[发明专利]能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构及密封方法

说明书

本发明涉及一种能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构及密封方法，该密封结构包括孔口管，孔口管内设置有钻杆，钻杆前端设置有钻头，孔口管上设置有分流口；孔口管内位于分流口上部设有用于封闭钻杆和孔口管之间间隙的密封腔，密封腔的上、下端呈锥环状，钻杆穿过密封腔上、下端的锥环，密封腔设有注入密封材料的注入口，密封腔内充满密封材料。本发明解决了传统密封材料磨损失效形成的安全隐患，通过注入口间断性补充密封材料，使密封腔内始终充满密封材料，在无孔内喷涌情况下，密封腔内的密封材料处于松散和半松散状态，受钻杆磨损影响很低，而在喷涌状态下，由于流体的挤压作用，密封材料被挤压，从而封闭密封腔，实现响应式自密封状态。

技术领域

本发明涉及钻杆密封结构，具体是一种能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构及密封方法。

背景技术

石油、天然气、页岩气、煤层气、煤矿瓦斯防突、坑道探放水都需要施工钻孔，为了施工人员现场操作安全，孔口必须实现更可靠的孔口防喷和分流控制，防止液体或气体（二者的混合物）失控喷出，即井喷。

目前钻孔孔口对钻杆的密封一般安装使用橡胶密封圈或盘根，结构如附图1。由于钻杆为冷拔无缝钢管表面原本就有一定的粗糙度，在长时间旋转和串动情况，容易造成密封件（胶芯）磨损失效；钻孔进尺过程中卡盘和管钳造成的钻杆表面毛刺和凹凸，加剧了密封件磨损失效。因此，传统的钻杆密封件的补偿量是很有限的。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种结构简单，能够提高密封效果，降低密封成本的能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构及密封方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构，包括孔口管，孔口管内设置有钻杆，钻杆前端设置有钻头，孔口管上设置有分流口；孔口管内位于分流口上部设有用于封闭钻杆和孔口管之间间隙的密封腔，密封腔的上、下端呈锥环状，钻杆穿过密封腔上、下端的锥环，密封腔设有注入密封材料的注入口，密封腔内充满密封材料。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，有益效果是：

解决了密封材料磨损失效形成的安全隐患，通过注入口间断性补充密封材料，使密封腔内始终充满密封材料。在无孔内喷涌情况下，密封腔内的密封材料处于松散和半松散状态，在钻杆旋转和前后串动状态下，受钻杆磨损影响很低，而在喷涌状态下，由于流体的挤压作用，密封材料被挤压，从而封闭密封腔，实现响应式自密封状态。这是传统结构不可能实现的的密封效果。

上述能够塞入密封材料的响应式钻杆密封结构的密封方法，按下述步骤进行：

（1）在岩层钻孔口部将孔口管用水泥固结牢固；

（2）在钻杆固定不动情况下，向密封腔内填充密封材料，密封材料为柔软密封物，柔软密封物选择棉丝、盘根、短麻绳及类似物，长度和直径适宜，方便由注入口手动塞入为宜；密封腔内充满密封材料后将注入口牢固封闭；

（3）钻杆启动，钻头和钻杆钻进并钻透岩层中的水体，在岩层压力作用下，水体会沿孔口管向外喷涌出来，经过分流口后由密封腔下端的环状间隙进入密封腔，密封腔内的密封材料会被推挤到密封腔上端即出口方向的环状间隙处，使该出口方向的环状间隙被密封材料挤压密封，形成响应式自密封状态；

（4）在钻杆转动和串动情况下，保持密封状态的密封材料会逐渐损耗，孔内压力会造成出口方向环状间隙的泄漏；此时，通过补充密封腔内的密封材料，实现响应式自密封状态；或者：

密封材料选择泥浆泵能够顺畅输送的纤维颗粒泥浆，纤维颗粒泥浆是锯沫短纤维碎果壳泥浆；泥浆池内有足够量的纤维颗粒泥浆，通过泥浆泵间断性运转，向密封腔内补充密封材料；泥浆泵停止运转，在孔口管内流体压力推动下，密封腔内的纤维颗粒物会被推挤到出口方向的环状间隙处，实现持续性的响应式动态密封。

进一步，本发明优选方案是：