CN107989567A - 一种喷砂射孔内防喷工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种喷砂射孔内防喷工具，包括上芯轴、滑动外筒、中芯轴、固定棘爪、下芯轴、弹簧、滑动芯轴、扭簧、阀板和下接头；上芯轴、中芯轴、下芯轴及下接头组成油道，滑动芯轴在油道内滑动，滑动外筒套接在上芯轴外部，固定棘爪与中芯轴组合装配，阀板设置在下芯轴端部，在喷砂射孔期间，滑动芯轴始终处在下端位置，使阀板始终锁定在打开状态；当停止喷砂射孔时，通过建立油管内外压差，即环空压力大于油管内压力，滑动芯轴上移，阀板关闭，使油管内油道关闭，从而达到防喷目的。所述的喷砂射孔内防喷工具，可以避免喷砂射孔压裂期间管柱上移时井口溢流或井喷，避免环境污染，可加快施工进度，提高施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及油田喷砂射孔压裂施工及油田开采设备的技术领域，具体是一种喷砂射孔内防喷工具。
背景技术
油田喷砂射孔压裂施工期间上提管柱时，由于地表被压裂使地层内液体压力升高，油管内没有防喷措施，在上提管柱期间，油管内液体反喷，施工人员只能顶喷作业，既造成环境污染、面临环保处罚的危险，也严重影响施工进度，施工效率低。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对目前技术中的不足，提供一种喷砂射孔内防喷工具，在上提管状期间，关闭油管内部油道，防止油管内液体反喷。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种喷砂射孔内防喷工具，包括上芯轴、滑动外筒、中芯轴、固定棘爪、下芯轴、弹簧、滑动芯轴、扭簧、阀板和下接头，所述上芯轴呈现圆筒状结构，一端连接有直径较小的上导柱，上导柱连接有母接头，上芯轴外圆有不同直径的肩抬，所述上芯轴上设置有压力平衡孔，所述压力平衡孔贯穿上芯轴筒壁，压力平衡孔在外壁开口处下方设置有密封结构，上芯轴另一端连接中芯轴；所述中芯轴呈现圆筒状结构，中芯轴上端连接上芯轴，下端设置有中芯轴连接部连接下芯轴，中芯轴外壁上设置有条形孔，条形孔绕中芯轴一圈均匀分布；所述下芯轴呈现圆筒状结构，内壁和外壁具有不同直径的肩抬，下芯轴上端与中芯轴连接，下部与下接头相连，下芯轴位于下接头内一端通过销轴铰接所述阀板，下芯轴和阀板之间还设置有扭簧，阀板可围绕销轴翻转，在扭簧作用下，阀板在自由状态下处于打开状态，下芯轴下端内壁设置有条形、凸出的键体；所述下接头上连接有公接头；所述固定棘爪包括环体和棘爪主体，所述棘爪主体端部连接在环体上，棘爪主体均匀布置，数量与所述条形孔相同，所述固定棘爪与中芯轴同心安装，棘爪主体嵌入所述条形孔中，所述棘爪主体端部还设置有内外侧均有凸起的卡扣；所述滑动外筒呈现圆筒状结构，套接在上芯轴外侧，将棘爪包覆在内，滑动外筒上端设置有棘爪环扣，所述棘爪环扣端部向内凸起部分在上芯轴上导柱区域内，滑动外筒上端内壁设置有密封结构，滑动外筒下部内壁直径减小，形成支撑部，当滑动外筒位于下极限位置时，所述卡扣脱离支撑部；所述滑动芯轴同心安装在下芯轴内部，滑动芯轴上端外壁设置有卡槽，下端为弧形端面，滑动芯轴下部外壁对应下芯轴键体设置有键槽，滑动芯轴外壁设置有弹簧限位凸起，所述弹簧限位凸起下方套有弹簧，所述弹簧位于下芯轴与滑动芯轴之间，下芯轴内壁设置有肩抬限制弹簧端部位移。
