上设有轴向导流孔a,在下承托环（7）及下摩擦套（6）上设有径向导流孔b，在中心管（4）的壁上设有轴向导流孔c，轴向导流孔C内置有导流管（9），在连接法兰（11）上设有导流孔d，上压盖（12）设有导流孔e,所述的各导流孔（a、b、c、d、e）相互连通组成上述的液压导流通道；且上述的各导流孔（a、b、c、d、e）为周向均布。
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