一种能适应轴向与径向偏移的高压密封冲管

摘要

本发明公开了一种能适应轴向与径向偏移的高压密封冲管总成，包括上接头、压板、浮动装置、预紧螺母、静环、动环、下接头及其他辅助密封圈；所述浮动装置包括中心管、承压浮动体、内置弹簧，浮动装置通过中心管的圆弧面和承压浮动体与中心管的配合实现一定范围的径向和轴向浮动；承压浮动体的翼板能有效实现浮动装置的防转，且能在预紧螺母的推动下预紧内置弹簧，为冲管提供充足的弹力补偿；承压浮动体下方设置静环、动环、下接头；静环与动环之间可形成良好机械密封端面；本发明特点在于：结构简单，可适应钻井作业时钻杆一定程度的轴向和径向偏移，降低了作业时由于钻杆径向和轴向浮动使冲管内部挤压从而导致密封失效的风险。

权利要求

1.一种能适应轴向与径向偏移的高压密封冲管，包括：上接头(1)、压板(2)、中心管(3)、承压浮动体(4)、内置弹簧(5)、预紧螺母(6)、静环(7)、动环(8)、下接头(9)、下接头密封圈(10)、动环密封圈(11)、防转销(12)、静环密封圈(13)、承压浮动体密封圈(14)、中心管密封圈(15)、压板密封圈(16)其特征在于：上接头(1)整体为圆筒状结构，上接头通过其内周面自上而下第一台阶处设置的螺纹与上方鹅颈管连接，所述上接头(1)的外壁处设置安装孔，方便安装时的预紧；

上接头(1)内腔自上而下依次设置压板(2)、中心管(3)，所述中心管(3)通过上接头(1)内周面设置的圆弧台阶定位，压板(2)通过设置于上接头内周面自上而下第二台阶处的螺纹旋入并将中心管(3)压紧，中心管(3)在压板(2)下端的圆弧面与上接头(1)内腔的圆弧面共同约束下实现一定范围的径向浮动；压板(2)上方设置压板密封圈(16)，保证上接头(1)与上方鹅颈管之间的密封，中心管的圆弧处设置中心管密封圈(15)；

所述中心管(3)的下端设置承压浮动体(4)，所述承压浮动体(4)上端与中心管(3)下端出口连接，中心管(3)的外壁与承压浮动体(4)的内壁之间设置承压浮动体密封圈(14)；

承压浮动体(4)的下部结构设置四块周向均布的翼板，同时，上接头(1)的下部沿轴向自下而上开设同样四个周向均布的槽，承压浮动体(4)的翼板每个做成近90°，自下而上伸入上接头(1)所述的槽内；

内置弹簧(5)设置于承压浮动体(4)与上接头(1)之间；预紧螺母(6)通过上接头(1)外周面下部设置的螺纹上旋，通过推动承压浮动体(4)的翼板带动承压浮动体(4)整体上移，从而完成内置弹簧(5)的预紧，实现弹力补偿；

所述静环(7)设置于承压浮动体(4)的下方，静环(7)和承压浮动体(4)的端面之间设置静环密封圈(13)和防转销(12)；动环(8)的下端设置下接头(9)，动环(8)与下接头(9)端面之间置动环密封圈(11)和防转销(12)；静环(7)和所述动环(8)均包括位于径向内侧的耐磨非金属环和结合到所述非金属环的径向外周面的金属环；静环(7)与动环(8)之间的通过非金属环之间的接触形成良好机械密封端面；

下接头(9)通过其内壁的螺纹与下方的钻杆连接，在下接头(9)与钻杆连接的端面设置下接头密封圈(10)；预紧螺母(6)的内周面与承压浮动体(4)翼板外周面之间、静环(7)外周面与上接头(1)内周面之间均留足够的轴向和径向浮动空间。

说明书

一种能适应轴向与径向偏移的高压密封冲管

技术领域

[0001] 本发明涉及石油天然气钻井泥浆通道的一种能适应轴向与径向偏移的高压密封冲管，具体是一种钻井水龙头、动力水龙头或顶驱上用于动静结合处实现密封的冲管总成
装置。

背景技术

[0002] 冲管总成装置是石油天然气钻机的重要零部件之一，它的上方连接鹅颈管，下方连接相对于鹅颈管旋转的中心管，形成钻井液流通的通道，将高压钻井液输送至下方钻柱、
传递给井底的钻头，是钻机循环系统、旋转系统、起升系统交汇处的关键动静“节点”，其密
封性能直接影响钻机的作业效率。

