CN114718496A - 大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法，包括井壁，所述井壁的内壁位置安装有密封装置主体，所述密封装置主体的中部安装有潜孔锤顶端，所述潜孔锤顶端的底部安装有锤柄，所述锤柄的底部设置有潜孔锤主体，所述潜孔锤主体的底部设置有潜孔锤座，所述潜孔锤主体的外侧设置有密封碎屑，所述潜孔锤顶端的上端安装有驱动座。本发明所述的大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法，通过该装置有效解决密封材料旋转时产生的磨损，减少了密封过程中的中间调节过程，使潜孔锤具有在高含水深层及井底高负压空间中，能正常使用，而且成倍降低生产成本，有效解决了潜孔锤在高含水层和高负压空间施工难题。
Description
技术领域
本发明涉及钻探设备技术领域，特别涉及大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法。
背景技术
直井多介质迷宫密封装置是一种进行井口密封的支撑设备，大口径井施工中，最有效的钻进方法是利用液、气体的压力，在旋转冲击状态下进行钻进方法，为此井壁与钻具之间的密封是最重要环节，现有大口径密封装置都属于有机材料做填充密封介质，如橡胶、尼龙等，传统的材料，通过填充材料与井壁的摩擦接触实现密封，随着科技的不断发展，人们对于直井多介质迷宫密封装置的制造工艺要求也越来越高。
现有的直井多介质迷宫密封装置在使用时存在一定的弊端，施工时密封体的旋转，填充密封材料与井孔壁产生摩擦达到密封功能，由于旋转体与井壁摩擦而产生填充密封材料的不断磨损，而密封性能逐渐衰减，为此直接影响到密封体在钻进过程时密封性能，因此施工时需要不定时的更换密封填料，达到密封要求，更换或调整密封材料的方法，只有采用提钻的方式，对密封填充材料进行更换或调整达到最佳密封效果，这样重复提钻更换、调正密封材料处理方式，在平均密封时间单位中后期，特别是后期的密封效果极差，钻进效率低下，增加施工的成本以及提、下钻非钻进时间段的事故风险，给人们的使用过程带来了一定的不利影响，为此，我们提出大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法，通过该装置有效解决密封材料旋转时产生的磨损，减少了密封过程中的中间调节过程，使潜孔锤具有在高含水深层及井底高负压空间中，能正常使用，而且成倍降低生产成本，有效解决了潜孔锤在高含水层和高负压空间施工难题，可以有效解决背景技术中的问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法，包括井壁，所述井壁的内壁位置安装有密封装置主体，所述密封装置主体的中部安装有潜孔锤顶端，所述潜孔锤顶端的底部安装有锤柄，所述锤柄的底部设置有潜孔锤主体，所述潜孔锤主体的底部设置有潜孔锤座，所述潜孔锤主体的外侧设置有密封碎屑。
作为本申请一种优选的技术方案，所述潜孔锤顶端的上端安装有驱动座，所述潜孔锤顶端与驱动座之间安装有螺栓座，所述潜孔锤顶端与密封装置主体之间连接有一号连接链与二号连接链，所述二号连接链上安装有二号锁链，所述一号连接链上安装有一号锁链。
作为本申请一种优选的技术方案，所述密封装置主体的外壁开设有卡槽，所述井壁内壁位于卡槽的位置安装有卡块，所述密封装置主体的外壁定位有密封外层与密封座，所述密封装置主体的内部安装有一号加强座与二号加强座，所述一号加强座上开设有螺钉。
作为本申请一种优选的技术方案，所述一号加强座与二号加强座之间安装有加强筋，所述加强筋与二号加强座、一号加强座之间安装有定位焊接点，所述一号加强座的内壁定位有密封防护垫，所述密封外层包括岩棉加强材料、耐磨陶瓷材料、乙烯基材料与密封树脂。
作为本申请一种优选的技术方案，所述井壁与密封装置主体之间密封连接，且密封装置主体通过卡槽、卡块卡合在井壁的内壁位置，所述潜孔锤顶端、锤柄、潜孔锤主体、潜孔锤座之间一体成型，所述密封碎屑为多介质粉屑。
作为本申请一种优选的技术方案，所述驱动座的底部通过螺栓座与潜孔锤顶端的顶部位置定位安装，所述潜孔锤顶端与密封装置主体之间通过一号连接链、二号连接链进行定位安装。
作为本申请一种优选的技术方案，所述密封装置主体与密封外层、密封座之间一体成型，所述密封装置主体与卡槽之间一体成型，所述密封装置主体与一号加强座之间固定安装。
作为本申请一种优选的技术方案，所述一号加强座与二号加强座之间通过加强筋进行定位，所述加强筋与一号加强座、二号加强座之间通过定位焊接点进行固定。
大口径地下直井多介质迷宫密封装置的制备方法，包括以下操作步骤：
