专利名称：欠平衡钻井用空气增压机的制作方法
技术领域：
一种欠平衡钻井用空气增压机。用于欠平衡钻井工艺，涉及气体压缩机的制造技术领域。
现有技术在现有技术中，空气压缩机的进气压力都为大气压力，排气压力是恒定的，即压比也基本上是恒定值，而根据欠平衡钻井工艺的要求，进气压力为1～2.4Mpa，排气压力为7.5～17Mpa，排气量为35～90Nm3/min，变化范围是相当大的，目前国内还没有能适应欠平衡钻井工艺要求的压缩机，有从国外引进的压缩机组用于欠平衡钻井，但是，其缺点是由于其进排气压力的设计范围小，所以适应钻井工况变化的能力差，在高压和低压之间一旦发生压比过大时就会自动停机，然后由人工放空，排压后再启动压缩机进行钻井作业，另外，其气阀没有考虑阀片的减震，所以在快速的连续工作中，随着钻井深度的变化，压缩机的进气压力会产生较大范围的变化，这种变化会在压缩机气阀的阀片上产生震颤冲击力，而这种冲击力会导致阀片的早期损坏，并造成气阀的寿命短，最短的2个小时不到，最长的只有100小时左右。
本实用新型的目的是针对现有技术的问题，设计一种采用自动调节高低压气缸的压力，实现压比自动平衡调节，能满足欠平衡钻井压力大范围变化的欠平衡钻井用空气增压机。
发明内容
本实用新型是这样实现的本实用新型包括机身、传动、压缩和压力平衡调节机构四个部分，机身部分为四列对称平衡结构，高低压气缸共用一根传动曲轴14，在传动曲轴14的一边是低压气缸11和13，另一边是高压气缸16和高压气缸17，在高低压气缸和机身之间是中体15，中体15与压缩缸之间设置有填料9，机身中的润滑油道和支油道是将作为油道的钢管27浇铸在机身中的一体化结构，改变了浇铸完成机身以后才在机身上的设计位置钻出油道的工艺；传动部分包括传动曲轴14，连杆5；压缩部分包括高低压气缸的活塞组件1，压缩缸11、13、16和17，填料9，十字头8和压缩缸气阀12，活塞组件1的活塞31与活塞杆28是整体结构，在活塞31的外圆设置有支承导向环30，活塞的两端有锥形的斜面结构29，活塞杆28穿过填料9与十字头8相连接；气阀12由阀座19、阀片20、平板缓冲片21、波状缓冲片26、弹簧23、波纹管22、升程限制器25、中心螺栓24和螺母18构成，其中的阀片20、平板缓冲片21和波状缓冲片26，以及弹簧23、波纹管22构成了三环可调弹簧力的结构；压力平衡调节机构设置在低压气缸11和13的上部，包括阀芯4，压缩弹簧2和阀盖3，阀盖3的外部与高压气缸连接，内部与低压气缸相通；压缩机整机安装在一个橇座10上，构成橇装式机组；工作时柴油发动机带动压缩机曲轴14旋转，通过连杆5使活塞在缸内作往复运动，实现进气、压缩、排气过程，完成压气过程，当高压部分的压力大于设定的平衡值时，高压气会通过连接管推开设置在低压缸上部的压力平衡调节机构，将部分高压气输入低压气缸，而达到压比的平衡；本实用新型的优点是压缩缸的平衡调节机构配备有相应的控制装置，可以自动实现高低压压比相对恒定，从而提高增压机的运转平稳性和可靠性，压缩缸的三环可调弹簧力的结构在机组工作时可以减缓阀片对升程限制器的冲击力，达到延长压缩缸气阀的寿命，可从同类机型的最高100小时提高到2000小时。
图1为本实用新型整机装配的立面剖视结构示意图。
图2为本实用新型的俯视布局示意图。
图3为图1中气阀12的放大剖式结构示意图。
图4为图1中润滑油道6的部分横剖面放大示意图。
图5为图1中活塞组件1的放大结构示意图。
具体实施方案
以下结合附图给出本实用新型的实施例本实用新型包括机身、传动、压缩和压力平衡调节机构四个部分，机身为卧式四列对称平衡结构，机身7两边的高、低压气缸共用一根传动曲轴14，在传动曲轴14的一边是两个一级低压气缸11和13，另一边是二级高压气缸16和三级高压气缸17，在高低压气缸和机身之间是中体15，中体15与压缩缸之间设置有填料9，机身中的润滑主油道6和支油道是将作为油道的钢管27浇铸在机身中的一体化结构，在进行机身浇铸时就将作为油道的钢管27浇铸在机身里面了，改变了浇铸完成机身以后才在机身上的设计位置钻出油道的工艺，这样即降低了加工难度，又可以防止泄漏；传动部分包括传动曲轴14，连杆5；压缩部分包括高低压气缸的活塞组件1，压缩缸11、13、16和17、填料9、十字头8和压缩缸气阀12，活塞组件1的活塞31与活塞杆28是整体结构，在活塞组件1的活塞31的外圆设置有支承导向环30，活塞31的两端有锥形的斜面结构29，这样的结构形成了截