CN109025891B - 一种煤矿定向钻井用钻具封孔装置 - Google Patents
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Abstract
一种煤矿定向钻井用钻具封孔装置，包括侧壁设有槽口的中空外套，外套上端面设有台阶、内侧设有中空环状密封胶芯；外套内侧设有上部为锥形的环状结构的滑套；滑套外侧连接支撑块，支撑块下方的外套壁上设有支撑环，在支撑块和支撑环间设有拉力弹簧，在支撑块下侧设有穿过支撑环的支撑调节螺栓。本发明通过滑套对密封胶芯挤压，使得密封胶芯下部向内收缩，主动补偿密封胶芯与钻具之间因为磨损而产生的间隙，继续达到密封效果，延长密封胶芯的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于煤矿钻井装备领域，具体涉及一种煤矿定向钻井用钻具封孔装置。
背景技术
煤层的孔隙和裂隙内，存储有大量的瓦斯气体，在采煤作业之前，应将煤层中的瓦斯气体排出，否则达到一定的浓度时极易产生燃烧和爆炸，造成井下安全事故和灾难。目前瓦斯的抽采，主要采取地面钻井预抽和井下抽采两种方式。地面钻井预抽方式具有不受空间约束，不受时间限制，可起到地质勘探作用的特点。但是由于我国煤层普遍渗透率低，所以地面钻井预抽的先进技术在我国适用区域有限，在多数矿区，地面钻井预抽的难度较大，井下抽采仍然是煤层气抽放的主要方式。井下水平定向钻进作为井下抽采的主要技术手段，在各煤矿得到了大量的应用。
在煤矿井下水平定向钻进过程中，如果不采取专门的措施，煤层中的瓦斯会在钻具和套管之间的环空溢出，进而影响钻井安全。现有技术措施：采用橡胶材质的密封圈或环，安装在钻具与井眼环空之间的位置，通过橡胶的弹性变形对钻具进行密封，该技术起到了密封钻具和套管之环空的作用，保障了井下安全，但由于钻具在钻进的过程中需要持续向井眼深处移动以及间歇性的转动，这样钻具对密封圈或环的磨损非常严重，随着橡胶接触面的逐渐磨损，橡胶的弹性压缩量不能及时补偿磨损间隙，同时钻井过程中环空压力随时存在波动变化，以及具有磨砺性介质的存在，密封圈或环的使用寿命极为有限，因而，需要频繁更换密封圈或环，严重影响了钻进作业的进度，并且还增大了安全隐患，增加了成本。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术仅依靠密封件弹性压缩变形的方式对钻具与环空之间的密封，当密封件磨损之后，密封件的弹性不足以补偿磨损间隙和平衡环空压力，易于造成密封失效的问题，提供一种具有主动补偿密封功能的煤矿定向钻井用钻具封孔装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种煤矿定向钻井用钻具封孔装置，包括中空圆柱环状的外套，在外套壁上、沿圆周方向均匀分布有若干上下方向的槽口，外套上端面靠近中空位置设有台阶；在外套内侧设有纵剖面为倒梯形的密封胶芯，所述密封胶芯为中空环状，密封胶芯上端面设有与所述台阶尺寸相匹配的法兰；在外套内侧还设有能够上下滑动的环状结构的滑套，所述滑套上半部分的内侧为锥形结构，该锥形结构与密封胶芯的外侧形状相适应，能够插入密封胶芯与外套之间的空隙中，在靠近槽口四周位置的滑套外侧设有密封件，以防止井内流体从槽口泄漏；滑套外侧连接有穿过槽口并能够在槽口中上下移动的支撑块，所述支撑块和槽口的数量相等，在外套的外壁上、沿圆周方向设有支撑环，所述支撑环位于支撑块下方，支撑环和支撑块之间设有弹簧，在支撑块下侧设有穿过支撑环的支撑调节螺栓。
进一步的，所述外套的上下两端设有与其它部件相连接的法兰或卡箍结构。
进一步的，所述槽口为矩形结构，两条长边为上下方向。
进一步的，所述密封胶芯为橡胶或尼龙材料。
进一步的，所述密封胶芯上端面高于外套上端面，当外套上部与其它部件连接时，该密封胶芯的上端面能够起到密封作用。
进一步的，所述支撑环还能被设置在支撑块的上方，此时，所述支撑调节螺栓穿过支撑环与支撑块的上端面相接触。
本发明的有益效果：
本发明通过在密封胶芯下部外侧设置滑套，当密封胶芯使用一段时间被磨损后，依靠自身弹性无法有效密封钻具时，可通过调节支撑调节螺栓，带动滑套向上滑动合适距离，对密封胶芯产生一定的挤压作用，使得密封胶芯下部向内收缩，主动补偿密封胶芯与钻具之间因为磨损而产生的间隙，继续达到密封效果，延长密封胶芯的使用寿命。
除此而外，还通过在外套上设置矩形槽口、支撑环、支撑调节螺栓以及弹簧，巧妙的利用四者之间的连接关系及位置关系，将滑套调节在合适范围内，既能增强密封胶芯与钻具间的密封效果，又能防止滑套受井下压力波动而向上移动过多，对密封胶芯过度挤压造成胶芯损坏以及密封胶芯过度抱紧钻具对生产作业造成影响；而当出现意外情况，环空出现瞬间较大压力(远超过弹簧弹力作用时)，滑套会向上移动至最大位置使胶芯一直保持过度抱紧钻具状态，只要该压力值未超过胶芯、滑套、密封件及外套任意部件的极限承受范围，即可短暂实现超压密封，避免意外高压瞬间泄漏而造成危害。
另外，通过密封胶芯上端面高于外套上端面的设置，当外套上部连接其它部件时，密封胶芯上端高出部分可起到密封作用，不需要额外的密封件。
