CN110318691B - 带压作业旋转托架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带压作业托架，具体涉及一种带压作业旋转托架；解决了现有托架无法满足防顶卡盘和防坠卡盘旋转且油管线缠绕在托架上，影响作业施工的技术问题。一种带压作业旋转托架，包括由外至内依次套装的托架主体、衬套、内旋转体以及进油单元和回油单元；衬套和内旋转体之间设置旋转密封圈组件；旋转密封圈组件包括双向高压旋转密封圈、两个单向高压旋转密封圈和两个隔环；双向高压旋转密封圈位于两个单向高压旋转密封圈之间；每个单向高压旋转密封圈和双向高压旋转密封圈之间均设有一个隔环；内旋转体两端分别通过第一支撑组件和第二支撑组件支撑在托架主体上；内旋转体包括中心管和分别固定连接在中心管两端的上法兰和下法兰。

Description

带压作业旋转托架

技术领域

本发明涉及一种带压作业托架，具体涉及一种带压作业旋转托架。

背景技术

带压作业是指保持井筒内一定压力，在不压井、不放压的情况下进行起下管柱的一种特定井下作业技术。相比压井后的修井作业，带压作业的优势在于，它能够最大限度的保护地层压力，减少地层能量损失，节约能源，同时能够减小放喷带来的环境污染。目前带压作业在国外应用非常普遍，在国内也逐步推广。

但在带压作业过程中，特别是带压旋转作业，由于现有的带压作业设备中所采用的游动托架无法旋转，无法给托架上下连接的防顶卡盘和防坠卡盘提供油道，导致防顶卡盘和防坠卡盘在夹紧油管或管柱后随管件旋转时，推动卡瓦的液缸油管线也跟着旋转，缠绕在托架上，影响作业施工。

发明内容

为了解决现有托架无法满足防顶卡盘和防坠卡盘旋转且油管线缠绕在托架上，影响作业施工的技术问题，本发明提供了一种带压作业旋转托架。

本发明的技术解决方案是：

一种带压作业旋转托架，其特殊之处在于：

包括由外至内依次套装的托架主体、衬套、内旋转体以及进油单元和回油单元；

所述衬套和内旋转体之间设置旋转密封圈组件；所述旋转密封圈组件包括双向高压旋转密封圈、两个单向高压旋转密封圈和两个隔环；所述双向高压旋转密封圈位于两个所述单向高压旋转密封圈之间；每个所述单向高压旋转密封圈和所述双向高压旋转密封圈之间均设有一个所述隔环；

所述内旋转体两端分别通过第一支撑组件和第二支撑组件支撑在托架主体上；所述内旋转体包括中心管和分别固定连接在中心管两端的上法兰和下法兰；

所述进油单元包括设置在上法兰外侧壁的进油单元上油口、设置在下法兰外侧壁的进油单元下油口、设置在中心管内且连通进油单元上油口和进油单元下油口的进油单元轴向油道、用于向进油单元轴向油道供油的进油单元中间油道；

所述进油单元中间油道包括贯穿托架主体侧壁的进油单元第一油孔、贯穿衬套侧壁且与进油单元第一油孔相通的进油单元第二油孔、设置在其中一个隔环与衬套之间且与进油单元第二油孔相通的进油单元外环腔、设置在所述隔环侧壁且与进油单元外环腔相通的进油单元第三油孔、设置在所述隔环与中心管之间且与进油单元第三油孔相通的进油单元内环腔、设置在中心管外侧壁且与进油单元内环腔相通的进油单元中间油孔；所述进油单元中间油孔与所述进油单元轴向油道相通；

所述回油单元与所述进油单元的结构相同，所述回油单元中间油道与所述进油单元中间油道上下错位。

进一步地，为提高单向高压旋转密封圈的性能，所述单向高压旋转密封圈包括第一密封圈本体、第一“O”型圈和多个第一弹簧；所述第一密封圈本体为一端开口式，包括第一外密封层和第一密封唇边；第一密封唇边的外壁设置多个第二环槽，第一密封唇边的内壁设置多个第一环槽；每个所述第一弹簧位于其中一个第二环槽内；所述第一密封唇边的口部短于第一外密封层的口部；所述第一“O”型圈设置在第一密封圈本体的外壁上。

