专利名称：压力平衡及组合密封内防喷器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油钻采设备技术领域，特别是井口设备中的防 喷器。
背景技术：
密封性能的优劣是影响内防喷器功能是否正常发挥的主要因素 之一，它在确保钻进安全运行方面起着非常重要的作用。目前，国内、 外内防喷器大都采用单一的金属对金属密封，密封面需要配对精研 磨，加工精度高，这不但增加了产品的生产成本，而且配对研磨的内 防喷器密封面存在容易划伤损坏，关键零部件互换性差，使用寿命低 等缺点。且内防喷器密封结构普遍存在转动"失效"问题，即，遇井 涌或井喷发生，内防喷器关闭后，球阀高压端因在高压液流的作用下， 球阀再次打开相当困难，常出现球阀打不开，旋钮折断的情况发生， 继而影响油田的正常钻进生产。
发明内容
本实用新型目的是设计一种压力平衡及组合密封内防喷器，设计 软密封和金属对金属的组合双密封结构，确保内防喷器密封的安全可 靠性；设计旁通平衡流道和压力传输孔结构，在确保内防喷器的良好 密封性能的同时，使内防喷器开关灵活，有效解决内防喷器转动"失 效"问题。
具体地说，压力平衡及组合密封内防喷器，包括本体，本体中开 有通孔，上阀座和下阀座安装在本体通孔内，球阀安装在上阀座和下 阀座之间，旋钮连接在球阀上并且位于本体上的旋钮孔内，主体安装在本体一端，其特征是在本体中开有旁通平衡流道且该旁通平衡流道 连通内防喷器球阀低压端与高压端，在旁通平衡流道低压端开口装有
堵子，在旁通平衡流道高压端装有平衡塞和堵子；同时各密封处采用 0形圈软密封和金属对金属组合双密封结构。
上阀座和下阀座与本体通孔之间、旋钮与本体安装孔之间、平衡 塞与本体孔之间采用O形圈软密封；球阀与上阀座和下阀座之间采用
O形圈软密封和金属对金属组合双密封结构。
平衡塞采用孔用弹性挡圈安装在旁通平衡流道上且平衡塞端部 为锥形结构与本体之间为金属对金属锥度密封结构。
平衡塞上有流体压力传输孔沟通球阀密闭腔和主体流道腔。
本实用新型与背景技术相比具有以下几个特点
1. 球阀与阀座采用软密封和金属对金属的组合双密封结构。使内 防喷器的密封性能变得安全可靠，
2. 设计的旁通平衡流道和压力传输孔结构，使得内防喷器在关闭
后，不会因为高压液流的冲击作用而导致再次旋开球阀转动困难，甚 至无法打开，出现操作失败影响正常钻进的情况发生。且球阀本体上 的旁通平衡流道结构还设有平衡塞(采用金属对金属锥度密封结构， 其上有矩形流体通道)和孔用弹性挡圈，为保证内防喷器的安全操作 提供了有力保障。
旁通平衡流道平衡压力结构通过金属对金属密封的平衡塞控制， 使内防喷器球阀左(低压端)右端(高压端)压力平衡，使球阀转动灵
活、开关自如；压力传输孔结构沟通球阀密闭腔和主体流道腔，使球 阀密闭腔和主体流道腔在内防喷器打开期压力保持平衡，而且在内防 喷器关闭期，润滑组合双密封的密封圈，减少密封圈因相对运动而造 成的磨损。
图为内防喷器组合密封结构与旁通流道压力平衡结构示意图(仅 限关键部位)。
图号说明l-本体；2-支撑环；3-上拼合环；5-上阀座；7-下拼
合环；9-旋钮；10-球阔；11_弹簧；13、下阀座；14-主体；15-堵子；
16-平衡塞;19、 20-孔用弹性挡圈；4、 6、 8、 12、 17-支撑圈；21、
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具体实施方式
如图所示，压力平衡及组合密封内防喷器，包括本体1，本体1
中开f通孔，上阀座5和下阀座13安装在本体通孔内，球阀10安装 在上阀座5和下阀座13之间，旋钮9连接在球阀10上并且位于本体 上的旋钮孔内，主体14安装在本体1 一端，其特征是在本体1中开 有旁通平衡流道且该旁通平衡流道连通内防喷器球阀低压端与高压 端，在旁通平衡流道低压端开口装有堵子15，在旁通平衡流道高压 端装有平衡塞16和堵子15;同时各密封处采用O形圈软密封和金属 对金属组合双密封结构
内防喷器密封机理
内防喷器的密封结构如附图所示，主要由上拼合环3、上阀座5、 下拼合环7、球阀10、旋钮9、下阀座13、弹簧ll、平衡塞16、本 体18以及密封圈组成，是一种用于内防喷器有效的密封方案。该结 构主要有四处密封，分别是上、下阀座(5、 13)与内防喷器本体、 旋钮8与本体1、平衡塞16与本体旁通平衡孔以及球阀10与上阀座 5和下阀座13的密封结构。其中上、下阀座与球阀间的组合双密封 结构，是内防喷器防止入口端与出口端在关闭时串通的关键密封。而 旋钮与本体、平衡塞与本体之间的密封，是为了防止钻井液向外泄漏， 这三种密封都是采用密封圈加支撑环密封结构形式。密封性能的优劣是影响内防喷器功能是否正常发挥的主要因素之一，密封材料的选取 就显得尤为重要，它直接影响到内防喷器整体使用性能和寿命，所以
