一种钻井用机械密封冲管的制作方法

本发明涉及一种钻井用机械密封冲管，涉及地质钻井、工程钻井、能源开采钻井、石油天然气钻井领域。

背景技术：

1、冲管装置是钻井动力头或顶驱的重要部件之一，用于连接鹅颈管和相对于鹅颈管旋转的中心管，是钻井介质进入井底或从井底返回地表的必经通道。因此，冲管装置的耐压能力、工作寿命、耐温性能对钻井作业工作效率、作业安全有至关重要的影响。

2、冲管装置的技术难点在于如何确保钻井介质在旋转的中心管和静止的鹅颈管之间流动而不发生泄露，这就要解决两个相对旋转的零件之间的密封问题。现有冲管装置采用的密封方式有盘根密封和机械密封两种。盘根密封虽然成本较低，但具有耐压低、耐温低、寿命短、更换维护不方便等问题，因而越来越不能满足钻井作业的需要。机械密封装置因具有耐高压、耐高温、寿命长的优势而越来越受到用户的青睐。

3、机械密封的技术核心在于如何确保旋转的动环与静止的静环紧密贴合，但钻进过程中，鹅颈管、动力头或顶驱都会不可避免地因各种外力或加工安装误差而产生轴向位移及轴向附近的偏摆，造成动环和静环不能紧密贴合，从而降低了其密封性能甚至密封失效。

4、实用新型cn2837498y致力于解决动环和静环的轴向偏移而忽略了轴向附近的偏摆，不能完全确保动环和静环的紧密贴合，并且存在动环无法顺利地相对于弹簧座轴向移动的问题，因而没能得到广泛应用。

5、发明201510346602.7发现了实用新型cn2837498y存在的问题并致力于解决动环和静环的轴向偏移和沿轴向附近的偏摆，但静环沿轴向偏摆的空间太小且需要克服的负载太大，使得动环与静环因承受了过大的弯矩而容易损坏，因而也没能得到广泛应用。

6、因此，目前需要一种能够克服上述技术问题的冲管装置。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提出一种新型机械密封冲管装置，该冲管装置的静环能随时跟随动环的位移和偏摆，从而保证静环和动环的随时紧密贴合，进而实现整个冲管装置的有效密封。

2、本发明提供的机械密封冲管由浮动构件和回转构件两大部分组成。所述浮动构件由静环、补偿球座、压缩弹簧、下接头等组成。所述静环嵌装在所述补偿球座上并可随补偿球座偏摆和浮动。所述补偿球座通过球面嵌装在所述上接头内并可沿两者配合的球面的球心偏摆。所述压缩弹簧的一端装在沿上接头径向分布的圆柱孔内，另一端顶在补偿球座的外圆上，使得补偿球座可沿轴向浮动。所述回转构件由动环、轴承内套、轴承外套、上接头及轴承等组成。所述动环嵌装在所述轴承内套上并可随轴承内套回转。所述轴承内套下端与所述下接头连接，外部通过轴承与所述轴承外套连接。所述浮动构件的上接头与所述回转构件的轴承外套之间通过螺栓连接，连接后所述浮动构件的动环和回转构件的静环在弹簧力作用下紧密贴合。

3、进一步地，为确保钻井介质不从所述上接头与所述补偿球座配合的球面间隙漏失，需要在两个球面之间安装密封圈。

4、进一步地，为确保钻井介质不从所述补偿球座与所述静环配合的圆柱面间隙漏失，需要在两个圆柱面之间涂抹密封胶或安装密封圈。

5、进一步地，为确保钻井介质不从所述动环与所述轴承内套配合的圆柱面间隙漏失，需要在两个圆柱面之间涂抹密封胶或安装密封圈。

6、进一步地，为确保钻井介质不从所述轴承内套与所述下接头的配合面间隙漏失，需要在两个配合面之间涂抹密封胶或安装密封圈。

7、进一步地，为确保所述静环不在动环与静环之间的摩擦力作用下与所述补偿球座发生相对转动，需要在所述静环与所述补偿球座之间安装止动销。

8、可选地，所述静环与所述补偿球座之间也可通过紧配合或螺栓连接等方式确保两者不发生相对转动。

9、进一步地，为确保所述补偿球座不在摩擦力的作用下与所述上接头发生相对转动，需要在所述补偿球座与所述上接头之间安装止动销。

10、进一步地，为确保所述动环不在动环与静环之间的摩擦力作用下与所述轴承内套发生相对转动，需要在所述动环与所述轴承内套之间安装止动销。

11、可选地，所述动环与所述轴承内套之间也可通过紧配合或螺栓连接等方式确保两者不发生相对转动。

12、可选地，所述轴承内套与所述下接头之间可采用螺纹或螺栓进行连接，也可将两者做成一个整体。

13、进一步地，为确保轴承回转时的有效润滑，可在轴承外套上安装润滑油加注油杯、润滑油密封圈及相应的密封圈安装盖等。

14、进一步地，为确保所述补偿球座能相对所述上接头自如发生相对偏摆和位移，可在所述回转构件和浮动构件连接处附近安装润滑油加注油杯。

15、本冲管总成工作时，高压钻井介质在所述浮动构件的上接头和所述回转构件的下接头之间流动，当回转构件的下接头转动时，静环不旋转，动环跟随下接头转动，静环和动环的端面贴合并可相对旋转。即使顶驱、动力头或鹅颈管在钻井作业中存在中心管的轴向跳动或在轴线附近摆动等现象，以及中心管和鹅颈管存在同心度及同轴度的制造和装配偏差的情况下，也能够通过本发明的冲管总成的弹性浮动装置、补偿球面及防转设计提供静环相应的轴向移动和轴线附近摆动的自由度来保证静环相对于动环的良好的跟随性。压缩弹簧的预压缩力、以及作用在补偿球面上端的液压力能够在静环与动环之间提供适当的抵接压力，从而提供良好的密封。

