CN111794708A - 可泄压的双锁防喷工作筒 - Google Patents

Abstract

一种可泄压的双锁防喷工作筒，涉及油田井下作业技术领域，包括工作筒组件和堵塞器组件；工作筒组件，包括由上至下依次通过螺纹连接的单向阀、接箍、筒体、密封管和下接头，单向阀的结构包括阀体和阀球，阀体的侧壁上设置有阀孔，阀孔的轴线方向沿阀体的直径方向，所述阀球安装在阀孔内，阀球在弹簧的弹力作用下始终保持向阀座的轴线靠近的运动趋势，从而将阀孔封堵，所述筒体的内壁上加工有上下两个环形卡接部.本发明应用于油井管柱提捞作业，在下管柱和起出管柱作业时，向井下投入堵塞器组件，使其与预装在井下的工作筒组件卡接，便可将管柱中央的通道封堵，防止因套管内的井液压力过大而产生管柱内井液向井口处溢流的问题。

Description

可泄压的双锁防喷工作筒

技术领域

本发明属于油田井下作业技术领域，尤其涉及一种可泄压的双锁防喷工作筒。

背景技术

油田井下作业施工过程中，在下管柱和起出管柱作业时，因套管内井液压力大，管柱内井液经常向井口处溢流，造成井场环境污染。为了解决井场环境被污染的问题，技术人员设计了井口返出液收集装置，通过收集溢出的井液，避免环境污染。然而这种防污染解决方案的缺点在于：1、被收集的井液需要另置储液池或储液罐进行存储，并需要配备车辆进行运输；2、到达井上的井液难免会少量地洒在地面上，因此井液对地面的污染很难彻底避免。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种可泄压的双锁防喷工作筒。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种可泄压的双锁防喷工作筒，包括工作筒组件和堵塞器组件；

工作筒组件，包括由上至下依次通过螺纹连接的单向阀、接箍、筒体、密封管和下接头，单向阀的结构包括阀体和阀球，阀体的侧壁上设置有阀孔，阀孔的轴线方向沿阀体的直径方向，所述阀球安装在阀孔内，阀球在弹簧的弹力作用下始终保持向阀座的轴线靠近的运动趋势，从而将阀孔封堵，所述筒体的内壁上加工有上下两个环形卡接部；

堵塞器组件，包括由上至下依次通过螺纹连接的配重体、上凸轮座、下凸轮座、密封段和引导头；

上凸轮座内安装有限位块A和凸轮A，凸轮A通过一根横向的销轴安装在上凸轮座内，销轴上安装有扭簧，凸轮A上加工有伸出部，凸轮A在扭簧的弹力作用下始终保持使伸出部从上凸轮座的外圆柱面伸出的运动趋势，所述限位块A卡在凸轮A的侧面，从而使凸轮A旋转后的极限位置得以确定，凸轮A处于极限位置时，凸轮A上的伸出部处于伸出状态；

下凸轮座内安装有限位块B和凸轮B，凸轮B通过一根横向的销轴安装在下凸轮座内，销轴上安装有扭簧，凸轮B上加工有伸出部，凸轮B在扭簧的弹力作用下始终保持使伸出部从下凸轮座的外圆柱面伸出的运动趋势，所述限位块B卡在凸轮B的侧面，从而使凸轮B旋转后的极限位置得以确定，凸轮B处于极限位置时，凸轮B上的伸出部处于伸出状态；

所述凸轮A和凸轮B上的伸出部分别与工作筒组件内侧的两个环形卡接部对应；

所述密封段的外径与工作筒组件内的密封管的内径匹配，密封段与引导头的结合部的外侧安装有密封圈。

作为进一步的技术方案，所述下接头内安装有可通过外力开启的封堵装置。

作为进一步的技术方案，所述封堵装置包括挡板和剪钉，挡板的上侧通过下接头内侧的止口限位，挡板的下侧通过安装于下接头侧壁上的剪钉限位。

作为进一步的技术方案，所述封堵装置包括球座、解锁球、滑动销、滑动块、弹簧A和弹簧B，所述球座和下接头的侧壁上设置有径向通孔，所述的弹簧B、滑动块和滑动销均安装在该径向通孔内，其中，滑动销滑动安装在球座上，滑动块在弹簧B的弹力作用下始终抵靠在滑动销的端面上，所述球座内设置有与所述解锁球匹配的球槽，当解锁球落于球槽过程中，滑动销在解锁球的推动作用下沿其自身的轴线方向滑动，当解锁球落在球槽的最底部时，滑动销和滑动块之间的贴合面恰好位于球座外侧的圆柱面上。