面呈光滑的锥形，和气缸壁形成收敛型空间，压缩缸的气体在此收敛型空间中对活塞产生定心力，支承导向环30由比压值只有0.015MPa的聚醚醚酮材质制成，确保了往复运动件的精确直线型，活塞组件1的活塞杆28穿过填料9与十字头8相连接；气阀12设置在压缩气缸的进气和排气通道中，气阀12为圆形结构，由阀座19、阀片20、平板缓冲片21、波状缓冲片26、弹簧23、波纹管22、升程限制器25构成，由中心螺栓24和螺母18连接在一起，中心螺栓24的中间有通孔32，通孔32外部与螺杆增压机的排气管相连接，内部与每一个波纹管22相连接；弹簧23和波纹管22设置在升程限制器25中，在升程限制器25的圆周上设置有多个弹簧23和多个波纹管22，弹簧23的一端顶在阀片20上，另一端顶在波纹管22的上部；平板缓冲片21设置在阀片20与波状缓冲片26之间，气阀12的阀片20、平板缓冲片21和波状缓冲片26，以及弹簧23、波纹管22构成了三环可调弹簧力的结构，在压缩机工作时，设置在压缩机气缸进气前端的螺杆增压机组向压缩机气缸送气，同时，在螺杆增压机通向压缩机汽缸的管路上有一根气管与气阀12的中心螺栓24的通孔32相连接，来自螺杆增压机的气体通过中心螺栓24中间的通孔32进入设置在升程限制器25内的每一个波纹管22中，并通过对弹簧23的推动力在阀片20上产生一个与压缩机进气压力相同的背压，因此，随着钻井深度的变化，不论压缩机气缸的进气压力范围怎样变化，在阀片20上的压力都是平衡的，这样，就不会在阀片20上产生大的震颤冲击力，也就可以延长阀片的使用寿命；压力平衡调节机构设置在低压气缸11和13的上部，在压力调节机构中设置有阀芯4，压缩弹簧2和阀盖3，阀盖3的外部与高压气缸连接，内部通过阀芯4与低压气缸相通；压缩机整机安装在一个橇座10上，构成橇装式机组，压缩机通过膜片联轴器与柴油发动机相连而获得动力；工作时柴油发动机带动压缩机曲轴14旋转，通过连杆5，使活塞31在缸内作往复运动，实现进气、压缩、排气过程；当高压气缸产生的压力大于设定的高低压平衡值时，高压气缸16和17的高压气会通过连接管推开设置在低压缸上部的压力平衡调节机构的阀芯4，将部分高压气输入低压气缸，从而达到高低压气缸的压比平衡；气缸中的气体交替被压缩后输出，通过管线输送至井底将钻屑带出地面，随着井眼深度的增加和底层结构的变化，送至井眼的增压空气的压力也在不断变化，压力变化的信号通过传感器输送给气缸的执行机构，改变进气压力，从而维持压比恒定。
权利要求1.一种欠平衡钻井用空气增压机，包括机身、传动、压缩和压力平衡调节机构四个部分，其特征在于a.所述机身为卧式四列对称平衡结构，其高、低压气缸共用一根传动曲轴，在高、低压气缸和机身之间设置有中体和填料，机身中的润滑油道为钢管浇铸在机身中的一体结构；b.所述活塞组件的活塞与活塞杆是整体结构，在活塞的外圆设置有支承导向环，活塞的两端设置有锥形的斜面，活塞杆穿过填料与十字头相连接；c.所述气阀包括阀座，阀片，平板缓冲片，波纹管，弹簧和波状缓冲片，由中心螺栓和螺母连接，中心螺栓中间的通孔外部与螺杆增压机的排气管连接，内部与波纹管连接，波纹管和弹簧设置在升程限制器中，平板缓冲片设置在阀片与波状缓冲片之间；d.所述压力平衡调节机构设置在低压气缸的上部，在压力调节机构中设置有阀芯，压缩弹簧和阀盖，阀盖的外部与高压气缸连接，内部通过阀芯与低压气缸相通。
2.根据权利要求1所述的一种欠平衡钻井用空气增压机，其特征在于所述的压缩机整机是安装在一个橇座上的。
3.根据权利要求1所述的一种欠平衡钻井用空气增压机，其特征在于所述支承导向环是由比压值为0.015MPa的聚醚醚酮材料制成。
专利摘要一种欠平衡钻井用空气增压机，用于欠平衡钻井的工艺技术，涉及气体压缩机制造技术领域，本实用新型在压缩缸上设置有高低压平衡调节机构，气阀为三环可调弹簧式气阀，活塞截面呈光滑锥形，机身主油道和支油道采用钢管与机身浇铸为一体的结构，本实用新型是一种能适应欠平衡钻井大范围工况变化的卧式对称平衡型压缩机，可使增压机始终运行在恒定的工况范围内，能适应欠平衡钻井大范围工艺参数变化的要求，而且气阀使用寿命长，能保证压缩机运转的平稳性和可靠性。
文档编号E21B7/18GK2775345SQ20052003274
公开日2006年4月26日 申请日期2005年1月7日 优先权日2005年1月7日
发明者李德禄, 杨金, 杨永革, 秦飞虎, 刘虎 申请人:四川石油管理局成都天然气压缩机厂