进一步地，为提高双向高压旋转密封圈的性能，所述双向高压旋转密封圈包括第二密封圈本体、两组第二弹簧和两个第二“O”型圈；所述第二密封圈本体为两端开口式，且两端结构相同；第二密封圈本体两端的外层均为第二外密封层，内层均为第二密封唇边；每个第二密封唇边的外壁均设置一组第四环槽，每个密封唇边的内壁均设置一组第三环槽；第二密封圈本体内壁的中部设置第五环槽；密封圈本体外壁的中部设置第六环槽；第五环槽和第六环槽通过设置在第六环槽底部的润滑油孔连通；每组所述第二弹簧位于相应的一组第四环槽内；所述第二密封唇边的口部短于第二外密封层的口部；两个所述第二“O”型圈均设置在第二密封圈本体的外壁上，且位于第六环槽两侧。

进一步地，为了延长旋转密封圈组件的使用寿命，该带压作业旋转托架还包括设置在托架主体上的油盒；所述油盒向旋转密封圈组件提供润滑油。

进一步地，为了方便限制该旋转托架旋转，该带压作业旋转托架还包括用于限定内旋转体转动的止动组件。

进一步地，所述止动组件包括固定在托架主体上的一个止动器以及周向均布在上法兰的外圆柱面上的多个止动槽；所述止动器包括壳体以及沿壳体轴向依次设置的止动柱塞、弹簧、螺塞、拉手；止动器的止动柱塞可在弹簧压力下插入止动槽内。

进一步地，为了节省成本，所述中心管和所述下法兰可以为分体件，中心管和所述下法兰密封连接。

进一步地，为了便于安装，所述中心管和所述下法兰可以为一体件。

进一步地，为了简化结构，节省安装空间，所述第一支撑组件和第二支撑组件均为推力调心滚子轴承。

进一步地，为了方便吊装，该带压作业旋转托架还包括连接在托架主体上表面的两个吊环螺钉，两个吊环螺钉沿托架主体的轴线对称布置。

本发明相比现有技术的有益效果是：

1、本发明的内旋转体外部套装衬套和托架主体，内旋转体通过两组支撑组件支撑在托架主体上，内旋转体、衬套和托架主体之间设置进油单元和回油单元；当管柱旋转时，只有内旋转体会随着防顶卡盘和防坠卡盘转动，托架主体并不会转动；内旋转体与防顶卡盘和防坠卡盘同时转动，由于进油单元的第一油口和回油单元的第一油口均设置在托架主体上，所以连接在进油单元的第一油口和回油单元的第一油口上的外部油管线不会转动，避免了防顶卡盘和防坠卡盘上的管线缠绕。

2、本发明中单向高压旋转密封圈的密封本体内部均设置密封唇边，使密封件的弹性更好；密封唇边外壁设置弹簧，增加了密封件的强度；密封唇边内壁设置多个第一环槽，减小了旋转运动时的摩擦力，提高了密封圈的耐磨性、承压性的问题。

3、本发明的托架主体上设有油盒，油盒向旋转密封圈组件提供润滑油，延长了旋转密封圈组件的使用寿命。

4、本发明的托架主体上设有用于限定内旋转体转动的止动组件，止动组件包括固定在托架主体上的一个止动器以及周向均布在上法兰的外圆柱面上的多个止动槽；止动器包括壳体以及沿壳体轴向依次设置的止动柱塞、弹簧、螺塞、拉手；止动器的止动柱塞可在弹簧压力下插入止动槽内，便于限制该旋转托架旋转。

