CN111441737A - 双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，应用于油气开采修井防喷作业。壳体总成的上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道分别与上光杆防喷机构和下抽油杆防喷机构相配合，旋筒轴座采用侧门式旋转动筒，且依据螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒体的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，上轴塞芯总成和下轴塞芯总成均采用圆柱状活塞式和轴塞芯三位一体构造并作为防喷器的密封总成和传动总成，两套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成依据双平面移动副和双活塞移动副进行精准滑移并通过滑键限位器完成轴向和周向限位，而后分别卡住通径杆穿孔内的光杆和抽油杆，由此实现封闭式密封胶芯和三○形密封圈组合式的非金属密封及井口防喷作业。

Description

双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器

技术领域

本发明涉及一种常规油气和非常规油气开采修井作业用的防喷装置，特别是涉及一种采用双旋筒、双柱塞以及双滑键的轴塞芯三位一体防喷装置。

背景技术

常规油气和非常规油气开采修井作业时，井口防喷装置的技术性能和现场适应性是井控管理工作的关键，国内外油田修井作业常用的井口安全防喷装置中，对于自封、全封以及半全封防喷器的功能都是单独实现的。

国外公司的典型井口安全防喷装置包括Cameron公司的防喷器采用径向组合密封、Hydril公司的防喷器采用活塞式自紧密封、Shaffer公司的防喷器采用端面浮动密封等，国内公司也相继研发了多种规格的整体式剪切闸板防喷器和分体式剪切闸板防喷器，这些防喷器主要用于高压钻井作业时井口实现全封、自封或半封功能，然而其尺寸高度过大，大大影响井口的起下杆柱和管柱操作的方便性，同时防喷器的安装和拆卸需要专门的起吊设备且不方便，目前井口防喷装置在应用中主要存在以下问题：

1)启动多功能防喷器关闭井口的操作流程复杂且耗时较长，导致井控的难度加大。

2)多功能防喷器的部件通常设计不合理，在多级钻杆作业、光杆和抽油杆作业、多级油管作业或坐挂悬挂器时需要频繁拆卸与安装，不能实现持续井控，从而增加非生产时间。

3)常规防喷器在抢喷操作时需要倒自封胶芯，不能实现抢喷过程中油套环空的持续密封，同时也不能实现抢喷时抽油杆和油管的安全悬挂。即使能悬挂油管也是通过井口四通的锥面坐挂油管，却不能实现油套环空的可靠带压密封，这使得操作更为复杂。

4)半全封防喷器需要频繁更换半封闸板和全封配合芯柱，每更换一次都要进行试压检验，对于常规修井作业组合杆柱或组合管柱并不适用。

为此，现场急需一种真正可靠实用而又操作方便的井口防喷器。

发明内容

为了有效解决常规油气和非常规油气开采修井作业期间的井口失控问题，并克服现有井口防喷技术及其防喷器存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种适合油气开采修井作业用的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器。该轴塞芯三位一体防喷器采用封闭式密封胶芯和三○形密封圈与壳体总成以及光杆和抽油杆之间的组合式非金属密封，并依据旋筒轴座的旋筒体和传动轴间的螺旋传动和滑键限位器的轴向和周向限位，同时结合上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的圆柱状活塞式和轴塞芯三位一体构造，有效控制常规油气和非常规油气开采修井过程中的井口防喷作业。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，主要由壳体总成、上轴塞芯总成、下轴塞芯总成、滑键限位器和旋筒轴座几部分组成，该轴塞芯三位一体防喷器经壳体总成的上盒接头与井口密封盒相连并由壳体总成的下通接头与井口三通连为一体，壳体总成采用单体，上轴塞芯总成和下轴塞芯总成采用对称布置的双体，滑键限位器和旋筒轴座采用对称布置和分层排列的四体构造，壳体总成的上塞芯圆滑道依次配置双上轴塞芯总成和双滑键限位器且其两侧端设有双旋筒轴座而构成独立的上光杆防喷机构，并控制修井时光杆的井喷作业，同时壳体总成的下塞芯圆滑道依次配置双下轴塞芯总成和双滑键限位器且其两侧端设有双旋筒轴座而构成独立的下抽油杆防喷机构，并控制修井时抽油杆的井喷作业。