作为进一步的技术方案，所述下接头与球座之间设置有弹簧A，球座在弹簧A的弹力作用下始终保持向下的运动趋势。

作为进一步的技术方案，所述封堵装置包括密封座、活塞和锁销，所述活塞从上侧安装在密封座中央的盲孔内，密封座的侧壁上加工有径向通孔，所述锁销插装在该径向通孔内，下接头的内壁上加工有与所述锁销匹配的环形槽，锁销的一端插在该环形槽内，锁销的另一端抵在所述活塞的外侧；

所述活塞与密封座之间的密封面上设置有两个密封圈，密封座的实体内加工有平衡通道，平衡通道的一端通向活塞外侧的两个密封圈之间，平衡通道的另一端通向密封座的下侧；

所述活塞的下侧设置有空气腔。

作为进一步的技术方案，所述下接头与密封座之间设置有弹簧C，密封座在弹簧C的弹力作用下始终保持向下的运动趋势。

作为进一步的技术方案，所述下接头的下端设置有刮蜡刃口。

本发明的有益效果为：

1、本发明应用于油井管柱提捞作业，在下管柱和起出管柱作业时，向井下投入堵塞器组件，使其与预装在井下的工作筒组件卡接，便可将管柱中央的通道封堵，防止因套管内的井液压力过大而产生管柱内井液向井口处溢流的问题。

2、本发明在工作筒组件内设置了两个环形卡接部，并在堵塞器组件上设置了两个用于与上述环形卡接部卡接的凸轮，在向管柱内投放堵塞器组件后，堵塞器组件上的两个凸轮分别越过工作筒组件内的两个环形卡接部，在井液压力向上推动堵塞器组件时，两个凸轮分别卡在两个环形卡接部上，从而抵抗井液对堵塞器组件的推动力。因此，本发明可实现承压封堵，并有效保证封堵的可靠性。

3、本发明中，堵塞器组件上的两个凸轮的间距小于工作筒组件上的两个环形卡接部的间距，如果投堵时一个凸轮发生误卡或脱卡，另一个凸轮也可以牢固卡住，实现投堵作业双保险的目的。

4、单向阀的设置，使套管内的井液不能进入管柱内。在起出上提管柱作业时，管柱内的井液与套管内的井液产生压差后，管柱内的井液又可以通过单流阀流回套管内，使井口处没有液流外溢。实现环保作业。

5、本发明在下接头的下端设置了刮蜡刃口，可在下井时对套管内壁油污进行刮除清理，保证下管柱时不卡滞。

6、本发明在下接头内设置了封堵装置，封堵装置可封住工作筒下端，下井时管柱内不能进液，保证管柱下井时井口不溢流。

附图说明

图1是工作筒组件的结构示意图；

图2是堵塞器组件的结构示意图；

图3是下接头内封堵装置的第一种实施例的结构示意图；

图4是下接头内封堵装置的第二种实施例的结构示意图；

图5是图4中A处的局部放大图；

图6是下接头内封堵装置的第三种实施例的结构示意图；

图7是堵塞器组件的另一种实施例的结构示意图；

图8是图7中B处的局部放大图。

图中：1-阀体，2-接箍，3-筒体，4-密封管，5-下接头，6-刮蜡刃口，7-配重体，8-限位块A，9-凸轮A，10-限位块B，11-凸轮B11，12-密封段，13-引导头，14-密封圈，15-下凸轮座，16-伸出部，17-上凸轮座，18-挡板，19-剪钉，20-球座，21-弹簧A，22-解锁球，23-滑动块，24-滑动销，25-弹簧B，26-活塞，27-密封座，28-锁销，29-弹簧C，30-阀球，31-阀孔，32-环形卡接部，33-平衡通道，34-空气腔，35-驱动杆，36-压套，37-弹簧D，38-活塞杆，39-端头，40-橡胶套，41-滑杆，42-逆止阀，43-尼龙销，44-退位槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