作为本方案的一种改进，所述上芯轴、中芯轴、下芯轴和下接头之间通过螺纹连接。
作为本方案的一种改进，所述上芯轴螺纹连接部分下端还连接有下导柱，所述下导柱与螺纹连接部设置有密封结构，下导柱外壁与滑动芯轴上端内壁接触，滑动芯轴上端嵌入下导柱与中芯轴之间的间隙滑动，滑动芯轴卡槽上方设置有密封结构。
作为本方案的一种改进，所述滑动芯轴与下芯轴之间设置有密封结构。
作为本方案的一种改进，所述下芯轴与下接头之间设置有密封结构。
作为本方案的一种改进，所述密封结构为环形凸起及环形凸起上的密封圈槽，密封圈槽内设置有密封圈。
作为本方案的一种改进，所述压力平衡孔轴线与水平夹角为0-45°。
作为本方案的一种改进，所述条形孔数量为4-10个。
作为本方案的一种改进，所述弧形端面靠近阀板一侧切向与滑动芯轴轴线平行，远离阀板一侧切向与滑动芯轴轴线垂直。
作为本方案的一种改进，所述下接头内设置有不同直径的肩抬，滑动芯轴位于下极限位置时，阀板可在下接头与滑动形状之间的间隙中完全打开。
有益效果：本发明所述的一种喷砂射孔内防喷工具，当喷砂射孔期间，滑动芯轴始终处在下端位置，使阀板始终锁定在打开状态；当停止喷砂射孔时，通过建立油管内外压差，即环空压力大于油管内压力，滑动芯轴上移，阀板关闭，使油管内油道关闭，从而达到防喷目的。
当喷砂射孔期间，管柱内压力大于油套环空压力，滑动外筒和上芯轴之间由两个密封机构形成一个空腔，油道内高压液体由压力平衡孔进入空腔，使滑动外筒上移，同时，由于面积差的原因，滑动芯轴向下移动顶开阀板，当滑动芯轴外壁卡槽移动到固定棘爪上卡扣位置时，卡扣嵌入卡槽中，固定棘爪的棘爪主体失去内支撑，滑动外筒上移，支撑部接触卡扣外侧，限制住卡扣位置，保证卡扣内侧一直嵌入在卡槽中，使滑动芯轴位置固定，从而实现阀板开启并锁定在开启状态。
当停止喷砂射孔时，通过建立油管内外压差，即环空压力大于油管内压力，此时空腔内液体通过压力平衡孔进入管内，滑动外筒向下移动，当滑动外筒内支撑部脱离卡扣时，固定棘爪失去外支撑，卡扣内侧脱离卡槽，滑动芯轴可以移动，在弹簧及油管内向上流动的液体的共同作用下，滑动芯轴上移，由于扭簧的作用使阀板关闭。
滑动形状下端部为弧形端面，增大与阀板的接触面积，使滑动芯轴滑动过程更加平滑，同时减少因滑动芯轴与阀板长时间反复相互运动导致的磨损。
所述的喷砂射孔内防喷工具，可以避免喷砂射孔压裂期间管柱上移时井口溢流或井喷，避免环境污染，可加快施工进度，提高施工效率。
附图说明
图1、所述喷砂射孔内防喷工具结构示意图；
图2、所述上芯轴结构示意图；
图3、所述上芯轴剖视图；
图4、所述上芯轴A处放大图；
图5、所述滑动外筒结构示意图；
图6、所述滑动外筒剖视图；
图7、所述中芯轴结构示意图；
图8、所述滑动棘爪结构示意图；
图9、所述下芯轴结构示意图；
图10、所述阀板结构示意图；
图11、所述下芯轴与阀板连接后剖视图；
图12、所述滑动芯轴结构示意图；
图13、所述下接头结构示意图；
图14、所述下接头剖视图；
