CN102489738A - 油气井用射孔枪内盲孔的加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气井用射孔枪内盲孔的加工方法及装置，解决了以往需通过长距离动力传动所造成的转动不稳定等问题。本发明提供的油气井用射孔枪内盲孔的加工装置包括：1)安装在刀具连杆上的钻具组件和支撑装置；2)立式铣床。加工时将射孔枪枪身装夹在立式铣床的工作台上，利用铣床工作台移动射孔枪枪身，使钻具组件和支撑装置伸入射孔枪枪身内，并使钻具组件的钻头位于加工内盲孔的位置；然后通过支撑装置的内胀机构将刀杆与射孔枪枪身锁紧，形成固定支撑，立式铣床的动力传输杆穿过射孔枪枪身的泄压孔，并通过啮合方式与钻具组件的钻头连接，动力传输杆带动钻具组件的钻头旋转和实现钻进进给，直至完成内盲孔的加工。

Description

油气井用射孔枪内盲孔的加工方法及装置

技术领域

本发明属于机械加工领域，尤其涉及油气井用射孔枪内盲孔的加工方法及装置。

背景技术

目前，油气井用射孔枪广泛采用枪身外壁加工外盲孔或无盲孔的方式，这就使深穿透射孔弹在枪身内的炸高过低，远小于理想炸高，导致射孔弹爆轰后产生的聚能射流过早地遇到阻碍，射孔弹聚能效应及能量发挥不充分，从而降低了射孔器的穿透深度。根据射孔弹爆轰理论，当射孔弹炸高小于理想炸高时，增加炸高可以显著增加射孔穿深。与外盲孔或无盲孔射孔枪相比，采用在枪身内壁加工内盲孔可增加射孔弹枪内炸高，相应提高穿透深度。现有公知的在枪身内壁加工内盲孔主要采用两种办法：(一)在枪身外壁钻台阶通孔，然后选择相同的材料制成片或压盖，用焊接或压入的工艺方法封堵台阶孔部分，造成内盲孔。(二)设计了一种超长杆，利用齿轮组或链轮组将切削动力从超长杆的一端传导到固定在超长杆另一端的刀具上，随后通过枪身的运动实现内盲孔切削的进给运动；该方法存在以下三方面缺陷：(1)无论是采取齿轮组还是链轮组实现超长杆传递动力，均不可避免的存在较严重的功率损失，造成动力成本增加；(2)链轮传动无法实现真正意义上的连续传动，造成刀具转动不稳定、不连续，影响内盲孔加工的质量；同时由于传动不稳定造成的齿轮组或链轮组组件频繁损坏更换，导致装置使用效率降低；(3)受射孔枪内径的制约，超长杆的直径与长度相比过小，超长杆与钻具同时实现进给运动时，刚度不够，造成预先设定的进给深度与实际加工的深度出现较大的差异，严重影响内盲孔加工的质量。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种油气井用射孔枪内盲孔的加工方法及装置，它无需通过长距离动力传动，直接在射孔枪枪身内壁加工出内盲孔，并且可保证内盲孔的尺寸精度。

本发明提供的油气井用射孔枪内盲孔的加工方法如下：

1)装有钻头的钻具组件安装在刀具连杆的一端，刀具连杆的另一端固定在支架上，使钻具组件的钻头回转中心与立式铣床的动力传输杆的中心线同轴；在钻具组件的一旁还设有刀具连杆支撑座；

