本發明專利技術公開了一種雙側充壓多級自動啟停機械密封裝置，主要由一級組合密封系統、二級組合密封系統和三級機械密封組成。本發明專利技術以鉆進過程中鉆井液較大的壓力變化作為每級密封啟停的信號源，當鉆井作業達到一定深度時，一級組合密封系統中的動密封組件自動脫開失效，同時壓緊二級組合密封系統中的接觸面，二級組合密封系統自動開始工作；隨著鉆井深度的進一步增加，二級組合密封系統中的動密封組件自動脫開失效，同時壓緊三級機械密封的接觸面，則三級機械密封會自動開始工作，從而可以長時間的保護殼體內部的電子儀器設備，避免單級動密封失效就需要起鉆更換密封件的問題，極大的提高了鉆井作業效率。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于石油天然氣開采方面的深井多級自動啟停機械密封，屬于石油鉆井井下設備
技術介紹
機械密封目前已經廣泛應用于化工、船舶、航天和鉆井等領域，鉆井過程中經常由于井下密封件的失效導致起鉆作業，造成極大的經濟損失；在上千米的深井環境中，密封要承受幾十兆帕的壓力，常規的機械密封機構是不可能正常工作的，通常都是在機械密封的另一側充入稍高于鉆井液壓力的潤滑油來平衡密封兩側的壓差，借助平衡活塞環機構保證潤滑油的壓力始終高于鉆井液壓力。由于井下的工況非常惡劣，單級動密封的工作壽命十分有限，動密封的失效會導致井下工具很快報廢，如何能夠實現多級密封的自動啟停工作對這一問題的解決有重要的意義。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有井下動密封技術的不足，對現有的動密封結構進行改進。本專利技術的技術方案是：本專利技術一種多級雙側充壓自動啟停機械密封裝置，主要由一級組合密封系統、二級組合密封系統和三級機械密封組成。本專利技術以鉆進過程中鉆井液較大的壓力變化作為每級密封啟停的信號源，當鉆井作業達到一定深度時，一級組合密封系統中的動密封組件自動脫開失效，同時壓緊二級機械密封的接觸面，二級組合密封系統自動開始工作；隨著鉆井深度的進一步增加，二級組合密封系統中的動密封組件自動脫開失效，同時壓緊三級機械密封的接觸面，則三級機械密封會自動開始工作，從而可以長時間的保護殼體內部的電子儀器設備，避免單級動密封失效就需要起鉆更換密封件的問題，極大的提高了鉆井作業效率。所述一級組合密封系統主要由一級動環、一級靜環、一級導桿、一級平衡缸構成，其中一級靜環固定在殼體上，一級動環和一級導桿固定在一起，一級平衡缸固定在主軸上，并隨主軸一起轉動；在一級彈簧較大的壓力P1作用下，一級動環壓緊一級靜環形成接觸式一級密封面，從而隔開一級油腔內的潤滑油和外部鉆井液；所述二級動組合密封系統主要由二級動環、二級靜環、二級導桿、二級平衡缸構成，其中二級靜環固定在殼體上，二級動環和二級導桿固定在一起，二級平衡缸固定在主軸上，隨主軸一起轉動，在二級彈簧較小的壓力P2作用下，二級動環壓緊二級靜環形成非接觸式二級密封面；所述三級機械密封主要由三級動環和三級靜環構成，三級靜環固定在殼體上，三級動環、三級彈簧和固定座隨主軸一起轉動；在三級彈簧較小的壓力P3作用下，三級動環壓緊三級靜環形成非接觸式三級密封面。