附图标记列表：1、上芯轴；2、滑动外筒；3、中芯轴；4、固定棘爪；5、下芯轴；6、弹簧；7、滑动芯轴；8、扭簧；9、阀板；10、下接头；11、环形凸起；12、密封圈槽；13、空腔；1a、上芯轴主体；1b、下导柱；1c、上导柱；1d、母接头；1e、压力平衡孔；2a、滑动外筒主体；2c、棘爪环扣；2d、支撑部；3a、中芯轴主体；3b、条形孔；3c、中芯轴连接部；4a、环体；4b、棘爪主体；4c、卡扣；5a、下芯轴主体；5b、肩抬；5c、下连接部；5d、下芯轴连接部；5e、键体；5f、上连接部；7a、滑动芯轴主体；7b、上滑动柱；7c、弹簧限位凸起；7d、卡槽；7e、键槽；7f、弧形端面；9a、阀板主体；9b、阀板连接部；10a、下接头主体；10b、公接头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示是一种喷砂射孔内防喷工具，包括上芯轴1、滑动外筒2、中芯轴3、固定棘爪4、下芯轴5、弹簧6、滑动芯轴7、扭簧8、阀板9和下接头10。上芯轴1、中芯轴3、下芯轴5及下接头10通过螺纹连接，固定棘爪与中芯轴3组合安装，滑动外筒2套接在上芯轴1外侧，包覆住棘爪，滑动芯轴7同心安装在下芯轴5内部，滑动形状与下芯轴5之间设置有弹簧6，下芯轴5下端通过销轴铰接所述阀板9，下芯轴5和阀板9之间还设置有扭簧8，阀板9可围绕销轴翻转，在扭簧8作用下，阀板9在自由状态下处于打开状态。
如图2和图3所示的上芯轴1呈现圆筒状结构，上芯轴1包括上芯轴主体1a、下导柱1b、上导柱1c、母接头1d和压力平衡孔1e，上芯轴主体1a上端连接上导柱1c，上导柱1c上连接有母接头1d，上芯轴主体1a下端为螺纹结构，螺母末端连接有下导柱1b，下导柱1b与螺纹连接部分及上芯轴主体1a外壁上设置有环形凸起11，环形凸起11上还设置有密封圈槽12，如图4所示为图3中A处放大图，上芯轴1主体外壁环形凸起11上方设置有贯通的压力平衡孔1e，压力平衡孔1e轴线与水平夹角为30°。
如图5和图6所示的滑动外筒2呈现圆筒状结构，滑动外筒2包括滑动外筒主体2a和棘爪环扣2c，滑动外筒主体2a上端设置有棘爪环扣2c，棘爪环扣2c端部向内凸起部分在上芯轴1上导柱1c区域内，滑动外筒2上端内壁设置有环形凸起11，环形凸起11上还设置有密封圈槽12，滑动外筒2下部内壁直径减小，形成支撑部2d。
如图7所示的中芯轴3呈现圆筒状结构，中芯轴3包括中芯轴主体3a、条形孔3b和中芯轴连接部3c，条形孔3b设置在中芯轴主体3a外壁上，条形孔3b绕中芯轴3一圈均匀分布，共有6个，中芯轴主体3a下端连接中芯轴连接部3c，中芯轴连接部3c外直径小于中芯轴主体3a中芯轴3外壁直径，条形孔3b有中芯轴主体3a上一直延伸至中芯轴连接部3c。
如图8所示的固定棘爪4包括环体4a和棘爪主体4b，所述棘爪主体4b端部连接在环体4a上，棘爪主体4b均匀布置，数量与条形孔3b相同为6个，固定棘爪4与中芯轴3同心安装，棘爪主体4b嵌入条形孔3b中，棘爪主体4b端部还设置有内外侧均有凸起的卡扣4c。
如图9所示的下芯轴5呈现圆筒状结构，下芯轴5包括下芯轴主体5a、肩抬5b、下连接部5c、下芯轴连接部5d和键体5e，下芯轴主体5a下端连接有下连接部5c，下连接部5c为螺纹结构，下连接部5c和下芯轴主体5a连接部分设置有肩抬5b，下连接部5c下端还设置有下芯轴连接部5d，下芯轴连接部5d为圆筒状结构，侧壁设置有凹槽和孔，内壁设置有台阶，台阶上方内壁设置有条形、凸出的键体5e。如图10所示为阀板9，所述阀板9包括阀板本体9a和阀板连接部9b，阀板本体9a为圆盘结构，圆盘与下芯轴连接部5d内壁配合，阀板本体9a可与下芯轴连接部5d内台阶紧密接触形成密封。图11所示为阀板9与下芯轴5连接结构剖视图，阀板连接部9b与下芯轴连接部5d通过销轴铰接，下芯轴5和阀板9之间还设置有扭簧8，阀板9可围绕销轴翻转，在扭簧8作用下，阀板9在自由状态下处于打开状态，下芯轴5上端内壁还设置有上连接部5f，上连接部5f为螺纹结构，下芯轴5内壁和下芯轴连接部5d外壁上设置有密封圈槽12。