油气开采修井作业的轴塞芯三位一体防喷流程中，依据上光杆防喷机构的螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒轴座的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，结合上光杆防喷机构的双平面移动副和双活塞移动副，两套上轴塞芯总成分别沿着壳体总成的上塞芯圆滑道进行精准滑移并卡住光杆和压紧封闭式密封胶芯，实现上光杆防喷机构与光杆间的非金属密封和防喷作业；依据下抽油杆防喷机构的螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒轴座的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，结合下抽油杆防喷机构的双平面移动副和双活塞移动副，两套下轴塞芯总成分别沿着壳体总成的下塞芯圆滑道进行精准滑移并卡住抽油杆和压紧封闭式密封胶芯，实现下抽油杆防喷机构与抽油杆间的非金属密封和防喷作业。

壳体总成采用双十字交叉孔壳体，三孔壳体的上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道分别与上光杆防喷机构和下抽油杆防喷机构相配合，且其通径杆穿孔内设置光杆和抽油杆，壳体总成沿光杆轴向依次设有上盒接头、三孔壳体和下通接头。

上盒接头和下通接头分别采用母扣圆管体和公扣圆管体，并依次将井口密封盒、三孔壳体和井口三通连为一体，上盒接头和下通接头的管腔同时与三孔壳体的通径杆穿孔保持联通，同时上盒接头和下通接头的管腔所在环面的最小直径等于通径杆穿孔的孔径。

三孔壳体采用扁方柱形壳体且依次设有通径杆穿孔、上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道，通径杆穿孔沿光杆轴向布置，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道分层排列并同时与通径杆穿孔垂直交叉设置，而使三孔壳体内孔道呈现双十字交叉形。通径杆穿孔采用等径圆形通孔，且通径杆穿孔的孔径大于光杆以及光杆与抽油杆连接处接箍的最大外径。上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道均由一条滑移圆孔道和两条限位圆孔道组合而成，且两条限位圆孔道对称布置于滑移圆孔道的两侧端，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道的滑移圆孔道内分别配置两套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成，且上塞芯圆滑道的两条限位圆孔道以及下塞芯圆滑道的两条限位圆孔道内均设有相同型号的滑键限位器，同时三孔壳体的两侧端面上沿限位圆孔道周向分别车制螺钉孔并通过螺钉将四套相同型号的旋筒轴座连接于壳体总成的两侧。

上轴塞芯总成和下轴塞芯总成均采用圆柱状活塞式和轴塞芯三位一体的构造，并作为防喷器的密封总成和传动总成，且两套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成分别卡住光杆和抽油杆并实现封闭式密封胶芯和三○形密封圈组合式的非金属密封以及井口防喷作业，每套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成均包括传动轴、滑移柱塞、封闭式密封胶芯和三○形密封圈。

传动轴、滑移柱塞和封闭式密封胶芯采用轴塞芯三位一体，其中传动轴和滑移柱塞由圆柱形合金钢一体加工而成，滑移柱塞和封闭式密封胶芯采用硫化一体加工工艺。传动轴采用圆柱状细长杆，滑移柱塞采用圆柱状活塞，传动轴沿光杆径向的外侧车制梯形传动外螺纹且其内侧铣有导向滑移键槽，导向滑移键槽沿传动轴的轴向布置且其槽底面与导向滑键的键底面之间采用间隙配合，同时导向滑移键槽的两侧槽壁分别与导向滑键的两侧面之间精密配合而构成双平面移动副。

滑移柱塞的外环面沿光杆径向由内而外依次设有壳密封槽和密封环槽，且两套上轴塞芯总成的滑移柱塞外环面分别与上塞芯圆滑道之间精密配合而构成双活塞移动副，同时两套下轴塞芯总成的滑移柱塞外环面分别与下塞芯圆滑道之间精密配合而构成双活塞移动副。滑移柱塞密封环槽的剖面呈矩形并沿光杆径向等间距分层排列，滑移柱塞的密封环槽内配置三○形密封圈，并辅助滑移柱塞与三孔壳体之间的非金属密封；滑移柱塞的壳密封槽由一个拱形密封槽和两个矩形密封槽组合而成，拱形密封槽和矩形密封槽保持联通且其槽深相等，且两个矩形密封槽对称布置于拱形密封槽的两侧，拱形密封槽的槽底面所在柱面和矩形密封槽的槽底面所在柱面位于同一圆柱面上，同时拱形密封槽的两侧槽面相互平行并与传动轴的轴线相垂直，矩形密封槽的两侧槽面相互平行并且水平布置。滑移柱塞沿光杆径向的内外两侧端面采用相互平行的平面，且滑移柱塞的内侧端面中部设有垂直交叉布置的杆密封槽和杆卡槽，杆密封槽的剖面呈矩形并沿传动轴径向布置，杆密封槽的槽深和槽宽分别大于壳密封槽的槽深和槽宽，杆密封槽的槽底面与滑移柱塞的内侧端面保持平行；杆卡槽的槽壁采用半圆柱面，且上轴塞芯总成杆卡槽的槽壁所在柱面的直径大于光杆的杆径，下轴塞芯总成杆卡槽的槽壁所在柱面的直径大于抽油杆的杆径。

