一種帶有壓力補償的組合密封結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種適用于全旋轉指向式旋轉導向鉆井工具的密封，特別涉及一種帶有壓力補償的組合密封結構。
【背景技術】
[0002]導向鉆井工具的密封主要是解決旋轉外套或非旋轉外套和心軸之間的密封問題。常用于旋轉導向鉆井工具的密封主要有填料密封和唇形密封，這兩種密封形式主要是通過壓縮密封材料產生大變形來實現的，難以滿足可控彎接頭旋轉導向鉆井工具在不同鉆進模式和惡劣工況條件下對密封結構的性能要求，主要體現在以下幾點:
[0003]1.密封面存在設計范圍的擺角，因此密封結構需要在為導向軸留有適當擺動空間的情況下實現密封，調整擺角大小時密封結構需要有自動補償功能，保證不產生泄漏。
[0004]2.密封結構和材料能承受井下高溫、高壓，能抵抗鉆頭在破巖時產生的沖擊和振動。
[0005]3.密封材料要耐腐蝕、耐磨損、不易老化。
[0006]4.密封結構有較高的可靠性和壽命。
[0007]由于，填料密封難以在密封面擺動時實現徑向補償，且在可靠近壓蓋處磨損較快；唇形密封難以滿足密封面兩側壓力差存在不規律變化時的密封要求，且在井下高溫高壓高磨礪性鉆井液環境下，很難起到密封效果。所以，填料密封和唇形密封難以滿足可控彎接頭旋轉導向鉆井工具對密封結構的上述要求。

【發明內容】

[0008]為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種帶有壓力補償的組合密封結構，該結構具有耐高溫高壓、耐腐蝕、耐沖擊、耐磨損，密封性能高、長壽命等特點。
[0009]為了達到上述目的，本發明的技術方案為:
[0010]—種帶有壓力補償的組合密封結構，適用于全旋轉式井下旋轉導向鉆井工具，包括連接環3，連接環3通過過盈配合裝入密封套5的左端，連接環3的右端與金屬密封波紋管4的左端焊接在一起，金屬密封波紋管4的右端焊接在壓力缸套8的左端；壓力缸套8最左端設置有安全閥6，安全閥6的右邊設置有單向閥7，壓力缸套8內部與活塞9過盈配合，活塞9同時與導向軸14過盈配合，活塞9的右端面處與彈簧10的左端焊接，彈簧10的右端焊接在螺旋密封12的左端面處，螺旋密封12通過過盈配合套在導向軸14上，且螺旋密封12右端通過彈簧擋圈定位。
[0011]連接環3和活塞9上均設有三個相同的耐高壓組合密封槽A，密封槽A的截面形狀為梯形，0型密封圈17裝在密封槽A中間，0型密封圈17兩邊均對稱裝有楔形密封圈15和備份密封圈16。
[0012]壓力缸套8左端外表面到安全閥6之間加工成楔形。
[0013]活塞9內圓面與導向軸14的接觸距離大于活塞9與壓力缸套8的接觸距離。
[0014]本發明具有以下優點:
[0015](1)本發明為導向軸繞導向節自由靈活擺動留有充足空間，使導向軸較為容易的達到設計要求的最大傾角，密封機構對其不產生空間約束。
[0016](2)本發明采用組合密封圈設計，楔形截面金屬密封圈、矩形密封圈、0型圈的有機配合，增強了密封圈對井下高壓的耐受力，減小了因壓力差而產生的密封圈失效，提高了密封結構的工作壽命。
[0017](3)本發明采用了壓力補償機構配合其他密封元件的設計方法，壓力補償機構由壓力缸套8、活塞9、彈簧10、安全閥6、單向閥7組成。壓力缸套左端與金屬密封波紋管焊接，壓力缸套兩端外表面處加工成楔形，壓力缸套左端處有安全閥和單向閥。活塞套在導向軸上，活塞內圓橫截面比外圓橫截面稍長，活塞內孔和外表面開有凹槽，各密封圈的布置同連接環凹槽密封圈布置相同。活塞右端焊接彈簧，彈簧右端連接在螺旋密封左端。有效的降低了密封界面兩側的壓力差，降低了其他密封元件因高壓力差而引起的破壞，減少了泄漏量。
【附圖說明】
[0018]圖1為組合密封結構示意圖。
[0019]圖2為密封圈組合結構示意圖。
[0020]圖中:1旋轉外套，2導向節，3連接環，4金屬密封波紋管，5密封套，6安全閥，7單向閥，8壓力缸套，9活塞，10彈簧，11螺旋密封，12彈性紗網，13彈簧擋圈，14導向軸，15楔形密封圈，16備份密封圈，170型圈。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明做詳細敘述。
[0022]參照圖1，一種帶有壓力補償的組合密封結構，適用于全旋轉式井下旋轉導向鉆井工具(可控彎接頭)，包括連接環3，連接環3通過過盈配合裝入密封套5的左端，連接環3的右端與金屬密封波紋管4的左端焊接在一起，金屬密封波紋管4的右端焊接在壓力缸套8的左端；壓力缸套8最左端設置有安全閥6，安全閥6的右邊設置有單向閥7，壓力缸套8內部與活塞9過盈配合，活塞9同時與導向軸14過盈配合，活塞9的右端面處與彈簧10的左端焊接，彈簧10的右端焊接在螺旋密封12的左端面處。螺旋密封12通過過盈配合套在導向軸14上，且螺旋密封12右端通過彈簧擋圈定位。