如图1和图2所示，本发明包括工作筒组件和堵塞器组件；

如图1所示，工作筒组件，包括由上至下依次通过螺纹连接的单向阀、接箍2、筒体3、密封管4和下接头5，单向阀的设置，使套管内的井液不能进入管柱内。在起出上提管柱作业时，管柱内的井液与套管内的井液产生压差后，管柱内的井液又可以通过单流阀流回套管内，使井口处没有液流外溢。实现环保作业。单向阀的结构包括阀体1和阀球30，阀体1的侧壁上设置有阀孔31，阀孔31的轴线方向沿阀体1的直径方向，所述阀球30安装在阀孔31内，阀球30在弹簧的弹力作用下始终保持向阀座1的轴线靠近的运动趋势，从而将阀孔31封堵，所述筒体3的内壁上加工有上下两个环形卡接部32；

如图2所示，堵塞器组件，包括由上至下依次通过螺纹连接的配重体7、上凸轮座17、下凸轮座15、密封段12和引导头13；

上凸轮座17内安装有限位块A8和凸轮A9，凸轮A9通过一根横向的销轴安装在上凸轮座17内，销轴上安装有扭簧，凸轮A9上加工有伸出部16，凸轮A9在扭簧的弹力作用下始终保持使伸出部16从上凸轮座17的外圆柱面伸出的运动趋势，所述限位块A8卡在凸轮A9的侧面，从而使凸轮A9旋转后的极限位置得以确定，凸轮A9处于极限位置时，凸轮A9上的伸出部16处于伸出状态；

下凸轮座15内安装有限位块B10和凸轮B11，凸轮B11通过一根横向的销轴安装在下凸轮座15内，销轴上安装有扭簧，凸轮B11上也加工有伸出部16，凸轮B11在扭簧的弹力作用下始终保持使伸出部16从下凸轮座15的外圆柱面伸出的运动趋势，所述限位块B10卡在凸轮B11的侧面，从而使凸轮B11旋转后的极限位置得以确定，凸轮B11处于极限位置时，凸轮B11上的伸出部16处于伸出状态；

所述凸轮A9和凸轮B11上的伸出部16分别与工作筒组件内侧的两个环形卡接部32对应。

本发明在工作筒组件内设置了两个环形卡接部32，并在堵塞器组件上设置了两个用于与上述环形卡接部32卡接的凸轮，在向管柱内投放堵塞器组件后，堵塞器组件上的两个凸轮分别越过工作筒组件内的两个环形卡接部32，在井液压力向上推动堵塞器组件时，两个凸轮分别卡在两个环形卡接部32上，从而抵抗井液对堵塞器组件的推动力。因此，本发明可实现承压封堵，并有效保证封堵的可靠性。

所述密封段12的外径与工作筒组件内的密封管4的内径匹配，密封段12与引导头13的结合部的外侧安装有密封圈14。

本发明应用于油井管柱提捞作业，在下管柱和起出管柱作业时，向井下投入堵塞器组件，使其与预装在井下的工作筒组件卡接，便可将管柱中央的通道封堵，防止因套管内的井液压力过大而产生管柱内井液向井口处溢流的问题。

本发明的工作过程如下：

作业时，先将工作筒组件连接在油管管柱的下端并下入井下，起管柱时，在起出管柱作业前，将堵塞器组件投放至管柱内，堵塞器组件在自身重力作用下下落，最终插在工作筒组件内并与工作筒组件卡接，从而将管柱封堵，达到防喷目的。

实施时，堵塞器组件上的两个凸轮的间距需小于工作筒组件上的两个环形卡接部32的间距，如果投堵时一个凸轮发生误卡或脱卡，另一个凸轮也可以牢固卡住，实现投堵作业双保险的目的。

作为进一步的技术方案，可在所述下接头5内安装有可通过外力开启的封堵装置。封堵装置可封住工作筒组件的下端，使下井时管柱内不能进液，保证管柱下井时井口不溢流。抽油作业前，需要采用一定工艺手段使封堵装置开启(即解除封堵)，从而避免封堵装置对抽油作业造成阻碍。