附图说明

图1是本发明一个具体实施例的结构图；

图2是图1中Ⅰ处的局部视图；

图3是图1中Ⅱ处的局部视图；

图4是该实施的俯视图；

图5是图1的A-A剖视图；

图6是该实施中内旋转体的结构图；

图7是该实施中单向高压旋转密封圈的结构图；

图8是该实施中双向高压旋转密封圈的结构图；

图9是该实施中止动器的结构图。

附图标记为：

1-托架主体，101-进油单元第一油孔，102-回油单元第一油孔，2-衬套，201-进油单元第二油孔，202-回油单元第二油孔，3-内旋转体，3011-进油单元上油口，3012-进油单元下油口，3013-进油单元中间油孔，3014-进油单元轴向油道，3015-回油单元上油口，3016-回油单元下油口，3017-回油单元中间油孔，3018-回油单元轴向油道，302-中心管，303-上法兰，3031-止动槽，304-下法兰，4-旋转密封圈组件，401-单向高压旋转密封圈，402-双向高压旋转密封圈，403-第一弹簧，404-第一“O”型圈，405-第一外密封层，406-第一密封唇边，407-第一环槽，408-第二环槽，409-第一密封圈本体；410-第二弹簧，411-第二“O”型圈，412-第二外密封层，413-第二密封唇边，414-第三环槽，415-第四环槽，416-第五环槽，417-第六环槽，418-润滑油孔，419-第二密封圈本体，5-第一支撑组件，6-第二支撑组件，7-隔环，701-进油单元第三油孔，702-进油单元内环腔，703-进油单元外环腔，704-回油单元第三油孔，705-回油单元内环腔，706-回油单元外环腔，8-油盒，9-止动器，901-固定座，902-壳体，903-止动柱塞，904-弹簧，905-螺塞，906-拉手，10-吊环螺钉，11-润滑管线，12-润滑油道。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

参照图1至图6，该带压作业旋转托架，包括由外至内依次套装的托架主体1、衬套2、内旋转体3以及设置在内旋转体3、衬套2和托架主体1之间的进油单元和回油单元。

衬套2和内旋转体3之间设置旋转密封圈组件4；旋转密封圈组件4包括双向高压旋转密封圈402、两个单向高压旋转密封圈401和两个隔环7；双向高压旋转密封圈402位于两个单向高压旋转密封圈401之间；每个单向高压旋转密封圈401和双向高压旋转密封圈402之间均设有一个隔环7；

内旋转体3两端分别通过第一支撑组件5和第二支撑组件6支撑在托架主体1上；内旋转体3包括中心管302和分别固定连接在中心管302两端的上法兰303和下法兰304。中心管302和下法兰304可以为一体件，也可以为分体件，为了便于加工，并节省材料，本实施例中的中心管302和下法兰304为分体件，两者通过螺栓连接。第一支撑组件5和第二支撑组件6可以为推力调心滚子轴承也可以为配套使用的扶正轴承和推力轴承。为了简化结构，本实施例中的第一支撑组件5和第二支撑组件6均为推力调心滚子轴承。

进油单元包括设置在上法兰303外侧壁的进油单元上油口3011、设置在下法兰304外侧壁的进油单元下油口3012、设置在中心管302内且连通进油单元上油口3011和进油单元下油口3012的进油单元轴向油道3014、用于向进油单元轴向油道3014供油的进油单元中间油道。

进油单元中间油道包括贯穿托架主体1侧壁的进油单元第一油孔101、贯穿衬套2侧壁且与进油单元第一油孔101相通的进油单元第二油孔201、设置在其中一个隔环7与衬套2之间且与进油单元第二油孔201相通的进油单元外环腔703、设置在该隔环7侧壁且与进油单元外环腔703相通的进油单元第三油孔701、设置在该隔环7与中心管302之间且与进油单元第三油孔701相通的进油单元内环腔702、设置在中心管302外侧壁且与进油单元内环腔702相通的进油单元中间油孔3013；进油单元中间油孔3013与进油单元轴向油道3014相通。

回油单元包括设置在上法兰303外侧壁的回油单元上油口3015、设置在下法兰304外侧壁的回油单元下油口3016、设置在中心管302内且连通回油单元上油口3015和回油单元下油口3016的回油单元轴向油道3018、用于向进油单元轴向油道3018供油的回油单元中间油道。

