CN110130841B - 随钻安全旁通装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻井作业设备技术领域,是一种随钻安全旁通装置,其包括倒扣短节、堵漏短节、弹簧、活塞和倒扣件,堵漏短节下部与倒扣短节上部通过螺纹固定连接在一起,堵漏短节上部设有内外连通的旁通孔,倒扣短节上部内侧设有活塞,活塞包括活塞芯轴和能够封堵旁通孔的活塞头;活塞芯轴下部外侧设有花键,活塞芯轴通过花键分别与堵漏短节下部内侧和倒扣短节上部内侧连接在一起;对应活塞芯轴下部位置的倒扣短节内侧安装有呈上下方向布置的弹簧,活塞头上部位置对应的堵漏短节内侧设有倒扣件,倒扣件上部外侧设有弹性限位件,堵漏短节内侧固定安装有挡圈,结构合理而紧凑,既能分别实现倒扣和堵漏作业,具有结构合理而紧凑、作业效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及钻井作业设备技术领域,是一种随钻安全旁通装置。
背景技术
卡钻、井漏是钻井作业最为常见的一种事故形式,也是更为严重复杂的井下事故,影响安全钻井,危害设备及人身安全,会造成时间、成本以及其它资源的大量浪费,如果不能尽快的采取行之有效的解决手段就会产生一系列的连锁反应,甚至最终造成井口报废。针对于卡钻和井漏的事故处理通常采用相应的作业设备对其进行处理:卡钻通常采用倒扣套铣的方法来处理,但倒扣也是一个比较复杂的程序,倒扣前先进行紧扣,再依据卡点以上钻具的重量及泥浆的浮力、磨阻来进行准确的计算后,确定需要上提钻具的重量,才能在需要的位置将钻具倒开,这些程序需要花费很多的时间去完成,也会延误事故处理的最佳时间,导致事故的进一步恶化;井漏通常采用专用的堵漏工具进行事故的处理,但现有的堵漏工具内部结构复杂且没有较大畅通的水眼,也给井下事故的处理带来很多不便,如无法测斜,无法进行坐键式MWD仪器的打捞投放及其它事故处理工具的通过等,堵漏次数也受球篮短节容量的限制,而且堵漏费用非常昂贵。因此,目前缺少一种既能高效解决卡钻问题又能进行堵漏的作业装置。
发明内容
本发明提供了一种随钻安全旁通装置,克服了上述现有技术之不足,其能有效解决钻井作业过程中的卡钻和井漏的问题。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的:一种随钻安全旁通装置,包括倒扣短节、堵漏短节、弹簧、活塞和旁通件,堵漏短节下部与倒扣短节上部通过螺纹固定连接在一起,堵漏短节内侧与倒扣短节内侧上下连通,堵漏短节上部设有内外连通的旁通孔,倒扣短节上部内侧安装有呈上下方向布置的活塞,活塞内侧设有上下连通的主水眼,活塞包括自下而上固定在一起的活塞芯轴和能够封堵旁通孔的活塞头,活塞头位于活塞芯轴上部,活塞头下部与活塞芯轴上部固定连接在一起;活塞芯轴下部外侧设有花键,活塞芯轴分别通过花键与堵漏短节下部内侧和倒扣短节上部内侧连接在一起;倒扣短节下部内侧由上至下依次设有弹簧和定位环台,弹簧上部抵在活塞芯轴下部,弹簧下部座于定位环台上部;对应活塞头上部位置的堵漏短节内侧设有呈上下方向布置的旁通件,旁通件下部设有能够封堵主水眼的堵球,堵球下部设有能够将堵球与活塞头固定连接在一起的定位件,旁通件上部外侧设有弹性限位件,对应弹性限位件下部位置的堵漏短节内侧固定安装有能够实现弹性限位件上行、下行限位的挡圈,弹性限位件能够进入挡圈并位于挡圈内侧。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进:
