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密封牙轮钻头储油补偿系统工作原理的研究


密 封 牙 轮 钻 头 储仙 补 偿 系 统
工 作 原 理 的 研 究
西 南






, “








?







,

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密封储 油 系统 的 工作 条 件
现 在 大批生 产 的 密 封牙 轮 钻 头 的 储 油 补 偿系统 的 结 构 简 图 大 致 如 图 1 所示 内 外 书 刊 的 一 般解 释
“ ,
,



扮散 见 于 国

’ 0

,

其 作 用 原 理 是 这 样的 密 封 储 油 系统 依 靠 上 部 的 橡皮 隔 膜 和 下 部 的 , 形 密 封 圈 将储 存 的 润 滑 剂 与外 界 的 泥 浆 隔 开 钻 头 下 井 后 井 下 压 力 穿 过 传 压 孔 把 橡


:

皮 膜 往 内推 再通 过润 滑 剂 将 此压力 传递 到轴承 腔 从而 在 轴 承 腔 内 建 立 起 能 与 密 封 圈 外 侧 的
,

,

井压 保 持 平 衡 的 内 压



此 内压 可 防 止 密封 圈 因 两 侧 压 差 太 大而 损 坏 和 泥 浆 对 轴 承 腔 的 入 侵





当 轴 承腔 内 的 润 滑 剂 耗 损 时

,

也可 从 储 油 系 统 中 得


到补充 内压 、




为 防 止 系统 内润 滑剂受 热膨胀产 生过 大的

,

往 往 在 系统 中还 备 有 一 个 卸 压 阀

起的 系统外 各点泥 浆压 力的 变化 也没有 考虑 由于 润 滑 剂 的 物 理 性 能 所 引 更粤 系瑰 内 各点 庄 龙钓 差 的
,
~

絮筵 咒岔 嘿森 漂 翼 翼 嗽鱿
对 于 温度 引起 的 后 果 也 考 虑 得 很 粗 略
,
。 。





下 面我
:

们 将在 进 一 步考虑 这些 因 素后 工 作 条 件 作 更 详 细 地 分析
;

对储 油 补偿系统 的
,

为 了 讨论 的 方 便

我们

以 P 代 表 钻 头 上 方 作 用 于 橡 胶 隔膜 上 部 的 井 内 压

…拼 … 认 扮… { 汗 鲜 淤 脚…
工 作条件 是 变 化 的



在 向 厂运 动 时 僵 可 能达 到
T

,

由于 钻 头 与 井 孔 之 间 所 形 成 的 狭 小
,

流道 对 泥 浆 的 节 流 作 用

。 则 会 使 P 大于 P
,

: ,

其差
随下


一 拍 公 斤/ 厘 米

〔 〕 一



同时

,

默 耀耀 缥默 樱 黔 添
特 高 的地 区 和 钻 地热 并时 力
,

、度计

,



已就 要 大 得 多







应 该注 意




“ “ 井



第 二看 钻头 在 钻 进 时 的 工 况
“ 超 过0 1 公 斤 / 厘 米


在钻 进 过 程中 P 和 P 的 静 压 部 份 都 等 于 全 井 深 的 液柱 压
,

:



只 是 由于 钻 井 液 的 循 环 流 动 阻 力 使 P 。 略 大 于 P


,



根 据 我 们 的 测 试 这个 压 差的 平 均值 不
_
,

,

不 过 由于 泥 浆 流 是 紊 流 状 态
,

,

加 L钻头 的 旋 转扰动
,

P 和 P 都在 不 规


;

则地 激烈地 波动

,

可 以推 断

其 瞬 时 值 之 间 可 能 出 现 较大 的 差 值

这 一点 应该 加 以 注意 地 度



篡裳暮票蕊瓢 耀霆 纂繁犷茹霎爵 贾 篡瓢 纂 严 牲 严 胆 次 界曾
第三看 钻头 上提 时的工 况
,


由于 轴承

,

当 因 接单 根 而 提 起 钻 具 时

,

钻头 的 向 上 运 动 使 P 大 于 P
,

l


。。

差值 与 下 钻时 相近

也 可能 为

( ,

一1 公 斤/ 厘 米 0


“。

在 打 完 一 个 行程 后 起 钻 的 过 程 中
:

钻 头周


围 的环 境 压力 和 温 度 将 逐 步 减 低到 常 压
_

常温



而 当 钻头 正 在 上 升 时也 同 样 将是 P 大 于 P
,

不 过 起 钻 过 程 的 变 化 已 不 再 影 响 到 钻头 的 寿 命 钻 头 周 围 的 环 境 压 力和 温 度 是 不 同 的
,

,

除 非 这个 钻 头 将再 次 下 并 这种 特 殊 的 情 况
在钻 头 下 钻


以 L对 一 个钻 头 的 全 部 工 作 过 程 的 分 析 说 明

钻 进 和 起钻 的 不 同 工 况 中


,

即 储 油 系统 的 工作 条 件 是 随工 况 而 改 变 的
,

环 境 压 力 的 增 加 , 将 使 系 统 内润 滑 脂 的 体 积 减 小 ; 而 温 度 的 增 高

则 将 使其 体 积 膨 胀

:

系统 内润滑脂 的实 际状 态
油 补偿 系 统 的 结 构


,

和 系统 内 建 立 的压 力大 小
t


,

将取决于 这 两者 的综 合作用 和实 际储


润 滑 脂 受 压 缩 小 的 特 性 可 用 压 缩 率 日 代表 来
八V 。 V △P
p



的 日 定 义为

:

c

m



/K

g



1 )

式中 :

一V



一一 润 滑 脂 的 初 始 体 积 ;
p

—压 力 差 〔 / 〕 P — 润 滑 脂 受 热 膨 胀 的特 性 可 用 体 积 膨 胀 系 数


么V

受压 后 润滑脂 减小 的 体 积;
kg
e

m





a

来 表示

“ 〔 二

a

-

,

二望二_
V
o

△t

〔1 / ℃ 〕

( 2

式 中:
?


△V





显然

,


p p

示V ‘么V 颧 △ ~
, , ,



升 温 后 润滑 脂增 大 的 体 积 ; ℃ 温度 几
-

亦 即 么P / △t 一 a / 日 时
a

,

润 滑 脂 的 体 积将 不 变 ;
。 。



当△v >

△v

: ,

亦 即 八P / 么t >

/日 时

,

润 滑 脂 的 体 积将 缩 小

亦 即△P / 么 t < a / p 时 润 滑 脂 的 体 积 将 胀 大 我 们 对 四 川 省 石 油 管 理 局 机 修 总 厂 在 密 封 牙 轮 钻 头 中所 用 的 二 硫 化 铂 狸 基 润 滑 脂 进 行 了
, ,
,

当△V < 么v
,

“ D ‘ 比 / ℃ 升 而日 约 为了 7 x 1 0 ‘〔m / g 〕 值 实 际 的 测定 测 得 此 种 润 滑 脂 的 a 值 约 为 了 x 1 k 于 是 这 种 润 滑 脂的 。 / 日 约 为 9 亦 即 对 于 使 用 这 种 润 滑 脂 的 钻 头而 言 当 井 下 条 件 使 得 值

.



Z





,



/ P 犷 > 。 时 润滑 脂 的 体积将 缩 小 此 时井 下 的压 力 对 润 滑 脂 的影 响起 主 导 的 作 用 当 井 卞条 件 伽 即△ t 《 级时 润 滑 脂 的 体 积 将 膨 胀 此 时 井 卞温 度 对 润 滑 脂 的 影 响起 主 导 作用 二 般说 来 钻 头 下 以后 润滑脂 的体 积是 要膨胀 的 ‘在 钻 进 时 由于 轴 承磨 擦 发热 轴 承 睦丙 井

,
,

;

,

,



,

,

的 润 滑 脂 膨 胀 的 百 分 比 将会 更 大 例如
,



井 深3 0 0 0 米
, ,

,

泥 浆 比 重1

.

2

,

钻 进 时 设 钻 头 周 围 循 环 泥 浆 的温 度 为 6 ℃ 0


,

轴 承腔


内局 部 高 温 为 1 6 ℃ 0

地面 温度为 。 ℃

“ △t 一 6 ℃ 或 1 6 ℃ 么P / △t < 0 0 在 这种 条 件 下 △P = 3 6 公 斤 / 厘 米 0 : 轴 承 腔 内 润 滑 脂 相 对 于 原 始体 积 增 大 的 百 分 比 为
, ,
-

9

,

润滑 脂将 膨 胀

么V



一 八 V


p

V

一 a △t 一 日 一 7 △P

x 10

一连

x

一 ” x 360 ” 8 43 16 0 一 了 7 x 1 0 %
. .