S1：将密封装置主体与密封外层、密封座进行一体成型压铸，密封装置主体与卡槽之间一体成型，密封外层内部包括岩棉加强材料、耐磨陶瓷材料、乙烯基材料与密封树脂，通过复合一体成型；
S2：在密封装置主体的内部位置定位安装有二号加强座、加强筋与一号加强座进行一体定位，加强筋与二号加强座、一号加强座之间通过定位焊接点进行焊接定位，固定成型；
S3：密封装置主体通过卡块、卡槽在井壁的内壁位置进行密封，潜孔锤顶端通过一号连接链、一号连接链与密封装置主体之间连接，并带动锤柄、潜孔锤主体、潜孔锤座进行敲击，敲击的碎屑成为密封碎屑，排出的高压气体将粉屑混合后强制侵入迷宫中，形成不同介质的密封环，达到永久密封的效果。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明提供了大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法，具备以下有益效果：该大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法，通过该装置有效解决密封材料旋转时产生的磨损，减少了密封过程中的中间调节过程，使潜孔锤具有在高含水深层及井底高负压空间中，能正常使用，而且成倍降低生产成本，有效解决了潜孔锤在高含水层和高负压空间施工难题，在地下含水量充沛的地层，由于在潜孔锤上部位加装了“多介质迷宫密封装置”后，能在井底部阻隔断井壁与旋转钻具环形间隙的水柱而产生的负压，彻底解决了潜孔锤不能在深层高负压空间中正常工作的技术问题，由于密封材料采用了地层在冲击破碎时产生的粉屑作为密封介质，为而降低了密封材料的费用，多介质迷宫密封装置”是利用钻井过程中地质层被冲击后产生的粉屑作为填充材料，而填充材料根据地层质的变化提供，所以命为“多介质”，由于气动潜孔锤工作时需要输入高压空气作为动力，做功后排出的高压气体将粉屑混合后强制侵入迷宫中，形成不同介质的密封环，达到密封效果。只要潜孔锤在工作状态中就能产生有效密封，反至就无效密封，由于井孔内的钻屑与高压混合体是连续不断输入迷宫腔内，因而形成一道永远没有磨损的密封环，而且不受密封装置的直径大小限制，此密封材料就地取材，永不磨损、成本低，效益高，减少了施工中的提大钻次数，因而减少了非钻井时段产生的安全隐患，首先密封填充材料是利用钻屑提供，基本是0成本，其次密封器制造方面，无特加工要求与传统密封装置加工费相等，密封性能与传统密封相比，性能成倍提高，操作方面，要比传统密封减少了中间操作过程，例减少提大钻一项可节约钻井总成本的5-10%，因为是使用双壁钻杆反循环施工方法，钻屑比钻杆内孔排出到地面水池中，所以环境污染指数方面是完全达标，整个直井多介质迷宫密封装置结构简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。
附图说明
图1为本发明大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法的整体结构示意图。
图2为本发明大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法中密封装置主体的结构示意图。
图3为本发明大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法中密封装置主体俯视图的结构示意图。
图4为本发明大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法中A处放大图的结构示意图。
图5为本发明大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法中加强座的结构示意图。
图6为本发明大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法中密封外层的结构示意图。
图中：1、井壁；2、一号连接链；3、螺栓座；4、潜孔锤顶端；5、驱动座；6、二号锁链；7、二号连接链；8、锤柄；9、一号锁链；10、密封装置主体；11、密封碎屑；12、潜孔锤主体；13、潜孔锤座；14、卡槽；15、密封外层；16、密封座；17、螺钉；18、一号加强座；19、卡块；20、密封防护垫；21、加强筋；22、定位焊接点；23、二号加强座；24、耐磨陶瓷材料；25、岩棉加强材料；26、乙烯基材料；27、密封树脂。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