封堵装置可采用如下几种实施例：

实施例一：

如图3所示，所述封堵装置包括挡板18和剪钉19，挡板18的上侧通过下接头5内侧的止口限位，挡板18的下侧通过安装于下接头5侧壁上的剪钉19限位。抽油作业前，取一金属棒作为投棒，把投棒投入管柱内进行通堵，投棒撞击挡板18，剪钉19被剪断，挡板18和投棒落到人工井底，通堵工作完成。投棒的材质可选用密度较大的铅或钨制成。

本实施例的优点是结构简单，操作方便，缺点是管柱内无法承受太高的压力(压力过高剪钉19会被剪断)，限制了串联于管柱上的、采用压力开启的井下工具的应用。另外，受油井斜度、投棒重量、剪钉19加工精度等因素的影响，剪钉19存在无法剪断的可能。

实施例二：

如图4和图5所示，作为进一步的技术方案，所述封堵装置包括球座20、解锁球22、滑动销24、滑动块23、弹簧A21和弹簧B25，所述球座20和下接头5的侧壁上设置有径向通孔，所述的弹簧B25、滑动块23和滑动销24均安装在该径向通孔内，其中，滑动销24滑动安装在球座20上，滑动块23在弹簧B25的弹力作用下始终抵靠在滑动销24的端面上，所述球座20内设置有与所述解锁球22匹配的球槽，当解锁球22落于球槽过程中，滑动销24在解锁球22的推动作用下沿其自身的轴线方向滑动，当解锁球22落在球槽的最底部时，滑动销24和滑动块23之间的贴合面恰好位于球座20外侧的圆柱面上。

本实施例采用投球开启的方式来代替实施例一中的投棒开启方式，投入解锁球22前，滑动块23卡在下接头5和球座20之间，从而将球座20稳固地连接在下接头5上，投入解锁球后，滑动块23和滑动销24滑动至如图5所示的位置，处于此位置时，滑动块23对球座20的锁定作用解除，球座20连同解锁球22一同下落至人工井底。

本实施例的优点是工作可靠性高，对大斜度井的适应性较好，也能保证管柱内能承受较高的压力。

作为进一步的技术方案，所述下接头5与球座20之间设置有弹簧A21，球座20在弹簧A21的弹力作用下始终保持向下的运动趋势。弹簧A21的设置可使球座20与下接头5更容易脱离。

实施例三：

如图6所示，作为进一步的技术方案，所述封堵装置包括密封座27、活塞26和锁销28，所述活塞26从上侧安装在密封座27中央的盲孔内，密封座27的侧壁上加工有径向通孔，所述锁销28插装在该径向通孔内，下接头5的内壁上加工有与所述锁销28匹配的环形槽，锁销28的一端插在该环形槽内，锁销28的另一端抵在所述活塞26的外侧；

所述活塞26与密封座27之间的密封面上设置有两个密封圈14，密封座27的实体内加工有平衡通道33，平衡通道33的一端通向活塞26外侧的两个密封圈14之间，平衡通道33的另一端通向密封座27的下侧；

所述活塞26的下侧设置有空气腔34。

本实施例的优点是，无需投棒或投球，而只需正常启动抽油机便可将封堵装置的封堵解除。具体而言，抽油机启动后，在抽油泵的抽吸作用下，活塞26向上移动，空气腔34的设置可保证活塞26可向上小范围移动而不至于被真空完全吸住。当活塞26外侧的位于下侧的密封圈14越过平衡通道33的端口时，平衡通道33与空气腔34连通，从而使空气腔34内的真空彻底解除，进而使活塞26得以继续向上移动直至活塞26外侧面对锁销28的限位作用解除。此时，锁销28得以横向移动，从而使密封座27和下接头5之间的连接关系解除。

作为进一步的技术方案，所述下接头5与密封座27之间设置有弹簧C29，密封座27在弹簧C29的弹力作用下始终保持向下的运动趋势。弹簧C29的设置可使密封座27与下接头5更容易脱离。

