石油天然气钻井冲管总成的制作方法

文档序号:8939363阅读:3070来源:国知局
石油天然气钻井冲管总成的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油天然气钻井高压泥浆通道中的动密封装置,具体是一种石油钻井水龙头或顶驱中应用的冲管总成。
【背景技术】
[0002]冲管装置是石油天然气钻井水龙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,将钻井栗输出的高压泥浆输送至井下钻头。一种安装方便快捷、维护时间少、密封更换方便快捷、工作压力高、工作寿命长的冲管装置是保证石油天然气钻井作业工作效率和作业安全的重要因素。
[0003]现有的冲管装置有两类,分别是传统的冲管盘根装置和机械密封冲管装置。传统的冲管盘根装置由于采用锤击由壬方式、装置重量大、作业高度高、安装空间小等原因,存在安装和密封更换困难、维护时间长,而且寿命也较短等问题;现有的机械密封冲管装置由于对鹅颈管和中心管间的机械界面要求非常高、安装调试较为复杂、更换密封前需要高压水枪清洗密封界面,存在安装调试过程和密封更换耗时较长等问题。
[0004]CN2837498Y公开了一种冲管总成,其中在动环上设置了弹簧座,并通过销子使弹簧座与动环一起旋转。这种结构的问题在于,销子即在槽中滑动以调整动环的轴向位置,同时还向动环提供旋转驱动力,旋转驱动力将导致销严重地挤压槽壁,从而导致动环无法顺利地相对于弹簧座轴向移动。
[0005]因此,目前需要一种能够克服上述技术问题的冲管装置。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是为了克服现有技术中冲管装置存在的至少一部分缺点和不足,提供一种使静环相对于动环具有较好跟随性的冲管总成,并且该目的是通过提供一种新型的冲管总成实现的。
[0007]根据本发明的一个方面,提供了一种冲管总成,包括:动环;静环;连接到动环的下由壬;上由壬;和弹性浮动装置,所述静环通过该弹性浮动装置连接到所述上由壬。弹性浮动装置包括:浮动构件,所述浮动构件连接到所述静环;固定构件,所述固定构件连接到所述上由壬并且引导所述浮动构件;和弹性构件,所述弹性构件安装在所述浮动构件与所述固定构件之间,使得浮动构件能够相对于固定构件轴向地往复运动。冲管总成还包括冲管,所述冲管通过波形卡簧悬挂地安装在所述上由壬和所述弹性浮动装置的固定构件内。
[0008]根据一个示例性实施例,所述浮动构件包括浮动环和安装到浮动环的外周面的下法兰,所述静环安装到所述浮动环,所述下法兰支撑所述弹性构件的第一端;并且所述固定构件包括引导部和上法兰,所述引导部被配置成用于引导所述浮动环的运动,所述上法兰支撑所述弹性构件的与第一端相对的第二端。
[0009]根据另一个示例性实施例,所述引导部和所述浮动环中的一个包括引导槽,所述引导部和所述浮动环中的另一个包括引导突起,所述引导突起能够在所述引导槽中轴向地滑动。
[0010]根据另一个示例性实施例,所述弹性构件包括弹簧和设置在弹簧内部的柱状引导构件,柱状引导构件的一端固定到所述下法兰和上法兰中的一个,所述柱状引导构件的另一端被配置成能够相对于所述下法兰和上法兰中的另一个轴向地运动。
[0011]根据另一个示例性实施例,所述冲管的外周面通过密封件分别密封接合所述上由壬的内周面和所述浮动环的内周面。
[0012]根据另一个示例性实施例,所述上法兰的内周面上端形成定位台阶,所述波形卡簧的下端抵接到所述定位台阶,并且所述波形卡簧的上端抵接所述上由壬的下端。
[0013]根据另一个示例性实施例,所述引导突起的顶部与所述引导槽的底部之间存在第一预定间隙;和/或所述浮动环的外周面与所述下法兰的内周面之间存在第二预定间隙;和/或所述柱状引导构件与形成在所述下法兰和上法兰中的所述另一个中的引导部之间存在第三预定间隙。
[0014]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陶瓷环和结合到所述陶瓷环的径向外周面的金属环。
[0015]根据另一个示例性实施例,所述静环的金属环和所述动环的金属环分别以不可旋转的方式连接到所述弹性浮动装置和所述下由壬。
[0016]根据另一个示例性实施例,所述静环的陶瓷环和所述动环的陶瓷环上均设有环形密封槽,并且相应的O形密封圈分别安装在所述环形密封槽中提供静环与浮动环之间的密封以及动环与下由壬之间的密封。
[0017]通过采用本发明提供的冲管总成,能够获得以下有益的技术效果:
[0018]一、通过悬挂地安装的冲管、冲管和上由壬间的弹性密封和预设的间隙、冲管和浮动环间的弹性密封和预设间隙、浮动环和上法兰间的预设间隙、下法兰和浮动环之间的预设间隙等,提供了浮动环较大的轴向移动及轴线附近摆动的自由度,最终保证了更好的静环相对于动环的跟随性;
[0019]二、通过O形圈槽设置在陶瓷环上能够更好地保证O形圈密封性能,并且更加方便维护。