如图12所示的滑动芯轴7呈现圆筒状结构，滑动芯轴7包括滑动芯轴主体7a、上滑动柱7b、弹簧6限位凸起、卡槽7d和键槽7e。滑动芯轴主体7a上端连接有上滑动柱7b，上滑动柱7b与滑动芯轴主体7a之间设置有弹簧6限位凸起，滑动芯轴主体7a下端面为弧形端面7f，上滑动柱7b上端外壁设置有卡槽7d，卡槽7d上方设置有环形凸起11及密封圈槽12，上滑动柱7b嵌入上芯轴1的下导柱1b与中芯轴3之间的间隙滑动。滑动芯轴主体7a下部外壁对应下芯轴5键体5e设置有键槽7e，当键槽7e与键体5e配合时，弧形端面7f靠近阀板9一侧切向与滑动芯轴7轴线平行，远离阀板9一侧切向与滑动芯轴7轴线垂直。
如图13和14所示的下接头10呈现圆筒状结构，下接头10包括下接头主体10a和连接在下接头主体10a下端的公接头10b，下接头10内设置有不同直径的肩抬，滑动芯轴7位于下极限位置时，阀板9可在下接头10与滑动形状之间的间隙中完全打开。
上述的密封圈槽12中放置有密封圈进行密封。
当喷砂射孔期间，管柱内压力大于油套环空压力，滑动外筒2和上芯轴1之间由两个密封圈形成一个空腔13，油道内高压液体由压力平衡孔1e进入空腔13，使滑动外筒2上移，同时，由于面积差的原因，滑动芯轴7向下移动顶开阀板9，当滑动芯轴7外壁卡槽7d移动到固定棘爪4上卡扣4c位置时，卡扣4c嵌入卡槽7d中，固定棘爪4的棘爪主体4b失去内支撑，滑动外筒2上移，支撑部2d接触卡扣4c外侧，限制住卡扣4c位置，保证卡扣4c内侧一直嵌入在卡槽7d中，使滑动芯轴7位置固定，从而实现阀板9开启并锁定在开启状态。
当停止喷砂射孔时，通过建立油管内外压差，即环空压力大于油管内压力，此时空腔13内液体通过压力平衡孔1e进入管内，滑动外筒2向下移动，当滑动外筒2内支撑部2d脱离卡扣4c时，固定棘爪4失去外支撑，卡扣4c内侧脱离卡槽7d，滑动芯轴7可以移动，在弹簧6及油管内向上流动的液体的共同作用下，滑动芯轴7上移，由于扭簧8的作用使阀板关闭。
所述的一种喷砂射孔内防喷工具，当喷砂射孔期间，滑动芯轴7始终处在下端位置，使阀板9始终锁定在打开状态；当停止喷砂射孔时，通过建立油管内外压差，即环空压力大于油管内压力，滑动芯轴7上移，阀板9关闭，使油管内油道关闭，从而达到防喷目的。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (10)
1.一种喷砂射孔内防喷工具，其特征在于，包括上芯轴(1)、滑动外筒(2)、中芯轴(3)、固定棘爪、下芯轴(5)、弹簧(6)、滑动芯轴(7)、扭簧(8)、阀板(9)和下接头(10)，所述上芯轴(1)呈现圆筒状结构，一端连接有直径较小的上导柱(1c)，上导柱(1c)连接有母接头(1d)，上芯轴(1)外圆有不同直径的肩抬，所述上芯轴(1)上设置有压力平衡孔(1e)，所述压力平衡孔(1e)贯穿上芯轴(1)筒壁，压力平衡孔(1e)在外壁开口处下方设置有密封结构，上芯轴(1)另一端连接中芯轴(3)；所述中芯轴(3)呈现圆筒状结构，中芯轴(3)上端连接上芯轴(1)，下端设置有中芯轴(3)连接部连接下芯轴(5)，中芯轴(3)外壁上设置有条形孔(3b)，条形孔(3b)绕中芯轴(3)一圈均匀分布；所述下芯轴(5)呈现圆筒状结构，内壁和