上 部 储 油 器 内的 温 度 接 近 于 环 境 的 温 度 将为 1 4 % 3
.

,

那 里 的润 滑脂膨 胀的 百 分 比 技同样 的方 法计算






由于储 油系 统是 一整体
,

,

所 以 整个 系 统 内润 滑 脂 的 体 积 膨 胀 总 的 百 分 比 将 在 这 或 润 滑剂 的
,

二者 之间


,

各 点 的 膨胀 比 将 随 距 热 源 的 远 近 而 有 不 同
井下 温升较小
.

当泥浆 比 重较 高


,

a

值 较小 而 日值 较 大 时



,

则 可能 会 出现
,

/ / P △t > a 旦的 情 况…
例如
,


a

在某井
,

,

泥浆 比 重1

.

8

,

地面温度3 ℃ 0


0 4 0 米处 泥 浆 温 度 为 9 0 ℃

所用 润滑 脂


~ 的 /日

g

则 当 钻 头 下 到 这 个 深度 时储 油 系 统 内 的 润 滑 脂 总 的 说来 将 不 是 膨 胀 而 是 压 缩
.

其 压 缩 的 百 分 比 按 前述 的 方 法 计算 将 是 1


34

%



如 上 所述 工作 条件


,

钻头 有 下 钻
a



_



钻 进 和 起 钻 三 种 不 同 的工 况
,

,

而 井 下压 力



温 度 和 润滑 脂 的 性

尽 又 有 △P / △ t 大 于 或 小 于

/ 日 种 情况 两
,

组合 起 来

,

则 钻 头 的密 封 储 油 系 统 共 有 六 种 不 同 的

为 以 后讨论 的方便

我 们 把 这 六 种 情 况 列 表 编 号如 下 :
33


P‘
一一 一


> P
:
-


P




溜P
:
一 一 一一 一


P。 < P





△ P/ △t < 以 /
△P / 么t >
a



-






润 日 滑脂膨 胀

/ 日 滑脂 压 缩 润

——


情 况I

-





-

-

情况 I



布州 一

情况 W

情况 V



贾 情况—

-



情况 砚


我们

各 种 工 作条 件下 密封 圈两侧 的压 力差

研 董 翼霖 算舞 需 翼 嚣豁豁成对 姿器 器笙晕装苏 互 馨寥歹 翟 髯

共共城 成
很 快 也 就 会位 移 或 变 形
: 轴 承腔 内的压力应 为


到头

,‘

?

所 以 最 终 润 滑脂 的 膨 胀 主 要 还 是 引 起 向 上 的 流 变



此时

,

P

;

: 二 尸 十 A P 膜 + △F 阻 上

式中:


P △


根据试验,



— 钻 头 上 部 的 环境 压 力 — 推 动 橡皮 膜 所需 压差 P — 润 滑 剂 向 上 流变 所 需 克 服 的 内 外 摩 擦 阻 力 P — 值 很 小 可 以 略去 于 是 的数


轴 承 腔 内的 压 力;

;



;

: 阻 I
_



八P 膜

,



:

P 澎P
,

4

I

十 △P 阻 [
_
?