上述定位件可包括连接体和弹性凸起,连接体上部可与堵球固定连接在一起,连接体下部外侧可固定安装有弹性凸起,对应主水眼外侧位置的活塞头上部内侧可设有定位环槽,连接体能位于主水眼内侧并使弹性凸起卡于定位环槽内侧。
上述对应挡圈下方位置的旁通件上可套装有扶正器。
上述旁通件上部可设有打捞矛,打捞矛可位于挡圈上方。
上述弹性限位件可包括至少两个呈上下方向布置的锁紧弹簧,每个锁紧弹簧均可与旁通件外侧固定安装在一起。
上述对应主水眼位置的活塞头顶部可固定安装有限流环,限流环可位于定位环槽上方,限流环可呈开口上大下小的内锥孔状,堵球下部能座于限流环上部并封堵主水眼
上述旁通孔内侧可设有挡环,挡环外侧可与旁通孔内侧固定连接在一起。
本发明结构合理而紧凑,既能实现倒扣作业又能实现堵漏作业,具有结构合理而紧凑、作业效率高,省时省力的优点。旁通件的设置不仅实现了主水眼的关闭,同时也为活塞下行提供了推动力,并在弹性限位件和挡圈的共同作用下实现了活塞的限位,避免了在倒扣作业中其在弹簧的作用上行而造成无法脱键、在堵漏作业中持续下行而导致脱键的现象发生,在实际作业中只需要根据不同的作业目的选择合适的旁通件尺寸即可完成倒扣或堵漏作业,结构合理而紧凑,具有较高的通用性能并且作业效果显著。弹簧的设置为活塞的上行提供了驱动力,使活塞能够在其弹力的作用下实现旁通孔的关闭,使本发明作业连续,有效提高了作业效率。花键的设置保证了在钻井过程中堵漏短节和倒扣短节的扭矩传递,防止因钻进中的倒车、纵向、横向振动或其它原因造成堵漏短节和倒扣短节的连接螺纹松动而所发生脱扣现象。
附图说明
附图1为本发明最佳实施例的主视剖视结构示意图。
附图中的编码分别为:1为倒扣短节,2为定位环台,3为弹簧,4为堵漏短节,5为活塞,5-1为活塞芯轴,5-2为活塞头,5-3为花键,6为旁通孔,7为扶正器,8为挡圈,9为旁通件,9-1为堵球,9-2为打捞矛,9-3为连接体,9-4为弹性凸起,10为限流环,11为主水眼,12为弹性限位件。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制,可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
在本发明中,为了便于描述,各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的,如:前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述:
如附图1所示,该随钻安全旁通装置包括倒扣短节1、堵漏短节4、弹簧3、活塞5和旁通件9,堵漏短节4下部与倒扣短节1上部通过螺纹固定连接在一起,堵漏短节4内侧与倒扣短节1内侧上下连通,堵漏短节4上部设有内外连通的旁通孔6,倒扣短节1上部内侧安装有呈上下方向布置的活塞5,活塞5内侧设有上下连通的主水眼11,活塞5包括自下而上固定在一起的活塞芯轴5-1和能够封堵旁通孔6的活塞头5-2,活塞头5-2位于活塞芯轴5-1上部,活塞头5-2下部与活塞芯轴5-1上部固定连接在一起;活塞芯轴5-1下部外侧设有花键5-3,活塞芯轴5-1分别通过花键5-3与堵漏短节4下部内侧和倒扣短节1上部内侧连接在一起;倒扣短节1下部内侧由上至下依次设有弹簧3和定位环台2,弹簧3上部抵在活塞芯轴5-1下部,弹簧3下部座于定位环台2上部;对应活塞头5-2上部位置的堵漏短节4内侧设有呈上下方向布置的旁通件9,旁通件9下部设有能够封堵主水眼11的堵球9-1,堵球9-1下部设有能够将堵球9-1与活塞头5-2固定连接在一起的定位件,旁通件9上部外侧设有弹性限位件12,对应弹性限位件12下部位置的堵漏短节4内侧固定安装有能够实现弹性限位件12上行、下行限位的挡圈8,弹性限位件12能够进入挡圈8并位于挡圈8内侧。
