一种气动潜孔锤钻井用井口三级密封结构的制作方法

本发明属于气动潜孔锤钻井领域，特别涉及一种气动潜孔锤钻井用井口三级密封结构。

背景技术：

目前，地面快速钻井已经成为矿山抢险救援的一项新技术，为矿山抢险救援打通了一个“生命通道”，尤其是智利矿难和我国平邑矿难的完美救援，证明该技术是快速、效果明显的。但是“生命通道”的打通只是矿山抢险救援关键的一步，若要救出被困人员，还需要“逃生通道”即大直径井（井径不小于φ650mm）的建立。目前，“逃生通道”的主要工艺是正循环气动潜孔锤钻井技术和反循环气动潜孔锤钻井技术。

这两者技术都需要通过空压机从地面注入高压空气，从而将井底岩屑反排出井外，由于岩屑反排时需要空气速至少达15m/s，因而在钻井过程中，井口反排空气流速快，目前井口密封还不能达到很好的密封效果，且操作流程繁杂钻进进度慢，同时对工人的身体健康有严重影响。

技术实现要素：

本发明目的是为解决上述现有技术中存在的问题而提出了一种气动潜孔锤钻井用井口三级密封结构，为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种气动潜孔锤钻井用井口三级密封结构，包括布置在井口处内壁的外套管，其在外套管的顶部装配有井口法兰，所述井口法兰包括通过螺栓连接在一起的上法兰盘和下法兰盘，在井口法兰中间同轴固定有内套管，在上法兰盘和下法兰盘之间紧贴内套管设有密封垫圈将其称为第一级密封，在内套管顶端螺纹连接有密封短管，在密封短管上通过密封法兰连接有二级密封机构，所述二级密封机构包括密封管柱，在密封管柱内固定有用于支撑钻杆的转动轴承，在转动轴承的内圈设有用于穿过钻杆的穿孔，在穿孔内配有密封胶塞将其称为第二级密封，在密封管柱内密封胶塞上方设有钻杆密封器将其称为第三级密封，在转动轴承下方的密封管柱上设有岩屑反排口。

优选的，所述钻杆密封器包括均呈半圆形壳体的左密封部件和右密封部件，左密封部件和右密封部件的一端铰接，另一端通过螺栓固定连接而形成一个圆形结构；左密封部件和右密封部件结构相同，所述左密封部件是由上半圆板、下半圆板、弧形侧板围合而成的具有开口面的半圆形壳体，在左密封部件内嵌装有半圆形的乳胶密封块，所述乳胶密封块的形状与半圆形壳体形状相匹配，在乳胶密封块的圆心处设有第一半圆形缺口，在上半圆板和下半圆板上均设有与第一半圆形缺口外切的矩形缺口，所述第一半圆形缺口直径等于矩形缺口长边长度；左密封部件的矩形缺口和右密封部件的矩形缺口围成一个用于固定方形钻杆的方形缺口。

优选的，乳胶密封块的平面部分凸出左密封部件的开口面。

优选的，在上半圆板和下半圆板上设有多个穿孔，在穿孔内配有用于固定乳胶密封块的螺钉。

优选的，在密封胶塞上一体设有第一密封胶盘和第二密封胶盘，所述第一密封胶盘用于密封转动轴承，第二密封胶盘紧贴钻杆密封器的底面。

优选的，在密封管柱顶端设有用于遮盖钻杆密封器的端盖，端盖包括第一半圆盖和第二半圆盖，第一半圆盖和第二半圆盖一端铰接，另一端通过螺栓固定连接而形成一个圆形端盖，在第一端盖和第二端盖的中心均设有第二半圆形缺口而围合成一个圆形缺口，圆形缺口用于穿过钻杆。

优选的，在内套管顶部设有套管吊卡。

本发明所具有的有益效果为：（1）通过第一级密封的设置阻止了进口中少了岩屑或压缩气体的反排；（2）第二级密封的设置放置了岩屑在排出岩屑反排口时沿着方钻杆喷出而影响施工现场；（3）在钻井的过程中需要不断的添加新的套管，这就要求钻杆密封器能够快速安装和拆卸而不影响钻井进度，采用左密封部件和右密封部件达到了上述快速安装和拆卸的要求；（4）左密封部件和右密封部件内部的乳胶密封块对钻杆起到了进一步密封，达到了更好的密封效果；乳胶密封块采用圆形缺口在达到密封要求的同时，还降低了制作成本；（5）乳胶密封块的平面部分凸出左密封部件的开口面，从而在左密封部件和右密封部件闭合时两个乳胶密封块紧贴压在一起，在接触面上起到了更好地密封效果；（6）在上半圆板和下半圆板上设有的螺钉防止了乳胶密封块在左密封部件和右密封部件内出现移动错位现象的发生。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为钻杆密封器的结构示意图；

