能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构，该密封结构包括孔口管，孔口管内设置有钻杆，钻杆前端设置有钻头，孔口管上设置有分流口；孔口管内位于分流口上部设有用于封闭钻杆和孔口管之间间隙的密封腔，密封腔的上、下端呈锥环状，钻杆穿过密封腔上、下端的锥环，密封腔设有注入密封材料的注入口，密封腔内充满密封材料。本实用新型专利技术解决了传统密封材料磨损失效形成的安全隐患，通过注入口间断性补充密封材料，使密封腔内始终充满密封材料，在无孔内喷涌情况下，密封腔内的密封材料处于松散和半松散状态，受钻杆磨损影响很低，而在喷涌状态下，由于流体的挤压作用，密封材料被挤压，从而封闭密封腔，实现响应式自密封状态。

Responsive drill pipe sealing structure capable of inserting sealing material

【技术实现步骤摘要】
能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构
本技术涉及钻杆密封结构，具体是一种能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构。
技术介绍
石油、天然气、页岩气、煤层气、煤矿瓦斯防突、坑道探放水都需要施工钻孔，为了施工人员现场操作安全，孔口必须实现更可靠的孔口防喷和分流控制，防止液体或气体（二者的混合物）失控喷出，即井喷。目前钻孔孔口对钻杆的密封一般安装使用橡胶密封圈或盘根，结构如附图1。由于钻杆为冷拔无缝钢管表面原本就有一定的粗糙度，在长时间旋转和串动情况，容易造成密封件（胶芯）磨损失效；钻孔进尺过程中卡盘和管钳造成的钻杆表面毛刺和凹凸，加剧了密封件磨损失效。因此，传统的钻杆密封件的补偿量是很有限的。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本技术提供一种结构简单，能够提高密封效果，降低密封成本的能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构。本技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构，包括孔口管，孔口管内设置有钻杆，钻杆前端设置有钻头，孔口管上设置有分流口；孔口管内位于分流口上部设有用于封闭钻杆和孔口管之间间隙的密封腔，密封腔的上、下端呈锥环状，钻杆穿过密封腔上、下端的锥环，密封腔设有注入密封材料的注入口，密封腔内充满密封材料。采用上述技术方案的本技术，与现有技术相比，有益效果是：解决了密封材料磨损失效形成的安全隐患，通过注入口间断性补充密封材料，使密封腔内始终充满密封材料。在无孔内喷涌情况下，密封腔内的密封材料处于松散和半松散状态，在钻杆旋转和前后串动状态下，受钻杆磨损影响很低，而在喷涌状态下，由于流体的挤压作用，密封材料被挤压，从而封闭密封腔，实现响应式自密封状态。这是传统结构不可能实现的的密封效果。进一步，本技术优选方案是：密封腔上、下端的锥环内径与钻杆外径相差4mm，小于密封材料的长度或直径，保证钻杆自由转动和串动。注入口设置两个，两个注入口沿孔口管径向对称设置。采用泥浆泵间断性注入密封材料时，其中一个注入口封闭，另一个注入口通过连接软管与泥浆泵连接，泥浆泵连接泥浆池。附图说明图1是现有技术的钻杆密封结构示意图；图2是本技术的密封结构示意图；图3是采用泥浆泵间断性注入密封材料时的密封结构示意图；图中：1、水体；2、岩层；3、钻头；4、水泥；5、钻杆；6、孔口管；7、右侧分流口；8、左侧分流口；9、固定挡圈；10、橡胶密封圈；11、活动挡圈；12、螺纹旋塞；13、右侧注入口；14、左侧注入口；15、密封腔；16、密封材料；17、上端锥环；18、下端锥环；19、连接软管；20、泥浆泵；21、泥浆池。具体实施方式以下参照附图及实施例对本技术进行详细说明。参见图2，一种能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构，其主体是一个设置在孔口管6内的密封腔15；所述的密封腔15位于分流口（右侧分流口7、左侧分流口8）的上部，由上端锥环17、下端锥环18及孔口管6本体构成，钻杆5穿过上端锥环17、下端锥环18，上端锥环17、下端锥环18的内径与钻杆5的外径相差约4mm，间距小于密封材料16的长度或直径，保证钻杆5自由转动和串动；密封腔15设有注入密封材料的右侧注入口13和左侧注入口14，右侧注入口13和左侧注入口14沿孔口管6径向对称设置，密封腔1内充满密封材料16。