一种防井喷封隔器及其液压抢喷装置的制作方法

[0001]
本发明涉及石油作业装备技术领域，特别是涉及一种防井喷封隔器及其液压抢喷装置。


背景技术：

[0002]
在石油钻井过程的各个阶段以及正常的采油过程中都可能出现油或气喷出地面或流入井内其它地层导致井喷事故的发生。目前，抢防喷井口需要人工安装抢防喷装置到井口上，环境艰苦，危险性高；在现有的抢防喷装置中封隔器是油田用于试油、采油、注水和油层改造过程中不可或缺的井下工具；在采油工程中封隔器用于产层分层，封隔器内部设计有采油通道，外部有封隔元件，主要为密封胶筒，封隔器具有坐封和解封的功能。通常封隔器为适应不同井下工况，设计有一定参数范围的密封压力，然而在采油过程中，井下情况是复杂多变的，尤其在注水驱油等采油方式下，水井内压力普遍高于油井，容易诱发井喷、井涌等情况发生。
[0003]
因此，亟需提供一种既拥有足够的封隔能力，又便于安全操作的抢喷装置。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种密封效果好且便于安全操作的防井喷封隔器及其液压抢喷装置。
[0005]
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种防井喷封隔器，包括封隔本体以及由上至下依次套接在封隔本体外壁上的转动外套管、转动锥体和卡瓦，所述转动外套管的上端与转动驱动机构相连接，所述转动外套管的下端与所述转动锥体的上端螺纹连接，所述转动锥体的下端设置有外锥面，所述卡瓦上设置有与所述外锥面配合连的内锥面；所述转动外套管的外壁上设置有用于密封的压缩膨胀部，所述压缩膨胀部的下端位于所述卡瓦的上方，且所述压缩膨胀部的上端与压缩驱动机构相连接。
[0006]
优选地，所述转动外套管包括呈阶梯下降连接的上外套管和下耐磨套管，所述上外套管与所述转动驱动机构相连接，所述下耐磨套管与所述转动锥体的上端螺纹连接；所述压缩膨胀部设置在所述下耐磨套管上。
[0007]
优选地，所述上外套管和所述下耐磨套管为一体成型结构，或者所述上外套管和所述下耐磨套管为分体式连接结构，所述上外套管通过管螺纹与所述下耐磨套管相连接。
[0008]
优选地，所述转动锥体包括相连接的上锥体和下锥体，所述转动外套管的下端与所述上锥体的上端螺纹连接，所述外锥面设置在所述下锥体上。
[0009]
优选地，所述上锥体与所述下锥体为一体成型结构，或者所述上锥体与所述下锥体为分体式连接结构，所述上锥体与所述下锥体插接连接。
[0010]
优选地，当所述上锥体与所述下锥体为分体式连接结构，所述封隔本体上设置有用于限制所述下锥体向上位移的限位套筒，并且所述下锥体的下方设置有用于复位的锥体复位弹簧。
[0011]
优选地，所述卡瓦通过配合使用的安装座安装在所述封隔本体上。
[0012]
优选地，所述转动驱动机构包括相连接的转动液压马达、回转式减速器和轴向滑套，所述轴向滑套的内壁通过轴向键与所述转动外套管的外壁相连接；所述压缩驱动机构包括相连接的压缩伸缩部和施压部，所述压缩伸缩部对称设置在所述施压部的上表面，所述施压部的下表面与所述压缩膨胀部的上端接触连接。
[0013]
优选地，所述轴向滑套能与所述转动外套管产生轴向滑动。
[0014]
本发明还提供一种应用上述所述防井喷封隔器的液压抢喷装置，包括滑动连接的下支撑架和上支撑架，所述下支撑架的底部设置有用于移动装置的前轮和后轮，所述下支撑架上对称设置有用于固定井口套管的锁紧机构；所述上支撑架包括由下至上依次连接的固定架、伸缩架和上移动机构，所述固定架与所述下支撑架滑动连接，且所述固定架通过横向伸缩部与所述下支撑架相连接，所述伸缩架通过竖向伸缩部与所述固定架相连接，所述上移动机构包括与所述伸缩架滑动连接的封隔器固定架，所述伸缩架与所述封隔器固定架之间设置有封隔器伸缩部，所述封隔器固定架的滑动方向与所述上支撑架的滑动方向相垂直，所述封隔器固定架与所述防井喷封隔器中的所述转动驱动机构、所述压缩驱动机构以及所述封隔本体固定连接。
[0015]
优选地，所述前轮固定安装在前轮固定架上，所述前轮固定架与所述下支撑架固定连接；所述后轮固定安装在万向固定架上，所述万向固定架通过销轴连接到后轮固定架上，所述后轮固定架与所述下支架固定连接。