滑移柱塞的壳密封槽和杆密封槽保持联通且其内填充封闭式密封胶芯，由此封闭式密封胶芯成为不间断的连续整体式胶芯。壳密封槽的槽顶面和杆密封槽两侧槽面的封闭式密封胶芯设有壳密封面，壳密封面采用圆柱面，且壳密封面所在柱面的直径大于滑移柱塞外环面所在柱面的直径，壳密封面为上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道的密封面，并实现滑移柱塞与三孔壳体之间的主密封。封闭式密封胶芯沿光杆径向的内侧端面由一个杆密封面和两个胶芯密封面组合而成，且两个胶芯密封面均采用平面并对称布置于杆密封面的两侧，杆密封面采用半圆柱面，且上轴塞芯总成的杆密封面所在柱面的直径小于光杆的杆径，下轴塞芯总成的杆密封面所在柱面的直径小于抽油杆的杆径；胶芯密封面为滑移柱塞的密封面，并实现上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的滑移柱塞之间的非金属密封，杆密封面为光杆和抽油杆的密封面，并分别实现上轴塞芯总成与光杆以及下轴塞芯总成与抽油杆之间的非金属密封。

滑键限位器依据双平面移动副和双活塞移动副实现上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的精准滑移及其轴向和周向限位，它包括限位体和导向滑键。

导向滑键采用普通导向平键，限位体采用厚壁筒体，限位体的筒壁与传动轴的外环面之间采用间隙配合，同时限位体的外环面与限位圆孔道的孔壁之间采用间隙配合，限位体沿光杆径向的内侧端面与滑移柱塞的外侧端面相配合并实现上轴塞芯总成和下轴塞芯总成打开过程中的轴向限位。

限位体的筒壁铣有导向限位键槽，且导向限位键槽的槽顶面钻有滑键拆卸圆孔，滑键拆卸圆孔用于导向滑键的拆卸，滑键拆卸圆孔沿传动轴径向布置且其中心线与传动轴的轴线垂直相交。导向限位键槽的两侧槽壁与导向滑键的两侧面之间采用过盈配合，且导向限位键槽的槽顶面与导向滑键的键顶面之间采用间隙配合，由此实现导向滑键与限位体之间的固定以及上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的周向限位，同时依据导向滑键与传动轴的导向滑移键槽之间的双平面移动副、滑移柱塞与上塞芯圆滑道之间的双活塞移动副以及滑移柱塞与下塞芯圆滑道之间的双活塞移动副，上轴塞芯总成和下轴塞芯总成分别沿着上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道进行精准滑移。

旋筒轴座采用侧门式旋转动筒构造，依据螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒体的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，它包括旋筒体和方法兰。

旋筒体采用变截面长筒体，旋筒体沿光杆径向的内侧和外侧分别设有柱状卡箍和六角扳手方径，六角扳手方径采用外六角头并与六角形扳手配合，旋筒体的柱状卡箍与方法兰的旋筒卡槽之间精密配合同时旋筒体的外环面与方法兰的旋转卡环之间精密配合而构成双柱面转动副。旋筒体的环腔内壁车制梯形传动内螺纹，旋筒体的梯形传动内螺纹同时与上轴塞芯总成和下轴塞芯总成传动轴的梯形传动外螺纹之间精密配合并构成螺旋传动副。

