CN114427364A - 一种密封装置及密封取芯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密封装置及密封取芯系统，密封装置设置主轴，主轴外同轴套设壳体，所述的壳体与主轴间通过密封转动组件密封转动连接形成钻井液容纳腔；所述的壳体上设置钻井液入口，所述的主轴上连通嵌设孔道，钻井液由钻井液入口流经孔道并于主轴一端流出。连续管与取芯器直接连接，并在整个钻进过程中与钻进主体同步工作，克服了常规取芯钻进钻杆转动，带动取芯器转动，使岩芯与取芯器发生相对转动，导致岩芯结构破坏的问题。

Description

一种密封装置及密封取芯系统

技术领域

本发明属于井下作业机械领域，具体涉及一种密封装置及密封取芯系统。

背景技术

井工煤矿瓦斯与地面煤层气含量及压力的测定主要通过采取煤芯的方式进行测定，但目前常规取芯钻探方式存在测定不准确的问题。绳索取芯的方式在钻杆回转过程中，钻杆内部的岩心管在钻杆摩擦力作用下转动，产生对煤芯的扰动，造成瓦斯气体逸散，导致瓦斯含量测定不准确；普通取芯钻头取芯时，钻头内管与煤芯的相对转动会使采取煤芯的结构发生较大变化，影响了煤层构造的分析。井下负压引射取芯和正压排粉取芯时，煤芯从钻孔内采取到钻孔外的过程中无法密封，导致瓦斯气体逸散，与原始煤层瓦斯含量区别较大，同时得不到瓦斯压力数据。为此，本发明的设计者鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种密封取芯系统及使用方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种密封装置及密封取芯系统，克服常规取芯造成的瓦斯含量和压力测定不准确，无法还原真实煤层信息问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种密封装置，设置主轴，主轴外同轴套设壳体，所述的壳体与主轴间通过密封转动组件密封转动连接形成钻井液容纳腔；

所述的壳体上设置钻井液入口，所述的主轴上连通嵌设孔道，钻井液由钻井液入口流经孔道并于主轴一端流出。

可选的，所述的密封转动组件包括由壳体内向外沿轴向依次设置的顶紧弹簧、密封圈、轴承和骨架油封形成。

可选的，在所述的主轴的另一端接设上接头，上接头与主轴端部通过组合密封环密封对接；

上接头外设紧固螺母。

一种密封取芯系统，设置依次对接的注入头、密封装置和钻杆，所述的密封装置为本发明所述的密封装置。

可选的，在所述的钻杆内设置取芯器，穿过注入头、密封装置和钻杆与所述的取芯器连接设置连续管。

可选的，还设置卷筒，所述的连续管缠绕在卷筒上。

可选的，与所述的注入头对接还设置引导支撑件，所述的连续管穿过引导支撑件进入注入头；

所述的引导支撑件具有0～90°的弯曲角度。

可选的，所述的引导支撑件设置多个连接板，相邻连接板一端通过铰轴连接；

相邻连接板的另一端通过定位油缸铰接。

可选的，所述的注入头设置在调节平台上，调节平台上设置导轨和平移油缸，平移油缸带动注入头沿导轨来回移动。

可选的，所述的调节平台下接设给进装置，给进装置上设置动力头、夹持器和孔口密封器；

所述的钻杆安装在动力头上，通过夹持器夹持；

孔口密封器密封钻杆的端部。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过密封装置的新密封形式的开发，解决了密封装置既要通连续管，又要通钻井液，同时连续管与钻杆之间旋转密封的问题，实现了泥浆管与壳体不转，主轴与钻杆同步转动。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1为本发明的密封装置的结构示意图；

图2为本发明密封取芯系统的结构示意图；

图3为本发明的引导支撑件的结构示意图；

图中标号表示为：

1-密封装置、11-主轴、111-孔道、12-壳体、121-钻井液入口、13-上接头、131-连续管入口、132-紧固螺母、133-组合密封环、14-密封转动组件、141-顶紧弹簧、142-密封圈、143-轴承、144-骨架油封；

2-夹持器、3-动力头、4-孔口密封器、5-注入头、6-校直器、7-引导支撑件、71-定位油缸、72-连接板、73-铰轴、8-平移油缸、9-导轨、10-连续管、11-卷筒、12-钻杆、13-给进装置、14-取芯器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的密封装置可以用于管路之间的连接密封，特别是解决了密封装置既要通连续管，又要通钻井液，同时连续管与钻杆之间旋转密封的问题，实现了泥浆管与壳体不转，主轴与钻杆同步转动。本发明的密封取芯系统，该套装备可在坑道狭小空间使用，也可在地面使用。

