[发明专利]主动密封旋转防喷器胶心

说明书

技术领域：一种主动密封旋转防喷器胶心，用于实施欠平衡钻井的主动密封旋转防喷器，属于旋转防喷器的密封部件的制造技术领域。

技术背景：旋转防喷器是欠平衡钻井作业必配的装备之一，用来密封井筒与钻具之间的环空压力，现有的旋转防喷器按照胶心密封环空的原理，可以分为主动密封旋转防喷器和被动密封旋转防喷器，主动密封旋转防喷器是通过液压系统提供的液压油来促使胶心抱紧钻具，密封环空；被动密封旋转防喷器是通过密封胶筒与钻具之间的过盈配合来达到密封环空的目的，专利号为99117376.7、99241649.3、03207139.6以及国外威廉姆斯公司生产的旋转防喷器密封技术都是属于被动密封旋转防喷器，其缺点是：被动密封旋转防喷器胶心是依靠与钻具的过盈配合来密封环空，在使用过程中，钻具对胶心的磨损较大，特别是当钻具接头通过胶心时，由于钻具接头的直径比钻具本体的直径大，所以当钻具接头强制通过时，对胶心的损坏尤为严重，因此胶心使用寿命较短，需要进行频繁更换，从而影响了正常的钻井进程。

专利03209361.6以及美国专利5662171所述的属于主动密封旋转防喷器，其胶心结构与环形防喷器相似，它可在液压油的推动下向上移动，由于上部空间变小，所以胶心内径收缩进而抱紧钻具，其抱紧力的大小可通过液压系统来调节，这样在钻井作业中就可以根据井压来选择抱紧力大小，因此它解决了胶心使用寿命较短的难题，但胶芯抱紧钻具的方式，其本身消耗能量较大，获得一定的抱紧力需要较大的油压，较大的油压会严重影响动密封的使用寿命，为了降低油压对动密封的损害，该防喷器腔室内增加了降压节流装置，使液压油在与动密封接触时压力降低，使得防喷器结构复杂，安装和拆卸胶心极为不便，尤其在钻井现场更为如此，并且在更换胶心时容易造成油路污染。

发明内容：本发明的目的是针对现有技术存在的问题，采用多级胶筒结构，利用外部施加的液压力，设计了一种钻进时主动密封，起钻时放松液压力，减少与钻具接触的主动密封旋转防喷器胶心。

本发明是这样实现的：本发明由胶心总成构成，其特征是：胶心总成包括密封胶筒、传力胶筒、液压胶筒和支撑架，密封胶筒设置在最内层，液压胶筒在最外层，传力胶筒设置在密封胶筒与液压胶筒之间；

在所述密封胶筒的内表面上有抗磨颗粒；

所述密封胶筒的内径大于钻具的外径，密封胶筒的外径小于传力胶筒的内径；

所述液压胶筒的外圆表面设置有向内的凹槽，在凹槽上下端面之间设置有支撑架，凹槽与液压油输入口是相通的；

当钻进需要密封环空时，由外部提供液压油，液压力作用在液压胶筒的外圆表面上，使液压胶筒发生缩径变形，由于支撑架的作用使液压胶筒的上下断面不发生合拢，液压胶筒的缩径变形就向内传递，导致传力胶筒的缩径变形，进而使密闭胶筒发生缩径，最后达到抱紧钻具，密封环空的目的；在钻进和起钻的过程中，可通过调整液压油的压力，调整密封胶筒与钻具的抱紧力，实现即能够密封环空，又最大限度减小磨损的目的。

本发明的优点和有益效果是：本发明由于采用了主动密封形式，所以在使用过程中，可以根据井筒压力来调节液压油压力进而调节密封胶筒与钻具的抱紧力，从而可在保证密封井筒压力的情况下最大限度减少对钻具的抱紧力，这样就减小了磨损，延长了使用寿命；另外密封胶筒采用了独立的结构，与总成的其他部件无连接，所以更换简单方便。

附图说明：

图1为主动密封旋转防喷器胶心总成的剖视图。

具体实施方法：

下面结合附图给出本发明的实施例：本发明由胶心总成构成，胶心总成设置在旋转防喷器壳体5内，包括密封胶筒1、传力胶筒2、液压胶筒3和支撑架4，在胶心总成的最内层是密封胶筒1，用来密封环空；在密封胶筒1的内表面添加有抗磨颗粒，进行了抗磨处理，使其更加耐磨；密封胶筒1的内径大于钻具的外径，所以能保证钻具起下钻时无摩擦的自由通过；密封胶筒1的外径小于传力胶筒2的内径，以便密封胶筒1的拆装；传力胶筒2置于密封胶筒1与液压胶筒3之间，其作用是把液压胶筒3的力传递给密封胶筒1；液压胶筒3置于传力胶筒2的外面，液压胶筒3的外圆表面设置有向内的凹槽，凹槽与液压油输入口是相通的；支撑架4设置于液压胶筒3外圆向内的凹槽的上下端面之间，在液压胶筒3受到油压作用发生变形时用于支撑液压胶筒3的上下端面；

当钻进需要密封环空时，由外部设备提供的液压油进入液压胶筒3外圆表面设置的凹槽内，直接将液压力作用在液压胶筒3的外圆上，由于橡胶为弹性材料，可承受大于自身几倍甚至十几倍的变形，所以就会发生缩径变形，当液压胶筒3发生缩径变形时，设置在液压胶筒3外圆表面凹槽上下端面之间的支撑架4保证了液压胶筒3的上下端面不会发生合拢；液压胶筒3的缩径变形就会导致传力胶筒2的缩径变形，进而使密封胶筒1发生缩径，达到抱紧钻具，密封环空的目的；在钻井过程中，可根据井筒压力来调整液压油的压力，进而调整密封胶筒1与钻具的抱紧力，达到即能够有效密封环空，又能最大限度减小密封胶筒1对钻具的抱紧力，从而达到减小磨损，延长胶心使用寿命的目的；当密封胶筒1磨损严重需要更换时，由于密封胶筒1和传力胶筒2相互独立、无任何连接，所以只需把被磨损的密封胶筒1提出，在换上新的密封胶筒1就可以继续钻井工作。