CN108488141A - 一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油页岩气采出设备技术领域，公开了一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，包括液缸，液缸内设有流体通道，流体通道包括一T形段，在T形段的拐角处设有伸缩阀芯；T形段包括一个阶梯状的通道口，该通道口包括内段孔和外段孔；内段孔内设有阀压盖，外段孔内设有阀盖；阀压盖与内段孔之间设有密封圈，且液缸上设有溢流孔。本发明改善了由于工作振动造成的阀盖松动而导致密封圈位移和损坏，克服了平面密封对轴向压力变化的敏感性，提高了密封性能，防止了密封圈产生位移和变形；阀压盖外缘表面不易疲劳产生裂纹；使密封圈损坏后，高压泥浆可以通过溢流孔泄压，液缸、阀压盖不被高压泥浆刺坏。因此，值得推广。
Description
技术领域
本发明属于石油页岩气采出设备技术领域，具体涉及一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构。
背景技术
石油页岩气是一种非常规清洁能源，由于页岩气生成条件决定了其储存断面多以石灰岩层为主，石灰岩层的硬度和强度是积层岩的1.5～2倍，为了提高页岩气的单井产量，现钻井行业普遍釆用竖井加水平井的钻井工艺技术，由于对石灰岩层和水平井的钻井工艺技术，要求钻井泵必须具备高压力和大流量的设备使用性能。
为了满足高压力和大流量钻井技术要求，以美国为首的高压钻井泵制造企业将传统的F-1600钻井泵液力端进行改造升级为由吸入和排出液缸组合而成的HL型高压液力端，将钻井工作压力35MPa提高到52Mpa。在52MPa工作压力下，由吸入和排出液缸对阀压盖按照每分钟120次的频率施以往复式呼吸式运动。
传统的HL高压液力端结构存在以下主要缺陷：
1.阀盖密封圈容易损坏，使用寿命短，从目前掌握的情况，在38Mpa工作压力条件下一般平均使用时间在72小时左右，对于一些地质条件恶劣的，使用寿命只有2～4小时。
2.密封圈一旦损坏，高压泥浆会对阀压盖和液缸密封圈止口进行刺坏，泥浆才能从被刺坏的缺口处向溢流孔外流泄压。一旦液缸和阀压盖被高压泥浆刺坏，高压钻井泵就无法正常工作，不但严重影响钻井作业效率，而且还会大幅增加钻井成本。
造成传统HL高压液力端缺陷的主要原因包括：
1、液缸阀盖釆用1英寸粗牙锯齿型螺纹，在设备运行中容易因为强力震动导致螺纹松动，无法保证阀盖向阀压盖和密封圈施与恒定的轴向压力，无法保证对阀压盖和密封圈的压紧和压实，在高压泥浆的冲刺下被刺坏。
2、阀压盖在液缸阀腔內无沿园周方向定位，当密封圈变形或位移时，使阀压盖与液缸内腔表面产生每分钟120次的金属相互碰撞，导致液缸内腔密封止口处产生疲劳裂纹。
3、密封圈釆用平面密封，平面密封对轴向压力变化非常敏感，容易在阀盖因振动发生螺纹松动时产生位移和变形，导致密封圈容易损坏而使高压泥浆刺坏阀压盖和液缸密封止口。
4、溢流孔位置设置不合理，当密封圈损坏后高压泥浆只有将阀压盖和液缸密封止口刺坏后才能从被刺坏的缺口处流向溢流孔而实现泄压。
发明内容
本发明目的在于提供一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，旨在改进液缸处安装密封圈的结构和溢流结构，在达到密封圈的承受极限时即开始溢流泄压，避免破坏液缸、阀压盖等内部结构，降低了设备的维护成本，延长了设备的使用寿命。
本发明所采用的技术方案为：
一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，包括液缸，液缸内设有流体通道，流体通道包括一T形段，所述T形段包括a通道和b通道，b通道内设有伸缩阀芯，且伸缩阀芯位于b通道与a通道的连通处；b通道包括一个阶梯状的通道口，该通道口至少包括内段孔和外段孔；内段孔内设有用于固定伸缩阀芯的阀压盖，外段孔内设有用于抵紧阀压盖的阀盖；所述的阀压盖与内段孔之间设有密封圈，且液缸上设有溢流孔，所述的溢流孔连通内段孔。
进一步的，所述内段孔的孔径逐渐缩小，连接外段孔一端的孔径大于另一端的孔径。
作为一种优选的方案，所述的内段孔为圆锥形孔，阀压盖位于内段孔内的部分为圆锥形，溢流孔从液缸的侧壁直接连通到内段孔的孔壁。
作为另一种优选的方案，所述的内段孔包括前段孔和后段孔，所述前段孔的孔径小于后段孔的孔径，且前段孔与后段孔的连接过渡面为斜面；所述的阀压盖位于后段孔内，阀压盖前端的形状与该斜面形状对应匹配，所述的密封圈位于该斜面处且被阀压盖压紧。