结合图1-3，具体包括：

密封装置设置主轴11，主轴11外同轴套设壳体12，壳体12与主轴11间通过密封转动组件14密封转动连接形成钻井液容纳腔；壳体12上设置钻井液入口121，所述的主轴11上连通嵌设孔道111，钻井液由钻井液入口121流经孔道111并于主轴11一端流出。钻井液入口121通入钻井液，从主轴11上的导流孔进入主轴11上的孔道111，通过密封转动组件14密封主轴11与壳体之间的空间，具体的可以通过顶紧弹簧141压紧两端的密封圈142，实现钻井液的密封，密封圈142上下安装有两盘轴承143，实现壳体12不旋转，主轴11随钻杆12旋转，轴承143外部安装有端盖，端盖上安装有骨架油封144密封润滑脂。解决了密封装置既要通连续管，又要通钻井液，同时连续管与钻杆之间旋转密封的问题，实现了泥浆管与壳体不转，主轴与钻杆同步转动。

在本公开的实施例中，密封转动组件14包括由壳体12内向外沿轴向依次设置的顶紧弹簧141、密封圈142、轴承143和油封骨架144形成。钻井液入口121通入钻井液，从主轴11上的导流孔进入主轴11上的孔道111，通过顶紧弹簧141压紧两端的密封圈142，实现钻井液的密封，密封圈142上下安装有两盘轴承143，实现壳体12不旋转，主轴11随钻杆12旋转，轴承143外部安装有端盖，端盖上安装有骨架油封144密封润滑脂。

在本公开的实施例中，在主轴11的另一端接设上接头13，上接头13与主轴11端部通过组合密封环133密封对接；上接头13外设紧固螺母132。连续管10从连续管入口131穿入密封装置1，通过紧固螺母132压紧组合密封环133，实现连续管10与外部密封。

一种密封取芯系统，设置依次对接的注入头5、密封装置1和钻杆12，密封装置1为本公开的密封装置1。密封装置1与钻杆12末端连接，连续管10穿过密封装置1，钻进过程，密封装置1随钻杆12转动，连续管10不转，通过密封装置1实现与连续管10的旋转密封。

在本公开的实施例中，在钻杆12内设置取芯器14，穿过注入头5、密封装置1和钻杆12与取芯器14连接设置连续管10。

在本公开的实施例中，还设置卷筒11，连续管10缠绕在卷筒11上，连续管10一端固定缠绕在卷筒11上，另一端依次穿过引导支撑件7、注入头5、密封装置4、进入钻杆12，与钻杆12下部的取芯器14连接。当下放连续管时10，卷筒11提供与注入头5注入方向相反的扭矩，保持一定的张紧力，使连续管处于张紧状态。连续管10上提时，卷筒11回收速度大于连续管10上提速度，形成预紧力。钻杆12与连续管10同时上提时，注入头5上提连续管10速度大于回转器上提钻杆12速度，产生预紧力。

在本公开的实施例中，与注入头5对接还设置引导支撑件7，连续管10穿过引导支撑件7进入注入头5；引导支撑件7具有0～90°的弯曲角度。伸缩式引导支撑件7可在平直状态与完全弯曲状态之间自由调节，可根据井下坑道内钻进的角度自由做出调节，准确的引导和支撑连续管10，还可以在注入头5上设置校直器对连续管10的位置进行校正。

在本公开的实施例中，引导支撑件7设置多个连接板72，相邻连接板72一端通过铰轴73连接；相邻连接板72的另一端通过定位油缸71铰接。具体的引导支撑件7由定位油缸71、连接板72和铰轴73形成的多个重复单元形成，比如图3中显示的，一个重复单元的结构是，两个链接板72并行排列，一个端面的边缘通过铰轴73铰接，与之相对的端面通过一个固定轴连接，然后相邻的固定轴上铰接定位油缸71，比如图中的5个重复单元。施工90°竖直向下孔时，5个定位油缸71完全伸出，使引导支撑件7张开。施工水平孔时，5个定位油缸71完全缩回，使引导支撑件缩回为平直状态。90°到0°之间的角度，根据角度调节定位油缸71行程，以使引导支撑件7弯曲状态满足连续管弯曲要求。

在本公开的实施例中，注入头5设置在调节平台上，调节平台上设置导轨9和平移油缸8，平移油缸8带动注入头5沿导轨9来回移动。注入头5可在平移油缸8作用下，相对给进装置13在导轨9上前后移动。在投放、提出取芯器14或连接钻杆12时，注入头5移动让开钻杆12轴线，留出作业空间。

在本公开的实施例中，调节平台下接设给进装置13，给进装置13上设置动力头3、夹持器2和孔口密封器4；钻杆12安装在动力头3上，通过夹持器2夹持；孔口密封器4密封钻杆12的端部。钻杆12为内外平钻杆。钻杆12外部平滑，使钻杆12可通过孔口密封器4实现密封。钻杆12内部中空，使取芯器可通过钻杆12。钻杆12内部安装有阀盖，取芯器14在孔底时，阀盖被取芯器14推开，取芯器14提出钻杆12时，阀盖在自重作用下关闭，阀盖上有密封圈，隔绝阀盖下部与上部空间。