在本结构中，密封圈的材料采用高饱和氢化丁睛橡胶(HNBR)，它的 综合性能优良，能满足产品在硫化氢介质工况下的使用要求。
本结构中还有一个重要的密封就是球阀与阀座之间的密封，它的 作用是要完全截断入口端与出口端的连通，防止井涌或井喷，因此球 阀与阀座采用密封圈密封和金属对金属的双重组合密封，当内防喷器 关闭时，在右侧高压作用下，球体向左移动，首先压紧密封圈，使球 体与上阀座5的金属表面压紧。与上阀座接触后，在球的左侧形成强 制性的单面密封，完全阻断井涌或井喷时产生的高压液流。如果下阀 座13与球阀间出现缝隙，造成旋钮处与高压液流贯通，就有可能引起 钻井液外泄。由于下阀座13可以滑动，在弹簧力和液压力联合作用下， 球的右侧与下阀座13形成密封，阻断高压液流进入旋钮部位，即使这 一密封有少许渗漏，渗漏出来的液体通过缝隙的压力将出现很大的损 失，对旋钮处的密封不会构成大的威胁。简单的说，在内防喷器关闭 时，上阀座5与球体间，以及下阀座13与球体之间形成金属对金属的 直接密封，但压力不高时，下阀座13在弹簧力和液压力联合作用下， 依靠软密封材料形成密封。内防喷器开启时，两侧阀座5、 13与球体 之间都是依靠软密封形成密封。右侧阀座必须浮动，依靠弹簧力或弹 簧力加流体压力对其施加预紧力。
旁通平衡流道结构和压力传输孔结构 旁通平衡流道结构如附图所示，该平衡流道和压力传输孔位于内 防喷器本体上，使高压井液分流的孔道，将内防喷器的下腔和上腔连 通，该旁通流道上设有平衡塞16、孔用弹性挡圈19和堵子15。其工 作原理是当内防喷器的球体关闭的时候，球阀的下方会出现高压作 用，导致球阀转动相当困难，而这时候只要稍微松动平衡塞，使高压流体进入旁通流道，沟通内防喷器右端高压腔和左端低压腔，使左、 右腔压力串通，减少球阀被转动时受到的压差力，使球阀转动方便、 灵活打开。压力传输孔结构，它的作用同旁通流道相似，主要是为了
压力传输孔结构沟通球阀10密闭腔和主体流道腔，使球阀10密闭腔
和主体流道腔在内防喷器打开期压力保持平衡，而且在内防喷器关闭 期，润滑组合双密封的密封圈，减少密封圈因相对运动而造成的磨损。
另外，旁通流道上设有的平衡塞16和孔用弹性当圈19，当内防 喷器沟通内防喷器右端高压腔和左端低压腔，使左、右腔压力串通时， 由于瞬时压力冲击较大，有可能导致平衡塞飞出伤人，而孔用弹性挡 圈的存在就是为了防止平衡塞飞出，所以本结构的设计不仅结构简单 紧凑，而且现场操作安全可靠。
权利要求1. 压力平衡及组合密封内防喷器，包括本体(1)，本体(1)中开有通孔，上阀座(5)和下阀座(13)安装在本体通孔内，球阀(10)安装在上阀座(5)和下阀座(13)之间，旋钮(9)连接在球阀(10)上并且位于本体上的旋钮孔内，主体(14)安装在本体(1)一端，其特征是在本体(1)中开有旁通平衡流道且该旁通平衡流道连通内防喷器球阀低压端与高压端，在旁通平衡流道低压端开口装有堵子(15)，在旁通平衡流道高压端装有平衡塞(16)和堵子(15)；同时各密封处采用O形圈软密封和金属对金属组合双密封结构。
2、 根据权利要求1所述的压力平衡及组合密封内防喷器，其特 征是上阀座(5)和下阀座(13)与本体通孔之间、旋钮(9)与本体 安装孔之间、平衡塞(16)与本体孔之间采用 形圈软密封；球阀(10) 与上阀座(5)和下阀座(13)之间采用O形圈软密封和金属对金属 组合双密封结构。
3、 根据权利要求1所述的压力平衡及组合密封内防喷器，其特 征是平衡塞(16)采用孔用弹性挡圈(19)安装在旁通平衡流道上且 平衡塞(16)端部为锥形结构与本体之间为金属对金属锥度密封结构。
4、 根据权利要求1或3所述的压力平衡及组合密封内防喷器， 其特征是平衡塞(16)上有流体压力传输孔沟通球阀(10)密闭腔和 主体流道腔。
专利摘要本实用新型属于石油钻探设备中的压力平衡及组合密封内防喷器，它包括本体，本体中开有通孔，上阀座和下阀座安装在本体通孔内，球阀安装在上阀座和下阀座之间，旋钮连接在球阀上并且位于本体上的旋钮孔内，主体安装在本体一端，其特征是在本体中开有旁通平衡流道且该旁通平衡流道连通内防喷器球阀低压端与高压端，在旁通平衡流道低压端开口装有堵子，在旁通平衡流道高压端装有平衡塞和堵子；同时各密封处采用O形圈软密封和金属对金属组合双密封结构。本实用新型采用了金属对金属和金属对高饱和氢化丁睛橡胶主、副密封结构设计和旁通平衡流道与压力传输孔结构设计，不但强有力地保证了内防喷器的安全可靠密封，而且有效解决了内防喷器关闭期间，因球阀左、右端压差过大而导致的转动“失效”问题。
文档编号E21B33/06GK201306146SQ200820222780
公开日2009年9月9日 申请日期2008年11月22日 优先权日2008年11月22日
发明者杨建武, 王小通, 韬 金 申请人:宝鸡石油机械有限责任公司