又 因 此 时P 岛 P 。 所 以 我 们 可 获 得 关 系 式
P
4

一P

S

* 八P 阻 上
_

从 仁式 可 见


_



,

在这 种 情 况 中 密 封 圈 内 侧 的 压 力 将 大 于 外 侧 的 压 力
,
。 ,

,

其 差值 的 大 小 、 取 决


抛恤





当 八P 阻 上 愈小 时 密 封 圈 两 侧 的 压 力将 愈 趋 于 平 衡 所 以 在 储 油 系 统 的 设 计 中 应

力 求 减 小 △P 阻 土 的 数 值

例 如 改 变 润 滑 剂 流 道 的形 状 或 大 小
, 。

,

降 低 润 滑 剂 的粘 度 等 在 国 外
,

生 产 的 钻 头 中曾 采 用 上 部 储 油器 内充 填 稀 油 下 部 流 道 及 轴 承 腔 内充 填润 滑 脂 的 措 施 可 能 就
承腔
一 P

哒 种考 虑 有 几


也 不 过我们认为 玖 略 大 子 P 示 不 全 是 坏 事 这 种 情 况 有 利于 阻 止 泥 浆 进 入 轴
,

,

也 可 改 善 密 封 圈 本 身的 润 滑




所 以 对 密 封 轴 承 系 统的 工 作 是 有 好处 的

,



关 键 在于 (P





) 这个 差值 不可 过大
,

如 果P 大于 P 很 多






创 形 密 封 圈 有 可 能 被 挤 入牙 轮 和 牙爪
, ,

,

端 面 间 的间 隙 之 中





再 考 虑 到 钻 进 时牙 轮 所 存 在 的轴 向 和 径 向振 动 则 密 封 圈将 很容 易 被 损 在 现 场 调 研 中 我 们 发 现 不 少 密 封 圈 的 损 坏 是 属 于 断裂 或 咬 伤 我 们 认 为 就 是 和 这种 情 况
3



: 有关 ‘ 根据 我们 对川 H 一

6 Ax

钻 头 的试 验 观 察


,

‘ 当 ( P 一 P )超 过


4 公 斤/
阻上
,

’ 厘米 时

,

密封

圈 就 有 被挤 入 牙 轮 和 牙 爪端 面 间 隙 的 现 象 所 以

,

在 设 计 中 力求 减 小 △P
, ,

控 制 (P ‘ 一 P 。 )


不超 过

3



4

公 斤 / 厘 米 “的 数 值
,

,

或 适 当 增 加 密 封 圈 的 硬度


应 该 是有 益 的

至于 情 况 v 其次 况


那 是很难 遇 到的


因 为 在 钻 进 过程 中
,

轴 承 的温度总 是 比 较高
即起钻 时
,
。 ,

,

轴 承腔 内


的 润 滑 脂 几 乎没 有 不 膨 胀 的 可 能
,

我 们看 情况 I 和 峨
,

,

这 都 是钻 头 向上运动
,

P > P 的情况
: 。

因 为起

钻 总 是 在 牙 轮 停止 转 动 以 后 所以
,

轴 承 腔 的 温 度 处 于 下 降的 过 程

润滑 脂的 体积 趋于 收 缩 的情
。 , 此时 由于P : > P 所 以是 橡皮


情 况 l 一般 是不 存在的 实 际存在 的 多 为情 况 吸
P 一P
4 I

膜 向下 运 动 推 动 储 油 器 内 的 润 滑 脂 去 补 偿 轴 承 腔 内 润 滑 脂 的 收 缩 或 耗 损
一 △P 膜 一 △P 阻 下

这时
( 5 )

同样

,

略 去 △P 膜 后

,


:

:

P

一P



一 △P 阻 下


( 6 )


式 中 △P 阻 下 是 润 滑 脂 向 下 流 变 所 需 克 服 的 内 外 摩 阻
,

其 差 值 的 大 小 取 决 于 么P 阻 下 从 式 ( 6 ) 可 见 此 时P < P ‘ ‘ 。 : 一 P ) 的 差值 即 A P 阻 下 和 (P 所 以 P 与 P 的 关系要取 决 于 ( P
‘ ,
,

,

,

, 但 此 时 P 。亦小 于 P : 。 、一 P ) 的 差 值 的 比较
,



‘ 。 如果 是P > P

,

那还可 能有 利 于阻 上 泥浆侵 入轴 承腔




S , 如 果 是 P > P ‘ 则 有 可 能破 坏 密 封
,

造成 泥 浆 的 入 侵 动
,

因此

,

在 密 封 牙 轮 钻 头 的 使 用 操 作 中应 力 求 平 稳 的 差 值 的原 因
,

禁 止 猛提 猛 放



因为 起

。 钻 速 度 就 是 造成 ( P , 一 P )