进一步的，作为优选的方案，阀压盖上设有1.5×20mm的环状沟槽，该环状沟槽连通溢流孔。
进一步的，作为优选的方案，为了实现在密封圈被破坏后，流体通过溢流孔排出泄压，所述的阀压盖的侧壁面与内段孔的孔壁之间留有间隙。
再进一步，所述的溢流孔为直孔，溢流孔垂直于液缸的侧壁面。将溢流孔设置在内段孔处的好处是：实现溢流泄压的条件为密封圈被破坏，可保持阀压盖、阀盖和液缸的完好，减少损坏，维护时只需要及时更换密封圈即可，降低了使用成本和维护成本。
进一步的，为了使阀压盖的轴向性更好，所述的内段孔和外段孔的连接过渡面为直角台阶面，所述的阀压盖的后端设有与该台阶面配合的环状结构。
进一步的，作为优选的方案，所述的密封圈采用PU聚氨脂橡胶制成或者NBR丁腈橡胶制成。
进一步的，为了方便安装和取出阀压盖，所述的阀压盖上设有提拉件。所述的提拉件一般为带有杆件的把手，通过提拉件能够将阀压盖安装进入内段孔和从内段孔中取出。为方便整体配合，阀盖为圆筒状，提拉件位于阀盖中空的内部。
再进一步，作为优选的方案，所述的阀压盖上设有轴孔，所述的提拉件连接在轴孔内。
进一步的，作为优选的方案，外段孔内设置锯齿形螺纹，所述的阀盖通过螺纹连接固定在外段孔内，通常情况下该锯齿形螺纹的尺寸为1/2英寸。
本发明的有益效果为：
1.传统的HL高压泥浆泵液力端密封结构在工作压力38Mpa时，密封圈的平均使用寿命在72小时以内，由于频繁的更换密封圏和修复被刺坏的液缸密封止口和阀压盖，严重影响了钻井队的钻井效率，钻井作业率低于60％，钻一口6500米的页岩气井高压钻井泵的维护修理费就会高达3万元以上。本发明提供的新型密封结构的高压泵液力端，密封圈单次使用寿命达到了620小时以上，是传统密封结果寿命的8倍以上，钻井作业率也达到了85％以上，在一次钻井深度21900英尺过程中高压钻井泵液力端的维护修理费为零。
2.在液缸阀盖压处采用1/2英寸锯齿型螺纹，改善了由于工作振动造成的阀盖松动而导致密封圈位移和损坏。
3.在内段孔处采用锥面密封或斜面密封代替平面密封，克服了平面密封对轴向压力变化的敏感性，既提高了密封性能，也防止了密封圈产生位移和变形，提高了密封圈的使用寿命。
4.本发明在在内段孔和外段孔的连接过渡面增加了一个台阶状的止口与阀压盖相应尺寸进行园周方向的定位，避免阀压盖外园表面与液缸止口表面金属的相互碰撞而发生的液缸密封止口疲劳裂纹。
5.本发明改变了液缸传统结构溢流孔的位置，使密封圈一旦损坏，高压泥浆可以通过阀压盖上的环状沟槽将高压泥浆排向溢流孔进行泄压，有效地保护了液缸密封止口和阀压盖不被高压泥浆刺坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1是本发明的结构剖视图。
图2是液缸的部分结构剖视图。
图3是外段孔处的螺纹结构示意图。
图中：1-液缸；101-内段孔；102-外段孔；2-阀压盖；3-阀盖；4-密封圈；5-溢流孔。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
实施例1：
如图1、图2所示，本实施例公开了一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，包括液缸1，液缸内设有流体通道，流体通道包括一T形段，所述T形段包括a通道和b通道，b通道内设有伸缩阀芯，且伸缩阀芯位于b通道与a通道的连通处；b通道包括一个阶梯状的通道口，该通道口至少包括内段孔101和外段孔102；内段孔内设有用于固定伸缩阀芯的阀压盖2，外段孔内设有用于抵紧阀压盖的阀盖3；所述的阀压盖与内段孔之间设有密封圈4，且液缸上设有溢流孔5，所述的溢流孔连通内段孔。
内段孔的孔径逐渐缩小，连接外段孔一端的孔径大于另一端的孔径。在本实施例中，所述的内段孔为圆锥形孔，阀压盖位于内段孔内的部分为圆锥形，溢流孔从液缸的侧壁直接连通到内段孔的孔壁。
为了实现在密封圈被破坏后，流体通过溢流孔排出泄压，阀压盖上设有1.5×20mm的环状沟槽，该环状沟槽连通溢流孔。
所述的溢流孔为直孔，溢流孔垂直于液缸的侧壁面。将溢流孔设置在内段孔处的好处是：实现溢流泄压的条件为密封圈被破坏，可保持阀压盖、阀盖和液缸的完好，减少损坏，维护时只需要及时更换密封圈即可，降低了使用成本和维护成本。
为了使阀压盖的轴向性更好，所述的内段孔和外段孔的连接过渡面为直角台阶面，所述的阀压盖的后端设有与该台阶面配合的环状结构。
在本实施例中，所述的密封圈采用PU聚氨脂橡胶制成或者NBR丁腈橡胶制成。
为了方便安装和取出阀压盖，所述的阀压盖上设有提拉件。所述的提拉件一般为带有杆件的把手，通过提拉件能够将阀压盖安装进入内段孔和从内段孔中取出。为方便整体配合，阀盖为圆筒状，提拉件位于阀盖中空的内部。