密封腔1内的密封材料16可以通过右侧注入口13和左侧注入口14手动塞入，密封腔1塞满密封材料16后，采用螺纹或开口销结构牢固封闭注入口，必要时两个注入口具备逆止功能。参见图3，采用泥浆泵20间断性注入密封材料16时，左侧注入口14封闭，右侧注入口13通过连接软管19与泥浆泵20连接，泥浆泵20连接泥浆池21。本实施例所述的这种能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构，按下述步骤实施：（1）首先在岩层2的钻孔口部将孔口管6用水泥4固结牢固；（2）在钻杆5固定不动情况下，向密封腔15内填充密封材料16，密封材料16为柔软密封物，柔软密封物选择棉丝、盘根、短麻绳及类似物，长度和直径大于4mm；密封腔内15充满密封材料16后将注入口牢固封闭；（3）钻杆5启动，钻头3和钻杆5钻进并钻透岩层2中的水体1，在岩层2压力作用下，水体1会沿孔口管6向外喷涌出来，经过右侧分流口7、左侧分流口8后由下端锥环18与钻杆5的环状间隙进入密封腔15，密封腔15内的密封材料16会被推挤到上端锥环17与钻杆5的环状间隙即出口方向的环状间隙处，使该出口方向的环状间隙被密封材料16挤压密封，形成响应式自密封状态；（4）在钻杆5转动和串动情况下，保持密封状态的密封材料16会逐渐损耗，孔内压力会造成出口方向环状间隙的泄漏；此时，通过补充密封腔15内的密封材料16，实现响应式自密封状态；或者（图3所示）：密封材料16选择泥浆泵20能够顺畅输送的纤维颗粒泥浆，纤维颗粒泥浆是锯沫短纤维碎果壳泥浆；泥浆池21内有足够量的纤维颗粒泥浆，通过泥浆泵20间断性运转，向密封腔15内补充纤维颗粒泥浆；泥浆泵20停止运转，在孔口管内流体压力推动下，密封腔15内的纤维颗粒物会被推挤到出口方向的环状间隙处，实现持续性的响应式动态密封。响应式钻杆密封结构最重要的目的就是控制钻孔内的高压液体或气体（水、油、气或其混合物），可以利用孔内高压流体产生的能量，沿喷涌方向压实密封腔15内事先存储的一定储量的密封材料16于环状缝隙处，在密封腔15上端（末端）实现密封钻杆5的作用。其优点是孔内高压流体喷出时自动响应，无需手动调节。密封腔15的长度及内部有效容量决定自密封能力的自保时间。密封材料16的储量由密封腔15的有效直径和长度决定。在无孔内喷涌情况下，密封腔15内部的密封材料16处于松散和半松散状态，钻杆5旋转和前后串动状态下，受钻杆5磨损影响很低。以上所述，仅是本技术的较佳实施例而已，并非对本技术的结构作任何形式上的限制。凡是依据本技术的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本技术的技术方案范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构，包括孔口管，孔口管内设置有钻杆，钻杆前端设置有钻头，孔口管上设置有分流口；其特征在于：孔口管内位于分流口上部设有用于封闭钻杆和孔口管之间间隙的密封腔，密封腔的上、下端呈锥环状，钻杆穿过密封腔上、下端的锥环，密封腔设有注入密封材料的注入口，密封腔内充满密封材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构，包括孔口管，孔口管内设置有钻杆，钻杆前端设置有钻头，孔口管上设置有分流口；其特征在于：孔口管内位于分流口上部设有用于封闭钻杆和孔口管之间间隙的密封腔，密封腔的上、下端呈锥环状，钻杆穿过密封腔上、下端的锥环，密封腔设有注入密封材料的注入口，密封腔内充满密封材料。


2.根据权利要求1所述的能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构，其特征在于：密封腔上、下端的锥环内...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰，罗保平，
申请(专利权)人：罗兰，
类型：新型
国别省市：河北;13