2)将射孔枪枪身装夹在立式铣床的工作台上，再将装在刀具连杆上的钻具组件和刀具连杆支撑座伸入射孔枪枪身内，并使钻具组件的钻头位于需要在射孔枪枪身加工内盲孔的位置；

3)利用刀具连杆支撑座上的胀紧机构将刀具连杆支撑座锁紧在射孔枪枪身内壁上，形成刀具连杆在射孔枪枪身上的固定支撑；

4)立式铣床的动力传输杆穿过射孔枪枪身的泄压孔，并通过啮合方式与钻具组件的钻头连接，譬如动力传输杆与钻具组件的钻头可采用凹凸啮合方式连接；

5)立式铣床的动力传输杆带动钻具组件的钻头旋转，并通过立式铣床的动力传输杆实现钻进进给，直至完成内盲孔的加工；

6)立式铣床的动力传输杆回退到射孔枪枪身外，钻具组件的钻头在复位弹簧的作用下也回退到射孔枪枪身内；

7)刀具连杆支撑座上的胀紧机构解锁，移动和旋转射孔枪枪身，使钻具组件的钻头对准射孔枪枪身下一个内盲孔的加工位置，夹紧射孔枪枪身后再按照步骤3)、步骤4)和步骤5)加工下一个内盲孔。

上述钻具组件的钻头转速一般为50～300转/分钟。

本发明提供的油气井用射孔枪内盲孔的加工装置包括：

1)钻具组件、安装在支架上的刀具连杆和刀具连杆支撑座，钻具组件安装在刀具连杆的一端，刀具连杆支撑座也装在刀具连杆上并位于钻具组件的旁边，钻具组件和刀具连杆支撑座可伸入射孔枪枪身内；

1.1)钻具组件主要由滑套、复位弹簧和装在滑套内的钻头组成，滑套装在刀具连杆的滑孔内并被支撑在复位弹簧上；

1.2)刀具连杆支撑座上设有胀紧机构；

2)立式铣床和装在立式铣床工作台上的射孔枪枪身夹具；

3)钻具组件的钻头回转中心与立式铣床的动力传输杆的中心线同轴，其中钻头上端部与立式铣床的动力传输杆下端部可以啮合在一起。

本发明由立式铣床提供切削运动及进给运动的动力和速度，经动力传输机构以开放式啮合的方式带动钻具组件旋转进行切削，同时将立式铣床的进给运动传输给钻具组件，实现钻具的进给运动。安装在刀具连杆上的刀具连杆支撑座和胀紧机构可以锁紧刀具连杆和射孔枪身内壁，形成牢固的固定支撑，并且刀具连杆支撑座在钻具组件的近旁，因而大大增加了内盲孔加工过程中装置整体的刚性。

本发明与现有的内盲孔加工工艺比较，还具有以下优点：

1、消除了现有方法中由于长距离动力输送带来的切削动力传输不连续、不稳定的问题。

2、由于加工过程中装置整体的刚性好，传输平稳，因而内盲孔的加工精度高、加工质量稳定，特别是长规格射孔枪的内盲孔尺寸一致性更好。另外，本发明钻具组件与动力传输杆之间采用可离合的方式，所以加工出的内盲孔直径不受泄压孔孔径的限制，可以加工出远大于泄压孔直径的内盲孔。

3、节能降耗，在相同的工件加工条件下，与现有的内盲孔加工工艺相比节能50％以上。

4、加工装置结构简单，加工成本及设备维修成本低。

附图说明

图1是本发明内盲孔加工装置的结构简图。

图2是本发明刀具连杆支撑座的一种结构图。

图中编号：1、立式铣床，2、动力传输杆，3、射孔枪泄压孔，4、深度限位触头，5、钻具组件，6、刀具连杆，7、刀具连杆支撑座，8、胀紧机构，9、射孔枪枪身，10、支架，11、内盲孔，12、立式铣床工作台，13、射孔枪枪身夹具，51、滑套，52、钻头，53、轴承压盖，54、轴承，55、轴承垫圈，56、复位弹簧，81、机壳，82、胀紧销，83、胀紧弹簧，84、锥形胀紧体，85、传动套筒，86、推进丝套，87、手柄。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的内容加以详细说明。

实施例

加工射孔枪枪身上的内盲孔参数为：孔密：16孔/米、相位：90°、相邻孔间距：62.5mm、内盲孔钻削深度：5±0.5mm、内盲孔孔径：Φ26mm，射孔枪枪身长度：6m。

