多工藝空氣反循環(huán)鉆進中氣盒子探索

1、多工藝空氣反循環(huán)鉆進中氣盒子探索 摘要:氣盒子作為高壓空氣進入雙壁鉆具的進氣裝置，是雙壁鉆具的重要組成部件。但由于原有氣盒子存在密封件易磨損、主軸使用壽命短的缺點，使其一度成為制約多工藝空氣反循環(huán)鉆進用雙壁鉆具推廣的瓶頸。本文介紹了新型氣盒子通過設計新型結構的氣室密封，設計組合密封圈，實現(xiàn)了良好的動密封，且降低了摩擦阻力;通過在主軸上設置可換耐磨套，解決了氣盒子主軸直接與密封圈接觸導致的主軸磨損問題，延長了氣盒子的使用壽命。新型氣盒子現(xiàn)場應用反饋良好，整體密封性好，既減少了維修時間也節(jié)約了成本，得到了客戶認可。 關鍵詞:氣盒子;密封;主軸;耐磨套;反循環(huán)鉆進 多工藝空氣反循環(huán)鉆進工藝以其鉆進速

2、度快、排渣快捷干凈、能適應不穩(wěn)定和復雜地層及節(jié)約成本等優(yōu)點，在鉆探領域受到越來越多的青睞。多工藝空氣反循環(huán)鉆進主要包括空氣反循環(huán)鉆進和氣舉反循環(huán)鉆進，多工藝空氣反循環(huán)鉆進工藝的實施必須通過雙壁鉆具來實現(xiàn)，雙壁鉆具主要由水龍頭、氣盒子、雙壁鉆桿、氣水混合器及正反轉換裝置等組成。其中，氣盒子是多工藝空氣反循環(huán)鉆進用雙壁鉆具系統(tǒng)的重要組成鉆具，其使用效果在施工中也受到越來越多的重視，改進氣盒子結構，提高鉆進效率迫在眉睫。 1氣盒子的應用 多工藝空氣反循環(huán)鉆進中，壓縮空氣通過氣盒子進入雙壁鉆桿的環(huán)狀間隙，沿環(huán)狀間隙到達孔底鉆具，通過孔底鉆具流向雙壁鉆桿內管中，并攜帶巖屑從內管上返至地面。氣盒子是多工藝

3、空氣反循環(huán)22鉆進重要連接部件，承擔了井下整套鉆具的重量和鉆進時的扭矩;同時，還為作為鉆井介質的高壓空氣提供進入雙壁鉆具環(huán)隙的進氣通道;此外，還是內管上返鉆渣的連接通道。由于當前使用的氣盒子大多存在著密封效果不好，主軸容易發(fā)生磨損等問題，難以滿足實際工作需要，因此，改進氣盒子的結構來保證施工勢在必行。 2氣盒子改進后的結構 改進后的氣盒子結構如下圖1所示。氣盒子空心結構的主軸側面設置有與外部進氣孔相通的進氣通道，另一端用于連通雙壁鉆桿的環(huán)狀間隙。內管位于主軸內部，內管外壁和主軸內壁與所圍成的環(huán)狀間隙形成進氣通道，內管內部形成出料通道，用于排出鉆井底部的廢料。耐磨套設置在主軸的外側，與主軸周向固

4、定連接，耐磨套內壁與主軸外圓密封連接。氣室設置在耐磨套的外側，氣室內側的兩端與耐磨套外圓兩端通過密封圈分別密封連接，氣室的側面設置有與外部氣源相通的進氣孔，氣室內側沿周向設置有環(huán)形通道。密封圈軸向方向通過氣封支管固定，氣封支管上還設置有通氣孔，可以確保外部氣源通過氣封支管、耐磨套進入主軸內壁和內管外壁之間的環(huán)形空間。新型氣盒子實物照片見圖2。 3改進后新型氣盒子的特點 主軸的外軸內部和內管外壁形成進氣通道，內管內部為出料通道，并且將內管置于外軸內部的一端與外軸內壁之間密封安裝，結構簡單，易于實現(xiàn)，增加了氣盒子的實用性。利用對稱安裝的兩個密封圈對主軸和耐磨套之間進行密封，并且將氣封支管安裝在兩個

5、密封圈之間，使氣封支管對密封圈起到支撐作用，從而使兩個密封圈不會發(fā)生偏移，保證良好的密封效果，進而提高氣盒子的可靠性。第一個密封圈遠離第二個密封圈的一側由氣室端蓋進行軸向定位，第二個密封圈遠離第一個密封圈的一側由氣室進行定位，兩個密封圈均實現(xiàn)了雙向的軸向定位，提高了密封圈定位的可靠性。利用氣室端蓋子口將第一個密封圈遠離第二個密封圈的一側擠緊，由于氣封支管在兩個密封圈之間起到了支撐作用，且第二個密封圈遠離第一個密封圈的一側有氣室對其進行支撐，使得兩個密封圈軸向被壓縮，使兩個密封圈徑向與耐磨套之間接觸的更為緊密，提高了密封效果。同時，通過調節(jié)氣室端蓋口壓緊程度可以使兩個密封圈即使在發(fā)生一定程度磨損

6、后也能保證其密封效果，延長了氣盒子的使用壽命。軸承座與氣室通過氈圈密封，與耐磨套通過一個密封圈密封，與主軸通過一個O形圈密封，使軸承中的潤滑油不會進入氣室中，保持氣室清潔，進而保證壓縮氣體可以順利通過氣室。安裝時，先將耐磨套安裝在主軸上，主軸上安裝擋圈處凹槽的設置，為鍵提供了安裝空間，使鍵對主軸和耐磨套進行周向固定，使得主軸和耐磨套可同步轉動。擋圈和耐磨套之間通過螺栓緊固連接，利用彈性擋圈對鍵和耐磨套進行軸向定位，使得主軸和耐磨套轉動時，擋圈可以隨主軸和耐磨套同步轉動，主軸和擋圈之間不會發(fā)生相對轉動和松脫，從而保證主軸和耐磨套轉動時的軸向定位效果。 4結語 在現(xiàn)場施工應用中，新型氣盒子使用效果

7、反饋很好，整體密封性可靠，且不用更換主軸，只需視情況更換耐磨套和密封圈，節(jié)約了維修的時間與成本。改進后的新型氣盒子結構已得到客戶的認可，并獲得國家實用新型專利，將逐漸得到更廣泛的應用。同時，密封質量更好、使用壽命更長的密封圈正在設計試制中，這種新型氣盒子將更加適應市場的需求，現(xiàn)場施工也將更方便快捷。 參考文獻: 1程林，滿國祥，朱立強，等風管式氣舉反循環(huán)鉆具及其在大口徑鉆井施工中的應用J探礦工程:巖土鉆掘工程，2014，41(3):4447 2吳智中鉆井雙壁鉆具研制與應用J石油鉆探技術，2007，35(2):4647 3程林，任立坤，王家一，等氣舉反循環(huán)工藝在鉀鹽井施工及開采中的應用J地質裝備，2016，17(4):2932 4李艷麗，王振志，李曉暉，等正循環(huán)潛孔錘實施反循環(huán)鉆進雙壁鉆具配套研制J探礦工程(巖土鉆掘工程)，2018，45(2):5255