如图1-6所示，大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法，包括井壁1，井壁1的内壁位置安装有密封装置主体10，密封装置主体10的中部安装有潜孔锤顶端4，潜孔锤顶端4的底部安装有锤柄8，锤柄8的底部设置有潜孔锤主体12，潜孔锤主体12的底部设置有潜孔锤座13，潜孔锤主体12的外侧设置有密封碎屑11。
进一步的，潜孔锤顶端4的上端安装有驱动座5，潜孔锤顶端4与驱动座5之间安装有螺栓座3，潜孔锤顶端4与密封装置主体10之间连接有二号连接链7与一号连接链2，二号连接链7上安装有二号锁链6，一号连接链2上安装有一号锁链9。
进一步的，井壁1与密封装置主体10之间密封连接，且密封装置主体10通过卡槽14、卡块19卡合在井壁1的内壁位置，潜孔锤顶端4、锤柄8、潜孔锤主体12、潜孔锤座13之间一体成型，密封碎屑11为多介质粉屑。
进一步的，驱动座5的底部通过螺栓座3与潜孔锤顶端4的顶部位置定位安装，潜孔锤顶端4与密封装置主体10之间通过二号连接链7、一号连接链2进行定位安装。
实施例二：
在实施例一的基础上，如图1-6所示，大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法，包括井壁1，井壁1的内壁位置安装有密封装置主体10，密封装置主体10的中部安装有潜孔锤顶端4，潜孔锤顶端4的底部安装有锤柄8，锤柄8的底部设置有潜孔锤主体12，潜孔锤主体12的底部设置有潜孔锤座13，潜孔锤主体12的外侧设置有密封碎屑11。
进一步的，密封装置主体10的外壁开设有卡槽14，井壁1内壁位于卡槽14的位置安装有卡块19，密封装置主体10的外壁定位有密封外层15与密封座16，密封装置主体10的内部安装有一号加强座18与二号加强座23，一号加强座18上开设有螺钉17。
进一步的，密封装置主体10与密封外层15、密封座16之间一体成型，密封装置主体10与卡槽14之间一体成型，密封装置主体10与一号加强座18之间固定安装。
实施例三：
在实施例一与实施例二的基础上，如图1-6所示，大口径地下直井多介质迷宫密封装置及其制备方法，包括井壁1，井壁1的内壁位置安装有密封装置主体10，密封装置主体10的中部安装有潜孔锤顶端4，潜孔锤顶端4的底部安装有锤柄8，锤柄8的底部设置有潜孔锤主体12，潜孔锤主体12的底部设置有潜孔锤座13，潜孔锤主体12的外侧设置有密封碎屑11。
进一步的，一号加强座18与二号加强座23之间安装有加强筋21，加强筋21与二号加强座23、一号加强座18之间安装有定位焊接点22，一号加强座18的内壁定位有密封防护垫20，密封外层15包括岩棉加强材料25、耐磨陶瓷材料24、乙烯基材料26与密封树脂27。
进一步的，一号加强座18与二号加强座23之间通过加强筋21进行定位，加强筋21与一号加强座18、二号加强座23之间通过定位焊接点22进行固定。
大口径地下直井多介质迷宫密封装置的制备方法，包括以下操作步骤：
S1：将密封装置主体10与密封外层15、密封座16进行一体成型压铸，密封装置主体10与卡槽14之间一体成型，密封外层15内部包括岩棉加强材料25、耐磨陶瓷材料24、乙烯基材料26与密封树脂27，通过复合一体成型；
S2：在密封装置主体10的内部位置定位安装有二号加强座23、加强筋21与一号加强座18进行一体定位，加强筋21与二号加强座23、一号加强座18之间通过定位焊接点22进行焊接定位，固定成型；
S3：密封装置主体10通过卡块19、卡槽14在井壁1的内壁位置进行密封，潜孔锤顶端4通过二号连接链7、一号连接链2与密封装置主体10之间连接，并带动锤柄8、潜孔锤主体12、潜孔锤座13进行敲击，敲击的碎屑成为密封碎屑11，排出的高压气体将粉屑混合后强制侵入迷宫中，形成不同介质的密封环，达到永久密封的效果。
工作原理：本发明包括井壁1、一号连接链2、螺栓座3、潜孔锤顶端4、驱动座5、二号锁链6、二号连接链7、锤柄8、一号锁链9、密封装置主体10、密封碎屑11、潜孔锤主体12、潜孔锤座13、卡槽14、密封外层15、密封座16、螺钉17、一号加强座18、卡块19、密封防护垫20、加强筋21、定位焊接点22、二号加强座23、耐磨陶瓷材料24、岩棉加强材料25、乙烯基材料26、密封树脂27，将密封装置主体10与密封外层15、密封座16进行一体成型压铸，密封装置主体10与卡槽14之间一体成型，密封外层15内部包括岩棉加强材料25、耐磨陶瓷材料24、乙烯基材料26与密封树脂27，通过复合一体成型，在密封装置主体10的内部位置定位安装有二号加强座23、加强筋21与一号加强座18进行一体定位，加强筋21与二号加强座23、一号加强座18之间通过定位焊接点22进行焊接定位，固定成型，密封装置主体10通过卡块19、卡槽14在井壁1的内壁位置进行密封，潜孔锤顶端4通过二号连接链7、一号连接链2与密封装置主体10之间连接，并带动锤柄8、潜孔锤主体12、潜孔锤座13进行敲击，敲击的碎屑成为密封碎屑11，排出的高压气体将粉屑混合后强制侵入迷宫中，形成不同介质的密封环，达到永久密封的效果。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二（一号、二号）等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (9)
