關(guān)鍵詞:盤根裝置;密封;鉆井技術(shù);水龍頭

　　隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展, 出現(xiàn)了頂部驅(qū)動鉆井裝置、盤式剎車、電動與全液壓鉆機技術(shù), 這些技術(shù)的發(fā)展逐步提高了鉆機的自動化與智能化控制水平,對水龍頭的技術(shù)水平也提出了新的要求。泥漿密封件是水龍頭的關(guān)鍵部件[ 1] , 其性能的好壞影響到鉆井速度。目前使用的盤根密封裝置已有30 多a 的歷史, 由于結(jié)構(gòu)和原理上的缺陷, 不能滿足高壓噴射鉆井和快速鉆井的工藝要求。新型的盤根密封裝置已由美國國民公司研制成功, 有待推廣。

　　1 　盤根裝置密封結(jié)構(gòu)及存在問題

　　1. 1 　結(jié)構(gòu)問題

　　圖1 a 為機械密封盤根裝置, 在更換盤根時必須拆下鵝頸管和上蓋, 拆卸復(fù)雜且費時, 大大影響了鉆進時間。該結(jié)構(gòu)只在70 年代以前使用過。圖1b為浮動沖管式盤根裝置, 用螺紋通過上、下盤根盒與鵝頸管和中心管聯(lián)接, 在更換盤根時只要將上、下盤根盒旋開即可?？梢? 浮動沖管式盤根裝置局部實現(xiàn)了模塊化, 能夠適應(yīng)快速鉆井的發(fā)展方向, 因此,該裝置得到了廣泛應(yīng)用。

　　1. 2 　密封問題

　　圖2a 為圖1a V 型機械密封結(jié)構(gòu)原理, 它依靠盤根盒蓋上的螺釘壓力來壓緊10 個V 型盤根, 同時依靠下面彈簧的彈力來補償盤根的磨損。這種盤根裝置的摩擦力很大, 造成能量損失較大, 沖管壽命也很短。很大的缺點是密封性能差, 經(jīng)常漏泥漿, 常因檢修水龍頭而被迫停鉆。

　　圖2b 為圖1b Y 型液壓自封式密封結(jié)構(gòu)原理,采用浮動沖管、Y 型液封盤根和快卸結(jié)構(gòu)。當將上、下盤根盒向中間旋出時, 能夠連同沖管一起取出, 很容易更換盤根或沖管, 不需拆卸鵝頸管和水龍頭接頭。沖管用螺母壓在上蓋支架法蘭下面的鵝頸管上, 固定不轉(zhuǎn), 而盤根盒則隨中心管一起旋轉(zhuǎn)。耐油橡膠(或聚胺酯橡膠)制成的3 ～ 4 個Y 型密封圈用45 號鋼制成的隔環(huán)分開, 這種密封圈具有液壓自封作用, 即在泥漿液壓作用下其唇部始終壓緊沖管外壁, 在密封圈不斷被磨損的情況下, 其唇部仍能靠液壓漲開, 保證密封。由于盤根盒、沖管、螺紋等的同心性和圓柱度精度較高, 所以可保證磨損量低和耐高壓。

　　目前, 我國生產(chǎn)的水龍頭基本上都采用Y 型液壓自封式密封結(jié)構(gòu)。根據(jù)油田使用情況, 其密封性能和使用壽命與鉆壓有關(guān)系。一般鉆井條件下, 泥漿壓力為21 MPa , 沖管和盤根可以持續(xù)工作800 h 。當壓力升高到35 MPa 時, 沖管和盤根只能滿負荷工作100 h 。而且, 當泵壓急速升高時, 通常只能持續(xù)50 h 。另外, 由于加工制造等方面的原因, 有可能造成盤根盒與沖管、沖管與隔環(huán)之間的同心度誤差。由此而導(dǎo)致密封圈和沖管過度磨損, 從而增加停鉆和更換次數(shù), 影響鉆進速度。從其工作原理來看, 所有的工作壓力首先集中在一個密封圈上, 直到這個密封圈磨損后, 所有的壓力又集中在下一個密封圈上, 如此依次作用, 待所有的密封圈都失效后進行更換。由此可見, 集中受壓是密封圈快速損壞的又一個因素。

　　2 　新型盤根密封裝置發(fā)展方向

　　美國國民油井公司和Kalsi 公司聯(lián)合設(shè)計了一種新型盤根密封裝置———液壓沖管系統(tǒng),如圖3。

　　據(jù)介紹, 該裝置在壓力達到52. 5 MPa 時,仍然能夠正常運轉(zhuǎn)且壽命長, 是一般盤根裝置的5 倍。特點是集中受壓,即每一個密封件承受均等壓力。其作用原理是利用液壓缸的作用把壓力油壓入密封件后面的小孔內(nèi)以平衡泥漿對沖管的壓力。實際上,液壓力要大于泥漿壓力, 并且有一小部分液壓油可以滲透到泥漿一側(cè)阻止泥漿進入盤根密封件內(nèi), 從而起到密封作用并可減小密封件磨損。在設(shè)計時讓密封件漂浮在油上。目前該裝置只應(yīng)用于國民油井公司的 101.6 mm(4 英寸)和 127.0 mm(5 英寸)動力水龍頭上, 經(jīng)改進后可用于頂部驅(qū)動和普通水龍頭上。其優(yōu)點是能夠承受高鉆壓, 密封性能好, 可以顯著提高在大泵壓下鉆井的經(jīng)濟效益。

　　3 　結(jié)論與建議

　　目前,石油鉆機在規(guī)模上有兩極化發(fā)展的趨勢,即深井鉆機大型化、輕便鉆機小型化。深井鉆機鉆深能力已達15 000 m , 上限鉤載達12 500 kN 。鉆井泵單臺上限功率1618 kW ,上限壓力52.7 MPa 。隨著頂部驅(qū)動鉆井技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用以及鉆井泵壓力的提高, 泥漿密封裝置將面臨更大的考驗。研制我國的新型水龍頭盤根密封裝置應(yīng)提到議事日程, 設(shè)計應(yīng)遵循國際通行的規(guī)則和標準。

　　參考文獻:

　　[ 1] 　竇宏恩.對我國石油工程技術(shù)的發(fā)展建議[ J] .石油機械,2003, 31(特刊):124-126.

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