专利名称：新型主动密封旋转防喷器及其控制装置的制作方法
技术领域：
涉及领域本实用新型涉及石油天然气钻井专用安全设备，是欠平衡钻井作业中不可缺少的装置，本实用新型中的高压密封防喷器及液压控制装置同样可以应用于不旋转的环形防喷器系统，具体地说，是新型主动密封旋转防喷器及其控制装置。
背景技术：
旋转防喷器在国外已经有相关的技术，比如Williams公司的被动密封旋转防喷器以及Shaffer公司的主动密封旋转防喷器。
Williams公司旋转防喷器的密封胶芯与钻杆配合为一过盈配合，胶芯的密封力不能自动调节，所以此种旋转防喷器存在工作寿命短的缺陷。
Shaffer公司旋转防喷器采用了主动密封方式，胶芯与钻杆之间的密封力可以通过液压系统的压力进行调节，解决了防喷器胶芯工作寿命短的难题。液压控制系统的压力建立依靠防喷器本体上的一个固定大小的单向节流口产生，压力的变化靠液压系统的流量进行调节，而控制信号通过人工输入压力信号与井口压力返回信号在一个机械式的压力叠加油缸合成。
Shaffer公司旋转防喷器在本体上的压力建立节流口上的结构复杂，同时机械式压力叠加油缸存在可靠性差及反应迟钝的现象。Shaffer公司旋转防喷器采用的技术为美国发明专利，专利号为5662171。
技术内容本实用新型的目的在于提供一种可以有效解决US.Pat.5662171中叠片式节流口及环形节流口存在的加工复杂，维护困难的缺点的新型主动密封旋转防喷器及其控制装置。
本实用新型是这样实现的包括本体壳体1，关闭胶芯液压油入口2，推动胶芯的活塞3，球形胶芯4，单向节流口5，开启胶芯的液压油入口6，本体壳体1上、下分别设有关闭胶芯液压油入口2、开启胶芯的液压油入口6，本体壳体1内置有推动胶芯的活塞3、球形胶芯4，在开启胶芯的液压油入口6的端口处有单向节流口5。
本实用新型还采用如下技术方案单向节流口5由浮动环7、节流套8、节流体9组成，节流体9内有节流套8，节流体9的下部装有浮动还7。
液压控制部件主要由液压泵10、换向阀11、压力控制阀12等组成，为了保证高压关井，还包括高压蓄能器。以往的主动密封旋转防喷器压力控制采用机械式活塞叠加原理将井口压力及操作压力相加来控制液压泵的输出压力，本实用新型的压力控制采用电液比例控制原理，在井口安装压力传感器14输出井口压力电子信号，在压力操作旋钮16上产生另一个电子信号，两个信号在运算器13相加控制液压泵的输出压力，15为防喷器本体。
目前已有的主动密封旋转防喷器液压控制装置在压力控制技术方面存在一定的缺陷，已有的液压控制装置利用一个隔离转换油缸将井口泥浆的压力传递到液压系统，产生第一个液压压力值，再利用压力操作按钮控制电磁阀的开启产生另一个压力值，两个压力值通过一个机械式叠加活塞产生压力之和来控制液压泵的输出压力。本实用新型将上述复杂的机械转换过程利用一个简单电子信号处理再通过电液比例阀来控制液压泵输出压力，将能够得到更加精确的压力控制输出。
可以应用在转盘钻机及顶部驱动钻机上，适用于欠平衡钻井作业，不仅可以密封钻杆与套管之间的环形空间，同样可以封零，可以应用在旋转防喷器及普通环形防喷器上。
附图1为本实用新型本体的结构示意图；附图2为单向节流口5的具体结构图；附图3为电液比例控制液压泵叠加压力图。
具体实施本实用新型由旋转防喷器本体及地面控制装置组成。
如图1所示，1为本体壳体，2为关闭胶芯液压油入口，3为推动胶芯的活塞，4为球形胶芯，5为本发明的单向节流口，6为开启胶芯的液压油入口。
高压液压油从油口2进入防喷器本体，在节流口5处产生节流，到出口6时的压力已经降低至回油压力，高压油推动胶芯活塞向上运动，压迫胶芯密封钻杆。由于胶芯密封钻杆的力处决于本体内液压油的压力，控制液压系统的压力就可以获得理想的胶芯密封，使得防喷器既能够密封钻杆，又能够处于最小的磨损状态，从而提高胶芯的工作寿命。
