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一种带有压力补偿的组合密封结构
申请号	CN201510864697.1	申请日	2015-11-30	公开(公告)号	CN105333156B	公开(公告)日	2017-08-25
申请人	西安石油大学;			发明人	张光伟; 展茂雷; 刘英海; 田伟康; 刘畅;
摘要	一种带有压力补偿的组合密封结构，适用于全旋转式井下旋转导向钻井工具，连接环通过过盈配合装入密封套的左端，连接环的右端与金属密封波纹管的左端焊接在一起，金属密封波纹管的右端焊接在压力缸套的左端；压力缸套最左端设置有安全阀，安全阀的右边设置有单向阀，压力缸套内部与活塞过盈配合，活塞同时与导向轴过盈配合，活塞的右端面处与弹簧的左端焊接，弹簧的右端焊接在螺旋密封的左端面处，螺旋密封通过过盈配合套在导向轴上，且螺旋密封右端通过弹簧挡圈定位；连接环主要密封由导向轴活动空间处进入的钻井液和内部的润滑油，螺旋密封和活塞共同密封由螺旋密封结构处的间隙进入的钻井液和内部润滑油，并由螺旋密封虑掉钻井液中的固体颗粒；本发明具有耐高温高压、耐腐蚀、耐冲击、耐磨损，密封性能高、长寿命等特点。
权利要求	1.一种带有压力补偿的组合密封结构，适用于全旋转式井下旋转导向钻井工具，其特征在于，包括连接环(3)，连接环(3)通过过盈配合装入密封套(5)的左端，连接环(3)的右端与金属密封波纹管(4)的左端焊接在一起，金属密封波纹管(4)的右端焊接在压力缸套(8)的左端；压力缸套(8)最左端设置有安全阀(6)，安全阀(6)的右边设置有单向阀(7)，压力缸套(8)内部与活塞(9)过盈配合，活塞(9)同时与导向轴(14)过盈配合，活塞(9)的右端面处与弹簧(10)的左端焊接，弹簧(10)的右端焊接在螺旋密封(12)的左端面处，螺旋密封(12)通过过盈配合套在导向轴(14)上，且螺旋密封(12)右端通过弹簧挡圈定位；连接环(3)和活塞(9)上均设有三个相同的耐高压组合密封槽(A)，密封槽(A)的截面形状为梯形，O型密封圈(17)装在密封槽(A)中间，O型密封圈(17)两边均对称装有楔形密封圈(15)和备份密封圈(16)；压力缸套(8)左端外表面到安全阀(6)之间加工成楔形。 2.根据权利要求1所述的一种带有压力补偿的组合密封结构，其特征在于，活塞(9)内圆面与导向轴(14)的接触距离大于活塞(9)与压力缸套(8)的接触距离。
说明书全文	一种带有压力补偿的组合密封结构技术领域 [0001] 本发明涉及一种适用于全旋转指向式旋转导向钻井工具的密封，特别涉及一种带有压力补偿的组合密封结构。背景技术 [0002] 导向钻井工具的密封主要是解决旋转外套或非旋转外套和心轴之间的密封问题。常用于旋转导向钻井工具的密封主要有填料密封和唇形密封，这两种密封形式主要是通过压缩密封材料产生大变形来实现的，难以满足可控弯接头旋转导向钻井工具在不同钻进模式和恶劣工况条件下对密封结构的性能要求，主要体现在以下几点： [0003] 1.密封面存在设计范围的摆角，因此密封结构需要在为导向轴留有适当摆动空间的情况下实现密封，调整摆角大小时密封结构需要有自动补偿功能，保证不产生泄漏。 [0004] 2.密封结构和材料能承受井下高温、高压，能抵抗钻头在破岩时产生的冲击和振动。 [0005] 3.密封材料要耐腐蚀、耐磨损、不易老化。 [0006] 4.密封结构有较高的可靠性和寿命。 [0007] 由于，填料密封难以在密封面摆动时实现径向补偿，且在可靠近压盖处磨损较快；唇形密封难以满足密封面两侧压力差存在不规律变化时的密封要求，且在井下高温高压高磨砺性钻井液环境下，很难起到密封效果。所以，填料密封和唇形密封难以满足可控弯接头旋转导向钻井工具对密封结构的上述要求。发明内容 [0008] 为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种带有压力补偿的组合密封结构，该结构具有耐高温高压、耐腐蚀、耐冲击、耐磨损，密封性能高、长寿命等特点。 [0009] 为了达到上述目的，本发明的技术方案为： [0010] 一种带有压力补偿的组合密封结构，适用于全旋转式井下旋转导向钻井工具，包括连接环3，连接环3通过过盈配合装入密封套5的左端，连接环3的右端与金属密封波纹管4的左端焊接在一起，金属密封波纹管4的右端焊接在压力缸套8的左端；压力缸套8最左端设置有安全阀6，安全阀6的右边设置有单向阀7，压力缸套8内部与活塞9过盈配合，活塞9同时与导向轴14过盈配合，活塞9的右端面处与弹簧10的左端焊接，弹簧10的右端焊接在螺旋密封12的左端面处，螺旋密封12通过过盈配合套在导向轴14上，且螺旋密封12右端通过弹簧挡圈定位。 [0011] 连接环3和活塞9上均设有三个相同的耐高压组合密封槽A，密封槽A的截面形状为梯形，O型密封圈17装在密封槽A中间，O型密封圈17两边均对称装有楔形密封圈15和备份密封圈16。 [0012] 压力缸套8左端外表面到安全阀6之间加工成楔形。 [0013] 活塞9内圆面与导向轴14的接触距离大于活塞9与压力缸套8的接触距离。 [0014] 本发明具有以下优点： [0015] (1)本发明为导向轴绕导向节自由灵活摆动留有充足空间，使导向轴较为容易的达到设计要求的最大倾角，密封机构对其不产生空间约束。 [0016] (2)本发明采用组合密封圈设计，楔形截面金属密封圈、矩形密封圈、O型圈的有机配合，增强了密封圈对井下高压的耐受力，减小了因压力差而产生的密封圈失效，提高了密封结构的工作寿命。 [0017] (3)本发明采用了压力补偿机构配合其他密封元件的设计方法，压力补偿机构由压力缸套8、活塞9、弹簧10、安全阀6、单向阀7组成。压力缸套左端与金属密封波纹管焊接，压力缸套两端外表面处加工成楔形，压力缸套左端处有安全阀和单向阀。活塞套在导向轴上，活塞内圆横截面比外圆横截面稍长，活塞内孔和外表面开有凹槽，各密封圈的布置同连接环凹槽密封圈布置相同。活塞右端焊接弹簧，弹簧右端连接在螺旋密封左端。有效的降低了密封界面两侧的压力差，降低了其他密封元件因高压力差而引起的破坏，减少了泄漏量。附图说明 [0018] 图1为组合密封结构示意图。 [0019] 图2为密封圈组合结构示意图。 [0020] 图中：1旋转外套，2导向节，3连接环，4金属密封波纹管，5密封套，6安全阀，7单向阀，8压力缸套，9活塞，10弹簧，11螺旋密封，12弹性纱网，13弹簧挡圈，14导向轴，15楔形密封圈，16备份密封圈，17O型圈。具体实施方式 [0021] 下面结合附图对本发明做详细叙述。 [0022] 参照图1，一种带有压力补偿的组合密封结构，适用于全旋转式井下旋转导向钻井工具(可控弯接头)，包括连接环3，连接环3通过过盈配合装入密封套5的左端，连接环3的右端与金属密封波纹管4的左端焊接在一起，金属密封波纹管4的右端焊接在压力缸套8的左端；压力缸套8最左端设置有安全阀6，安全阀6的右边设置有单向阀7，压力缸套8内部与活塞9过盈配合，活塞9同时与导向轴14过盈配合，活塞9的右端面处与弹簧10的左端焊接，弹簧10的右端焊接在螺旋密封12的左端面处。螺旋密封12通过过盈配合套在导向轴14上，且螺旋密封12右端通过弹簧挡圈定位。 [0023] 参照图2，连接环3和活塞9上均设有三个相同的耐高压组合密封槽A，密封槽A的截面形状为梯形，O型密封圈17装在密封槽A中间，O型密封圈17两边均对称装有楔形密封圈15和备份密封圈16。在调节密封面两侧压力时，活塞9会沿导向轴14来回移动，活塞9内外圆处都是主要承压面和泄漏通道，因此需要高压密封。 [0024] 压力缸套8左端外表面到安全阀6之间加工成楔形，以防止当金属密封波纹管弯曲变形时压力缸套8和密封套5产生碰撞挤压。 [0025] 活塞9内圆面与导向轴14的接触距离大于活塞9与压力缸套8的接触距离；为了增加活塞9在导向轴14频繁摆动时的随动补偿性。 [0026] 本发明的工作原理：可控弯接头在垂直钻进时，导向轴14与旋转外套处于同一轴线，连接环3处的耐高压密封结构与活塞9和螺旋密封起主要密封作用。连接环3主要密封由导向轴14活动空间处进入的钻井液和内部的润滑油，螺旋密封12和活塞9共同密封由螺旋密封12结构处的间隙进入的钻井液和内部润滑油，并由螺旋密封12虑掉钻井液中的固体颗粒。 [0027] 可控弯接头在导向钻进时，通过金属密封波纹管4的柔性变形，使密封结构随导向轴产生摆动角度，而保证连接环3和压力平衡机构的稳定性，降低了对密封圈的浮动弹性要求，减少了摩擦磨损破坏，提高了整体性能，另外，弹簧10和金属密封波纹管4的轴向变形也起到一定的减震缓冲作用，对保持高压密封面的相对稳定也是非常有利的。弹性纱网12具有良好的随动补偿性，可以及时弥补导向轴在偏摆时产生的间隙，并有效地过滤钻井液中的固体颗粒，防止固体颗粒沉积阻碍导向轴的摆动。 [0028] 在整个导向钻进过程中，压力补偿机构都时时对井下钻井液压力做出相应变化，通过活塞9的移动调节密封结构两侧压力差保持在设计要求之内，提高了密封结构寿命和性能。