鉆井水龍頭下部通過保護接頭連接井下鉆具,上部通過鵝頸管與水龍帶相連接。水龍頭通過提環(huán)掛在大鉤上,它懸持轉(zhuǎn)動著的鉆桿柱承受大部分以至全部鉆具質(zhì)量,向轉(zhuǎn)動著的鉆桿柱內(nèi)引輸高壓鉆井液。它是提升、旋轉(zhuǎn)、循環(huán)三大工作機組相匯交的關(guān)鍵部件,在鉆機組成中處于重要的地位。大量的鉆井實踐表明,水龍頭的壽命和性能主要取決于主軸承的結(jié)構(gòu)類型、軸承布置方案和鉆井液密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。特別是高壓鉆井液密封系統(tǒng)(或稱沖管總成)必須工作可靠, 壽命長, 更換快速方便。

　　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),其密封性能和使用壽命與鉆壓有關(guān)。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 ,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,由此導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。由于沖管密封屬于高壓動密封結(jié)構(gòu),密封盤根又是集中受壓,密封的快速損壞已經(jīng)成為影響水龍頭使用壽命和更換時間的一個重要的制約因素,鉆井水龍頭常見故障很大部分來自于密封失效。

　　圖1 為西南石油大學機電工程學院設(shè)計的一種水龍頭自封式密封結(jié)構(gòu)，采用浮動沖管、 V 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4～ 5 個V 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,即在泥漿液壓力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，其唇部仍能依靠液壓漲開，保證密封。由于盤根盒、沖管、螺紋等的同心度和圓柱度精度較高，所以可保證磨損量低和耐高壓。