连续管10一端缠绕在卷筒11上，另一端穿过引导支撑件7、注入头5、密封装置1和钻杆12与取芯器14连接。通过取芯器14与连续管10的刚性连接，保证在钻进过程中，钻杆12转动，取芯器14不转，解决了常规取芯钻进钻杆12转动，带动取芯器14转动，使岩芯与取芯器14发生相对转动，导致岩芯表层层里结构破坏的问题。钻杆12与岩心在孔底的相对转动加速了瓦斯逸散，是瓦斯含量测定不准确的一个重要因素。

密封取芯系统的使用方法具体为：

安装过程：根据开孔位置摆放整套系统，卷筒11位于给进装置13后方适当位置，使注入头5中心与卷筒11中心位于同一平面；在坑道中使用时，安装连接钻头与钻杆12、钻杆12与密封装置1、连续管10与取芯器14，连接好后将取芯器14放入钻杆12底部。

钻进过程：回转器驱动钻杆12下行，使钻头通过孔口密封器4，钻头通过后安装孔口密封器4，回转器驱动钻杆12下行开始钻进，取芯器14在钻杆12带动下向下采取岩心。钻进过程中，注入头5抱紧连续管10，卷筒11提供与钻进方向相反的力，以使卷筒11与注入头5之间的连续管10张紧。

起钻过程：钻进完一个回次后，使钻头提离孔底拔断岩心，钻杆12不取出，注入头5与卷筒11同向转动，提出连续管10与取芯器14，转动过程卷筒11上提力大于注入头5上提力以使连续管10张紧。取芯器14提出到密封装置1位置后，断开钻杆12与密封装置1的连接，断开连续管10与取芯器14的连接，操作注入头5移动，让开钻杆12轴线，留出取芯器14取出空间，提出取芯器14，取出取芯器14内的岩心管，完成一个回次的钻进取芯。更换取芯器14中的岩心管后，将取芯器14放入钻杆12，连接连续管10与取芯器14，连接钻杆12与密封装置1，开始下一个回次的钻进。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种密封装置，其特征在于，设置主轴(11)，主轴(11)外同轴套设壳体(12)，所述的壳体(12)与主轴(11)间通过密封转动组件(14)密封转动连接形成钻井液容纳腔；

所述的壳体(12)上设置钻井液入口(121)，所述的主轴(11)上连通嵌设孔道(111)，钻井液由钻井液入口(121)流经孔道(111)并于主轴(11)一端流出。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述的密封转动组件(14)包括由壳体(12)内向外沿轴向依次设置的顶紧弹簧(141)、密封圈(142)、轴承(143)和骨架油封(144)形成。

3.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，在所述的主轴(11)的另一端接设上接头(13)，上接头(13)与主轴(11)端部通过组合密封环(133)密封对接；

上接头(13)外设紧固螺母(132)。

4.一种密封取芯系统，其特征在于，设置依次对接的注入头(5)、密封装置(1)和钻杆(12)，所述的密封装置(1)为权利要求1-3任一所述的密封装置(1)。

5.根据权利要求4所述的密封取芯系统，其特征在于，在所述的钻杆(12)内设置取芯器(14)，穿过注入头(5)、密封装置(1)和钻杆(12)与所述的取芯器(14)连接设置连续管(10)。

6.根据权利要求5所述的密封取芯系统，其特征在于，还设置卷筒(11)，所述的连续管(10)缠绕在卷筒(11)上。

7.根据权利要求4或5所述的密封取芯系统，其特征在于，与所述的注入头(5)对接还设置引导支撑件(7)，所述的连续管(10)穿过引导支撑件(7)进入注入头(5)；

所述的引导支撑件(7)具有0～90°的弯曲角度。

8.根据权利要求7所述的密封取芯系统，其特征在于，所述的引导支撑件(7)设置多个连接板(72)，相邻连接板(72)一端通过铰轴(73)连接；

相邻连接板(72)的另一端通过定位油缸(71)铰接。

9.根据权利要求4、5或6所述的密封取芯系统，其特征在于，所述的注入头(5)设置在调节平台上，调节平台上设置导轨(9)和平移油缸(8)，平移油缸(8)带动注入头(5)沿导轨(9)来回移动。

10.根据权利要求9所述的密封取芯系统，其特征在于，所述的调节平台下接设给进装置(13)，给进装置(13)上设置动力头(3)、夹持器(2)和孔口密封器(4)；

所述的钻杆(12)安装在动力头(3)上，通过夹持器(2)夹持；

孔口密封器(4)密封钻杆(12)的端部。

Images