1.大口径地下直井多介质迷宫密封装置，包括井壁（1），其特征在于：所述井壁（1）的内壁位置安装有密封装置主体（10），所述密封装置主体（10）的中部安装有潜孔锤顶端（4），所述潜孔锤顶端（4）的底部安装有锤柄（8），所述锤柄（8）的底部设置有潜孔锤主体（12），所述潜孔锤主体（12）的底部设置有潜孔锤座（13），所述潜孔锤主体（12）的外侧设置有密封碎屑（11）。
2.根据权利要求1所述的大口径地下直井多介质迷宫密封装置，其特征在于：所述潜孔锤顶端（4）的上端安装有驱动座（5），所述潜孔锤顶端（4）与驱动座（5）之间安装有螺栓座（3），所述潜孔锤顶端（4）与密封装置主体（10）之间连接有二号连接链（7）与一号连接链（2），所述二号连接链（7）上安装有二号锁链（6），所述一号连接链（2）上安装有一号锁链（9）。
3.根据权利要求1所述的大口径地下直井多介质迷宫密封装置，其特征在于：所述密封装置主体（10）的外壁开设有卡槽（14），所述井壁（1）内壁位于卡槽（14）的位置安装有卡块（19），所述密封装置主体（10）的外壁定位有密封外层（15）与密封座（16），所述密封装置主体（10）的内部安装有一号加强座（18）与二号加强座（23），所述一号加强座（18）上开设有螺钉（17）。
4.根据权利要求3所述的大口径地下直井多介质迷宫密封装置，其特征在于：所述一号加强座（18）与二号加强座（23）之间安装有加强筋（21），所述加强筋（21）与二号加强座（23）、一号加强座（18）之间安装有定位焊接点（22），所述一号加强座（18）的内壁定位有密封防护垫（20），所述密封外层（15）包括岩棉加强材料（25）、耐磨陶瓷材料（24）、乙烯基材料（26）与密封树脂（27）。
5.根据权利要求1所述的大口径地下直井多介质迷宫密封装置，其特征在于：所述井壁（1）与密封装置主体（10）之间密封连接，且密封装置主体（10）通过卡槽（14）、卡块（19）卡合在井壁（1）的内壁位置，所述潜孔锤顶端（4）、锤柄（8）、潜孔锤主体（12）、潜孔锤座（13）之间一体成型，所述密封碎屑（11）为多介质粉屑。
6.根据权利要求2所述的大口径地下直井多介质迷宫密封装置，其特征在于：所述驱动座（5）的底部通过螺栓座（3）与潜孔锤顶端（4）的顶部位置定位安装，所述潜孔锤顶端（4）与密封装置主体（10）之间通过二号连接链（7）、一号连接链（2）进行定位安装。
7.根据权利要求3所述的大口径地下直井多介质迷宫密封装置，其特征在于：所述密封装置主体（10）与密封外层（15）、密封座（16）之间一体成型，所述密封装置主体（10）与卡槽（14）之间一体成型，所述密封装置主体（10）与一号加强座（18）之间固定安装。
8.根据权利要求4所述的大口径地下直井多介质迷宫密封装置，其特征在于：所述一号加强座（18）与二号加强座（23）之间通过加强筋（21）进行定位，所述加强筋（21）与一号加强座（18）、二号加强座（23）之间通过定位焊接点（22）进行固定。
9.大口径地下直井多介质迷宫密封装置的制备方法，其特征在于：包括以下操作步骤：
S1：将密封装置主体（10）与密封外层（15）、密封座（16）进行一体成型压铸，密封装置主体（10）与卡槽（14）之间一体成型，密封外层（15）内部包括岩棉加强材料（25）、耐磨陶瓷材料（24）、乙烯基材料（26）与密封树脂（27），通过复合一体成型；
S2：在密封装置主体（10）的内部位置定位安装有二号加强座（23）、加强筋（21）与一号加强座（18）进行一体定位，加强筋（21）与二号加强座（23）、一号加强座（18）之间通过定位焊接点（22）进行焊接定位，固定成型；
S3：密封装置主体（10）通过卡块（19）、卡槽（14）在井壁（1）的内壁位置进行密封，潜孔锤顶端（4）通过二号连接链（7）、一号连接链（2）与密封装置主体（10）之间连接，并带动锤柄（8）、潜孔锤主体（12）、潜孔锤座（13）进行敲击，敲击的碎屑成为密封碎屑（11），排出的高压气体将粉屑混合后强制侵入迷宫中，形成不同介质的密封环，达到永久密封的效果。
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