一种用于石油天然气钻井的机械密封冲管总成

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井技术领域，尤其涉及一种用于石油天然气钻井的机械密封冲管总成。

背景技术

机械密封冲管总成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。机械密封冲管总成上端与鹅颈管相连，下端与水龙头或顶驱的主轴相连，形成了钻井液的循环通道，同时，实现了对主轴的旋转密封。它是由一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置，确保泥浆泵输出的高压泥浆能够输送至井下钻头。机械密封冲管总成中相互贴合并相对转动的两个环形零件称做密封环。为了保证密封环具有长久的使用寿命和良好的密封性能，密封环材料选用应考虑耐磨、耐腐蚀、耐高温、导热性好、机械强度高、摩擦系数小且具有自润滑性等事项。同时，钻井泥浆由于其中含有多种添加剂，且高温高压，因此具有腐蚀性。工程陶瓷具有极好的化学稳定性、硬度高、耐磨损，因此是耐腐蚀机械密封理想的密封环材料。但是工程陶瓷的缺点是抗冲击韧性低，脆性大。同时石油天然气钻进过程中，由于钻头破碎岩石产生的振动和冲击，会通过钻具传递到水龙头或顶驱上，作用在机械密封冲管总成上，导致密封环容易遭到破坏。

故亟需一种能够降低密封环的振动和冲击，工作寿命更长的用于石油天然气钻井的机械密封冲管总成。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于石油天然气钻井的机械密封冲管总成，其解决了现有技术无法降低密封环的振动和冲击，工作寿命短的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种用于石油天然气钻井的机械密封冲管总成，包括上螺母主体、密封环组件、下连接法兰、缓冲组件和下螺母。所述上螺母主体通过密封环组件连接于所述下连接法兰，所述下连接法兰通过所述缓冲组件可上下滑动地连接于所述下螺母。

可选地，所述缓冲组件包括螺栓和波形弹簧，所述螺栓为部分螺纹，螺杆由光滑段和螺纹段组成，末端为具有螺纹的螺纹段。所述下连接法兰上开设有多个通孔，所述下螺母上开设有多个螺纹盲孔，多个所述通孔与多个所述螺纹盲孔一一对应，所述螺栓穿过所述通孔，其螺纹端旋拧在与所述通孔对应的所述螺纹盲孔内，所述下连接法兰能够沿所述螺栓上下滑动，所述波形弹簧夹设于所述下连接法兰与所述下螺母之间。

可选地，所述下连接法兰包括法兰盘以及连接于所述法兰盘的法兰凸部。所述法兰盘与所述密封环组件连接；多个所述通孔开设于所述法兰盘上，并沿所述法兰盘的周向均匀分布，所述波形弹簧套接于所述法兰凸部，所述法兰凸部伸入所述下螺母的轴孔内，所述法兰凸部的外壁与所述轴孔的内壁可滑动地连接。

可选地，所述轴孔内还安装有第一密封圈，并且所述第一密封圈套接于所述法兰凸部。

可选地，所述密封环组件包括轴向对接的第一密封环和第二密封环。所述第一密封环连接于所述上螺母主体的底部，所述第二密封环连接于所述下连接法兰的顶部。

可选地，所述上螺母主体的底部沿其周向均匀开设有多个第一安装盲孔，每个所述第一安装盲孔内插接有向下的第一连接销。所述第一密封环的外侧，沿其周向均匀开设有多个第一对接槽，多个所述第一连接销一一对应地插接于多个所述第一对接槽。

可选地，所述下连接法兰的顶部沿其周向均匀开设有多个第二安装盲孔，每个所述第二安装盲孔内插接有第二连接销。所述第二密封环的外侧，沿其周向均匀开设有多个第二对接槽，多个所述第二连接销一一对应地插接于多个所述第二对接槽。

可选地，所述第一密封环和所述第二密封环的结构相同，二者中的任一个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。

可选地，所述下连接法兰与所述密封环组件之间设有第二密封圈。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种用于石油天然气钻井的机械密封冲管总成，其下连接法兰通过缓冲组件能够提高机械密封冲管总成的减震性能，降低传递至机械密封冲管总成上的冲击作用，进而降低密封环组件受到的振动和冲击，提高密封环组件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的具体实施方式中的用于石油天然气钻井的机械密封冲管总成的结构示意图；

图2为本发明的具体实施方式中的用于石油天然气钻井的机械密封冲管总成的结构爆炸图；

图3为本发明的具体实施方式中的第一密封环的结构示意图。

【附图标记说明】

1：上螺母主体；21：第一密封环；22：第二密封环；3：下连接法兰；41：螺栓；42：波形弹簧；5：下螺母；6：第一密封圈；7：第二密封圈。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1和图2所示，本发明具体实施方式提供一种用于石油天然气钻井的机械密封冲管总成，包括上螺母主体1、密封环组件、下连接法兰3、缓冲组件和下螺母5。上螺母主体1通过密封环组件连接于下连接法兰3，下连接法兰3通过缓冲组件可上下滑动地连接于下螺母5。其中，密封环组件包括轴向对接的第一密封环21和第二密封环22，第一密封环21连接于上螺母主体1的底部，第二密封环22连接于下连接法兰3的顶部。