初始狀態下，通過調整一級彈簧、二級彈簧、三級彈簧的壓縮量，可以滿足P1＞P2＞P3，進而可保證一級密封面為接觸式密封，二級密封面和三級密封面為非接觸式密封，則二級密封面和三級密封面可以為內部潤滑油提供通道，從而把一級油腔、二級油腔和三級油腔連通；此時隨著主軸的旋轉，一級密封面開始工作并會逐漸產生微量磨損，而非接觸式二級密封面和三級密封面由于沒有緊密貼合，所以二級密封面和三級密封面沒有工作，僅僅提供潤滑油的通道；隨著鉆井深度的增加，鉆井液壓力會引起一級油腔、二級油腔和三級油腔內潤滑油壓力的增大，一級活塞環將受到一級活塞彈簧和潤滑油壓力的綜合作用，由于一級活塞環和一級導桿是一體的，所以一級活塞環將把該綜合作用力傳遞到一級導桿上；當一級導桿上的綜合作用力大于一級彈簧的推力時，一級導桿會帶動一級動環向下移動，一級動環和一級靜環形成的一級密封面分離，一級密封面失效，鉆井液會通過一級密封面進入一級油腔；同時由于一級導桿和二級靜環固定在一起，所以會使二級靜環沿著殼體移動，進而壓緊二級動環，則二級靜環和二級動環形成接觸式密封，二級密封面開始工作，可以防止二級油腔內的潤滑油向一級油腔的鉆井液中泄漏；隨著鉆井深度的進一步增加，二級油腔和三級油腔內潤滑油在壓力平衡作用下隨著增加，二級活塞環將受到二級活塞彈簧和潤滑油壓力的綜合作用，由于二級活塞環和二級導桿是一體的，所以二級活塞環將把該綜合作用力傳遞到二級導桿上；當二級導桿上的綜合作用力大于二級彈簧的推力時，二級導桿會帶動二級動環向下移動，二級動環和二級靜環形成的二級密封面分離，二級密封面失效，外部鉆井液會通過二級密封面進入二級油腔內，同時由于二級導桿和三級靜環固定在一起，所以會使三級靜環沿著殼體移動，進而壓緊三級動環，在三級彈簧和固定座的限制下，三級靜環和三級動環形成接觸式密封，三級密封面開始工作，可以防止三級油腔內的潤滑油向二級油腔的鉆井液中泄漏，從而達到長時間保護殼體內部電子儀器的目的。本專利技術的有益效果和優點如下：1.常規的多級動密封都是非接觸式密封，泄漏量非常大，本專利技術可以在工作過程中逐步實現接觸式密封，減小密封泄漏量，這對深井鉆井過程不能補充潤滑油是非常重要的；2.本專利技術結合鉆井過程中壓力的變化，以鉆井深度和鉆井液壓力作為啟動信號，實現動密封的自動啟停；3.本專利技術可以避免由于密封失效帶來的起鉆問題，極大地提高了油田現場的作業效率，降低了經濟成本。附圖說明圖1為本專利技術一種雙側充壓多級自動啟停機械密封裝置結構示意圖；圖2為圖1中一級組合密封系統、二級組合密封系統的放大圖；圖3為圖1中一級活塞環的三維圖；圖4為圖1中一級平衡缸的三維圖；圖5為圖1中二級靜環的三維圖；圖中：1.一級靜環，2.一級密封面，3.殼體，4.一級動環，5.一級導桿，6.一級活塞環，7.一級平衡缸，8.二級靜環，9.二級密封面，10.二級導桿，11.二級動環，12.二級活塞環，13.二級平衡缸,14.三級靜環，15.三級密封面，16.三級動環，17.平衡活塞環，18.電子儀器，19.固定座，20.三級彈簧，21.三級油腔，22.二級油腔，23.二級活塞彈簧，24.二級彈簧，25.一級油腔，26.一級活塞彈簧，27.一級彈簧，28.主軸。具體實施方式下面通過實施方法和附圖對本專利技術作進一步詳細闡述：在圖1、圖2、圖3、圖4和圖5中，本專利技術一種雙側充壓多級自動啟停機械密封裝置，主要由一級組合密封系統、二級組合密封系統和三級機械密封組成。本專利技術以鉆進過程中鉆井液的壓力變化作為每級密封啟停的信號源，當鉆井作業達到一定深度時，一級組合密封系統中的一級密封面2自動脫開失效，同時壓緊二級組合密封系統中的二級密封面9，二級組合密封系統自動開始工作；隨著鉆井深度的進一步增加，二級組合密封系統中的二級密封面9自動脫開失效，同時壓緊三級機械密封的三級密封面15，則三級機械密封會自動開始工作，從而可以長時間的保護殼體3內部的電子儀器18設備，避免單級動密封失效就需要起鉆更換密封件的問題，極大的提高了鉆井作業效率。