,

猛提 猛 放

, 。 势必 引 起 ( P 一 P ) 的 差值 剧 烈 波

从 而 加 剧密 封 圈 两 侧 压 力 的 不 平 衡


这 就 有 可 能 出 现 润 滑脂 自 轴 承 腔 的 泄 漏 或 泥 浆 对 轴


承 腔的入 侵

最后
膨胀
,

,

我们 讨 论情 况 I 和 W
,

,

即下 钻工况
,

此时


,

P > P:




对情 况 I 而 言
。 可 能 小 于P
,

由 于 随 下 井 深度 的 增 加
,

环 境 压 力 和 温 度 的 综 合 作 用 是 使 润 滑 剂的 体 积
; ,

所 以和情 况 I 一 样
,

P ‘应 大 于 P

:



但 此时P 也大 于P


所 以 P 有 可 能大 于 P

, 么P 阻 上 愈 小



,

也有
:

。 这 要 取 决 于 △P 阻 上 和 (P 一 P : ) 的 差 值 的 大 小



P‘愈 接 近 P

;

操 作愈 平 稳
△P 阻
,

P 愈 接近 P
:
,

。。

于是


,

整个 系统 愈 趋近 平衡
,

所 以 从 设计 上 讲 总 应 力求 减 小
,

从操 作上 讲 总 应 力 求 平 稳

对 于 情 况 开 而 言 和 情 况 砚 一 样 环 境 温 度 和 压 力 的 综 合 作 用 是 使 润 滑 脂 体 积 收 缩 减小 上 部储 油 向 下 流 变 补 偿 这 一 收 缩 或 耗 损



此时

P 一P 一
,



1

、 :

… … …i 挤 落 ) {! 瀚 蒸 狱… {)
的是 情况 W 面 间隙 中
,

撇愁 绷滁)〔 燮拭 { 黔 ) i沙 薰
这种 情况 常出现 于高 比 重泥 浆井的下 钻工 况
,
。 。

峪阻下

另 外 情 况 l 也值 得 注 意



因 为此

时轴 承腔 内 温 度 最 高
,

有可 能 出现一个 向外的 较大 的压差

,

将密 封 圈 挤 入 牙 轮 和 牙 爪 间的 端

再加 上 牙 轮 的 转 动 和 振 动 造 成 密 封 圈 的 损 坏

试验 时

,

储 油 腔 橡 皮 膜 上 方 的 压 力 P 由 手 摇泵 建 立
, 。,


,

从压 力表 上读 出
,
,

,

牙 爪 中间 通 道 里

的 压 力 即 通 常 卸 压阀 处 的 压 力 P

由 探 力传 感 器 转 换 成 电 阻 值
轴 承 腔 内的 压 力 P 、
_

通 过动 态应 变仪 变为 电流送
孔 底 距 牙轮 内 孔 大 跑 道 约 1


入 光 线示波 器 记 录在 紫外 线感光 纸上

油 装 在 牙 轮 上 的坏 力 传 感 器 转 换
,

成 电阻值

,

再用 相 同 的 办 法记录

,



在 牙 轮 壳 匕钻 一 个 平 底 盲 孔
,

_

毫米

,

孔 内 插 入 电热 器 ( 用2 0 w 电 烙 铁 改 装 ) 加 温

以 模拟 抽承 摩 擦 引 起的 局 部 升 温
1




牙轮 和牙爪 上各钻

个 小孔

,

孔底 或壁 距轴 承 摩擦 面约为

毫米 左 右
-

,

孔 内插 入直 径 2 毫 米
,

的 微 型 恺 装 热 电偶 米
: ,

引 到 自 动 平 衡 记 录 仪 记 录 牙 轮 和 牙 爪 摩擦 面 的 温 度


取 它 们 的 平 均 值作


为 轴 承 腔 内的 温 度 t

横座 标为 P 值

低 猛蹂粼耀爵恶 嗡 翼菊鳄 彩奈 淤
;
,

}

纵 座 标 为 P 。和 P 、值

,

实 线 代 表 当P 逐 渐 加 天 时 的P
!


:



,



P 值



,

、 虚 线代表P 逐

:{三 源 场
P 达 到。 8或 ,

, .