附图说明
图1为本发明结构剖面示意图；
图2为外套结构剖面示意图；
图3为支撑调节螺栓向上调节，带动滑套向上挤压密封胶芯，实现主动补偿密封间隙的效果示意图；
图4为密封件安装位置及滑套向上挤压密封胶芯的局部放大示意图；
图5为密封胶芯上端高出外套部分进行密封的示意图；
图中：1-密封胶芯，2-外套，21-矩形槽口，22-台阶，3-滑套，4-支撑块，5-拉力弹簧，6-支撑环，7-支撑调节螺栓，8-钻具，9-密封件，10-其它部件。
具体实施方式
在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布局图方式来进行描述的，如:前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例
如图1和图2所示，一种煤矿定向钻井用钻具封孔装置，包括上端面和下端面均设有连接法兰的中空圆柱环状的外套2，在外套壁上、沿圆周方向均匀分布有若干矩形槽口21，该矩形槽口的两条长边为上下方向，外套2上端面靠近中空位置设有台阶22；在外套2内侧设有纵剖面为倒梯形的密封胶芯1，所述密封胶芯1为中空环状，采用橡胶材料制成，密封胶芯1上端面设有与所述台阶22尺寸相匹配的法兰，而且，该密封胶芯1上端面高于外套2上端面，当外套上端面法兰与其它部件10连接时，该密封胶芯1的上端面能够起到密封作用(见图5)；在外套2内侧还设有能够上下滑动的环状结构的滑套3，所述滑套3上半部分的内侧为锥形结构，该锥形结构与密封胶芯1的外侧形状相适应，能够插入密封胶芯1与外套2之间的空隙中，在靠近矩形槽口21位置的滑套外侧设有密封件9(如图1和图4所示)，防止井内流体从矩形槽口21泄漏；滑套3外侧连接有穿过矩形槽口21的支撑块4，该支撑块4能够在矩形槽口21中上下移动，以带动滑套3上下滑动，在外套2的外壁上、沿圆周方向设有支撑环6，所述支撑环6位于支撑块4正下方，在支撑块和支撑环之间设有拉力弹簧5，所述弹簧5、支撑块4和矩形槽口21三者的数量相等；在支撑块4下侧设有穿过支撑环6的支撑调节螺栓7。
如图3所示，所述密封胶芯1在刚开始使用时，内径最小处小于钻具8外径，当钻具插入密封胶芯时，可以依靠其自身弹性抱紧钻具而密封；当密封胶芯1使用一段时间被磨损后，依靠自身弹性无法有效密封钻具8，此时，可通过调节支撑调节螺栓7，再结合弹簧5，使得滑套3向上滑动合适距离，对密封胶芯1产生挤压，使得密封胶芯下部向内收缩，主动补偿密封胶芯与钻具之间因为磨损而产生的间隙继续达到密封效果，延长密封胶芯的使用寿命。
当所述支撑块4相对支撑环6移动时，两者最小距离受矩形槽口21及支撑调节螺栓7的限制，调节支撑螺栓可以增加支撑块与支撑环之间的最小距离，而支撑块向上移动的最大距离则受矩形槽口上端面和弹簧5的限制，当支撑块与支撑调节螺栓分离开继续向上移动时，拉力弹簧发挥作用，防止支撑块移动过多，带动滑套深入密封胶芯的距离过长导致密封胶芯过度抱紧钻具。
Claims (6)
1.一种煤矿定向钻井用钻具封孔装置，其特征在于：包括中空圆柱环状的外套(2)，在外套壁上、沿圆周方向均匀分布有若干上下方向的槽口(21)，外套(2)上端面靠近中空位置处设有台阶(22)；在外套(2)内侧设有纵剖面为倒梯形的密封胶芯(1)，所述密封胶芯(1)为中空环状，密封胶芯(1)上端面设有与所述台阶(22)尺寸相匹配的法兰；在外套(2)内侧还设有能够上下滑动的环状结构的滑套(3)，所述滑套(3)上半部分的内侧为锥形结构，该锥形结构与密封胶芯(1)的外侧形状相适应，能够插入密封胶芯(1)与外套(2)之间的空隙中，在靠近槽口(21)四周位置的滑套外侧设有密封件(9)，以防止井内流体从槽口(21)泄漏；滑套(3)外侧连接有穿过槽口(21)并能够在槽口(21)中上下移动的支撑块(4)，所述支撑块(4)和槽口(21)的数量相等，在外套(2)的外壁上、沿圆周方向设有支撑环(6)，所述支撑环(6)位于支撑块(4)下方，支撑环(6)和支撑块(4)之间设有弹簧(5)，在支撑块(4)下侧设有穿过支撑环(6)的支撑调节螺栓(7)。
2.如权利要求1所述的一种煤矿定向钻井用钻具封孔装置，其特征在于：所述外套(2)的上下两端设有与其它部件相连接的法兰或卡箍结构。
3.如权利要求1所述的一种煤矿定向钻井用钻具封孔装置，其特征在于：所述槽口(21)为矩形结构，两条长边为上下方向。
4.如权利要求1所述的一种煤矿定向钻井用钻具封孔装置，其特征在于：所述密封胶芯(1)为橡胶或尼龙材料。
5.如权利要求1所述的一种煤矿定向钻井用钻具封孔装置，其特征在于：所述密封胶芯(1)上端面高于外套(2)上端面，当外套上部与其它部件连接时，该密封胶芯(1)的上端面能够起到密封作用。
6.如权利要求1所述的一种煤矿定向钻井用钻具封孔装置，其特征在于：所述支撑环(6)还能被设置在支撑块(4)的上方，此时，所述支撑调节螺栓(7)穿过支撑环(6)与支撑块(4)的上端面相接触。
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