如图1所示，内盲孔加工装置包括立式铣床1、钻具组件5、刀具连杆6、支架10、刀具连杆支撑座7和胀紧机构8。钻具组件5装在刀具连杆的端部，它主要由滑套51、钻头52和复位弹簧56组成，滑套51装在刀具连杆的滑孔内，复位弹簧56位于滑套51台阶和刀具连杆台阶之间，即滑套51被支撑在复位弹簧56上。

钻头52与滑套51之间设有两个轴承54，两个轴承54之间设有轴承垫圈55，轴承压盖53用于轴承的轴向定位。

动力传输杆2的一端固定在立式铣床1的主轴刀具孔内，另一端可穿过射孔枪泄压孔3进入射孔枪枪身9内。

钻头52的顶端设有“一”字凹槽，该凹槽与立式铣床的动力传输杆2下端部的“一”字形凸起形成凹凸啮合连接，即“一”字形凸起可以插入“一”字凹槽中。

参见图2，胀紧机构8由机壳81、伸出机壳外的胀紧销82、胀紧弹簧83、锥形胀紧体84、传动套筒85、推进丝套86和装在推进丝套上的手柄87组成，其中胀紧销82的下端位于锥形胀紧体84的锥面上，胀紧弹簧83位于机壳和锥形胀紧体之间，锥形胀紧体84和传动套筒85套在刀具连杆上，传动套筒套的一端与锥形胀紧体连接，另一端与推进丝套连接，推进丝套与刀具连杆螺旋连接。本胀紧机构8只是本发明的一个实例，其它现有的内胀机构也可用于本发明。

本实例的内盲孔加工过程如下：

1)刀具连杆6与铣床的主轴调整好相对位置，保证钻头52的回转中心与动力传输杆2的中心线同轴；

2)通过射孔枪枪身夹具13将射孔枪枪身装夹在立式铣床的工作台12上，通过铣床工作台12的水平运动带动射孔枪枪身横向进给，使装在刀具连杆上的钻具组件5和刀具连杆支撑座7伸入射孔枪枪身9内，并使钻具组件的钻头52位于需要在射孔枪枪身加工内盲孔11的位置；

3)利用刀具连杆支撑座上的胀紧机构将刀具连杆支撑座锁紧在射孔枪枪身内壁上，即：转动手柄87，推进丝套86前进，进而通过传动套筒85推动锥形胀紧体84沿刀具连杆的轴线方向前进，使胀紧销82沿垂直于刀具连杆的轴线方向向外运动，将胀紧销和连杆支撑座顶紧在射孔枪枪身的内壁上，形成刀具连杆在射孔枪枪身上的固定支撑；

4)立式铣床的动力传输杆2穿过射孔枪枪身的泄压孔3，并与钻具组件的钻头52啮合连接；

5)立式铣床的动力传输杆2带动钻具组件的钻头52旋转和钻进进给，钻头转数为200转/分钟，直至完成内盲孔的加工。

钻头52的钻进进给可通过立式铣床的主轴手动或自动纵向进给完成的，即：动力传输杆2推动滑套51下移，带动钻头52下移。

为了实现自动钻进进给，在立式铣床上设有与动力传输杆2同步上下移动的深度限位触头4。钻进深度由深度限位触头调节，使内盲孔的深度控制直观可靠。如果钻头需要修磨，可通过对深度限位触头的调节修正限位。

6)内盲孔加工结束后，动力传输杆2上升，离开射孔枪枪身9，滑套51在复位弹簧56的作用下带动钻具组件5复位。

加工下一个内盲孔时，胀紧机构回位，解除刀具连杆支撑座与射孔枪枪身内壁的锁紧关系，移动和旋转射孔枪枪身，使钻头52对准下一个内盲孔的加工位置，然后根据步骤3)至步骤5)进行内盲孔的加工。

为了提高各内盲孔间的相位精度，在立式铣床工作台上可设置一个分度装夹机构，通过该分度装夹机构可以较精确的使射孔枪枪身旋转一定角度。分度装夹机构可采用现有的分度装夹机构。