在本实施例中，所述的阀压盖上设有轴孔，所述的提拉件连接在轴孔内，提拉件与轴孔通过螺纹连接，在常态下不需要对阀压盖进行安装和取出时，可将提拉件悬出收纳，减少了阀压盖处的外部载荷，方便阀压盖保持受力平衡。
如图3所示，本实施例中，外段孔内设置锯齿形螺纹，所述的阀盖通过螺纹连接固定在外段孔内，该锯齿形螺纹的尺寸为1/2英寸，且齿厚偏差为±0.038mm。
实施例2：
本实施例公开了一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，本实施例与实施例1中的不同之处在于：
本实施例中，所述的内段孔包括前段孔和后段孔，所述前段孔的孔径小于后段孔的孔径，且前段孔与后段孔的连接过渡面为斜面；所述的阀压盖位于后段孔内，阀压盖前端的形状与该斜面形状对应配合，所述的密封圈位于该斜面处且被阀压盖压紧。
其余各部件的结构和连接关系与实施例1中相同，此处就不再赘述。
实施例3：
本实施例公开了一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，本实施例与实施例1中的不同之处在于：
本实施例中，为了实现在密封圈被破坏后，流体通过溢流孔排出泄压，所述的阀压盖的侧壁面与内段孔的孔壁之间留有间隙，间隙的宽度为1mm。
其余各部件的结构和连接关系与实施例1中相同，此处就不再赘述。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (10)
1.一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，其特征在于：包括液缸(1)，液缸内设有流体通道，流体通道包括一T形段，所述T形段包括a通道和b通道，b通道内设有伸缩阀芯，且伸缩阀芯位于b通道与a通道的连通处；b通道包括一个阶梯状的通道口，该通道口至少包括内段孔(101)和外段孔(102)；内段孔内设有用于固定伸缩阀芯的阀压盖(2)，外段孔内设有用于抵紧阀压盖的阀盖(3)；所述的阀压盖与内段孔之间设有密封圈(4)，且液缸上设有溢流孔(5)，所述的溢流孔连通内段孔。
2.根据权利要求1所述的一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，其特征在于：所述内段孔的孔径逐渐缩小，连接外段孔一端的孔径大于另一端的孔径。
3.根据权利要求1所述的一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，其特征在于：所述的内段孔为圆锥形孔，阀压盖位于内段孔内的部分为圆锥形，溢流孔从液缸的侧壁直接连通到内段孔的孔壁。
4.根据权利要求1所述的一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，其特征在于：所述的内段孔包括前段孔和后段孔，所述前段孔的孔径小于后段孔的孔径，且前段孔与后段孔的连接过渡面为斜面；所述的阀压盖位于后段孔内，阀压盖前端的形状与该斜面形状对应匹配，所述的密封圈位于该斜面处且被阀压盖压紧。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，其特征在于：阀压盖上设有环状沟槽，该环状沟槽连通溢流孔。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，其特征在于：所述的溢流孔为直孔，溢流孔垂直于液缸的侧壁面。
7.根据权利要求1所述的一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，其特征在于：所述的内段孔和外段孔的连接过渡面为直角台阶面，所述的阀压盖的后端设有与该台阶面配合的环状结构。
8.根据权利要求1所述的一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，其特征在于：所述的密封圈采用PU聚氨脂橡胶制成或者NBR丁腈橡胶制成。
9.根据权利要求1所述的一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，其特征在于：所述的阀压盖上设有提拉件。
10.根据权利要求1所述的一种防止高压泥浆刺漏的吸入和排出液缸新型密封结构，其特征在于：外段孔内设置锯齿形螺纹，所述的阀盖通过螺纹连接固定在外段孔内。
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