本发明既能实现钻井过程中卡钻事故处理,同时也可实现井漏的事故处理。
(1)当出现卡钻事故时需要进行倒扣作业,首先将倒扣短节1连接在已发生卡钻且外径较大钻具的上部,然后将旁通件9从井口钻具的水眼内下投,投入后连接方钻杆,如果能建立循环则说明水眼畅通,直接开泵下送堵球9-1到达活塞5主水眼11将其封堵;如果卡钻水眼不畅通,无法建立循环,下投堵球9-1后需等待其自由下行,并依据200m/min的速度来判断堵球9-1到达活塞5主水眼11的位置,到达后开泵憋压,在泵压的作用下旁通件9推动活塞5下行,活塞5上端面到达旁通孔6时泵压开始下降,当旁通孔6完全贯通后泵压会下降MPa,活塞5在泵压的作用下继续下行,进而活塞芯轴5-1外侧的花键5-3均与对应的堵漏短节4和倒扣短节1脱离,而此时弹性限位件12位于挡圈8内侧并且无法上行、下行,实现活塞5的定位,防止活塞5在弹簧3的作用下上行,由此使活塞芯轴5-1与堵漏短节4和倒扣短节1完全解除花键连接,然后通过作业工具带动堵漏短节4转动使其与倒扣短节1分离(二者为螺纹连接,可通过旋转将二者分离),完成卡钻后的倒扣作业。根据需要,活塞芯轴5-1的长度应满足弹性限位件12穿过挡圈8后能够实现脱键(脱键即活塞芯轴5-1与堵漏短节4和倒扣短节1之间花键连接的解除);
(2)当出现井漏事故时需要进行堵漏作业,采用下投堵漏件的方式来完成主水眼11的关闭和旁通孔6的打开。向井口钻具内投人堵漏件,堵球9-1到达活塞头5-2上部位置后封堵主水眼11,同时定位件将堵球9-1和活塞头5-2固定连接在一起,在泵压的作用下堵漏件推动活塞5下行,活塞5的上端面到达旁通孔6位置后,旁通孔6被打开,待旁通孔6完全贯通后泵压会下降MPa,与此同时弹性限位件12进入挡圈8而无法上行、下行,由此实现活塞5的限位,避免其继续下行导致脱键。在这一过程中,堵漏浆会通过旁通孔6进入裸眼井的环空以静止堵漏、承压堵漏或其它的方式进行堵漏。堵漏结束后停泵,人为解除挡圈8对弹性限位件12的上行限位(即使弹性限位件12与挡圈8脱离并位于挡圈8上方),活塞5在弹簧3的作用下上行关闭旁通孔6,在堵漏过程中堵漏件封堵了主水眼11阻止了堵漏浆进入到下部钻具,能有效的保护井下各种仪器及工具。堵漏完成后将堵漏件打捞到地面,这样就完成了整个堵漏过程,恢复正常钻井。根据需要,活塞芯轴5-1与堵漏短节4和倒扣短节1的花键5-3的连接长度应满足在旁通孔6完全开启后而不脱键(脱键即活塞芯轴5-1与堵漏短节4和倒扣短节1之间花键连接的解除)。
本发明结构合理而紧凑,既能实现倒扣作业又能实现堵漏作业,具有结构合理而紧凑、作业效率高,省时省力的优点。旁通件9的设置不仅实现了主水眼11的关闭,同时也为活塞5下行提供了推动力,并在弹性限位件12和挡圈8的共同作用下实现了活塞5的限位,避免了在倒扣作业中其在弹簧3的作用上行而造成无法脱键、在堵漏作业中持续下行而导致脱键的现象发生,在实际作业中只需要根据不同的作业目的选择合适的旁通件9尺寸即可完成倒扣或堵漏作业,结构合理而紧凑,具有较高的通用性能并且作业效果显著。弹簧3的设置为活塞5的上行提供了驱动力,使活塞5能够在其弹力的作用下实现旁通孔6的关闭,使本发明作业连续,有效提高了作业效率。花键5-3的设置保证了在钻井过程中堵漏短节4和倒扣短节1的扭矩传递,防止因钻进中的倒车、纵向、横向振动或其它原因造成堵漏短节4和倒扣短节1的连接螺纹松动而所发生脱扣现象。