方法兰采用方形法兰盘，方法兰的环腔内壁沿光杆径向依次设有限位卡槽、旋筒卡槽和旋转卡环，方法兰旋转卡环的剖面呈矩形，方法兰旋筒卡槽的槽长大于旋筒体柱状卡箍的轴向长度，方法兰的限位卡槽和限位体相配合并实现滑键限位器的轴向固定，限位体的轴向长度大于三孔壳体限位圆孔道的孔长与方法兰限位卡槽的槽深之和。方法兰的四角处钻有圆孔，方法兰的圆孔与三孔壳体的螺钉孔相对应并与螺钉相配。

本发明所能达到的技术效果是，壳体总成的上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道分别与上光杆防喷机构和下抽油杆防喷机构相配合且其通径杆穿孔内贯穿光杆和抽油杆，旋筒轴座依据螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒体的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，上轴塞芯总成和下轴塞芯总成均采用圆柱状活塞式和轴塞芯三位一体构造，两套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成依据双平面移动副和双活塞移动副分别沿三孔壳体的上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道进行精准滑移，并分别卡住光杆和抽油杆而实现封闭式密封胶芯和三○形密封圈组合式的非金属密封，由此有效控制常规油气和非常规油气开采修井过程的井口防喷作业。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图1是根据本发明所提出的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器典型结构简图。

图2是图1的左视图。

图3是双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器中的壳体总成的结构简图。

图4是双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器中的上轴塞芯总成的结构简图。

图5是上轴塞芯总成和下轴塞芯总成中的滑移柱塞和传动轴的结构简图

图6是双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器中的下轴塞芯总成的结构简图。

图7是双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器中的滑键限位器的结构简图。

图8是双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器中的旋筒轴座的结构简图。

图9是双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器中的上光杆防喷机构的结构简图。

图10是双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器中的下抽油杆防喷机构的结构简图。

图11是双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器油气开采修井作业的轴塞芯三位一体光杆防喷流程简图。

图12是双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器油气开采修井作业的轴塞芯三位一体抽油杆防喷流程简图。

图中1－壳体总成，2－上轴塞芯总成，3－滑键限位器，4－旋筒轴座，5－下轴塞芯总成，6－上盒接头，7－三孔壳体，8－下通接头，9－通径杆穿孔，10－滑移圆孔道，11－限位圆孔道，12－下塞芯圆滑道，13－上塞芯圆滑道，14－滑移柱塞，15－封闭式密封胶芯，16－三○形密封圈，17－传动轴，18－杆密封槽，19－壳密封槽，20－密封环槽，21－导向滑移键槽，22－梯形传动外螺纹，23－胶芯密封面，24－杆密封面，25－杆卡槽，26－壳密封面，27－导向滑键，28－限位体，29－导向限位键槽，30－滑键拆卸圆孔，31－方法兰，32－旋筒体，33－柱状卡箍，34－旋筒卡槽，35－限位卡槽，36－旋转卡环，37－六角扳手方径，38－梯形传动内螺纹，39－上光杆防喷机构，40－下抽油杆防喷机构，41－双平面移动副，42－双活塞移动副，43－双柱面转动副，44－螺旋传动副，45－光杆，46－接箍，47－抽油杆。

具体实施方式

在图1和图2中，双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器由壳体总成1、上轴塞芯总成2、滑键限位器3、旋筒轴座4和下轴塞芯总成5组成，该轴塞芯三位一体防喷器采用上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5的封闭式密封胶芯和三○形密封圈与壳体总成1以及光杆和抽油杆之间的组合式非金属密封，并依据旋筒轴座4的旋筒体和传动轴间的螺旋传动和滑键限位器3的轴向和周向限位，同时结合上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5的圆柱状活塞式和轴塞芯三位一体构造，有效控制常规油气和非常规油气开采修井过程的井口防喷作业。

在图1和图2中，双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器经壳体总成1的上盒接头与井口密封盒相连并由壳体总成1的下通接头与井口三通连为一体，壳体总成1采用单体，上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5采用对称布置的双体，滑键限位器3和旋筒轴座4采用对称布置和分层排列的四体构造。

在图1和图2中，双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器进行组装之前，壳体总成1和各旋筒轴座4的外表面分别进行喷漆防腐处理，上轴塞芯总成2置入壳体总成1的上塞芯圆滑道，且下轴塞芯总成5置入壳体总成1的下塞芯圆滑道后往复移动，应操作灵活且无阻滞，上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5的传动轴与滑键限位器3的导向滑键配合后，应移动灵活且无阻滞，上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5的传动轴与旋筒轴座4的旋筒体之间的螺旋传动副配合后，应转动灵活且无阻滞，壳体总成1的通径杆穿孔用通径规进行检验时应无卡阻现象。保持壳体总成1的壳壁以及旋筒轴座4内壁的清洁，同时检查上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5传动轴的梯形传动外螺纹、旋筒轴座4的梯形传动内螺纹、滑键限位器3的导向滑键以及上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5的封闭式密封胶芯和三○形密封圈有无损伤的现象，检查各螺纹联接处是否牢固且有无锈蚀。