Claims (8)

1.油气井用射孔枪内盲孔的加工方法，其特征是步骤如下：

1)装有钻头的钻具组件安装在刀具连杆的一端，刀具连杆的另一端固定在支架上，使钻具组件的钻头回转中心与立式铣床的动力传输杆的中心线同轴；在钻具组件的一旁还设有刀具连杆支撑座；

2)将射孔枪枪身装夹在立式铣床的工作台上，再将装在刀具连杆上的钻具组件和刀具连杆支撑座伸入射孔枪枪身内，并使钻具组件的钻头位于需要在射孔枪枪身加工内盲孔的位置；

3)利用刀具连杆支撑座上的胀紧机构将刀具连杆支撑座锁紧在射孔枪枪身内壁上，形成刀具连杆在射孔枪枪身上的固定支撑；

4)立式铣床的动力传输杆穿过射孔枪枪身的泄压孔，并通过啮合方式与钻具组件的钻头连接；

5)立式铣床的动力传输杆带动钻具组件的钻头旋转，并通过立式铣床的动力传输杆实现钻进进给，直至完成内盲孔的加工；

6)立式铣床的动力传输杆回退到射孔枪枪身外，钻具组件的钻头在复位弹簧的作用下也回退到射孔枪枪身内；

7)刀具连杆支撑座上的胀紧机构解锁，移动和旋转射孔枪枪身，使钻具组件的钻头对准射孔枪枪身下一个内盲孔的加工位置，夹紧射孔枪枪身后再按照步骤3)、步骤4)和步骤5)加工下一个内盲孔。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征是动力传输杆与钻具组件的钻头采用凹凸啮合方式连接。

3.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征是钻具组件的钻头转速为50～300转/分钟。

4.油气井用射孔枪内盲孔的加工装置，其特征是包括：

1)钻具组件(5)、安装在支架上的刀具连杆(6)和刀具连杆支撑座(7)，钻具组件安装在刀具连杆的一端，刀具连杆支撑座也装在刀具连杆上并位于钻具组件的旁边，钻具组件和刀具连杆支撑座可伸入射孔枪枪身(9)内；

1.1)钻具组件(5)主要由滑套(51)、复位弹簧(56)和装在滑套内的钻头(52)组成，滑套(51)装在刀具连杆的滑孔内并被支撑在复位弹簧上；

1.2)刀具连杆支撑座(7)上设有胀紧机构(8)；

2)立式铣床(1)和装在立式铣床工作台上的射孔枪枪身夹具；

3)钻具组件的钻头(52)回转中心与立式铣床的动力传输杆(2)的中心线同轴，其中钻头上端部与立式铣床的动力传输杆下端部可以啮合在一起。

5.根据权利要求4所述的内盲孔的加工装置，其特征是胀紧机构(8)由机壳(81)、伸出机壳外的胀紧销(82)、胀紧弹簧(83)、锥形胀紧体(84)、传动套筒(85)、推进丝套(86)和装在推进丝套上的手柄(87)组成，其中胀紧销(82)的下端位于锥形胀紧体(84)的锥面上，胀紧弹簧(83)位于机壳和锥形胀紧体之间，锥形胀紧体(84)和传动套筒(85)套在刀具连杆上，传动套筒套的一端与锥形胀紧体连接，另一端与推进丝套连接，推进丝套与刀具连杆螺旋连接。

6.根据权利要求4或5所述的内盲孔的加工装置，其特征是钻头(52)的顶端设有“一”字凹槽，该凹槽与立式铣床的动力传输杆(2)下端部的“一”字形凸起，形成凹凸啮合连接。

7.根据权利要求6所述的内盲孔的加工装置，其特征是在立式铣床上设有与动力传输杆(2)同步上下移动的深度限位触头(4)。

8.根据权利要求4或5所述的内盲孔的加工装置，其特征是立式铣床工作台上设有一个分度装夹机构。

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