外壁具有不同直径的肩抬，下芯轴(5)上端与中芯轴(3)连接，下部与下接头(10)相连，下芯轴(5)位于下接头(10)内一端通过销轴铰接所述阀板(9)，下芯轴(5)和阀板(9)之间还设置有扭簧(8)，阀板(9)可围绕销轴翻转，在扭簧(8)作用下，阀板(9)在自由状态下处于打开状态，下芯轴(5)下端内壁设置有条形、凸出的键体(5e)；所述下接头(10)上连接有公接头(10b)；所述固定棘爪包括环体(4a)和棘爪主体(4b)，所述棘爪主体(4b)端部连接在环体(4a)上，棘爪主体(4b)均匀布置，数量与所述条形孔(3b)相同，所述固定棘爪与中芯轴(3)同心安装，棘爪主体(4b)嵌入所述条形孔(3b)中，所述棘爪主体(4b)端部还设置有内外侧均有凸起的卡扣(4c)；所述滑动外筒(2)呈现圆筒状结构，套接在上芯轴(1)外侧，将棘爪包覆在内，滑动外筒(2)上端设置有棘爪环扣(2c)，所述棘爪环扣(2c)端部向内凸起部分在上芯轴(1)上导柱(1c)区域内，滑动外筒(2)上端内壁设置有密封结构，滑动外筒(2)下部内壁直径减小，形成支撑部(2d)，当滑动外筒(2)位于下极限位置时，所述卡扣(4c)脱离支撑部(2d)；所述滑动芯轴(7)同心安装在下芯轴(5)内部，滑动芯轴(7)上端外壁设置有卡槽(7d)，下端为弧形端面(7f)，滑动芯轴(7)下部外壁对应下芯轴(5)键体(5e)设置有键槽(7e)，滑动芯轴(7)外壁设置有弹簧(6)限位凸起，所述弹簧(6)限位凸起下方套有弹簧(6)，所述弹簧(6)位于下芯轴(5)与滑动芯轴(7)之间，下芯轴(5)内壁设置有肩抬限制弹簧(6)端部位移。
2.如权利要求1所述的一种喷砂射孔内防喷工具，其特征在于：所述上芯轴(1)、中芯轴(3)、下芯轴(5)和下接头(10)之间通过螺纹连接。
3.如权利要求2所述的一种喷砂射孔内防喷工具，其特征在于：所述上芯轴(1)螺纹连接部分下端还连接有下导柱(1b)，所述下导柱(1b)与螺纹连接部设置有密封结构，下导柱(1b)外壁与滑动芯轴(7)上端内壁接触，滑动芯轴(7)上端嵌入下导柱(1b)与中芯轴(3)之间的间隙滑动，滑动芯轴(7)卡槽(7d)上方设置有密封结构。
4.如权利要求3所述的一种喷砂射孔内防喷工具，其特征在于: 所述滑动芯轴(7)与下芯轴(5)之间设置有密封结构。
5.如权利要求4所述的一种喷砂射孔内防喷工具，其特征在于：所述下芯轴(5)与下接头(10)之间设置有密封结构。
6.如权利要求5所述的一种喷砂射孔内防喷工具，其特征在于：所述密封结构为环形凸起(11)及环形凸起(11)上的密封圈槽(12)，密封圈槽(12)内设置有密封圈。
7.如权利要求6所述的一种喷砂射孔内防喷工具，其特征在于：所述压力平衡孔(1e)轴线与水平夹角为0-45°。
8.如权利要求7所述的一种喷砂射孔内防喷工具，其特征在于：所述条形孔(3b)数量为4-10个。
9.如权利要求8所述的一种喷砂射孔内防喷工具，其特征在于：所述弧形端面(7f)靠近阀板(9)一侧切向与滑动芯轴(7)轴线平行，远离阀板(9)一侧切向与滑动芯轴(7)轴线垂直。
10.如权利要求9所述的一种喷砂射孔内防喷工具，其特征在于：所述下接头(10)内设置有不同直径的肩抬，滑动芯轴(7)位于下极限位置时，阀板(9)可在下接头(10)与滑动形状之间的间隙中完全打开。
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