在图1和图2中，双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器进行组装作业时，上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5的传动轴、滑移柱塞以及封闭式密封胶芯完成轴塞芯三位一体加工，各滑键限位器3的限位体套入传动轴而后再装配导向滑键，各旋筒轴座4的方法兰套入旋筒体并装配旋筒体与传动轴之间的螺旋传动副，由此分别组合成上光杆防喷机构和下抽油杆防喷机构，最后将上光杆防喷机构和下抽油杆防喷机构分别置入壳体总成1的上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道并通过螺钉连接于三孔壳体的两侧。

在图1和图2中，双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器的型号与油气井所配套井口密封盒和井口三通的型号保持一致，同时双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器需按调试以及验收要求进行密封性能试验。

在图3中，壳体总成1沿光杆轴向依次设有上盒接头6、三孔壳体7和下通接头8，三孔壳体7的设计需要考虑井筒油气介质的最大流压等因素，上盒接头6的规格与井口密封盒的规格保持一致，且下通接头8的规格与井口三通的规格保持一致，滑移圆孔道10的孔长需要大于滑移柱塞的轴向长度及其最大推程之和的两倍，限位圆孔道11的规格与滑键限位器3的规格保持一致，通径杆穿孔9的孔径大于光杆以及光杆与抽油杆连接处接箍的最大外径。

在图3中，壳体总成1中的三孔壳体7的上塞芯圆滑道13和下塞芯圆滑道12分别与上光杆防喷机构和下抽油杆防喷机构相配合，且三孔壳体7的通径杆穿孔9内设置光杆和抽油杆，上盒接头6和下通接头8依次将井口密封盒、三孔壳体7和井口三通连为一体，上塞芯圆滑道13和下塞芯圆滑道12的滑移圆孔道10内分别配置两套上轴塞芯总成2和两套下轴塞芯总成5，且上塞芯圆滑道13的两条限位圆孔道11以及下塞芯圆滑道12的两条限位圆孔道11内均设有相同型号的滑键限位器3，同时三孔壳体7通过螺钉将四套相同型号的旋筒轴座4连接于壳体总成1的两侧。

在图4～图6中，每套上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5均包括滑移柱塞14、封闭式密封胶芯15、三○形密封圈16和传动轴17，滑移柱塞14的规格与滑移圆孔道10的孔径相一致，封闭式密封胶芯15和三○形密封圈16的设计均需要考虑滑移圆孔道10的孔径、井筒油气介质的最大流压等因素，上轴塞芯总成2的杆卡槽25规格与光杆的杆径相一致，且下轴塞芯总成5的杆卡槽25规格与抽油杆的杆径保持一致，导向滑移键槽21的槽宽与滑键限位器3导向滑键的键宽保持一致，导向滑移键槽21的槽长大于滑键限位器3导向滑键的键长与滑移柱塞14的最大推程之和，且梯形传动外螺纹22的总长度大于滑移柱塞14的最大推程。

在图4～图6中，两套上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5分别卡住光杆和抽油杆并实现封闭式密封胶芯15和三○形密封圈16组合式的非金属密封以及井口防喷作业，传动轴17的外侧车制梯形传动外螺纹22，导向滑移键槽21的槽底面与滑键限位器3导向滑键的键底面之间采用间隙配合，壳密封槽19的拱形密封槽和矩形密封槽保持联通。

在图4～图6中，上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5作为防喷器的密封总成和传动总成，杆密封槽18和壳密封槽19保持联通且其内填充封闭式密封胶芯15，滑移柱塞14的密封环槽20内配置三○形密封圈16，并辅助滑移柱塞14与三孔壳体7之间的非金属密封，同时壳密封面26为上塞芯圆滑道13和下塞芯圆滑道12的密封面，并实现滑移柱塞14与三孔壳体7之间的主密封；胶芯密封面23为滑移柱塞14的密封面，并实现上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5的滑移柱塞14之间的非金属密封，杆密封面24为光杆和抽油杆的密封面，并分别实现上轴塞芯总成2与光杆以及下轴塞芯总成5与抽油杆之间的非金属密封。