根据需要,挡圈8可通过螺纹连接的方式与堵漏短节4固定安装在一起;弹性限位件12可为现有公知能够发生形变并能位于挡圈8内侧而无法上行、下行的橡胶件或弹簧件;活塞头5-2与堵漏短节4的安装间隙应满足井液不从二者间隙泄漏的作业要求。定位件可为螺柱,即其一端与堵球9-1固定连接在一起,另一端通过螺纹连接与活塞头5-2固定连接在一起;定位件也可为卡具,即通过卡装的方式将活塞头5-2和堵球9-1固定连接在一起;活塞芯轴5-2与堵漏短节4和倒扣短节1之间的连接花键5-3参数一致。
可根据实际需要,对上述随钻安全旁通装置作进一步优化或/和改进:
如附图1所示,定位件包括连接体9-3和弹性凸起9-4,连接体9-3上部与堵球9-1固定连接在一起,连接体9-3下部外侧固定安装有弹性凸起9-4,对应主水眼11外侧位置的活塞头5-2上部内侧设有定位环槽,连接体9-3能位于主水眼11内侧并使弹性凸起9-4卡于定位环槽内侧。弹性凸起9-4和定位环槽的设置有效实现了活塞头5-2和堵球9-1的自动卡接,作业时只需推动定位件使连接体9-3位于主水眼11内,与此同时,弹性凸起9-4在活塞头5-2的约束下进入定位环槽并复位,由此实现活塞头5-2和堵球9-1的固定连接,使用方便、有效提高了作业效率。根据需要,弹性凸起9-4的机械强度应满足活塞头5-2与堵球9-1固定连接的作业要求。
如附图1所示,对应挡圈8下方位置的旁通件9上套装有扶正器7。扶正器7的设置避免旁通件9在驱动活塞5下行的过程中,由于旁通件9受力不均匀而出现偏斜的现象发生,有效保证了作业的连续性。根据需要,扶正器7为现有公知技术。
如附图1所示,旁通件9上部设有打捞矛9-2,打捞矛9-2位于挡圈8上方。由此可实现作业结束后旁通件9的打捞,使用方便快捷,根据需要,打捞矛9-2为现有公知技术。
如附图1所示,弹性限位件12包括至少两个呈上下方向布置的锁紧弹簧,每个锁紧弹簧均与旁通件9外侧固定安装在一起。在泵压的作用下旁通件9带动锁紧弹簧进入挡圈8,锁紧弹簧发生形变并位于挡圈8内侧,由于位于挡圈8上方和下方的锁紧弹簧上部和下部均复原,使其卡在挡圈8内侧而无法上行、下行,由于堵球9-1与活塞头5-2固定连接在一起,由此实现活塞头5-2的定位,避免其在作业过程持续上行或下行而无法满足作业要求。根据需要,锁紧弹簧可竖直的与旁通件9固定安装在一起;也可以是每两个锁紧弹簧先交错成X状,然后每个锁紧弹簧的上部和下部分别与旁通件9固定安装在一起。锁紧弹簧为现有公知技术,其机械强度应满足作业要求。
如附图1所示,对应主水眼11位置的活塞头5-2顶部固定安装有限流环10,限流环10位于定位环槽上方,限流环10呈开口上大下小的内锥孔状,堵球9-1下部能座于限流环10上部并封堵主水眼11。由此可避免长期作业后堵球9-1与活塞头5-2上部接触部位的磨损,同时限流环10的设置有利于堵球9-1对主水眼11的封堵,也避免了封堵过程中出现错位而导致井液流入下部钻具的现象发生。根据需要,限流环10的机械强度应满足作业要求,例如可采用硬质合金限流环,其可通过镶嵌的方式与活塞头5-2固定安装在一起。
如附图1所示,旁通孔6内侧设有挡环,挡环外侧与旁通孔6内侧固定连接在一起。由此可使旁通孔6耐冲刷,有效提高了堵漏短节4的机械性能与使用寿命。根据需要,挡环为现有公知技术机械强度能够满足作业要求的挡环,其可采用镶嵌的方式与旁通孔6固定安装在一起。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例,其具有较强的适应性和最佳实施效果,可根据实际需要增减非必要的技术特征,来满足不同情况的需求。