作为进一步的技术方案，所述下接头5的下端设置有刮蜡刃口6，可在下井时对套管内壁油污进行刮除清理，保证下管柱时不卡滞。

为了提高工作筒组件和堵塞器组件之间的密封性能，本发明中，所述堵塞器组件中，凸轮B11和下凸轮座15以下部分还可采用如下替换结构，该替换结构包括压套36、活塞杆38、端头39、驱动杆35和橡胶套40，压套36通过螺纹连接在下凸轮座15的下端，活塞杆38的上部设置有两个密封区段，称为上密封段和下密封段，上密封段插装在下凸轮座15底部的通孔内并与该通孔的内壁滑动密封，下密封段的外壁与压套36的内壁滑动配合并密封，所述端头39通过螺纹连接在活塞杆38的下端，所述橡胶套40套在活塞杆下部的外侧，橡胶套40的上端通过压套36的下端面限位，橡胶套40的下端通过端头的上端面限位，所述活塞杆38顶部的中央加工有盲孔，所述驱动杆35插装在该盲孔内，所述活塞杆38的侧面加工有径向通孔，该径向通孔内安装有滑杆44，压套36的内壁上加工有与所述滑杆对应的凹槽，所述滑杆44的一端插在该凹槽内，滑杆44的另一端抵在所述驱动杆35的外壁上，从而将活塞杆38锁定在压套36上(如图8所示)，所述驱动杆35的外侧设置有供滑杆44进入的退位槽45，当滑杆44的一端进入退位槽45后，滑杆44的另一端从压套36内侧的凹槽内脱出，从而解除压套36和活塞杆38之间的锁定状态，驱动杆35的上端抵在所述凸轮B11上，所述压套36和活塞杆38之间的设置有弹簧D37，活塞杆38在弹簧D37的弹力作用下始终保持向上的运动趋势。

向工作筒组件内投入堵塞器组件时，凸轮B11上的伸出部16被触碰，并使凸轮B11在图7所示的状态下逆时针旋转，驱动杆35在凸轮B11的作用下向下移动，使滑杆44的端部与驱动杆35上的退位槽45对正，继而将压套36和活塞杆38之间的锁定状态解除，锁定状态解除后，活塞杆38在弹簧D37的作用下向上移动，从而压缩橡胶套40，使橡胶套40的直径增大。与采用密封圈14密封相比，这种压缩密封的方式不但可以改善工作筒组件与堵塞器组件之间的密封效果，而且可防止堵塞器组件下井过程中密封件损坏。

作为进一步的技术方案，还可在活塞杆38上的上密封段与压套36之间的环形空间内抽真空，通过抽真空可大幅提高橡胶套40承受的挤压力，从而进一步大幅改善密封性能。

另外，为了实现抽真空过程，可在压套36的侧壁上加装逆止阀，使压套36内侧的空气只能出不能进。为了使驱动杆35在凸轮B11旋转前保持稳定的位置状态，可在驱动杆35上设置尼龙销43，凸轮B11旋转后尼龙销43很容易剪断，因此不会阻碍驱动杆35的下移。

Claims (8)

1.一种可泄压的双锁防喷工作筒，其特征在于：包括工作筒组件和堵塞器组件；

工作筒组件，包括由上至下依次通过螺纹连接的单向阀、接箍(2)、筒体(3)、密封管(4)和下接头(5)，单向阀的结构包括阀体(1)和阀球(30)，阀体(1)的侧壁上设置有阀孔(31)，阀孔(31)的轴线方向沿阀体(1)的直径方向，所述阀球(30)安装在阀孔(31)内，阀球(30)在弹簧的弹力作用下始终保持向阀座(1)的轴线靠近的运动趋势，从而将阀孔(31)封堵，所述筒体(3)的内壁上加工有上下两个环形卡接部(32)；

堵塞器组件，包括由上至下依次通过螺纹连接的配重体(7)、上凸轮座(17)、下凸轮座(15)、密封段(12)和引导头(13)；

上凸轮座(17)内安装有限位块A(8)和凸轮A(9)，凸轮A(9)通过一根横向的销轴安装在上凸轮座(17)内，销轴上安装有扭簧，凸轮A(9)上加工有伸出部(16)，凸轮A(9)在扭簧的弹力作用下始终保持使伸出部(16)从上凸轮座(17)的外圆柱面伸出的运动趋势，所述限位块A(8)卡在凸轮A(9)的侧面，从而使凸轮A(9)旋转后的极限位置得以确定，凸轮A(9)处于极限位置时，凸轮A(9)上的伸出部(16)处于伸出状态；