在图7中，滑键限位器3包括导向滑键27和限位体28，限位体28的轴向长度大于限位圆孔道11的孔长与旋筒轴座4方法兰的限位卡槽的槽深之和，导向限位键槽29的槽宽与导向滑键27的键宽保持一致，导向限位键槽29的槽长大于导向滑键27的键长。

在图7中，滑键限位器3依据双平面移动副和双活塞移动副实现上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5的精准滑移，限位体28与传动轴17和限位圆孔道11之间均采用间隙配合，滑键拆卸圆孔30用于导向滑键27的拆卸，限位体28沿光杆径向的内侧端面与滑移柱塞14的外侧端面相配合并实现上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5打开过程中的轴向限位，导向限位键槽29的两侧槽壁与导向滑键27的两侧面之间采用过盈配合，且导向限位键槽29的槽顶面与导向滑键27的键顶面之间采用间隙配合，由此实现导向滑键27与限位体28之间的固定以及上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5的周向限位。

在图8中，旋筒轴座4包括方法兰31和旋筒体32，旋筒体32的梯形传动内螺纹38规格与传动轴17的梯形传动外螺纹22规格相一致，梯形传动内螺纹38的总长度大于滑移柱塞14的最大推程，方法兰31的型号与三孔壳体7两侧端面的面积保持一致，六角扳手方径37的规格与六角形扳手的型号相一致。

在图8中，旋筒轴座4依据螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒体32的旋转运动转化为传动轴17的轴向移动，六角扳手方径37与六角形扳手配合，柱状卡箍33与旋筒卡槽34同时旋筒体32与旋转卡环36之间构成双柱面转动副，旋筒体32的环腔内壁车制梯形传动内螺纹38，方法兰31的限位卡槽35和限位体28相配合并实现滑键限位器3的轴向固定。

在图9和图10中，双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器中壳体总成1的上塞芯圆滑道13依次配置双上轴塞芯总成2和双滑键限位器3且壳体总成1的两侧端分别设有旋筒轴座4而构成独立的上光杆防喷机构39，并控制修井时光杆的井喷作业，同时壳体总成1的下塞芯圆滑道12依次配置双下轴塞芯总成5和双滑键限位器3且壳体总成1的两侧端分别设有旋筒轴座4而构成独立的下抽油杆防喷机构40，并控制修井时抽油杆的井喷作业。

在图9和图10中，上光杆防喷机构39和下抽油杆防喷机构40的导向滑移键槽21与导向滑键27之间构成双平面移动副41，上光杆防喷机构39的滑移柱塞14与上塞芯圆滑道13之间构成双活塞移动副42，下抽油杆防喷机构40的滑移柱塞14与下塞芯圆滑道12之间同样构成双活塞移动副42，上轴塞芯总成2和下轴塞芯总成5分别沿着上塞芯圆滑道13和下塞芯圆滑道12进行精准滑移，上光杆防喷机构39和下抽油杆防喷机构40的柱状卡箍33与方法兰31的旋筒卡槽34同时旋筒体32与方法兰31的旋转卡环36之间构成双柱面转动副43，上光杆防喷机构39和下抽油杆防喷机构40的旋筒体32的梯形传动内螺纹38与传动轴17的梯形传动外螺纹22之间构成螺旋传动副44。

在图11中，双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器油气开采修井作业的轴塞芯三位一体光杆防喷流程中，下抽油杆防喷机构40中的下轴塞芯总成5始终处于开启状态，接箍46和抽油杆47位于上塞芯圆滑道13下部的通径杆穿孔9内；上光杆防喷机构39的六角扳手方径37与六角形扳手配合并提供动力，上光杆防喷机构39依据柱状卡箍33与旋筒卡槽34和旋筒体32与旋转卡环36之间的双柱面转动副43以及梯形传动内螺纹38和梯形传动外螺纹22之间的螺旋传动副44，实施螺旋传动并将旋筒体32的旋转运动转化为传动轴17的轴向朝内移动，而后结合导向滑移键槽21与导向滑键27之间的双平面移动副41以及滑移柱塞14与上塞芯圆滑道13之间的双活塞移动副42，上光杆防喷机构39的两套上轴塞芯总成2分别沿着上塞芯圆滑道13朝内精准滑移并卡住光杆45和压紧封闭式密封胶芯15，实现上光杆防喷机构39与光杆45之间的非金属密封和防喷作业。

