一种牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法，通过向牙轮钻头螺旋密封的密封空间内注入定量的含砂液体，并记录含砂液体全部排出的时间，牙轮静止时记录的时间为无泵送效应时含砂液体流尽的时间，牙轮旋转时记录的时间反映牙轮钻头螺旋密封存在泵送效应时排砂性能，比较二者之间的时间差值，可以评价牙轮钻头螺旋密封的密封排砂性能。

【技术实现步骤摘要】
一种牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法
本专利技术涉及牙轮钻头领域，特别是涉及一种牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法。
技术介绍
牙轮钻头是钻井工程中最主要的破岩工具，在井底破岩中起着主导作用，其工作性能的好坏直接影响钻井质量、钻井效率和钻井成本，牙轮钻头的使用寿命几乎直接取决于钻头轴承的寿命，而轴承的寿命在很大程度上又依赖密封的寿命。牙轮钻头目前的发展趋势是实现高速化，随着钻头转速的不断提高，在恶劣环境下工作的普通轴承密封这一环节的薄弱性将显得越来越突出。因此，在研究钻头的同时，决不可忽视对轴承寿命的研究和改进。轴承密封是高速牙轮钻头最薄弱的环节，也是易损部件，是决定高速牙轮钻头寿命的最关键因素。据现场数据统计分析表明，因轴承先期损坏导致失效的钻头占失效钻头总数的80％，因密封先期失效而严重磨损的轴承占失效轴承总数的30％。牙轮钻头的轴承密封问题已经成为严重影响高速牙轮钻头钻井效率及钻井成本的技术瓶颈，是目前石油钻采工程中亟待解决的问题。实践表明，目前常规牙轮钻头轴承密封性能不能很好的满足使用要求，特别是在较高转速钻进的时候，其密封使用寿命更低，密封的耐久性能较差，密封的磨损、老化较严重。牙轮钻头密封的工况是十分恶劣的，包括高温、高磨砺性介质、高载荷，并且密封腔的尺寸很小，这些工况和环境就加剧了密封的失效，也给密封的研究带来了巨大的困难和挑战。泥浆磨砺介质的进入是影响高速牙轮钻头密封寿命的最关键因素，现有轴承密封均属被动密封方式，不具有自动排砂功能，一旦泥浆颗粒进入密封腔，密封将会快速磨损后失效。目前，针对高速牙轮钻头螺旋密封性能的测试还未涉及，测试研究是现场试验及产品应用顺利进行的前提保障，进行高速牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试对提高钻头寿命具有重要意义。因此，如何改变现有技术中，高速牙轮钻头螺旋密封的泵送排砂性能测试无法进行的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法，以解决上述现有技术存在的问题，使工作人员能够对牙轮钻头螺旋密封的泵送排砂性能进行测试，为实际生产应用提供便利。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法，包括如下步骤：步骤一、向牙轮钻头螺旋密封的密封空间内注入定量的含砂液体，记录含砂液体全部排出密封空间的时间t1；步骤二、令牙轮转动，向密封空间内注入相同体积的含砂液体，记录含砂液体全部排出密封空间的时间t2；步骤三、比较t1和t2，若t1＝t2，则牙轮钻头螺旋密封无泵送排砂能力；若t1＞t2，则牙轮钻头螺旋密封具有泵送排砂能力，t2越小，牙轮钻头螺旋密封的泵送排砂性能越强。优选地，在步骤一完成后，对牙轮钻头螺旋密封及密封空间进行清洁，并擦拭晾干。优选地，牙轮由电机驱动，牙轮与电机通过联轴器相连。优选地，设定电机的转速为200r/min、250r/min或300r/min，重复步骤二和步骤三的操作。优选地，将牙轮钻头螺旋密封的螺距设置为1.6mm、2.0mm或2.4mm，并重复步骤一、步骤二和步骤三的操作。优选地，将牙轮钻头螺旋密封的斜螺旋面倾角设置为20°、23°或27°，并重复步骤一、步骤二和步骤三的操作。优选地，将牙轮钻头螺旋密封的螺纹设置为梯形螺纹或锯齿形螺纹，并重复步骤一、步骤二和步骤三的操作。优选地，采用停表或秒表进行记录时间。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术的牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法，通过向牙轮钻头螺旋密封的密封空间内注入定量的含砂液体，并记录含砂液体全部排出的时间，牙轮静止时记录的时间反映无泵送效应时含砂液体排尽的时间，牙轮旋转时记录的时间反映牙轮钻头螺旋密封的存在泵送效应时排砂性能，比较二者之间的时间差值，可以评价牙轮钻头螺旋密封的密封排砂性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法的试验流程图；图2为本专利技术牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法的牙轮钻头螺旋密封的斜螺旋面倾角示意图；其中，α为斜螺旋面倾角。