[0016]
优选地，所述锁紧机构包括固定在所述下支撑架上的卡爪箱以及设置在所述卡爪箱上且沿锁紧方向依次连接的锁紧液压马达、螺杆、滑块和卡爪总成，对称布置的所述卡爪总成能锁紧套管。
[0017]
本发明相对于现有技术取得了以下有益效果：
[0018]
1、本发明提供的防井喷封隔器中，采用将转动外套管的两端分别与转动驱动机构和转动锥体相连接，转动锥体与卡瓦配合连接，且在转动外套管的外壁上设置有与压缩驱动机构相连接的压缩膨胀部的方式，使得转动驱动机构可以通过驱动转动外套管，进而带动转动锥体张开卡瓦，压缩驱动机构通过驱动压缩膨胀部，进而使得压缩膨胀部进行膨胀，即通过采用上述方式，将卡爪与压缩膨胀部进行独立动作；从而通过先后操作可以实现先张紧卡瓦嵌入套管内壁上，再胀起密封胶筒的技术效果，避免了卡瓦张紧与密封胶筒张开同时作用时的作用力不足的问题；
[0019]
2、本发明提供的液压抢喷装置中，采用设置滑动连接的下支撑架和上支撑架，且在下支撑架上设置锁紧机构，在上支撑架上设置防井喷封隔器的方式，使得锁紧结构和封隔结构相分离，避免两者相互影响，同时采用设置在横向伸缩部、封隔器伸缩部以及竖向伸缩部的方式，使得封隔器能够快速、依次完成锁紧中的前后对中、左右对中以及升降运动，有利于装置的安全操作。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图
获得其他的附图。
[0021]
图1为本发明中防井喷封隔器的整体结构示意图；
[0022]
图2为图1中卡瓦张开状态时的局部放大图；
[0023]
图3为图1中单向阀打开状态时的局部放大图；
[0024]
图4为图1中单向阀关闭状态时的局部放大图；
[0025]
图5为图1中上锥体的结构示意图；
[0026]
图6为本发明中液压抢喷装置的整体结构示意图；
[0027]
图7为图6的侧视图；
[0028]
图8为图6的俯视图；
[0029]
图9为图6中锁紧机构的结构示意图；
[0030]
图10为本发明中下支撑架上设置限位块的结构示意图；
[0031]
其中，锁紧机构1、横向伸缩部2、固定架3、竖向伸缩部4、轴向滑套5、伸缩架6、封隔器固定架7、回转式减速器9、中心连接管10、封隔器伸缩部12、压缩伸缩部13、施压部14、防井喷封隔器15、滑轨16、前轮17、前轮固定架18、下支撑架19、限位块1901、套管20、万向固定架21、后轮22、后轮固定架23、转动液压马达24、导向连杆25、卡爪板26、卡爪总成27、滑块28、螺杆29、卡爪箱30、锁紧液压马达31、上外套管32、隔环33、下防突环34、扶正器35、安装座36、卡瓦37、下锥体38、限位套管39、上锥体40、压缩膨胀部41、耐磨套管42、上防突环43、单向阀45、轴向键46、单向阀本体451、单向阀限位板452、单向阀弹簧453、单向阀侧开孔454、单向阀滑套455、单向阀出口456。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种密封效果好且便于安全操作的防井喷封隔器及其液压抢喷装置。
[0034]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0035]
如图1-5所示，本发明提供一种防井喷封隔器15，包括封隔本体以及由上至下依次套接在封隔本体外壁上的转动外套管、转动锥体和卡瓦37，转动外套管的上端与转动驱动机构相连接，转动外套管的下端与转动锥体的上端螺纹连接，转动锥体的下端设置有外锥面，卡瓦37上设置有与外锥面配合连的内锥面；转动外套管的外壁上设置有用于密封的压缩膨胀部41，压缩膨胀部41的下端位于卡瓦37的上方，且压缩膨胀部41的上端与压缩驱动机构相连接。其中，封隔本体还包括其他的结构，例如如图1所示的中心连接管10、单向阀以及扶正器35等结构，由于现有的封隔器中大部分也都存在着相应功能的其他结构，当然也会存在着如位置或者具体结构上的差别，例如如图3所示，本发明中单向阀45包括单向阀本体451、单向阀限位板452、单向阀弹簧453、单向阀侧开孔454、单向阀滑套455、单向阀出口456；当井内有高压液体向上冲出时，由压力差带动单向阀滑套455向上滑动，滑动到单向阀
