CN109882090B - 一种用于石油挖掘的辅助设备 - Google Patents

Abstract

一种用于石油挖掘的辅助设备，包括筒体，筒体上设置有多个环形凹槽，环形凹槽将筒体分隔为多个刚性部，环形凹槽中设置有柔性部，沿筒体上端至筒体下端的方向，所述柔性部的高度逐渐减小；柔性部包括皮革层，皮革层与环形凹槽构成封闭的环形填充腔，所述环形填充腔内填充有多个第一球体、多个第二球体和多个第三球体，还包括多个保护机构。本发明筒体各处的抗压强度不同，通过加入成本更低的柔性部，不仅降低了筒体的生产成本，筒体的运输、储存步骤也更加容易，且筒体本身具备能够适应多种土壤环境的能力，提高了保护套筒的普适性。

Description

一种用于石油挖掘的辅助设备

技术领域

本发明涉及石油机械领域，具体涉及一种用于石油挖掘的辅助设备。

背景技术

钻杆是一种尾部设置螺纹的钢管，该螺纹用于连接钻机地表设备和位于钻井底端钻磨设备或底孔装置。作为重要的石油开采设备之一，钻杆能够将钻探泥浆运送到钻头，并与钻头一起提高、降低或旋转底孔装置。

由于钻杆需要伸入地下，因此钻杆的设计必须要能够承受来自土壤的巨大压力。为了提高钻杆的使用寿命，降低工艺成本，避免钻杆在使用过程中由于土壤挤压而损坏，现有技术中通常在钻杆的输送段外侧套设有保护套筒。

但是，传统的钻杆保护套筒整根采用强度较高的材料制成，这样设置不仅保护套成本高，进而造成石油开采工艺成本增加，还无法适应各种不同的土壤环境，即普适性差，也不能很好地分散突然增加的土壤挤压力，造成保护套筒表面应力集中，从而损坏保护套筒，增加了套筒的维修次数。

发明内容

本发明提供了一种用于石油挖掘的辅助设备，解决了传统的钻杆保护套筒成本高，不易维修，普适性差且无法很好地分散突然增加的土壤挤压力所导致的保护套筒易损坏的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于石油挖掘的辅助设备，包括筒体，所述筒体上设置有多个环形凹槽，所述环形凹槽的母线与筒体的母线同轴，环形凹槽将筒体分隔为多个刚性部，环形凹槽中设置有柔性部，沿筒体上端至筒体下端的方向，所述柔性部的高度逐渐减小；柔性部包括皮革层，所述皮革层的顶部放置在位于环形凹槽上表面的槽口中，皮革层的底部放置在位于环形凹槽下表面的槽口中，皮革层顶部和底部上均设置有多个固定环，还包括多个螺栓、以及与螺栓相匹配的螺母，所述螺栓的尺寸与固定环的尺寸相匹配，通过螺栓、螺母和固定环，皮革层能够可拆卸地安装在环形凹槽的槽口中，皮革层与环形凹槽构成封闭的环形填充腔，所述环形填充腔内填充有多个第一球体、多个第二球体和多个第三球体，所述第一球体的直径为第三球体的直径的10-15倍；按重量计，所述第一球体的材料包括以下组分：丁腈橡胶10-20份，聚氯乙烯5-8份，秸秆粉30-40份，硅烷偶联剂2-5份，硬脂酸钠1-2份，抗氧剂1-2份；所述第二球体为秸秆粉，第三球体为分子筛；还包括多个保护机构，所述保护机构包括两块安装在筒体上的支撑板，所述两块支撑板分别设置在螺栓的两侧，支撑板远离螺栓的侧面上连接有弹簧，弹簧上连接有移动板，还包括第一盖板和第二盖板，所述第一盖板的侧面设置有卡凸，第二盖板的侧面设置有与卡凸尺寸相匹配的卡槽，第一盖板和第二盖板均固定在移动板上，还包括保护罩，所述保护罩内部设置有限位腔体，当所述限位腔体的侧面与移动板接触时，卡凸位于卡槽中，弹簧处于压缩状态，且第一盖板、第二盖板和移动板构成封闭的保护腔，所述保护腔中容纳有至少一个螺栓和至少一个螺母。