下凸轮座(15)内安装有限位块B(10)和凸轮B(11)，凸轮B(11)通过一根横向的销轴安装在下凸轮座(15)内，销轴上安装有扭簧，凸轮B(11)上也加工有伸出部(16)，凸轮B(11)在扭簧的弹力作用下始终保持使伸出部(16)从下凸轮座(15)的外圆柱面伸出的运动趋势，所述限位块B(10)卡在凸轮B(11)的侧面，从而使凸轮B(11)旋转后的极限位置得以确定，凸轮B(11)处于极限位置时，凸轮B(11)上的伸出部(16)处于伸出状态；

所述凸轮A(9)和凸轮B(11)上的伸出部(16)分别与工作筒组件内侧的两个环形卡接部(32)对应；

所述密封段(12)的外径与工作筒组件内的密封管(4)的内径匹配，密封段(12)与引导头(13)的结合部的外侧安装有密封圈(14)。

2.根据权利要求1所述的一种可泄压的双锁防喷工作筒，其特征在于：所述下接头(5)内安装有可通过外力开启的封堵装置。

3.根据权利要求2所述的一种可泄压的双锁防喷工作筒，其特征在于：所述封堵装置包括挡板(18)和剪钉(19)，挡板(18)的上侧通过下接头(5)内侧的止口限位，挡板(18)的下侧通过安装于下接头(5)侧壁上的剪钉(19)限位。

4.根据权利要求2所述的一种可泄压的双锁防喷工作筒，其特征在于：所述封堵装置包括球座(20)、解锁球(22)、滑动销(24)、滑动块(23)、弹簧A(21)和弹簧B(25)，所述球座(20)和下接头(5)的侧壁上设置有径向通孔，所述的弹簧B(25)、滑动块(23)和滑动销(24)均安装在该径向通孔内，其中，滑动销(24)滑动安装在球座(20)上，滑动块(23)在弹簧B(25)的弹力作用下始终抵靠在滑动销(24)的端面上，所述球座(20)内设置有与所述解锁球(22)匹配的球槽，当解锁球(22)落于球槽过程中，滑动销(24)在解锁球(22)的推动作用下沿其自身的轴线方向滑动，当解锁球(22)落在球槽的最底部时，滑动销(24)和滑动块(23)之间的贴合面恰好位于球座(20)外侧的圆柱面上。

5.根据权利要求4所述的一种可泄压的双锁防喷工作筒，其特征在于：所述下接头(5)与球座(20)之间设置有弹簧A(21)，球座(20)在弹簧A(21)的弹力作用下始终保持向下的运动趋势。

6.根据权利要求2所述的一种可泄压的双锁防喷工作筒，其特征在于：所述封堵装置包括密封座(27)、活塞(26)和锁销(28)，所述活塞(26)从上侧安装在密封座(27)中央的盲孔内，密封座(27)的侧壁上加工有径向通孔，所述锁销(28)插装在该径向通孔内，下接头(5)的内壁上加工有与所述锁销(28)匹配的环形槽，锁销(28)的一端插在该环形槽内，锁销(28)的另一端抵在所述活塞(26)的外侧；

所述活塞(26)与密封座(27)之间的密封面上设置有两个密封圈(14)，密封座(27)的实体内加工有平衡通道(33)，平衡通道(33)的一端通向活塞(26)外侧的两个密封圈(14)之间，平衡通道(33)的另一端通向密封座(27)的下侧；

所述活塞(26)的下侧设置有空气腔(34)。

7.根据权利要求6所述的一种可泄压的双锁防喷工作筒，其特征在于：所述下接头(5)与密封座(27)之间设置有弹簧C(29)，密封座(27)在弹簧C(29)的弹力作用下始终保持向下的运动趋势。

8.根据权利要求1-7所述的一种可泄压的双锁防喷工作筒，其特征在于：所述下接头(5)的下端设置有刮蜡刃口(6)。

Images