图3为左密封部件的结构示意图；

图4为图3的右视图；

图5为端盖的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1所示，一种气动潜孔锤钻井用井口三级密封结构，包括布置在井口处内壁的外套管15，在外套管15的顶部装配有井口法兰，所述井口法兰包括通过螺栓连接在一起的上法兰盘13和下法兰盘14，在井口法兰中间同轴固定有内套管16，在内套管61顶部设有套管吊卡2，在添加套管时以防止脱落，在上法兰盘13和下法兰盘14之间紧贴内套管16设有密封垫圈1将其称为第一级密封，在内套管16顶端螺纹连接有密封短管12，在密封短管12上通过密封法兰3连接有二级密封机构，所述二级密封机构包括密封管柱5，在密封管柱5内固定有用于支撑钻杆17的转动轴承10，在转动轴承10的内圈4设有用于穿过钻杆17的穿孔，在穿孔内配有密封胶塞38将其称为第二级密封，在密封管柱5内密封胶塞38上方设有钻杆密封器6将其称为第三级密封，在转动轴承10下方的密封管柱5上设有岩屑反排口11。

如图2、图3和图4所示，所述钻杆密封器6包括均呈半圆形壳体的左密封部件27和右密封部件22，左密封部件27和右密封部件22的一端铰接，如在左密封部件27的一端焊接有第一铰接件25，在右密封部件22的一端焊接有第二铰接件23，第一铰接件25和第二铰接件23通过销轴24铰接，另一端通过螺栓19固定连接而形成一个圆形结构，在左密封部件27和右密封部件22上焊接有用于固定螺栓19的螺母18；左密封部件27和右密封部件22结构相同，所述左密封部件27是由上半圆板31、下半圆板32、弧形侧板30围合而成的具有开口面的半圆形壳体，在左密封部件27内嵌装有半圆形的乳胶密封块21，所述乳胶密封块21的形状与半圆形壳体形状相匹配，在乳胶密封块21的圆心处设有第一半圆形缺口20，在上半圆板31和下半圆板32上均设有与第一半圆形缺口20外切的矩形缺口26，所述第一半圆形缺口20直径等于矩形缺口26长边长度；左密封部件27的矩形缺口26和右密封部件22的矩形缺口围成一个用于固定方形钻杆17的方形缺口。

在左密封部件27和右密封部件22闭合后，为了防止在接触面处产生较大的间隙而影响密封效果，乳胶密封块21的平面部分29凸出左密封部件27的开口面。

在使用过程中，为了防止乳胶密封块21在左密封部件27和右密封部件22内出现移动错位，在上半圆板31和下半圆板32上设有多个穿孔，在穿孔内配有用于固定乳胶密封块21的螺钉28。

在密封胶塞38上一体设有第一密封胶盘9和第二密封胶盘8，所述第一密封胶盘9用于密封转动轴承10，第二密封胶盘8紧贴钻杆密封器6的底面用于密封钻杆密封器6。

如图5所示，在密封管柱5顶端设有用于遮盖钻杆密封器6的端盖7，端盖7包括第一半圆盖34和第二半圆盖36，第一半圆盖34和第二半圆盖36一端通过销轴33铰接，另一端通过螺栓35固定连接而形成一个圆形端盖，在第一端盖34和第二端盖36的中心均设有第二半圆形缺口而围合成一个圆形缺口37，圆形缺口37用于穿过钻杆。

本发明在使用时，放入内套管16将密封垫圈1放在法兰盘13和下法兰盘14之间的凹槽内，拧紧螺栓完成第一级密封；下放方钻杆17，将二级密封机构安装在内套管16顶端，在转动轴承10的内圈4装入密封胶塞38完成第二级密封；打开钻杆密封器6的左密封部件27和右密封部件22套设在方钻杆17上，最后闭合第一半圆盖34和第二半圆盖36完成第三级密封。

压缩空气从方钻杆17内进入气动潜孔锤，驱动气动潜孔锤做功，作用在前端的钻头上，同时钻机带动气动潜孔锤和钻头回转而进行冲击回转碎岩钻进，然后经方钻杆17与内套管16之间的反排通道带动岩屑通过岩屑反排口11返至地面。当钻头前进一节内套管的长度时，打开端盖7依次拆下钻杆密封器6和二级密封机构，下方新的套管，然后重新逐步安装上述三级密封，依次类推直至钻进结束。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。