现有技术中，钻杆保护套筒整根采用同一种强度较高的材料制成，这样设置存在许多问题。首先，土壤的挤压力随着保护套筒在地层中的深度而增加，显然地，保护套筒靠近顶部的侧面所受到的土壤的挤压力小于靠近底部的侧面所受到的土壤挤压力，现有技术中保护套筒各处的抗压强度相同且均等于其底部必须满足的抗压强度，不仅增加了保护套的制造成本，同时增加了生产、运输和储存等步骤的难度，进而提高了石油开采工艺成本。其次，由于开采环境多样，在一些开采环境中，土壤挤压力较小，土质松散，土壤干燥，在一些开采环境中土壤挤压力较大，土质紧密，土壤湿润，在生产中，为了满足最恶劣的开采环境需求，通常对保护套筒的强度、耐腐蚀性的要求较高，也增加了制造成本，否则保护套筒的适应性将非常差；再次，在开采过程中，由于钻井泥浆的灌入，土壤向四周移动，保护套筒表面承受的土壤挤压力将产生变化，可能出现保护套筒的表面局部应力集中，造成保护套筒损坏，增加了保护套筒的维修次数。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种分段式保护套筒。具体地，保护套筒上设置有多个环形凹槽，多个环形凹槽将筒体分隔为多个刚性部，刚性部具有较高的抗压强度且几乎不会产生形变，环形凹槽中设置的皮革层、多个第一球体、多个第二球体和多个第三球体共同组成了柔性部，柔性部的抗压强度较刚性部低，皮革层在受到挤压后将产生形变以减缓土壤对套筒的挤压力，第一球体、第二球体和第三球体起到填充和弹性支撑的作用，避免皮革层发生过多的形变而损坏。通过上述设置，筒体从上至下交替设置为刚性部和柔性部，刚性部的壁厚为筒体的壁厚，而柔性部的壁厚包括了第一壁厚和第二壁厚，其中，第一壁厚为环形凹槽侧面到筒体内表面的厚度，第二壁厚为皮革层到环形凹槽侧面的厚度，第一壁厚起刚性支撑作用，第二壁厚起弹性支撑作用，优选地，第一壁厚为第二壁厚的十分之一至五分之一。优选地，沿着筒体上端至筒体下端的方向，柔性部的高度逐渐减小，即两个刚性部之间的间距减小，这样设置的原因是，在筒体上端土壤挤压力非常小，此时无需大面积使用刚性部，因此柔性部面积较大，皮革层产生的形变，以及皮革层和环形凹槽之间填充的第一球体、第二球体和第三球体能够满足较小的土壤挤压力；然而，随着土壤深度的增加，筒体底部收到的土壤挤压力越来越大，此时需要设置更密的刚性部，柔性部此时仅用于自适应地调整局部应力，避免某一刚性部上的应力集中造成套筒损坏。通过上述设置，筒体各处的抗压强度不同，通过加入成本更低的柔性部，不仅降低了筒体的生产成本，筒体的运输、储存步骤更加容易，且筒体本身具备能够适应多种土壤环境的能力，提高了保护套筒的普适性；不仅如此，在开采过程中，土壤由于钻井泥浆的灌入而产生移动时，刚性部的凸起分流设计能够将部分土壤引导至柔性部，柔性部再通过皮革层的形变以及填充的第一球体、第二球体和第三球体的缓冲，最终避免刚性部上产生过多的局部应力，有效地保护了保护套筒；另外，通过合理地设计柔性部和刚性部的大小，不仅提高了柔性部的利用率，降低了保护套筒整体成本，同时还满足了各段所需的抗压强度，具有普遍的推广价值。

作为一种优选方案，根据第一球体、第二球体和第三球体的不同作用而设计第一球体、第二球体和第三球体的尺寸和材料。第一球体主要承担弹性支撑作用，需要较大的体积以防止皮革层产生过多的形变而导致损坏。因此，尺寸方面，第一球体的直径为第三球体的直径的10～15倍；材料方面，发明人针对第一球体的特殊用途设计第一球体的材料组分为，按重量计，丁腈橡胶10-20份，聚氯乙烯5-8份，秸秆粉30-40份，硅烷偶联剂2-5份，硬脂酸钠1-2份，抗氧剂1-2份。首先，将丁腈橡胶和秸秆作为主要材料能够起到良好的弹性和支撑效果；其次，中国每年秸秆焚烧都将产生严重污染，对秸秆的合理利用能够减少秸秆的焚烧从而有利于环境保护；再次，秸秆为主要材料，添加少量聚氯乙烯作为胶粘剂并辅以助剂硅烷偶联剂、硬脂酸钠能够达到很好的加工效果，降低加工难度，并且秸秆易降解，即使有少量第一球体进入土壤中，也无需担心破坏环境；再次，秸秆的使用能够大大降低筒体的制造成本。第二球体和第三球体主要起到填充各第一球体之间间隙的作用，其体积均较第一球体更小，但功能不相同。具体地，第二球体采用秸秆粉，主要起到填充作用以及回收利用秸秆，而第三球体采用分子筛，其主要功能是吸收土壤中的水分，避免土壤湿度较大时，第一球体和第二球体或者各第二球体之间相互粘结在一起，降低了对土壤挤压力的缓冲作用，优选地，第二球体的数量与第三球体的数量比例为15:1。