[0020]根据本发明的冲管总成,能够承受52.5MPa的泥浆压力、能够适用于顶驱和水龙头设备的安装界面、安装调试方便快捷、密封更换方便快捷、维护时间少、工作寿命长、可靠性高,从而提高石油天然气钻井作业的安全和效率。
【附图说明】
[0021]现在将通过举例的方式结合附图对本发明的优选实施例进行描述,其中:
[0022]图1是根据本发明的实施例的冲管总成的透视示意图;
[0023]图2是图1所示的冲管总成的剖视示意图。
[0024]在上述附图中,相同的附图标记用于指示相同或相似的部件。
[0025]附图标记列表:
[0026]1-上由壬 2-固定构件3-浮动环
[0027]4-下法兰 5-静环6-动环
[0028]7-下由壬 8-开口销9-丝杠
[0029]10-六角螺母11-平垫12-弹簧
[0030]13-六角螺栓14-弹垫15-冲管
[0031]16-波形卡簧17-销18-卡簧
[0032]19-销20-0形圈密封21-0形圈密封
[0033]22-密封件23-密封件24-0形圈密封
【具体实施方式】
[0034]接下来将结合附图对本发明的冲管总成做出详细地说明。
[0035]如图1和图2所述,根据本发明的示例性实施例的冲管总成包括:动环瀞环;连接到动环的下由壬;上由壬;和弹性浮动装置,所述静环通过该弹性浮动装置连接到所述上由壬,其中,所述弹性浮动装置包括:浮动构件,所述浮动构件连接到所述静环;固定构件,所述固定构件连接到所述上由壬并且引导所述浮动构件;和弹性构件,所述弹性构件安装在所述浮动构件与所述固定构件之间,使得浮动构件能够相对于固定构件轴向地往复运动。
[0036]具体地,浮动构件包括浮动环3和固定到浮动环3外周的下法兰4,静环5固定到浮动环3,并且下法兰4支撑所述弹性构件9、12的第一端。固定构件2包括引导部和上法兰。如图2所示,固定构件2的上法兰固定到弹簧12和柱状引导部件9的上端。从上法兰的下端设置筒状的引导部,该引导部可与上法兰形成一体的构造。从图2中可以看出,引导部的内侧设有引导槽,用于与安装在浮动环3上端的凸出的销17配合,使得销17能够在固定构件2的引导部的引导槽中沿图中的垂直方向(上-下方向,或冲管总成的轴向方向)滑动。在一个可替换的实施例中,销17也可以是形成在浮动环上端的突出部。
[0037]在图1和2所示的示例性实施例中,弹性浮动装置的弹性构件包括弹簧12和设置在弹簧12内部的柱状引导构件9,柱状引导构件9的一端固定到所述下法兰和上法兰中的一个(图中所示为上法兰),所述柱状引导构件9的另一端以能够相对滑动的方式连接到所述下法兰和上法兰中的另一个(图中所示为下法兰4)。通过这种方式,柱状引导构件9能够在弹簧12伸长或压缩的过程中引导和基本保持弹簧12的位置,并且下法兰和上法兰可相对于彼此轴向地往复运动。需要说明的是,在未示出的实施例中,也可以构造成柱状引导构件9的上端相对于固定构件2的上法兰可相对滑动,而下端相对于下法兰4固定。相应的适应性改造对于本领域技术人员而言是显而易见的。
[0038]具体地并且示例性地,销17、卡簧18、下法兰4、和销19分别安装在浮动环3上,其中,卡簧18与浮动环3外周的台阶部配合,用于固定下法兰4在轴向上的位置。固定构件2的上法兰的内壁加工有竖直方向的矩形槽,用于安装柱状引导构件9,并且所述柱状引导构件例如可以是丝杠。销17插入固定构件2的上法兰的竖直方向的槽内,并且在柱状引导构件9上装上弹簧12后穿过下法兰4中开设的螺栓孔,并分别装上平垫14、六角螺母10和开口销8。销17用来防止浮动环3和上由壬I之间的相对转动,但允许浮动环3相对上由壬I之间的轴向浮动。六角螺母10用于安装时预压紧弹簧12,开口销8安装在柱状引导构件9的端部以用于防止六角螺母10和平垫11松动掉落。通过上述方式,可完成弹性浮动装置的组装。
[0039]在本发明的示例性实施例中,如图2所示,冲管总成还包括冲管15,冲管15密封地安装到所述上由壬7和/或所述弹性浮动装置的固定构件2,并且弹性浮动装置的浮动环3密封地接合到所述冲管的外周表面。
[0040]具体而言,密封件22安装在浮动环3内周的密封槽内,密封件23安装在上由壬I内周的密封槽内,通过冲管15形成上由壬I与浮动环3之间的密封。在冲管15的外周面上形成环形凹槽,波形卡簧16安装在该环形凹槽中,并且在上法兰的内周面上形成环形台阶部,从而可以使波形卡簧16的下端抵接所述环形台阶部。上由壬I可随后套在冲管15外围,并且上由壬I的下端抵接波形卡簧16的上端。通过这种方式,冲管15通过波形卡簧16悬挂地安装在上由壬I和固定构件2之间。固定构件2和上由壬I之间例如可在固定构件2的上法兰处用六角螺栓13和弹垫14连接起来,如图1所示。
[0041]上文所述的“悬挂地安装”指的是,通过波形卡簧16,冲管15可以在安装位置上略微地轴向浮动。此外,由于冲管15的上端和下端分别通过通常具有一定柔性或弹性的密封件
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