旋转导向工具的径向补偿组合动密封设计.pdf

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1、2010年4月润滑与密封Apr．2010第35卷第4期LUBRICAT10NENGINEERINGV01．35No．4DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2010．04．023旋转导向工具的径向补偿组合动密封设计周琴刘宝林杨甘生李颖(中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083)摘要：针对导向钻井工具中导向工具下端在正常钻进和导向钻进2种工作状态下的动密封要求，通过分析工作环境和性能要求，设计一种导向钻井工具的组合密封装置。该组合密封由波纹管、机械密封和螺旋密封等组成，达到井下工具动密封的径向补偿、高温、高压、耐腐蚀等

2、设计要求，提高井下密封的可靠性和使用寿命，为井下恶劣环境下的动密封设计提供一种新的设计方法。关键词：旋转导向工具；径向补偿；组合密封结构；动密封设计中图分类号：THI36文献标识码：A文章编号：0254—0150(2010)4—097—3CombinationRotarySealDesignofSteerableRotaryDrillingDeviceZhouQinLiuBaolinYangGanshengLiYing(ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China)Abstract：Akind

3、ofcombinationrotarysealstructurewasdesignedtoreachtherotarysealrequirementofverticaldrill-inganddirectionaldrillingbyanalysisofworkingconditionsandperformancerequirement．Thecombinationrotarysealwascomposedofthemechanicalseal，metalbellowsandhelicalsea1．ThesealstructureCanbeus

4、edinhightemperature，highpressure，highspeedandcorrosion—resistantconditions，itimprovesthesealreliabilityandworkinglife，andprovidesanewdesignmethodforrotarysealofdown-holedevicesandtools。Keywords：steerablerotarydrillingdevice；radialcompensation；combinationsealstructure；rotarys

5、ealdesign旋转导向钻井工具主要用于超深井、高难定向工具的动密封要求，提高了井下动密封的可靠性。井、水平井、大位移井等特殊工艺井的导向钻进，它1导向工具下部的动密封设计要求能够自动、灵活地调整井斜和方位，钻深能力强、控1．1指向式导向工具的工作原理制精度高，实现了钻进的自动化，代表了目前钻井技指向式导向工具的工作原理如图1所示，在旋转术发展的最高水平。导向钻井工具主要包括随钻测量导向过程中，偏心机构导致悬臂轴承和焦点轴承之间系统、导向执行机构、测控系统及短程通讯等部分，的旋转心轴产生弯曲，在焦点轴承处旋转心轴产生偏每个部分对密封都有较高要

6、求，如果密封失效，则对角，改变与之联接的钻头轴线的方向，使钻头轴线和控制系统和电路造成致命的影响，也会影响执行机构井眼轴线之间产生不一致的倾角，实现旋转导向。的运动，导致导向工具不能正常工作。旋转心轴由于石油钻井井下的工作环境十分恶劣，钻井液的压力和温度随井深发生变化，钻井液中含有岩屑、砂粒等固相和其他化学药品，这些因素都直接影响井下密封的效果。常用的密封方式和结构很多不能达悬到井下工作的要求，因此国内导向工具的井下动密封图1导向工作原理问题仍然没有得到有效的解决。本文作者根据井下导Fig1Theoryofdirectionaldrilling

7、向工具的工作环境和工作要求设计了具有自动径向补偿特点的组合动密封结构，该设计较好地满足了导向1．2导向工具的动密封设计要求由于指向式旋转导向工具在导向工作过程中心轴基金项目：国家科学技术部国际科技合作重点项目(2006D会产生弯曲，同时心轴和钻头连接并一起旋转，而心FB2130o1．轴的外端是不旋转的外套，因此这部分的密封不仅要收稿日期：2009—11—30作者简介：周琴(1970一)，女，副教授．E—mail：zhqtg@cugb．实现动静分离，将旋转的心轴和不旋转外套隔开；同edu．cn．时还要保证在心轴弯曲的情况下，导向工具内部润滑润滑与

8、密封第35卷油和外部泥浆液严格分离的密封要求，因此对此动密压力要求，因此不能用于井下工具的密封。封有很高的性能要求，具体体现在以下几个方面：2．3机械