为了使皮革层牢固地固定在刚性部上，在环形凹槽的上表面和下表面均设置有槽口，槽口用于容纳部分皮革层，位于槽口中的皮革层上设置有固定环，固定环与皮革层之间采用粘结、镶接等连接方式，还包括多个螺栓以及与螺栓相匹配的螺母，螺栓依次穿过槽口外侧的螺孔、固定环、槽口内侧的螺孔，并通过螺母将螺栓固定，从而实现了皮革层与刚性部的可拆卸连接。

但是，由于土壤具有一定的湿度、酸碱性和挤压力，裸露在土壤中的螺母和部分螺栓容易被腐蚀和受挤压而损坏，导致在取出保护套筒时，无法正常地取出螺栓，进而无法正常地从刚性部中取出皮革层，更换第一球体和第二球体。为了解决该问题，筒体上还设置有多个保护机构，一个保护机构中可以容纳最少一组螺母和螺栓，优选地，一个保护机构中容纳三组螺母和螺栓。该保护机构采用弹簧内置式设计，且保护机构与螺栓和螺母之间存在间隙，在土壤的挤压过程中即使保护机构产生形变，也有一定的距离使得保护机构不会对螺栓和螺母进行挤压，有效地保护螺栓和螺母。具体地，保护机构包括两块安装在筒体上的支撑板，两块支撑板可以对称设置在螺栓的两侧，支撑板远离螺栓的一侧上连接有弹簧，弹簧上连接移动板，在弹簧弹性力的作用下，移动板向远离支撑板的方向移动。一块支撑板上固定有第一盖板，另一块支撑板上固定有第二盖板，为了降低纵向损坏的可能性，第一盖板和第二盖板采用卡凸和卡槽，具体地，第一盖板的侧面设置卡凸，第二盖板的侧面设置卡槽，在弹簧不施加弹性力时，第一盖板和第二盖板不接触，两块移动板不接触，此时两块支撑板之间的螺栓和螺母裸露在外部，便于操作人员安装或拆卸螺栓和螺母。还包括保护罩，保护罩为第二道保护措施，保护罩内部设置有限位腔体，其体积略大于卡凸完全位于卡槽中，且第一盖板、第二盖板和移动板构成封闭的保护腔时的体积，通过上述结构，保护罩在形成保护的同时，也具备锁紧功能。当操作人员安装好螺栓和螺母后，推动两块移动板相向移动，弹性压缩，当卡凸完全位于卡槽内时，放下保护罩，限位腔体的侧面受到移动板的挤压力而锁紧，避免在放入或取出筒体时保护罩脱离保护机构。在运行过程中，保护罩受到土壤的挤压作用也不会脱离。可以看出，该保护机构通过将弹簧内置在保护腔中，避免了弹簧受到土壤的挤压，降低了弹簧损坏的风险；另外，当取下保护罩时，在弹性力的作用下移动板自然开启以方便操作人员安装或拆卸螺栓和螺母，操作非常方便；不仅如此，该保护机构能够有效地防止土壤与螺栓、螺母接触，避免了螺栓、螺母损坏和腐蚀，保护机构不与螺栓和螺母接触使得在土壤的挤压过程中即使保护机构产生形变，也有一定的缓冲距离使得保护机构不会对螺栓和螺母进行挤压，进一步提高了对螺栓和螺母的保护效果。

进一步地，所述第一盖板和第二盖板的下表面设置有干燥盒，所述干燥盒内放置有分子筛。优选地，采用5A型分子筛，5A型分子筛的干燥效果更好，且易于脱水并再次使用。干燥盒和分子筛能够进一步降低保护腔内的湿度，进一步避免螺栓和螺母被腐蚀。

进一步地，所述限位腔体的侧面设置有磁铁，移动板上设置有铁皮。在运输过程中，剧烈的振动可能会导致保护罩从移动板上脱落，为了解决该问题，在限位腔体的侧面上设置磁铁，在移动板上设置铁皮，也可以将铁作为移动板的主要材料，从而加强保护罩和移动板的结合力。