所述一級組合密封系統主要由一級動環4、一級靜環1、一級導桿5、一級平衡缸7構成，其中一級靜環1固定在殼體3上，一級動環4和一級導桿5固定在一起，一級平衡缸7固定在主軸28上，并隨主軸28一起轉動；在一級彈簧27較大的壓力P1作用下，一級動環4壓緊一級靜環1形成接觸式一級密封面2，從而隔開一級油腔25內的潤滑油和外部鉆井液；所述二級組合密封系統主要由二級動環11、二級靜環8、二級導桿10、二級平衡缸13構成，其中二級靜環8固定在殼體3上，二級動環11和二級導桿10固定在一起，二級平本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種雙側充壓多級自動啟停機械密封裝置，主要由一級組合密封系統、二級組合密封系統和三級機械密封組成；其特征在于：所述一級組合密封系統主要由一級動環（4）、一級靜環（1）、一級導桿（5）、一級平衡缸（7）構成，其中一級靜環（1）固定在殼體（3）上，一級動環（4）和一級導桿（5）固定在一起，一級平衡缸（7）固定在主軸（28）上，并隨主軸（28）一起轉動；所述二級動組合密封系統主要由二級動環（11）、二級靜環（8）、二級導桿（10）、二級平衡缸（13）構成，其中二級靜環（8）固定在殼體（3）上，二級動環（11）和二級導桿（10）固定在一起，二級平衡缸（13）固定在主軸（28）上，隨主軸（28）一起轉動；初始狀態下，保證一級密封面（2）為接觸式密封，二級密封面（9）和三級密封面（15）為非接觸式密封；隨著外界鉆井液壓力的增加，一級油腔（25）內的壓力隨著增加，當一級導桿（5）上的綜合作用力大于一級彈簧（27）的推力時，一級導桿（5）會帶動一級動環（4）向下移動，一級動環（4）和一級靜環（1）形成的一級密封面（2）分離；同時一級導桿（5）會帶動二級靜環（8）沿著殼體（3）移動，壓緊二級動環（11），則二級靜環（8）和二級動環（11）形成接觸式密封，二級密封面（9）開始工作；隨著外界鉆井液壓力的進一步增加，二級油腔（22）內的壓力隨著增加，當二級導桿（10）上的綜合作用力大于二級彈簧（24）的推力時，二級導桿（10）會帶動二級動環（11）向下移動，二級動環（11）和二級靜環（8）形成的二級密封面（9）分離，同時二級導桿（10）會帶動三級靜環（14）沿著殼體（3）移動，進而壓緊三級動環（16），三級靜環（14）和三級動環（16）形成接觸式密封，三級密封面（15）開始工作。...
【技術特征摘要】
1.一種雙側充壓多級自動啟停機械密封裝置，主要由一級組合密封系統、二級組合密封系統和三級機械密封組成；其特征在于：所述一級組合密封系統主要由一級動環（4）、一級靜環（1）、一級導桿（5）、一級平衡缸（7）構成，其中一級靜環（1）固定在殼體（3）上，一級動環（4）和一級導桿（5）固定在一起，一級平衡缸（7）固定在主軸（28）上，并隨主軸（28）一起轉動；所述二級動組合密封系統主要由二級動環（11）、二級靜環（8）、二級導桿（10）、二級平衡缸（13）構成，其中二級靜環（8）固定在殼體（3）上，二級動環（11）和二級導桿（10）固定在一起，二級平衡缸（13）固定在主軸（28）上，隨主軸（28）一起轉動；初始狀態下，保證一級密封面（2）為接觸式密封，二級密封面（9）和三級密封面（15）為非接觸式密封；隨著外界鉆井液壓力的增加，一級油腔（25）內的壓力隨著增加，當一級導桿（5）上的綜合作用力大于一級彈簧（27）的推力時，一級導桿（5）會帶動一級動環（4）向下移動，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張毅，張曉東，周權，盧美亮，肖平，
申請(專利權)人：西南石油大學，
類型：發明
國別省市：四川;51
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。