回油单元中间油道包括贯穿托架主体1侧壁的回油单元第一油孔102、贯穿衬套2侧壁且与回油单元第一油孔102相通的回油单元第二油孔202、设置在另一个隔环7与衬套2之间且与回油单元第二油孔202相通的回油单元外环腔706、设置在该隔环7侧壁且与回油单元外环腔706相通的回油单元第三油孔704、设置在该隔环7与中心管302之间且与回油单元第三油孔704相通的回油单元内环腔705、设置在中心管302外侧壁且与回油单元内环腔705相通的回油单元中间油孔3017；回油单元中间油孔3017与回油单元轴向油道3018相通。

为了便于安装，本实施例中的进油单元轴向油道3014与回油单元轴向油道3018相对内旋转体3的中心线对称设置，两者也可不对称设置，只需分布在同一分度圆上，且相互让开即可。进油单元中间油孔3013和回油单元中间油孔3017上下错位设置，且进油单元中间油孔3013与进油单元轴向油道3014相通，回油单元中间油孔3017与回油单元轴向油道3018相通。

参照图7，单向高压旋转密封圈401包括第一密封圈本体409、第一弹簧403、第一“O”型圈404。第一密封圈本体409为一端开口式，包括第一外密封层405和第一密封唇边406；第一密封唇边406的外壁设置多个第二环槽408，第一密封唇边406的内壁设置多个第一环槽407。第一弹簧403位于第二环槽408内。第一密封唇边406的口部短于第一外密封层405的口部。第一“O”型圈404设置在第一密封圈本体409的外壁上。

参照图8，双向高压旋转密封圈402包括第二密封圈本体419、两组第二弹簧410和两个第二“O”型圈411。第二密封圈本体419为两端开口式，且两端结构相同。第二密封圈本体419两端的外层均为第二外密封层412，内层均为第二密封唇边413；每个第二密封唇边413的外壁均设置一组第四环槽415，每个密封唇边413的内壁均设置一组第三环槽414；第二密封圈本体419内壁的中部设置第五环槽416；密封圈本体419外壁的中部设置第六环槽417；第五环槽416和第六环槽417通过设置在第六环槽417底部的润滑油孔418连通；每组第二弹簧410位于相应的一组第四环槽415内；第二密封唇边413的口部短于第二外密封层412的口部；两个第二“O”型圈411均设置在第二密封圈本体419的外壁上，且位于第六环槽417两侧。

参照图1，为了延长旋转密封圈组件4的使用寿命，该带压作业旋转托架还包括设置在托架主体1上的油盒8，油盒8的出口通过润滑管线11和润滑油道12连通旋转密封圈组件4的内腔，油盒8向旋转密封圈组件4提供润滑油。

为了方便吊装，该带压作业旋转托架还包括连接在托架主体1的上表面的两个吊环螺钉10，两个吊环螺钉10沿托架主体1的轴线对称布置。

参照图1和图9，为了方便限制该旋转托架内旋转体的转动，该带压作业旋转托架还包括用于限定内旋转体3转动的止动组件。止动组件包括固定在托架主体1上的一个止动器9以及周向均布在上法兰303的外圆柱面上的多个止动槽3031。

止动器9包括固定座901、壳体902、止动柱塞903、弹簧904、螺塞905、拉手906。壳体902通过固定座901连接在托架主体1上。壳体902一端连接螺塞905，壳体902内部套装止动柱塞903，止动柱塞903为一端设有外螺纹的台阶轴，止动柱塞903一端伸出壳体902，另一端穿过螺塞905后连接拉手906。止动柱塞903上套装弹簧904，弹簧904的一端顶住止动柱塞903的轴肩，另一端顶住螺塞905的端面。止动器9的止动柱塞903可在弹簧压力下插入止动槽3031内。向外拉动拉手906，止动柱塞903脱出止动槽3031，内旋转体3即可旋转时；松开拉手906，止动柱塞903插入止动槽3031内，内旋转体3停止旋转。