[0003] 现有的冲管总成可分为两大类：盘根式密封冲管总成和机械密封式冲管总成。目前的机械密封冲管总成存在零件繁多拆卸安装复杂、浮动装置的弹簧弹力不足、装配安装
的同轴度难以保证等问题；且大部分机械密封冲管总成的浮动结构只允许浮动体的上下轴
向浮动而很少可以实现其径向浮动，从而导致密封失效。为此需要研发一种能适应一定轴
向偏移、径向移动的高压介质动静密封冲管。

[0004] 因此，目前需要一种能克服上述问题的机械密封冲管总成装置。

发明内容

[0005] 本发明的目的：为克服现有机械密封冲管总成安装拆卸复杂、动静结构径向浮动适应性差、安装运行同轴度要求高、弹簧补偿力不足的问题。

[0006] 为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：一种能适应轴向与径向偏移的高压密封冲管，包括：上接头、压板、中心管、承压浮动体、内置弹簧、预紧螺母、静环、动环、下
接头密封圈、动环密封圈、防转销、静环密封圈、承压浮动体密封圈、中心管密封圈、压板密
封圈；其特征在于：上接头整体为圆筒状结构，上接头通过其内腔第一台阶的螺纹与鹅颈管
连接；上接头内腔自上而下依次设置压板、中心管，所述中心管通过上接头内腔的圆弧台阶
定位，所述压板通过设置于上接头内壁第二台阶的螺纹旋入上接头内腔并将中心管压紧，
中心管在压板下端圆弧面和上接头内腔圆弧面的约束下，实现一定范围的径向浮动；中心
管的下端设置承压浮动体，所述承压浮动体上端与中心管下端出口连接，承压浮动体内壁
与中心管外壁之间设置承压浮动体密封圈；

[0007] 所述承压浮动体的下部结构设置四块周向均布的翼板，同时，所述上接头的下部外壁开设同样四个周向均布的槽，承压浮动体的翼板每个做成近90°，自下而上伸入上接头
所述的槽内；所述内置弹簧设置于承压浮动体与上接头之间，承压浮动体通过中心管和内
置弹簧可实现一定范围的径向浮动和一定范围轴向浮动；预紧螺母通过上接头下部外壁螺
纹上旋，推动承压浮动体的翼板上移，使得承压浮动体整体向上运动，从而完成内置弹簧的
预紧；所述静环连接于承压浮动体的下端，静环和承压浮动体之间设置静环密封圈和防转
销；所述动环与下端的下接头连接，动环与下接头之间设置动环密封圈和防转销。

[0008] 根据一个示例性实施例，中心管在上接头内腔的圆弧台阶和压板下端的圆弧面的共同约束下，可沿自身圆弧面实现一定范围的左右径向摆动；下方与中心管配合的承压浮
动体随中心管一同径向浮动；除此之外，承压浮动体还可沿中心管外壁轴向上下浮动，使得
整个浮动体可适应工作时钻杆一定程度的轴向偏移和径向偏移，大大降低了在冲管总成工
作时由于钻杆的径向和轴向的浮动使得冲管内部挤压变形从而导致密封失效的风险。

[0009] 根据另一个示例性实施例，所述承压浮动体的内部流道设置圆弧锥面，在钻井液流经承压浮动体时，在承压浮动体内腔上下形成压差，将浮动体紧紧压在下方的静环上，推
动静环与静环下方的动环之间产生足够的机械密封压力。

[0010] 根据另一个示例性实施例，所述承压浮动体的下部结构设置四块周向均布的翼板，同时，所述上接头的下部外壁开设同样四个周向均布的槽，承压浮动体的翼板每个做成
近90°，自下而上伸入上接头所述的槽内；可有效实现承压浮动体与上接头之间的防转，相
比于现有的防转结构，更加可靠简单。

[0011] 根据另一个示例性实施例，所述静环和动环中的任一者包括位于径向内侧的耐磨非金属环和结合到所述非金属环的径向外周面的金属环。

[0012] 与现有的机械密封浮动机构相比，该发明的机械密封冲管总成可适应工作时钻杆一定程度的轴向偏移和径向偏移，大大降低了在冲管总成工作时由于钻杆的径向和轴向的
浮动使得冲管内部挤压变形从而导致密封失效的风险。可一定程度上解决零件繁多拆卸安
装复杂、弹簧的补偿弹力不足、装配安装的同轴度难以保证等问题。