如图2所示，图2中7为浮动环，8为节流套，9为节流体。当高压油进入单向节流口时，浮动环7会向上紧贴节流体9，高压油只能通过节流套流至出口6回油箱，而当开启胶芯时，液压油从油口6进入防喷器本体，浮动环7会向下脱离节流体9，液压油可以通过侧面的油道进入防喷器本体，而不止是节流套可以通过液压油，从而起到单向节流的作用。
对于不同的液压油流量，我们可以通过改变节流口的直径来产生同样的系统压力，同样对于相同的节流口可以通过改变系统液压油流量得到不同的胶芯密封压力。
由于锥形节流口更换简单，维修方便，是主动密封旋转防喷器压力建立的一种新的结构。
如图3所示，本实用新型的另一个内容为主动密封旋转防喷器的液压控制部件。液压控制部件是防喷器控制的核心装置，主要由液压泵10、换向阀11、压力控制阀12等组成，为了保证高压关井，还包括高压蓄能器。以往的主动密封旋转防喷器压力控制采用机械式活塞叠加原理将井口压力及操作压力相加来控制液压泵的输出压力，本装置的压力控制采用电液比例控制原理，在井口安装压力传感器14输出井口压力电子信号，在压力操作旋钮16上产生另一个电子信号，两个信号在运算器13相加控制液压泵的输出压力，15为防喷器本体。
本实用新型对目前已经存在的主动密封旋转防喷器技术进行改进，发明了利用数个锥形单向节流口，使节流口的控制精度更高，系统压力稳定。对于不同的液压油流量，我们可以通过改变节流口的直径及数量来产生同样的系统压力，同样对于相同的节流口可以通过改变系统液压油流量得到不同的胶芯密封压力，这样主动密封旋转防喷器的通径可以达到φ350mm。
液压系统的压力控制信号采用电液比例控制技术，将人工调节信号及井口压力信号转换为电子信号，由电子控制系统精确叠加再控制液压油泵的输出流量，得到精确的旋转防喷器密封压力。
权利要求1.新型主动密封旋转防喷器及其控制装置，包括本体壳体(1)，关闭胶芯液压油入口(2)，推动胶芯的活塞(3)，球形胶芯(4)，单向节流口(5)，开启胶芯的液压油入口(6)，其特征在于本体壳体(1)上、下分别设有关闭胶芯液压油入口(2)、开启胶芯的液压油入口(6)，本体壳体(1)内置有推动胶芯的活塞(3)、球形胶芯(4)，在开启胶芯的液压油入口(6)的端口处有单向节流口(5)。
2.根据权利要求1所述的新型主动密封旋转防喷器及其控制装置，其特征在于单向节流口(5)由浮动环(7)、节流套(8)、节流体(9)组成，节流体(9)内有节流套(8)，节流体(9)的下部装有浮动环(7)。
3.根据权利要求1所述的新型主动密封旋转防喷器及其控制装置，其特征在于液压控制部件包括液压泵(10)、换向阀(11)、压力控制阀(12)及高压蓄能器，在井口安装压力传感器14输出井口压力电子信号，在压力操作旋钮16上产生另一个电子信号，两个信号在运算器13相加控制液压泵的输出压力，15为防喷器本体。
专利摘要一种应用于石油天然气钻井专用安全设备上的不旋转的环形防喷器系统的新型主动密封旋转防喷器及其控制装置，包括关闭胶芯液压油入口2，推动胶芯的活塞3，球形胶芯4，单向节流口5等，本体壳体1上、下分别设有关闭胶芯液压油入口2、开启胶芯的液压油入口6，本体壳体1内置有推动胶芯的活塞3、球形胶芯4，在开启胶芯的液压油入口6的端口处有单向节流口5，以有效解决叠片式节流口及环形节流口存在的加工复杂，维护困难的缺点，将复杂的机械转换过程利用一个简单电子信号处理再通过电液比例阀来控制液压泵输出压力，可得到更加精确的压力控制输出。
文档编号F15B13/00GK2648048SQ0320936
公开日2004年10月13日 申请日期2003年9月10日 优先权日2003年9月10日
发明者孟庆昆, 谢正凯, 王辉, 李益良, 白光莉, 冯来 申请人:中国石油天然气股份有限公司