参照图1至图5，使用时，该带压作业旋转托架上部固定连接防顶卡盘，下部固定连接防坠卡盘。液压油箱直接通过管线分别连接托架主体1的进油单元第一油孔101和进油单元第一油孔102。防顶卡盘液压缸的两个油口分别通过管线连接进油单元上部油口3011和回油单元上部油口3015。防坠卡盘液压缸两个油口分别通过管线连接进油单元下部油口3012和回油单元下部油口3016。由于内旋转体3随管柱转动时，托架主体1不会转动，所以液压油箱与托架主体1之间的管线不会缠绕；由于防顶卡盘和防坠卡盘固定在内旋转体3两端，均随内旋转体3一同转动，所以连接防顶卡盘和防坠卡盘与内旋转体3之间的管线也不会缠绕；由于内旋转体3内部设置油道，所以缩短了外部管线的长度。

需要卡紧管柱时，液压油箱通过进油单元第一油孔101分别给防顶卡盘和防坠卡盘的液压缸供油。此时，进油单元第一油孔101作为进油油道，进油单元第一油孔102作为回油油道，液压油依次经过进油单元第一油孔101、进油单元第二油孔201、进油单元外环腔703、进油单元第三油孔701、进油单元内环腔702、进油单元中间油孔3013、进油单元轴向油道3014后分两路分别通过进油单元上油口3011和进油单元下油口3012进入防顶卡盘的液压缸的进油口和防坠卡盘的液压缸的进油口，分别驱动防顶卡盘和防坠卡盘相向运动夹紧管柱。防顶卡盘的液压缸的回油口和防坠卡盘的液压缸的回油口回油。从防顶卡盘的液压缸的和防坠卡盘的液压缸出来的液压油分别经过经过回油单元上油口3015和回油单元下油口3016后进入回油单元轴向油道3018，再依次经过回油单元中间油孔3017、回油单元内环腔705、回油单元第三油孔704、回油单元外环腔706、回油单元第二油孔202和回油单元第一油孔102后经外部油管线进入液压油箱内。

由于该实施例中的回油单元与进油单元的结构相同，区别仅在于回油单元中间油道与进油单元中间油道上下错位，所有回油单元也可用于进油，进油单元也可用于回油。

需要松开管柱时，回油单元进油，进油单元回油即可，防顶卡盘和防坠卡盘的液压缸反向运动松开管柱。

需要内旋转体3旋转时，向外拉动拉手906，止动柱塞903脱出止动槽3031，内旋转体3即可旋转。需要内旋转体3停止旋转时，松开拉手906，止动柱塞903插入止动槽3031内，内旋转体3停止旋转。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种带压作业旋转托架，其特征在于：

包括由外至内依次套装的托架主体(1)、衬套(2)、内旋转体(3)以及进油单元和回油单元；

所述衬套(2)和内旋转体(3)之间设置旋转密封圈组件(4)；所述旋转密封圈组件(4)包括双向高压旋转密封圈(402)、两个单向高压旋转密封圈(401)和两个隔环(7)；所述双向高压旋转密封圈(402)位于两个所述单向高压旋转密封圈(401)之间；每个所述单向高压旋转密封圈(401)和所述双向高压旋转密封圈(402)之间均设有一个所述隔环(7)；

所述内旋转体(3)两端分别通过第一支撑组件(5)和第二支撑组件(6)支撑在托架主体(1)上；所述内旋转体(3)包括中心管(302)和分别固定连接在中心管(302)两端的上法兰(303)和下法兰(304)；

所述进油单元包括设置在上法兰(303)外侧壁的进油单元上油口(3011)、设置在下法兰(304)外侧壁的进油单元下油口(3012)、设置在中心管(302)内且连通进油单元上油口(3011)和进油单元下油口(3012)的进油单元轴向油道(3014)、用于向进油单元轴向油道(3014)供油的进油单元中间油道；