进一步地，所述保护罩的顶部向上凸起。该设计增加得了保护罩与土壤的接触面积，有利于降低保护罩顶部受到的压强。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明筒体各处的抗压强度不同，通过加入成本更低的柔性部，不仅降低了筒体的生产成本，筒体的运输、储存步骤也更加容易，且筒体本身具备能够适应多种土壤环境的能力，提高了保护套筒的普适性；不仅如此，在开采过程中，土壤由于钻井泥浆的灌入而产生移动时，刚性部的凸起分流设计能够将部分土壤引导至柔性部，柔性部再通过皮革层的形变以及填充的第一球体、第二球体、第三球体缓冲，最终避免刚性部上产生过多的局部应力，有效地保护了保护套筒；另外，通过合理地设计柔性部和刚性部的大小，不仅提高了柔性部的利用率，降低了保护套筒整体成本，同时还满足了各段所需的抗压强度，具有普遍的推广价值；

2、本发明采用特殊设计的第一球体配方，带来了如下效果：首先，将丁腈橡胶和秸秆作为主要材料能够起到良好的弹性和支撑效果；其次，中国每年秸秆焚烧都将产生严重污染，对秸秆的合理利用能够减少秸秆的焚烧从而有利于环境保护；再次，秸秆为主要材料，添加少量聚氯乙烯作为胶粘剂并辅以助剂硅烷偶联剂、硬脂酸钠能够达到很好的加工效果，降低加工难度，并且秸秆易降解，即使有少量第一球体进入土壤中，也无需担心破坏环境；再次，秸秆的使用能够大大降低筒体的制造成本；

3、本发明的第二球体采用秸秆粉，主要起到填充作用以及回收利用秸秆，而第三球体采用分子筛，其主要功能是吸收土壤中的水分，避免土壤湿度较大时，第一球体和第二球体或者各第二球体之间相互粘结在一起，降低了对土壤挤压力的缓冲作用；

4、本发明的保护机构通过将弹簧内置在保护腔中，避免了弹簧受到土壤的挤压，降低了弹簧损坏的风险；另外，当取下保护罩时，在弹性力的作用下移动板自然开启以方便操作人员安装或拆卸螺栓和螺母，操作非常方便；不仅如此，该保护机构能够有效地防止土壤与螺栓、螺母接触，避免了螺栓、螺母损坏和腐蚀，保护机构不与螺栓和螺母接触使得在土壤的挤压过程中即使保护机构产生形变，也有一定的缓冲距离使得保护机构不会对螺栓和螺母进行挤压，进一步提高了对螺栓和螺母的保护效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的局部剖面示意图；

图3为本发明具体实施例中保护机构的结构示意图。

附图标记及对应的零部件名称：

1-筒体，2-柔性部，3-保护机构，4-皮革层，5-第一球体，6-第二球体，7-保护罩，8-移动板，9-第一盖板，10-第二盖板，11-干燥盒，12-弹簧，13-支撑板，14-第三球体，15-固定环，16-螺栓，17-螺母，18-钻杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1至图3所示，一种用于石油挖掘的辅助设备，包括筒体1，所述筒体1上设置有多个环形凹槽，所述环形凹槽的母线与筒体1的母线同轴，环形凹槽将筒体1分隔为多个刚性部，环形凹槽中设置有柔性部2，沿筒体1上端至筒体1下端的方向，所述柔性部2的高度逐渐减小；柔性部2包括皮革层4，所述皮革层4的顶部放置在位于环形凹槽上表面的槽口中，皮革层4的底部放置在位于环形凹槽下表面的槽口中，皮革层4顶部和底部上均设置有多个固定环15，还包括多个螺栓16、以及与螺栓16相匹配的螺母17，所述螺栓(16)的尺寸与固定环15的尺寸相匹配，通过螺栓16、螺母17和固定环15，皮革层4能够可拆卸地安装在环形凹槽的槽口中，皮革层4与环形凹槽构成封闭的环形填充腔，所述环形填充腔内填充有多个第一球体5、多个第二球体6和多个第三球体14，所述第一球体5的直径为第三球体14的直径的10-15倍；按重量计，所述第一球体5的材料包括以下组分：丁腈橡胶10-20份，聚氯乙烯5-8份，秸秆粉30-40份，硅烷偶联剂2-5份，硬脂酸钠1-2份，抗氧剂1-2份；所述第二球体6为秸秆粉，第三球体14为分子筛；还包括多个保护机构3，所述保护机构3包括两块安装在筒体1上的支撑板13，所述两块支撑板13分别设置在螺栓16的两侧，支撑板13远离螺栓16的侧面上连接有弹簧12，弹簧12上连接有移动板8，还包括第一盖板9和第二盖板10，所述第一盖板9的侧面设置有卡凸，第二盖板10的侧面设置有与卡凸尺寸相匹配的卡槽，第一盖板9和第二盖板10均固定在移动板8上，还包括保护罩7，所述保护罩7内部设置有限位腔体，当所述限位腔体的侧面与移动板8接触时，卡凸位于卡槽中，弹簧12处于压缩状态，且第一盖板9、第二盖板10和移动板8构成封闭的保护腔，所述保护腔中容纳有至少一个螺栓16和至少一个螺母17；所述第一盖板9和第二盖板10的下表面设置有干燥盒11，所述干燥盒11内放置有分子筛；所述限位腔体的侧面设置有磁铁，移动板8上设置有铁皮；所述保护罩7的顶部向上凸起。