本发明最佳实施例的使用过程之具体操作步骤:
一、倒扣作业具体操作步骤
<1>做好倒扣前的准备工作,查清井下所有钻具的水眼大小,并依据钻具水眼和限流环10的内径选择好与之相匹配的旁通件9,详细的检查打捞矛9-2和堵球9-1,保证无磕碰伤痕;
<2>在地面用手压方式来检查旁通件9的弹性限位件12的弹性复位是否完好;
<3>详细的测量旁通件9扶正器7的最大外径,要小于井下最小水眼钻具3mm,确保成功打捞;
<4>需进行倒扣作业时,将倒扣堵球9-1从井口钻具的水眼内下投,投入后连接方钻杆,如果能建立循环,则说明水眼畅通,直接开泵下送堵球9-1到达活塞5限流环10主水眼11;如果卡钻水眼不畅通,无法建立循环,下投堵球9-1后需等待自由下行,并依据200m/min的速度来判断;
<5>堵球9-1到达活塞5限流环10主水眼11并通过定位件与活塞头5-2固定连接在一起,堵球9-1将主水眼11封堵后开泵憋压,在泵压的作用下旁通件9推动活塞5下行,活塞5的上端面到达旁通孔6时泵压开始下降,当旁通孔6完全贯通后泵压会下降4-5MPa;
<6>此时活塞5在泵压的作用下继续下行,活塞芯轴5-1与倒扣短节1和堵漏短节4之间的花键连接解除,成功脱键,与此同时,弹性限位件12位于挡圈8内侧而无法上行、下行;
<7>二次开泵来检验脱键情况,开泵后,泵压是旁通孔6打开下降后的泵压,不再发生变化,说明脱键是成功的,继续进行堵漏短节4和倒扣短节1之间的倒扣作业,从而达到倒扣的目的。否则,待分析查明原因再次进行;
<8>如果投球无法完成倒扣作业,需要重新恢复水眼畅通,可以通过解锁打捞器将旁通件9解锁后从井底的打捞到地面,确保钻具水眼的畅通,便于事故处理。
二、堵漏作业具体操作步骤
<1>做好堵漏前的准备工作,查清井下所有钻具的水眼大小,并依据钻具水眼和主水眼11限流环10的内径选择好与之相匹配的堵漏件,详细的检查堵漏件的打捞矛9-2和堵球9-1,确保完好无磕碰伤;
<2>详细的测量好堵球9-1扶正器7的最大外径,要小于井下最小水眼钻具3mm,确保成功打捞;
<3>在地面组装并和有线绞车连接好解锁打捞器,确保每个连接部位的紧固,打捞器钩爪弹性复位灵活;
<4>开始堵漏时,卸开方钻杆将堵漏件从井口钻具水眼投入,连接好方钻杆,开泵将堵漏件送到井底。要求工程技术人员依据排量和钻具容积准确的计算堵漏件到达主水眼11限流环10位置的时间,计算时间剩余四分之一时,调整排量小于12L/S,减小堵球9-1对限流环10的撞击损坏;
<5>堵球9-1到达限流环10位置后封堵主水眼11,堵球9-1通过定位件与活塞头5-2固定连接在一起,在泵压的作用下推动活塞5下行,活塞5的上端面到达旁通孔6位置后,泵压开始下降,待完全贯通后泵压会下降4-5MPa;
<6>此时堵漏浆会通过旁通孔6进入裸眼井的环空实现静止堵漏、承压堵漏或其它方式的堵漏(用排量为12L/S泵入堵漏浆,及时的观察并记录好旁通孔6未打开前和打开后及堵漏浆通过旁通孔6时的泵压变化值,以此判断旁通堵漏系统的工作状态);
<7>如果是承压堵漏,此时关封环封,用小排量缓慢泵入堵漏浆(12L/S排量),通过计算泵入合适的堵漏浆量,稳压等待2-3小时环空后套压稳定不降,说明堵漏成功,否则继续进行;
<8>每次停泵后,人为解除挡圈8对弹性限位件12的上行限位(即使弹性限位件12与挡圈8脱离并位于挡圈8上方),活塞5在弹簧3的作用下上行关闭旁通孔6,在堵漏过程中堵漏件封堵了主水眼11阻止了堵漏浆进入到下部钻具,有效的保护井下各种仪器及工具;