16、可选地，本发明的浮动构件和回转构件并不是严格区分的，比如可以将补偿球座或压缩弹簧的一种或两种安装在所述轴承内套上，也可以让上接头回转而下接头静止。

17、本发明相对于现有技术相比具有以下显著优势：（1）弹簧力提供了静环与动环之间的初始压紧力，作用在补偿球座端面的液压力提供了静环与动环之间的二次压紧力，使得静环与动环之间的压紧力随压力增加而增大，两者贴合面的密封性能也随压力增加而增大；（2）通过下接头与补偿球座之间的球面配合使静环能随动环偏摆，确保了静环相对于动环的偏摆跟随；（3）动环与静环安装在一个润滑良好的封闭空间内，因而能提高动环和静环的使用寿命；（4）本发明的静环和动环可采用耐磨、耐高温的陶瓷材料或硬质合金材料制作，因而具有耐压高、耐温高、寿命长的优势。

技术特征：

1.一种机械密封冲管，其特征在于由浮动构件和回转构件两大部分组成。

2.所述浮动构件由静环、补偿球座、压缩弹簧、下接头等组成。所述静环嵌装在所述补偿球座上并可随补偿球座偏摆和浮动。所述补偿球座通过球面嵌装在所述上接头内并可沿两者配合的球面的球心偏摆。所述压缩弹簧的一端装在沿上接头径向分布的圆柱孔内，另一端顶在补偿球座的外圆上，使得补偿球座可沿轴向浮动。

3.所述回转构件由动环、轴承内套、轴承外套、上接头及轴承等组成。所述动环嵌装在所述轴承内套上并可随轴承内套回转。所述轴承内套下端与所述下接头连接，外部通过轴承与所述轴承外套连接。

4.所述浮动构件的上接头与所述回转构件的轴承外套之间通过螺栓连接，连接后所述浮动构件的动环和回转构件的静环在弹簧力作用下紧密贴合。

5.根据权利要求书1所述的上接头与补偿球座配合的球面之间需要安装密封圈，以确保钻井介质不从所述球面间隙漏失。

6.根据权利要求书1所述的补偿球座与静环配合的圆柱面之间需要涂抹密封胶或安装密封圈，以确保钻井介质不从两个圆柱面间隙漏失。

7.根据权利要求书1所述的动环与轴承内套配合的圆柱面之间需要涂抹密封胶或安装密封圈，以确保钻井介质不从两个圆柱面间隙漏失。

8.根据权利要求书1所述的轴承内套与下接头的配合面之间需要涂抹密封胶或安装密封圈，以确保钻井介质不从两个配合面间隙漏失。

9.根据权利要求书1所述的静环与补偿球座之间需要安装止动销，以确保静环不在摩擦力作用下与补偿球座发生相对转动。

10.根据权利要求书6所述的静环与补偿球座之间也可通过紧配合或螺栓连接等方式确保两者不发生相对转动。

11.根据权利要求书1所述的补偿球座与上接头之间需要安装止动销，以确保补偿球座不与上接头发生相对转动。

12.根据权利要求书1所述的动环与所述轴承内套之间安装了止动销，以确保动环不与轴承内套发生相对转动。

13.根据权利要求书9所述的动环与轴承内套之间也可通过紧配合或螺栓连接等方式确保两者不发生相对转动。

14.根据权利要求书1所述的轴承内套与下接头之间可采用螺纹或螺栓进行连接，也可将两者做成一个整体。

15.根据权利要求书1所述的轴承外套上安装了润滑油加注油杯、润滑油密封圈及相应的密封圈安装盖等，以确保轴承回转时的有效润滑。

16.根据权利要求书1所述的回转构件和浮动构件连接处附近安装了润滑油加注油杯，以确保补偿球座能相对上接头自如发生相对偏摆和位移。

17.根据权利要求书1所述的浮动构件和回转构件并不是严格区分的，比如可以将补偿球座或压缩弹簧的一种或两种安装在所述轴承内套上，也可以让上接头回转而下接头静止。

技术总结本发明公开了一种钻井用机械密封冲管总成，由浮动构件和回转构件两大部分组成。所述浮动构件由静环、补偿球座、压缩弹簧、下接头等组成。所述静环嵌装在所述补偿球座上并可随补偿球座偏摆和浮动；所述补偿球座通过球面嵌装在所述上接头内并可沿两者的配合球面的球心偏摆；所述压缩弹簧的一端装在沿上接头径向分布的圆柱孔内，另一端顶在补偿球座的外圆上，使得补偿球座可沿轴向浮动。所述回转构件由动环、轴承内套、轴承外套、上接头及滚动轴承等组成。所述动环嵌装在所述轴承内套上并可随所述轴承内套回转；所述轴承内套下端与所述下接头连接，外部通过轴承与所述轴承外套连接。所述浮动构件与固定构件还包含确保其内部各零部件之间进行有效连接、润滑密封的销轴、密封件及润滑油杯等。所述浮动构件的上接头与回转构件的轴承外套之间通过螺栓连接，连接后所述浮动构件的动环和回转构件的静环在弹簧力作用下紧密贴合。技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名受保护的技术使用者：长沙克岩科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18