本发明筒体1各处的抗压强度不同，通过加入成本更低的柔性部2，不仅降低了筒体1的生产成本，筒体1的运输、储存步骤也更加容易，且筒体1本身具备能够适应多种土壤环境的能力，提高了保护套筒的普适性；不仅如此，在开采过程中，土壤由于钻井泥浆的灌入而产生移动时，刚性部的凸起分流设计能够将部分土壤引导至柔性部2，柔性部2再通过皮革层4的形变以及填充的第一球体5、第二球体6、第三球体14缓冲，最终避免刚性部上产生过多的局部应力，有效地保护了保护套筒；另外，通过合理地设计柔性部2和刚性部的大小，不仅提高了柔性部2的利用率，降低了保护套筒整体成本，同时还满足了各段所需的抗压强度，具有普遍的推广价值。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于石油挖掘的辅助设备，包括筒体（1），其特征在于，所述筒体（1）上设置有多个环形凹槽，所述环形凹槽的母线与筒体（1）的母线同轴，环形凹槽将筒体（1）分隔为多个刚性部，环形凹槽中设置有柔性部（2），沿筒体（1）上端至筒体（1）下端的方向，所述柔性部（2）的高度逐渐减小；所述筒体上在环形凹槽的上表面和下表面均设置有槽口，所述槽口的开口朝向环形凹槽；柔性部（2）包括皮革层（4），所述皮革层（4）的顶部放置在位于环形凹槽上表面的槽口中，使得皮革层（4）的顶部位于环形凹槽上端的筒体位置处；皮革层（4）的底部放置在位于环形凹槽下表面的槽口中，使得皮革层（4）的底部位于环形凹槽下端的筒体位置处；皮革层（4）顶部和底部上均设置有多个固定环（15），还包括多个螺栓（16）、以及与螺栓（16）相匹配的螺母（17），所述螺栓（16）的尺寸与固定环（15）的尺寸相匹配，通过螺栓（16）、螺母（17）和固定环（15），皮革层（4）能够可拆卸地安装在环形凹槽的槽口中，皮革层（4）与环形凹槽构成封闭的环形填充腔，所述环形填充腔内填充有多个第一球体（5）、多个第二球体（6）和多个第三球体（14），所述第一球体（5）的直径为第三球体（14）的直径的10-15倍；按重量计，所述第一球体（5）的材料包括以下组分：丁腈橡胶10-20份，聚氯乙烯5-8份，秸秆粉30-40份，硅烷偶联剂2-5份，硬脂酸钠1-2份，抗氧剂1-2份；所述第二球体（6）为秸秆粉，第三球体（14）为分子筛；还包括多个保护机构（3），所述保护机构（3）包括两块安装在筒体（1）上的支撑板（13），所述两块支撑板（13）分别设置在螺栓（16）的两侧，支撑板（13）远离螺栓（16）的侧面上连接有弹簧（12），弹簧（12）上连接有移动板（8），还包括第一盖板（9）和第二盖板（10），所述第一盖板（9）的侧面设置有卡凸，第二盖板（10）的侧面设置有与卡凸尺寸相匹配的卡槽，第一盖板（9）和第二盖板（10）均固定在移动板（8）上，还包括保护罩（7），所述保护罩（7）内部设置有限位腔体，当所述限位腔体的侧面与移动板（8）接触时，卡凸位于卡槽中，弹簧（12）处于压缩状态，且第一盖板（9）、第二盖板（10）和移动板（8）构成封闭的保护腔，所述保护腔中容纳有至少一个螺栓（16）和至少一个螺母（17）。

2.根据权利要求1所述的一种用于石油挖掘的辅助设备，其特征在于，所述第一盖板（9）和第二盖板（10）的下表面设置有干燥盒（11），所述干燥盒（11）内放置有分子筛。

3.根据权利要求1所述的一种用于石油挖掘的辅助设备，其特征在于，所述限位腔体的侧面设置有磁铁，移动板（8）上设置有铁皮。

4.根据权利要求1所述的一种用于石油挖掘的辅助设备，其特征在于，所述保护罩（7）的顶部向上凸起。

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