出口456处与单向阀出口456接触，形成密闭空间，实现向上方向关闭；高压液体的冲击力越大，单向阀关闭越紧；当外部管汇连接中心连接管10并向井内打入高压泥浆时，当高压泥浆压力大于井内高压液体压力时，单向阀滑套455在压力差作用下向下滑动，滑动至单向阀限位板452处由单向阀限位板452限制运动，此时单向阀出口456打开，通路开启，高压泥浆经过单向阀出口456并通过单向阀侧开孔454进入井内，实现向下方向打开。本发明中防井喷封隔器15的工作过程为：当封隔器的下端下放至井口或套管20内一段长度，转动驱动机构带动转动外套管带动，其中，转动驱动机构为现有的技术中的驱动结构，如由电机马达等驱动齿轮或者如下的类齿轮结构，使得转动外套管能够随着转动驱动结构，在封隔本体的外壁上进行周向转动；由于转动外套管与转动锥体是螺纹连接的，所以当转动外套管转动时，将会带动转动锥体进行旋转、下降运动，转动锥体下降过程中将对卡瓦37进行锥面接触，进而使得卡瓦37向外张开，随后通过压缩驱动机构对若干个压缩膨胀部41进行压缩、膨胀，实现对井口的封闭工作；此处需要注意的是：为了避免转动锥体不能相对与转动外套管产生相对运动，可以通过增大外部摩擦力的方式，例如将压缩膨胀部41的下端与转动锥体的下端相挤压、接触，或者单独设置一个类似于压缩膨胀部41，可压缩变形的结构，如弹簧等，随着转动锥体的移动，时刻对转动锥体提供挤压力，使得转动锥体能够被固定，进而在轴向上相对于转动外套管产生相对移动，当然在初始状态时，若卡瓦37上的内锥面能够对转动锥体上的外锥面产生一定的挤压作用，使得转动锥体能够相对于转动外套管产生轴向位移也是可以，至于转动锥体和卡瓦37的相对位置，可以通过设置下述的限位套管39的方式得以实现；压缩膨胀部41优选为橡胶筒，相邻的压缩膨胀部41之间设置有隔环33，最上方的压缩膨胀部41的上端面设置有上防突环43，最下方的压缩膨胀部41的下端面设置有下防突环34；压缩驱动机构可以为伸缩油缸或气缸等现有的部件，当然也可以通过电机配合螺纹杆等具备升降功能的结构实现，只要具备伸、缩或者升降等功能就可以，当然优选为可以用于自动化控制的零部件，如伸缩油缸。
[0036]
一方面为了增强装置的使用寿命，另一方面也为了增强结构之间的配合关系，提高装置结构的组合利用效果，使得装置的结构更加简单；本发明中转动外套管包括呈阶梯下降连接的上外套管32和下耐磨套管42，此处的阶梯下降的结构便于位于上部的结构与转动驱动机构相连接，即便于上外套管32与转动驱动机构相连接，还避免了压缩膨胀部41的外边缘过于突出导致结构体积大，以及可能会衍生出闸瓦行程过程等等问题，下耐磨套管42与转动锥体的上端螺纹连接；同时将压缩膨胀部41设置在下耐磨套管42上，避免了压缩膨胀部41受到挤压力以及冲击力过大导致摩擦力过大的问题；并且为了进一步的精简结构，保障转动锥体可以实现相对运动，将压缩膨胀部41的上端抵接在阶梯面上，压缩膨胀部41的下端抵接在转动锥体的上端面。
[0037]
进一步的，上外套管32和下耐磨套管42的连接方式是多种多样的，本发明中上外套管32和下耐磨套管42为一体成型结构，或者上外套管32和下耐磨套管42为分体式连接结构，上外套管32通过管螺纹与下耐磨套管42相连接，优选的方式为后面的管螺纹连接。
[0038]
为了便于制造以及后期的安装工作，同时提高结构运行的灵敏度，本发明中转动锥体包括相连接的上锥体40和下锥体38，转动外套管的下端与上锥体40的上端螺纹连接，外锥面设置在下锥体38上。进一步的，本发明中上锥体40与下锥体38为一体成型结构，或者上锥体40与下锥体38为分体式连接结构，上锥体40与下锥体38插接连接，上锥体40可以优
选为如图9所示的结构，也可以将上锥体40与下锥体38采用过盈配合的装配方式进行安装。
[0039]
本发明中当上锥体40与下锥体38为如图9所示的分体式连接结构，为了避免上锥体40与下锥体38分离时，下锥体38过渡脱离原位，即通过限制限位的方式，在封隔本体上设置有用于限制下锥体38向上位移的限位套筒，并且下锥体38的下方设置有用于复位的锥体复位弹簧；当然需要时该限位套筒的上方可以通过设置限位凸起等结构对上锥体40的位移进行一定的限位。