鼎:
2
,

静摩 擦 力

,

这 说 明 润 滑脂 具 有 一 定 的 塑 变 阻 力 和 , 只 有 在 外 力 克 服 了 这 种 塑 变 阻 力 和 静 摩 擦 力 后 润滑 脂 才 能 产生 流 变 或 流 变 的 趋

2 公斤 /

厘米 时

P 、才 开 始 出 现 升 压



忠 瓢 黑 粼咒 嚼念 拼

_

图 5

多 卫

不夕





弓乡 岑






厂 乃 ,

2 。



j

r , 宁厅 (父 粉 帷
,
_

图 6


2
.

,

从 而 在 系 统 内各 点 建 立 起 相 应 的 压 力


,

实现 压力 的传递
3




: 然 后 随 着 P 的增 加
,

P 和P ‘


作相应 的增 加
8 公斤 /

但 是 P 始终 小 于 P


3

,

,

P 又 始 终 小于 P
3
,

4

其最大 的差值

; 。 在 P 和 P 之 间约为

厘米
:

“;

‘ 3 在 P 和P 之 间约为

公斤 / 厘米


“,

: 4 在 P 和 P 之间则为

5

公 斤/ 厘 米 “
6
,

,



这 仅是 当 P 为 3 公 斤 / 厘 米 时 的 数 值 如 考 虑 到 润 滑 脂 的 粘 度 将 随 压 力 而 增 加 〔 〕 则在 0 井 下 的 高 压 环 境 中 这 个 数 值 可 能 会更 大 这 就 是 由 于 润 滑 脂 的 粘 性 在 润 滑 脂 的 内部 和 润 滑 脂
与 流 道 管 壁 之 间 的 内 外 摩 擦 力 所 引起 的 摩 阻 损 失 之
,


,

亦 即 前 面 的 讨 论 中 所 提 到 的 么P 阻 下






当P : 逐渐 减小 时
P‘ P4 和




,

P 和P


4

将相 应 地 减 小
.

,

但 是 P 3 的 减 小将 比 P : 漫
,
,

,

P ‘ 的减小亦 比 P3





之间 的 最 大 差 值约 为 2
5

2

公斤/ 厘 米

这 说 明 加 压 和 卸压 时
,

,

压 差 的 变 化 趋 势是

略 有不 同的

图 6 与图

的 区 别 在 于 传 感器 安 装 位 置 的 不 同
,
J

图 6 是 测压点正 对着牙 爪油 道通 轴承腔


的 出油 口 的情况

图 6 则 是 测 压 点 背 离 这 个 出 油 口 的 情况
,

从 这 两 张 图 中 明 显 可 见 流道 的 形

状 和 尺 寸 对 八P 阻 的 大 小 有 颇 大 的 影响 至 轴 承 摩 擦 付 的 各点 时
6

当 润 滑 脂 的 压 力 要 从 出 油 口 通 过 狭小 的 轴 承 间 隙 传
,

必 然 还 要 有一 定 的 压 力 损 失



这 就是 图 石 中 各 点 的 压 力 差 值 要 比 图


中各 的 压 力 差 值 大 的 原 因



了 则 为 温 度 和 外 界 压 力 对 储 油 系 统 内部 压 力 的 综 合影 响
,

首先 通 过 钻 头 上 部 的 传 压 孔


, 0 加给 系统 一 个1 公 斤 / 厘 米 的 外 压 P

电热 器 使 轴 承腔 逐 渐 升 温



而且 整 个 试 验 过 程 中保 持 P 的 大小 不 变 然 后 插 入 l , 这 个 温 度 当 然 也 将 逐 步 传 至 储 油 系 统 的 上 部 但 由 于试 验 环 境 的
,

自然 冷 却 作 用 是类 似 的
,

,

系 统 七 的 温 度 将 始终 低 于 轴 承 腔 部

这种 情 形 和 钻 头 在 井 下 钻 进 的 工 作 情 况

奋 才二 一 -

- - - - -

一-

一 一窟
-



场i 厂 扮
1



/

州丫

/





一雳

图7





一殉 , 时份

, 、 , 从 图 牛中 刃 以 看 到 当 在 室 温 下 对 系 统 加 压 时 由于 八 P 扣 下的 影 响 P 的 值 将 低 于P J , ‘ , P 的 值 将低 于卫, 2 5 公 片 / 座 米 “ 但 当 温度 从 室 温 逐 渐 仁 时 润 滑脂 在 温 铁 。公 斤/ 厘 米 升
, , ,


.