[0023]參照圖2，連接環3和活塞9上均設有三個相同的耐高壓組合密封槽A，密封槽A的截面形狀為梯形，0型密封圈17裝在密封槽A中間，0型密封圈17兩邊均對稱裝有楔形密封圈15和備份密封圈16。在調節密封面兩側壓力時，活塞9會沿導向軸14來回移動，活塞9內外圓處都是主要承壓面和泄漏通道，因此需要高壓密封。
[0024]壓力缸套8左端外表面到安全閥6之間加工成楔形，以防止當金屬密封波紋管彎曲變形時壓力缸套8和密封套5產生碰撞擠壓。
[0025]活塞9內圓面與導向軸14的接觸距離大于活塞9與壓力缸套8的接觸距離；為了增加活塞9在導向軸14頻繁擺動時的隨動補償性。
[0026]本發明的工作原理:可控彎接頭在垂直鉆進時，導向軸14與旋轉外套處于同一軸線，連接環3處的耐高壓密封結構與活塞9和螺旋密封起主要密封作用。連接環3主要密封由導向軸14活動空間處進入的鉆井液和內部的潤滑油，螺旋密封12和活塞9共同密封由螺旋密封12結構處的間隙進入的鉆井液和內部潤滑油，并由螺旋密封12慮掉鉆井液中的固體顆粒。
[0027]可控彎接頭在導向鉆進時，通過金屬密封波紋管4的柔性變形，使密封結構隨導向軸產生擺動角度，而保證連接環3和壓力平衡機構的穩定性，降低了對密封圈的浮動彈性要求，減少了摩擦磨損破壞，提高了整體性能，另外，彈簧10和金屬密封波紋管4的軸向變形也起到一定的減震緩沖作用，對保持高壓密封面的相對穩定也是非常有利的。彈性紗網12具有良好的隨動補償性，可以及時彌補導向軸在偏擺時產生的間隙，并有效地過濾鉆井液中的固體顆粒，防止固體顆粒沉積阻礙導向軸的擺動。
[0028]在整個導向鉆進過程中，壓力補償機構都時時對井下鉆井液壓力做出相應變化，通過活塞9的移動調節密封結構兩側壓力差保持在設計要求之內，提高了密封結構壽命和性能。
【主權項】
1.一種帶有壓力補償的組合密封結構，適用于全旋轉式井下旋轉導向鉆井工具，其特征在于，包括連接環(3)，連接環(3)通過過盈配合裝入密封套(5)的左端，連接環(3)的右端與金屬密封波紋管(4)的左端焊接在一起，金屬密封波紋管(4)的右端焊接在壓力缸套(8)的左端；壓力缸套(8)最左端設置有安全閥(6)，安全閥(6)的右邊設置有單向閥(7)，壓力缸套⑶內部與活塞(9)過盈配合，活塞(9)同時與導向軸(14)過盈配合，活塞(9)的右端面處與彈簧(10)的左端焊接，彈簧(10)的右端焊接在螺旋密封(12)的左端面處，螺旋密封(12)通過過盈配合套在導向軸(14)上，且螺旋密封(12)右端通過彈簧擋圈定位。2.根據權利要求1所述的一種帶有壓力補償的組合密封結構，其特征在于，連接環(3)和活塞(9)上均設有三個相同的耐高壓組合密封槽(A)，密封槽(A)的截面形狀為梯形，0型密封圈(17)裝在密封槽(A)中間，0型密封圈(17)兩邊均對稱裝有楔形密封圈(15)和備份密封圈(16)。3.根據權利要求1所述的一種帶有壓力補償的組合密封結構，其特征在于，壓力缸套(8)左端外表面到安全閥(6)之間加工成楔形。4.根據權利要求1所述的一種帶有壓力補償的組合密封結構，其特征在于，活塞(9)內圓面與導向軸(14)的接觸距離大于活塞(9)與壓力缸套⑶的接觸距離。
【專利摘要】一種帶有壓力補償的組合密封結構，適用于全旋轉式井下旋轉導向鉆井工具，連接環通過過盈配合裝入密封套的左端，連接環的右端與金屬密封波紋管的左端焊接在一起，金屬密封波紋管的右端焊接在壓力缸套的左端；壓力缸套最左端設置有安全閥，安全閥的右邊設置有單向閥，壓力缸套內部與活塞過盈配合，活塞同時與導向軸過盈配合，活塞的右端面處與彈簧的左端焊接，彈簧的右端焊接在螺旋密封的左端面處，螺旋密封通過過盈配合套在導向軸上，且螺旋密封右端通過彈簧擋圈定位；連接環主要密封由導向軸活動空間處進入的鉆井液和內部的潤滑油，螺旋密封和活塞共同密封由螺旋密封結構處的間隙進入的鉆井液和內部潤滑油，并由螺旋密封慮掉鉆井液中的固體顆粒；本發明具有耐高溫高壓、耐腐蝕、耐沖擊、耐磨損，密封性能高、長壽命等特點。
【IPC分類】F16J15/54, F16J15/28, F16J15/52
【公開號】CN105333156
【申請號】CN201510864697
【發明人】張光偉, 展茂雷, 劉英海, 田偉康, 劉暢
【申請人】西安石油大學
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月30日