[0040]
如图2所示，本发明中卡瓦37通过配合使用的安装座36安装在封隔本体上，以便于安装和使用。
[0041]
作为一种具体的实施方式本发明中转动驱动机构包括相连接的转动液压马达24、回转式减速器9和轴向滑套5，轴向滑套5的内壁通过轴向键与转动外套管的外壁相连接；压缩驱动机构包括相连接的压缩伸缩部13和施压部14，压缩伸缩部13对称设置在施压部14的上表面，施压部14的下表面与压缩膨胀部41的上端接触连接。
[0042]
本发明中轴向滑套5能与转动外套管产生轴向滑动；施压部14上设置有导向杆。
[0043]
如图6-9所示，本发明还提供一种应用上述防井喷封隔器15的液压抢喷装置，包括滑动连接的下支撑架19和上支撑架，下支撑架19的底部设置有用于移动装置的前轮17和后轮22，下支撑架19上对称设置有用于固定井口套管20的锁紧机构；上支撑架包括由下至上依次连接的固定架3、伸缩架6和上移动机构，固定架3与下支撑架19滑动连接，且固定架3通过横向伸缩部2与下支撑架19相连接，伸缩架6通过竖向伸缩部4与固定架3相连接，上移动机构包括与伸缩架6滑动连接的封隔器固定架7，伸缩架6与封隔器固定架7之间设置有封隔器伸缩部12，封隔器固定架7的滑动方向与上支撑架的滑动方向相垂直，封隔器固定架7与防井喷封隔器15中的转动驱动机构、压缩驱动机构以及封隔本体固定连接。
[0044]
为了便于安装以及便于移动至相应的位置，本发明中前轮17固定安装在前轮固定架18上，前轮固定架18与下支撑架19固定连接；后轮22固定安装在万向固定架21上，万向固定架21通过销轴连接到后轮固定架23上，后轮固定架23与下支架固定连接；两个后轮22的万向固定架21通过导向连杆25连接，导向连杆25通过销轴连接在万向固定架21上。
[0045]
为了便于锁紧，本发明中锁紧机构包括固定在下支撑架19上的卡爪箱以及设置在卡爪箱30上且沿锁紧方向依次连接的锁紧液压马达31、螺杆29、滑块28和卡爪总成27，对称布置的卡爪总成27能锁紧套管20；为了增加安全性能以及便于维修，在卡爪箱30上设置有可拆卸的卡抓板26。
[0046]
应用本发明液压抢喷装置的抢险工作流程如下：
[0047]
油田钻井井喷事故发生后，首先检查井口状况，然后处理井口障碍物，使井口充分暴露，在井口处留下套管20或者套管头。将整体装置推运至井口后，如图10所示，首先将下支撑架19上的限位块1901与套管20外壁进行初步定位，然后锁紧机构的液压马达旋转带动螺杆运动，利用螺旋传动，将滑块向前运动一段距离，使卡爪总成伸出卡爪箱夹紧套管20，完成生根夹紧。在生根过程中，防井喷封隔器15与套管20的轴线不能重合，要相隔一定的距离，避免套管20喷出的高压油气对整体装置的冲击，保证生根过程中装置的稳定性。利用螺旋传动自锁原理，可以保证锁紧机构夹紧套管20的可靠性；生根完成后，上支撑架在横向伸缩部2作用下在下支撑架19的滑轨16上做左右运动，封隔器固定架7在封隔器伸缩部12作用下在上支撑架的滑槽中做前后运动，从而实现防井喷封隔器15与套管20的对中；对中完成
后，伸缩架6在竖向伸缩部4作用下相对于下支撑架19向下运动，使防井喷封隔器15下放到套管20中，下放一段距离后，回转式减速器9液压马达旋转，带动轴向滑套5旋转，轴向滑套5使封隔器上外套管32产生旋转扭矩，从而使上锥体40旋转，上锥体40与下锥体38采用斜面接触，上锥体40旋转，下锥体38产生轴向位移，下锥体38与卡瓦37斜面接触，下锥体38向下移动，卡瓦37产生径向位移，从而张紧套管20内壁。随后施压部14在压缩伸缩部13的作用下向下移动，对压缩膨胀部41进行压缩，将压缩膨胀部41压进套管20内部，封闭套管20与防井喷封隔器15之间的环形空间，实现封闭井口；最后向中心连接管10的中间环空打入高压泥浆，重新建立井底压力平衡。
[0048]
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。