__

度 的 作 甩 下 膨沮 系 统 内 部 的 压力 P 。 长
,



P;


将 逐渐 升 高

,

接 近 热 源 的p

‘,

其压 力 上 升 的 逮 度

比 上部 的P 更 快


,

其 绝对值 也变 得更 大

当 轴 承 部 位 的 温 度 上 升 到 习。 ℃



,

P ‘的

绝对 值 将

燕 澎蕊 : 黔燕娥杰 戳 黔黔
2。
,

时 斤/ 厘米
4Q

“。

{ 洪



初 步分析 认为
,

,

这 可 能 和 系 统 的漏 失 及



气锁



现 象有 关



曲 线的 A B 段

对 应着 系统 向外的 泄漏

因 为 试 验 人 员在 这 段 时 间 单 恰 好 观 察 到 有 一 滴 润 滑 油 从 密 封 圈 处 流





曲线 B C 段 出 现 如 此 高 压

,

是 出人 意外 的



轴 承 腔 内压 力 升 到 2 公 斤 / 厘 米 以 上 8

,

,

而牙

爪 中 间 流道里 的 压

有 发现 有 其 他杂 质 堵 塞 流 道 浮
,



3

停 留在 1 1 公 斤




米 左右

,

这 只 能 用 流 道 堵 塞 来解 释
,



而 实 际上 又 没


我 们 初 步 分 析 认 为 有 可 能 是 一 种 特 殊的 气锁 现 象
,

因 为在 玻 璃
,

杯 里 对 所 用 的 含二 硫 化 铝 的 铿 基 脂 加 温 时 曾 发 现润 滑 脂 受 热 变稀 以 后 一 方 面 二硫 化 铝 粉 末 向下 沉 淀
同 时 有 少 许 润 滑 油 气化


一 方 面 润 滑 油 析 出上
,

根 据这 个 现 象


我 们 推断
,



我 们 设 想 假如 在 牙 的 塞 肖孔 里 ( 那 里 润 滑 脂 的 通道 很 狭 ) 由 于 二 硫 化 钥 沉 淀 而 形 成 堵 塞 轴 承 腔 里 的 压 力 爪轴
,

验 用 钻 头 里 的 润 滑 脂 经 过 多次 加 温 加 压 试 验 之 后 可 能 也 出 现 上 述 情 况 要 通 过 若硫 化 铝 粉 末 间 的 毛 细 孔 道 传 递 出 来 产 生的 气 泡要 通 过 这 些 毛 细 孔 道
, ,

当 然 要 克 服 较 大 的 阻力


,

如 果 又 有 润 滑油 气 化
,

就可 能 出 现

气锁



( 或 叫做 贾敏效应 ) 的情 次

这就成


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一 定成 熟

,

有 待进二 步 研 究




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:


通 过 以 上的 分析和 试验
1
.









,

对 于 密 封牙 钻 头 的 储 油 补 偿 系 统 的 工 作 提 出 如 下 几 点 看 法 :
,

在 钻 头的 下 钻 钻 进 和 起 钻 的 一 个完 整 的 工 作 行 程 中
,
,




由 于受 到 钻 头 结 构 井 下 条 件
,





所 用 润 滑 脂 的 性质 以 及 操 作 情 况 等 复 杂 因 素 的 影 响 轴 承 腔 密 封 圈 两 侧 的 压 力 很 难 达 到 完 全 和 稳 定 平 衡 在 密 封 圈 的 两 侧 常 常 有 一 个 大小 和 方 向都 可 能 变 动 的 压 力 差 因 此 对 现 有
,

的 储 油 补 偿 系 统 结 构 进 行 分 析 和 评 价 或设 计 新 的 结 构 时

.

,

都应 该 以 P 和 P 可 能 出 现 多 大 的
‘ 。



差 值 作 为 主要 的 依 据 2 在 钻头 的 不 同 工 作 情 况 和 不 同 的 工 作 条 件 中 以 下 钻 润 滑 脂 又 呈 收 缩 状 态
,


,

和 钻进



润滑 脂 呈 膨 涨 状 态
期 损坏
,

,

这 两 种 情 况 最 为 值得 注 意
, ,

:

J

因 为在 这 两 种 情 况 下 最 容 易 发 生 密 封 圈 的 先
,

随 之 泥 浆侵 入 轴 承 腔

从 而 恶 化 轴 承 的 工 作 条件
,

降低钻 头 使用寿 命



所以
,

,

除规

定 在 使 用 密封 牙 轮 钻 头 时 必 须 操 作平 稳 外
数值


在 钻 头 的 设 计 中 也 要 考 虑 尽 可 能 地 降 低 △P 阻 的
以 及 采用

为 此 可 考 虑改 变 传 压 孔 的 位 置

.