<9>堵漏完成后,开封井器,起钻50m以上安全井段,开泵循环彻底清理干净钻杆内残留的堵漏材料,防止主水眼11打开后进入仪器、螺杆或其它钻具内;
<10>卸开方钻杆,将连接好的解锁打捞器在有线绞车的配合下从井口钻具水眼下入,控制下放速度在150m/min,解锁打捞器在下放距离堵漏件打捞矛9-27-2200m时,下放速度控制在30m/min,防止因冲击而造成打捞矛9-2和解锁打捞器的损坏;
<11>解锁打捞器和打捞矛9-2成功对接,将堵漏件从井底打捞到地面,恢复正常钻井;
<12>如需二次或多次堵漏,方法同上。
Claims (10)
1.一种随钻安全旁通装置,其特征在于包括倒扣短节、堵漏短节、弹簧、活塞和旁通件,堵漏短节下部与倒扣短节上部通过螺纹固定连接在一起,堵漏短节内侧与倒扣短节内侧上下连通,堵漏短节上部设有内外连通的旁通孔,倒扣短节上部内侧安装有呈上下方向布置的活塞,活塞内侧设有上下连通的主水眼,活塞包括自下而上固定在一起的活塞芯轴和能够封堵旁通孔的活塞头,活塞头位于活塞芯轴上部,活塞头下部与活塞芯轴上部固定连接在一起;活塞芯轴下部外侧设有花键,活塞芯轴分别通过花键与堵漏短节下部内侧和倒扣短节上部内侧连接在一起;倒扣短节下部内侧由上至下依次设有弹簧和定位环台,弹簧上部抵在活塞芯轴下部,弹簧下部座于定位环台上部;对应活塞头上部位置的堵漏短节内侧设有呈上下方向布置的旁通件,旁通件下部设有能够封堵主水眼的堵球,堵球下部设有能够将堵球与活塞头固定连接在一起的定位件,旁通件上部外侧设有弹性限位件,对应弹性限位件下部位置的堵漏短节内侧固定安装有能够实现弹性限位件上行、下行限位的挡圈,弹性限位件能够进入挡圈并位于挡圈内侧。
2.根据权利要求1所述的随钻安全旁通装置,其特征在于定位件包括连接体和弹性凸起,连接体上部与堵球固定连接在一起,连接体下部外侧固定安装有弹性凸起,对应主水眼外侧位置的活塞头上部内侧设有定位环槽,连接体能位于主水眼内侧并使弹性凸起卡于定位环槽内侧。
3.根据权利要求1或2所述的随钻安全旁通装置,其特征在于对应挡圈下方位置的旁通件上套装有扶正器。
4.根据权利要求1或2所述的随钻安全旁通装置,其特征在于旁通件上部设有打捞矛,打捞矛位于挡圈上方。
5.根据权利要求3所述的随钻安全旁通装置,其特征在于旁通件上部设有打捞矛,打捞矛位于挡圈上方。
6.根据权利要求1或2或5所述的随钻安全旁通装置,其特征在于弹性限位件包括至少两个呈上下方向布置的锁紧弹簧,每个锁紧弹簧均与旁通件外侧固定安装在一起。
7.根据权利要求3所述的随钻安全旁通装置,其特征在于弹性限位件包括至少两个呈上下方向布置的锁紧弹簧,每个锁紧弹簧均与旁通件外侧固定安装在一起。
8.根据权利要求4所述的随钻安全旁通装置,其特征在于弹性限位件包括至少两个呈上下方向布置的锁紧弹簧,每个锁紧弹簧均与旁通件外侧固定安装在一起。
9.根据权利要求1或2或5或7或8所述的随钻安全旁通装置,其特征在于对应主水眼位置的活塞头顶部固定安装有限流环,限流环位于定位环槽上方,限流环呈开口上大下小的内锥孔状,堵球下部能座于限流环上部并封堵主水眼;或/和,旁通孔内侧设有挡环,挡环外侧与旁通孔内侧固定连接在一起。
10.根据权利要求6所述的随钻安全旁通装置,其特征在于对应主水眼位置的活塞头顶部固定安装有限流环,限流环位于定位环槽上方,限流环呈开口上大下小的内锥孔状,堵球下部能座于限流环上部并封堵主水眼;或/和,旁通孔内侧设有挡环,挡环外侧与旁通孔内侧固定连接在一起。
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