具体地，本发明具体实施方式提供的用于石油天然气钻井的机械密封冲管总成，其下连接法兰3通过缓冲组件能够提高机械密封冲管总成的减震性能，降低传递至机械密封冲管总成上的冲击作用，进而降低密封环组件受到的振动和冲击，提高密封环组件的使用寿命。

进一步地，如图1和图2所示，缓冲组件包括包括螺栓41和波形弹簧42。螺栓41为部分螺纹，螺杆由光滑段和螺纹段组成，末端为具有螺纹的螺纹段。下连接法兰3上开设有多个通孔，下螺母5上开设有多个螺纹盲孔，多个通孔与多个螺纹盲孔一一对应，螺栓41穿过通孔，其螺纹端旋拧在与通孔对应的螺纹盲孔内，下连接法兰3能够沿螺栓41上下滑动，波形弹簧42夹设于下连接法兰3与下螺母5之间。具体地，下连接法兰3包括法兰盘以及连接于法兰盘的法兰凸部。法兰盘与密封环组件连接，多个通孔开设于法兰盘上，并沿法兰盘的周向均匀分布，波形弹簧42套接于法兰凸部，并且波形弹簧42位于下螺母5上方，抵接下螺母5的顶部，法兰凸部伸入下螺母5的轴孔内，法兰凸部的外壁与轴孔的内壁可滑动地连接，轴孔内还安装有第一密封圈6，并且第一密封圈6套接于法兰凸部，配合轴孔实现下螺母5与下连接法兰3之间的密封，避免下连接法兰3和下螺母5中间流过的高温高压泥浆发生泄露。下连接法兰3与密封环组件之间设有第二密封圈7，具体地，第二密封圈7设于法兰盘与第二密封环22之间，以避免第二密封环22与下连接法兰3之间发生高温高压泥浆泄露。当机械密封冲管总成受到冲击作用时，其作用力传递至下连接法兰3，下连接法兰3向下滑动，下连接法兰3的法兰凸部通过轴孔向下滑动，法兰盘沿螺栓41向下滑动至抵接并挤压波形弹簧42，波形弹簧42发生弹性变形，将下连接法兰3的动能转化为波形弹簧42的弹性势能，然后波形弹簧42弹性复原驱动下连接法兰3复位，由此起到减震缓冲的效果，减缓密封环组件受到的冲击和振动。

进一步地，如图1和图2所示，上螺母主体1的底部沿其周向均匀开设有多个第一安装盲孔，每个第一安装盲孔内插接有向下的第一连接销。第一密封环21的外侧，沿其周向均匀开设有多个第一对接槽，多个第一连接销一一对应地插接于多个第一对接槽。下连接法兰3的顶部沿其周向均匀开设有多个第二安装盲孔，第二安装盲孔具体开设在法兰盘上，每个第二安装盲孔内插接有第二连接销。第二密封环22的外侧，沿其周向均匀开设有多个第二对接槽，多个第二连接销一一对应地插接于多个第二对接槽。本具体实施方式中，第一安装盲孔和第二安装盲孔的数量均为三个，成三角形分布于上螺母主体1的底部和下连接法兰3的顶部，三个第一连接销和三个第二连接销分别能够固定第一密封环21和第二密封环22，并且能够防止第一密封环21和第二密封环22发生相对转动。

优选地，如图3所示，第一密封环21和第二密封环22的结构相同，二者中的任一个包括位于径向内侧的陶瓷环和结合到陶瓷环的径向外周面的金属环，通过内侧的陶瓷环确保密封性和耐腐蚀性，通过外圈的金属环对陶瓷环起到保护作用。第一对接槽开设于第一密封环21的金属环上，第二对接槽开设于第二密封环22的金属环上。

本发明具体实施方式提供的用于石油天然气钻井的机械密封冲管总成，能够安装在石油天然气钻井水龙头或顶驱上，例如，其上螺母主体1能够旋拧在鹅颈管的下端接头上，下螺母5能够旋拧在中心管的上端接头上，实现鹅颈管与中心管的连接，上螺母主体1、第一密封环21、第二密封环22、第一密封圈6、第二密封圈7、下连接法兰3和下螺母5能够确保对高压高温泥浆的密封效果，在此基础上，通过缓冲组件以及通过将下连接法兰3与下螺母5可上下滑动地连接方式，提高机械密封冲管总成的减震效果，进而减缓第一密封环21和第二密封环22收到的振动和冲击。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。