改 善储 油 系 统 内部 流道 的 截 面 形 状 和 大 小


具 有 合适 的 粘 度 和 a
3

值 日 的 润滑剂等

在 目 前 国 内 外 生产 的 密 封 牙 轮 钻 头 中 储 油 补 偿 系 统 的 结构 和 布 置 大 致 可 分为传 压 孔在 钻 头 外 侧 牙 爪 肩 部 上 方 表 面 和 传 压 孔 开 在 牙 爪 内 侧 下 方 两 种 类 型 后 一 种 结 构 据 介 绍 主
,


,

要 的 好 处 是 可 以 避 免 泥 浆 岩 屑 对传 压 孔 的 堵 塞 〔 〕

7



但 我 们 认 为 当 传 压 孔 布置 在 牙 爪 内 侧
,

下方 时

,

主 要 好处 还 在 于 P : 和 P 不 仅 在 钻 进 时 非 常 接 近




而 且 在 下 钻 和 起 钻 的 过 程 中将 以 同
,

一 的 方 向 和 趋 势发 生 变 化

此 外 对 比 这 两 种 钻 头 的 结 构 图 可 见 传 压 孔 开在 牙 爪 内 侧 下 方

,

,

储 油杯 倒置 时 降 低 △P 阻 值
,

,

储 油 杯 的 底 孔 将正 好 对 着牙 爪 油 道 入

这 对 改 善 润 滑 剂 在 系 统 中 的 流动

,

大有 效益




因此

,

我 们 建 议 在 今后 生 产 的 密 封 牙 轮 钻 头 中 推 广 采 用 传 压 孔 向


下布 置的结 构方案

. 4 理 论 分 析和 实 验 结 果 都 证 实 了 因 各 种 原 因 密 封 储 油 系 统 内 有 产 生 瞬 时高 压 的 可 能 消 除 这 种 有 害的 过 高 压 力 较精 细

, , ,



和 气体 对密封




润 滑的不利 影 响

,

可 以 采 用 装 设 卸压 阀 和 真 空 定
,

量注 油预 留膨胀余 隙这 两种方 法 制造


但 由 于 受 到 牙 轮 钻 头 结 构 的 限制
,

现 有 的 各 种 卸 压 阀都 比


装配 稍 有 不 慎
,

,

就容 易 造 成 启 闭 不 灵 的 现 象
,

增 加 了 系统的不 可靠 因 素


所 还 对

对 比这 两 类 方 法
5
.

我 们 更 倾 向 于 采 用 真 空 定 量 注 油 预 留 膨 胀 余 隙 的 技 术 措施 建 议 润 滑 脂 在装入 钻 头 之 前


“ 国 外 最 近 出 现一 种 新 发 明 〔 〕


,

先 经过除气处 理
8

,

建 议 让 密 封 圈 可 以 有 更 大 的 轴 向移 动
所 助益
6
.

我 们 认 为 这 样 密 封 圈 本身 就 兼 起 了 传 庄 膜 的 作 用 这 两 点 建议 估 计 对 消除 本 文 中 图
,

,

密 封 圈 两侧 的 压 力 平 衡 会 有 很 好 的 效 果
,

所 示 的 现 象会 有

值得 重 视



钻头 润 滑 脂 不 仅 对 摩 擦 付 起 润 滑 作 用
,

而 且 作 为 压力 传 递 的 介质 而 影 响 密 封 圈 的 工
,





所 以 不仅 应 研 究 它 的 润 滑 性 能
,

而应 该研 究它在高压 高温下 的 流 变性能
,

这 一点在 过 去

国内 比较忽视

应 引 起有 关 方 面 的 注 意


1

〕西 南 石 油 学 院 钻 头研 究 室
四 川石 油 局 成 都 总







-

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