所述进油单元中间油道包括贯穿托架主体(1)侧壁的进油单元第一油孔(101)、贯穿衬套(2)侧壁且与进油单元第一油孔(101)相通的进油单元第二油孔(201)、设置在其中一个隔环(7)与衬套(2)之间且与进油单元第二油孔(201)相通的进油单元外环腔(703)、设置在所述隔环(7)侧壁且与进油单元外环腔(703)相通的进油单元第三油孔(701)、设置在所述隔环(7)与中心管(302)之间且与进油单元第三油孔(701)相通的进油单元内环腔(702)、设置在中心管(302)外侧壁且与进油单元内环腔(702)相通的进油单元中间油孔(3013)；所述进油单元中间油孔(3013)与所述进油单元轴向油道(3014)相通；

所述回油单元与所述进油单元的结构相同，所述回油单元中的回油单元中间油道与所述进油单元中的进油单元中间油道上下错位。

2.根据权利要求1所述的一种带压作业旋转托架，其特征在于：

所述单向高压旋转密封圈(401)包括第一密封圈本体(409)、第一“O”型圈(404)和多个第一弹簧(403)；所述第一密封圈本体(409)为一端开口式，包括第一外密封层(405)和第一密封唇边(406)；第一密封唇边(406)的外壁设置多个第二环槽(408)，第一密封唇边(406)的内壁设置多个第一环槽(407)；每个所述第一弹簧(403)位于其中一个第二环槽(408)内；所述第一密封唇边(406)的口部短于第一外密封层(405)的口部；所述第一“O”型圈(404)设置在第一密封圈本体(409)的外壁上。

3.根据权利要求2所述的一种带压作业旋转托架，其特征在于：

所述双向高压旋转密封圈(402)包括第二密封圈本体(419)、两组第二弹簧(410)和两个第二“O”型圈(411)；所述第二密封圈本体(419)为两端开口式，且两端结构相同；第二密封圈本体(419)两端的外层均为第二外密封层(412)，内层均为第二密封唇边(413)；每个第二密封唇边(413)的外壁均设置一组第四环槽(415)，每个密封唇边(413)的内壁均设置一组第三环槽(414)；第二密封圈本体(419)内壁的中部设置第五环槽(416)；密封圈本体(419)外壁的中部设置第六环槽(417)；第五环槽(416)和第六环槽(417)通过设置在第六环槽(417)底部的润滑油孔(418)连通；每组所述第二弹簧(410)位于相应的一组第四环槽(415)内；所述第二密封唇边(413)的口部短于第二外密封层(412)的口部；两个所述第二“O”型圈(411)均设置在第二密封圈本体(419)的外壁上，且位于第六环槽(417)两侧。

4.根据权利要求3所述的一种带压作业旋转托架，其特征在于：还包括设置在托架主体(1)上的油盒(8)；所述油盒(8)向旋转密封圈组件(4)提供润滑油。

5.根据权利要求4所述的一种带压作业旋转托架，其特征在于：还包括用于限定内旋转体(3)转动的止动组件。

6.根据权利要求5所述的一种带压作业旋转托架，其特征在于：

所述止动组件包括固定在托架主体(1)上的一个止动器(9)以及周向均布在上法兰(303)的外圆柱面上的多个止动槽(3031)；所述止动器(9)包括壳体(902)以及沿壳体轴向依次设置的止动柱塞(903)、弹簧(904)、螺塞(905)、拉手(906)；止动器(9)的止动柱塞(903)可在弹簧压力下插入止动槽(3031)内。

7.根据权利要求6所述的一种带压作业旋转托架，其特征在于：所述中心管(302)和所述下法兰(304)为分体件，中心管(302)和所述下法兰(304)密封连接。

8.根据权利要求6所述的一种带压作业旋转托架，其特征在于：所述中心管(302)和所述下法兰(304)为一体件。

9.根据权利要求8所述的一种带压作业旋转托架，其特征在于：所述第一支撑组件(5)和第二支撑组件(6)均为推力调心滚子轴承。

10.根据权利要求9所述的一种带压作业旋转托架，其特征在于：还包括连接在托架主体(1)上表面的两个吊环螺钉(10)，两个吊环螺钉(10)沿托架主体(1)的轴线对称布置。

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