附图说明

[0013] 图1为本发明外观图。

[0014] 图2为本发明的具体结构示意图。

[0015] 图3为本发明翼板处剖视图。

[0016] 图2中：1—上接头；2—压板；3—中心管；4—承压浮动体；5—内置弹簧；6—预紧螺母；7—静环；8—动环；9—下接头；10—下接头密封圈；11—动环密封圈；12—防转销；13—
静环密封圈；14—承压浮动体密封圈；15—中心管密封圈；16—压板密封圈。

具体实施方式

[0017] 本发明不受下述实施实例的限制，可以根据本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。下面结合图1～3对本发明作以下描述。

[0018] 如图1所示为本发明冲管总成的外观图，所述机械密封冲管总成的整体外观为圆筒状，其结构简单，安装于拆卸方便，且弹簧补偿力充足。

[0019] 本发明具体结构如图2所示，所述冲管总成主要包括：1上接头、2压板、3中心管、4承压浮动体、5内置弹簧、6预紧螺母、7静环、8动环、9下接头、10下接头密封圈、11动环密封
圈、12防转销、13静环密封圈、14承压浮动体密封圈、15中心管密封圈、16压板密封圈。

[0020] 其中，上接头1为圆筒状结构，所述上接头1通过其内腔A处第一台阶螺纹与上方鹅颈管相连，上接头外壁的上下端各开设有安装孔，方便安装时的预紧；上接头1的内腔自上
而下依次设置压板2和中心管3，在安装时，中心管3通过上接头1内腔C处的圆弧台阶定位，
压板2通过上接头1内腔B处的螺纹旋入并将下方中心管3压紧，压板2上端面设置安装孔，方
便安装时的预紧；压板2与中心管3之间设置中心管密封圈15，中心管3与上接头1内腔圆弧
台阶C之间同样设置密封圈；中心管3在压板2下端的圆弧面和上接头1内腔的圆弧面的共同
约束下可实现一定范围的左右径向浮动；中心管3的下方设置承压浮动体4，承压浮动体4内
壁与中心管3外壁配合，之间设置承压浮动体密封圈14；特别的，承压浮动体5的下部结构为
四个90°周向均布的翼板，同样，上接头1下部外壁的对应部位F处开设四个90°周向均布的
槽，在安装时，承压浮动体4的翼板对应所述上接头1下部外壁的槽，自下而上伸入上接头1
内腔，达到承压浮动体4与上接头1之间的防转效果，同时承压浮动体4的上端与中心管3下
端配合，承压浮动体4可沿中心管3的外壁相对轴向移动。

[0021] 上接头1与承压浮动体4之间设置内置弹簧5；预紧螺母6通过上接头1下部外壁D处螺纹上旋，推动承压浮动体4的翼板向上运动，从而带动承压浮动体1整体上移，实现内置弹
簧5的预紧，从而实现弹力补偿；预紧螺母外壁开设有安装孔，方便安装时的预紧。

[0022] 中心管3在上接头1内腔C处的圆弧台阶和压板2下端的圆弧面的共同约束下，可沿自身圆弧面实现一定范围的左右径向摆动；下方与中心管3配合的承压浮动体4随中心管3
一同径向浮动；除此之外，承压浮动体4还可沿中心管3外壁轴向上下浮动。因此，使得整个
浮动体可适应工作时钻杆一定程度的轴向偏移和径向偏移，大大降低了在冲管总成工作时
由于钻杆的径向和轴向的浮动使得冲管内部挤压变形从而导致密封失效的风险。

[0023] 承压浮动体4的下端设置静环7，所述静环7包括位于径向内侧的耐磨非金属环和结合到所述非金属环的径向外周面的金属环，静环7与承压浮动体4接触端面之间设置防转
销12和静环密封圈13；静环7下方设置动环8，所述动环8同样包括位于径向内侧的耐磨非金
属环和结合到所述非金属环的径向外周面的金属环；动环8与静环7的非金属环之间形成良
好的机械密封端面；下接头9设置于动环8的下端，两者接触端面之间设置防转销12和动环
密封圈11。

[0024] 特别的，在承压浮动体4的内腔设置有圆弧锥面，工作时，高压钻井液从连接鹅颈管的上接头1进入，依次流经压板2、中心管3进入承压浮动体4，在承压浮动体4内腔上下形
成压差，将承压浮动体4紧紧压在下方的静环7上，推动静环7与静环下方的动环8之间产生
足够的机械密封压力。

[0025] 此外，为保证承压浮动体4在工作时有足够的轴向和径向的浮动空间，在预紧螺母6与承压浮动体4之间的G处和上接头1与静环7之间的H处预留有足够的间隙。