[发明专利]流体联接组件

说明书

一种流体联接组件，包括位于旋转和非旋转部件之间的滑动密封界面，流体导管延伸穿过该滑动密封界面。在操作期间，通过所述流体导管提供流体流。水力旋流器装置具有形成旋流室的主体，所述旋流室具有进料开口、底部开口和顶点开口。沿着所述流体导管在所述流体导管的上游部分和下游部分之间设置有限流器。所述进料开口流体连接到所述流体导管的上游部分，并且所述顶点开口流体连接到所述流体导管的下游部分。所述底部开口流体连接至通道，所述通道具有与所述滑动密封界面相邻的出口。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年6月7日提交的美国临时专利申请62/516，424的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及诸如旋转接头的流体联接组件，并且将结合延长寿命的旋转密封组件进行具体描述，并且更具体地，结合用于高速地质钻探操作的流体联接中使用的延长寿命的旋转密封组件进行具体描述。

背景技术

流体联接组件用于工业应用，例如需要将流体源的出口耦合到旋转设备、金属或塑料机械加工、工件夹持、印刷、塑料薄膜制造、造纸、半导体晶片制造的高速钻孔作业以及其他需要将流体介质从固定源(例如泵或容器)转移到旋转元件中的工业过程。通常，这些应用需要较高的介质压力和流速。

在此类应用中使用的流体联接组件输送设备使用的流体介质，以进行钻孔、冷却、加热或致动一个或多个旋转元件。典型的流体介质包括水基液体或浆液、或液压油或冷却油。使用流体联接装置的机器通常包括昂贵的和/或在维修期间难以修理或更换的部件。这些部件通常会遭受腐蚀性环境或损坏。

具体地，在石油和天然气钻井作业中，通常被称为“旋转密封组件”的流体联接组件被用来在冲洗管和旋转的密封壳体之间提供密封装置。一种类型的钻机旋转密封组件利用堆叠的旋转密封件，这些旋转密封件通常由增强的弹性体材料组成，其与冲洗管的外部圆柱形密封面形成动态密封装置。在某些应用中，工作流体是泥浆。在这样的设计中，密封件及其壳体相对于固定的冲洗管旋转，并且密封件顺序地暴露于位于密封件一侧上的高压钻井流体和位于密封件另一侧上的大气压。这种压差使最接近高压的密封件紧紧地紧贴在冲洗管上，从而导致冲洗管和密封件严重磨损。进入旋转密封件之间的滑动界面的泥浆中的砂砾颗粒使磨损加剧。

旋转密封件和冲洗管之间所需的相对较大的间隙会导致密封件最终失效。另外，由于密封件与冲洗管的堆叠关系，一旦第一个密封件失效，堆叠中的下一个密封件就会受到类似的力和磨损，依此类推，直到所有的密封件都被严酷的磨蚀工况消耗掉为止。这样的旋转密封构件在结构上也很复杂，更换费时且难以更换，并且当以90RPM和最高2500PSI的速度运行时，它们有限的使用寿命约为200小时或更短。当此类密封组件在5000PSI和250RPM下运行时，这种密封件只持续20到30个小时就需要更换。

另一种密封装置是在冲洗管和旋转密封组件之间使用复杂的U形杯环密封组件。但是，这种密封组件的寿命也有限，并且由于磨损而需要大量的更换成本，这导致钻井旋转密封组件的停机时间延长。

还已经建议提供一种附接到旋转联接构件的浮动密封构件以及安装到非旋转联接构件的类似密封构件，以提供用于钻机旋转组件的密封组件。这种密封组件还包括第二密封构件，该第二密封构件由在冲洗管构件的远端和浮动密封构件之间的U形杯密封构件构成。然而，由于U形杯密封件暴露于高压磨蚀性钻井流体，这种接触导致这种流体联接组件的快速磨损和最终失效。

发明内容