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法，以解决上述现有技术存在的问题，使工作人员能够对牙轮钻头螺旋密封的泵送排砂性能进行测试，为实际生产应用提供便利。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。请参考图1和图2，图1为本专利技术牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法的试验流程图，图2为本专利技术牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法的牙轮钻头螺旋密封的斜螺旋面倾角示意图。泵送作用，是指当螺旋密封旋转时，旋转的螺旋槽壁面会对密封内部的粘性液体施加推力，在推力的作用下会发生能量的转换，即将旋转产生的动能转化为液体的压力能，从而使密封液体获得了一个泵扬程，即所谓的泵送效应。本专利技术提供一种牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法，包括如下步骤：步骤一、向牙轮钻头螺旋密封的密封空间内注入定量的含砂液体，记录含砂液体全部排出密封空间的时间t1；步骤二、令牙轮转动，向密封空间内注入相同体积的含砂液体，记录含砂液体全部排出密封空间的时间t2；步骤三、比较t1和t2，若t1＝t2，则牙轮钻头螺旋密封无泵送排砂能力；若t1＞t2，则牙轮钻头螺旋密封具有泵送排砂能力，t2越小，牙轮钻头螺旋密封的泵送排砂性能越强。t1为牙轮静止时，牙轮钻头螺旋密封处无泵送效应时的排砂时间，比较t1和t2的长短，以确定牙轮旋转时，牙轮钻头螺旋密封处是否具备泵送效应，若t1＝t2，则牙轮钻头螺旋密封无泵送排砂能力；若t1＞t2，则牙轮钻头螺旋密封具有泵送排砂能力；牙轮钻头螺旋密封具备泵送排砂能力的前提下，t2越短，牙轮钻头螺旋密封的泵送排砂能力越强。值得注意的是，在步骤一完成后，对牙轮钻头螺旋密封及密封空间进行清洁，并擦拭晾干，避免因牙轮钻头螺旋密封及密封空间内残留液体影响试验结果。具体地，牙轮由电机驱动，牙轮与电机通过联轴器相连。电机带动牙轮钻头螺旋密封转动，使其转动更加平稳，提高试验结果的精确度。设定电机的转速为200r/min、250r/min或300r/min，重复步骤二和步骤三的操作，分别记录牙轮钻头螺旋密封在不同转速的情况下，含砂液体全部排出密封空间的时间，得出牙轮钻头螺旋密封最佳排砂能力时的转速。另外，将牙轮钻头螺旋密封的螺距设置为1.6mm、2.0mm或2.4mm，并重复步骤一、步骤二和步骤三的操作，分别记录牙轮钻头螺旋密封在不同螺距时，含砂液体从密封空间内全部排出的时间，得出牙轮钻头螺旋密封最佳排砂能力时的螺距值。更具体地，将牙轮钻头螺旋密封的斜螺旋面倾角设置为20°、23本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、向牙轮钻头螺旋密封的密封空间内注入定量的含砂液体，记录含砂液体全部排出密封空间的时间t1；步骤二、令牙轮转动，向密封空间内注入相同体积的含砂液体，记录含砂液体全部排出密封空间的时间t2；步骤三、比较t1和t2，若t1＝t2，则牙轮钻头螺旋密封无泵送排砂能力；若t1＞t2，则牙轮钻头螺旋密封具有泵送排砂能力，t2越小，牙轮钻头螺旋密封的泵送排砂性能越强。

【技术特征摘要】
1.一种牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、向牙轮钻头螺旋密封的密封空间内注入定量的含砂液体，记录含砂液体全部排出密封空间的时间t1；步骤二、令牙轮转动，向密封空间内注入相同体积的含砂液体，记录含砂液体全部排出密封空间的时间t2；步骤三、比较t1和t2，若t1＝t2，则牙轮钻头螺旋密封无泵送排砂能力；若t1＞t2，则牙轮钻头螺旋密封具有泵送排砂能力，t2越小，牙轮钻头螺旋密封的泵送排砂性能越强。2.根据权利要求1牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法，其特征在于：在步骤一完成后，对牙轮钻头螺旋密封及密封空间进行清洁，并擦拭晾干。3.根据权利要求1牙轮钻头螺旋密封排砂性能的测试方法，其特征在于：牙轮由电机驱动，牙轮与电机通过联轴器相连。4.根据权利要求3牙轮钻头螺旋密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：周已，唐毅，郑悦明，肖扬，彭松，黄毓兴，王林，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51