在图11中，双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器油气开采修井作业的轴塞芯三位一体光杆防喷流程中，下轴塞芯总成5始终处于开启状态，六角扳手方径37与六角形扳手配合并提供动力，上光杆防喷机构39依据柱状卡箍33与旋筒卡槽34和旋筒体32与旋转卡环36之间的双柱面转动副43以及梯形传动内螺纹38和梯形传动外螺纹22之间的螺旋传动副44，实施反向螺旋传动并将旋筒体32的旋转运动转化为传动轴17的轴向朝外移动，而后结合导向滑移键槽21与导向滑键27之间的双平面移动副41以及滑移柱塞14与上塞芯圆滑道13之间的双活塞移动副42，上光杆防喷机构39的两套上轴塞芯总成2分别沿着上塞芯圆滑道13朝外精准滑移，接着上轴塞芯总成2杆密封槽18内的封闭式密封胶芯15恢复至自由状态，直至上光杆防喷机构39的限位体28沿光杆径向的内侧端面与滑移柱塞14的外侧端面相配合为止，由此完成上光杆防喷机构39的打开作业。

在图12中，双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器油气开采修井作业的轴塞芯三位一体抽油杆防喷流程中，上光杆防喷机构39中的上轴塞芯总成2始终处于开启状态，光杆45和接箍46位于下塞芯圆滑道12上部的通径杆穿孔9内；下抽油杆防喷机构40的六角扳手方径37与六角形扳手配合并提供动力，下抽油杆防喷机构40依据柱状卡箍33与旋筒卡槽34和旋筒体32与旋转卡环36之间的双柱面转动副43以及梯形传动内螺纹38和梯形传动外螺纹22之间的螺旋传动副44，实施螺旋传动并将旋筒体32的旋转运动转化为传动轴17的轴向朝内移动，而后结合导向滑移键槽21与导向滑键27之间的双平面移动副41以及滑移柱塞14与下塞芯圆滑道12之间的双活塞移动副42，下抽油杆防喷机构40的两套下轴塞芯总成5分别沿着下塞芯圆滑道12朝内精准滑移并卡住抽油杆47和压紧封闭式密封胶芯15，实现下抽油杆防喷机构40与抽油杆47之间的非金属密封和防喷作业。

在图12中，双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器油气开采修井作业的轴塞芯三位一体抽油杆防喷流程中，上轴塞芯总成2始终处于开启状态，六角扳手方径37与六角形扳手配合并提供动力，下抽油杆防喷机构40依据柱状卡箍33与旋筒卡槽34和旋筒体32与旋转卡环36之间的双柱面转动副43以及梯形传动内螺纹38和梯形传动外螺纹22之间的螺旋传动副44，实施反向螺旋传动并将旋筒体32的旋转运动转化为传动轴17的轴向朝外移动，而后结合导向滑移键槽21与导向滑键27之间的双平面移动副41以及滑移柱塞14与下塞芯圆滑道12之间的双活塞移动副42，下抽油杆防喷机构40的两套下轴塞芯总成5分别沿着下塞芯圆滑道12朝外精准滑移，接着下轴塞芯总成5杆密封槽18内的封闭式密封胶芯15恢复至自由状态，直至下抽油杆防喷机构40的限位体28沿光杆径向的内侧端面与滑移柱塞14的外侧端面相配合为止，由此完成下抽油杆防喷机构40的打开作业。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，壳体总成的上塞芯圆滑道依次配置双上轴塞芯总成和双滑键限位器且其两侧端设有双旋筒轴座而构成独立的上光杆防喷机构，控制修井时光杆的井喷，下塞芯圆滑道依次配置双下轴塞芯总成和双滑键限位器且其两侧端设有双旋筒轴座而构成独立的下抽油杆防喷机构，控制修井时抽油杆的井喷，其特征在于：

一壳体总成；所述壳体总成采用双十字交叉孔壳体且沿光杆轴向依次设有上盒接头、三孔壳体和下通接头，三孔壳体的上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道分别与上光杆防喷机构和下抽油杆防喷机构相配合；上盒接头和下通接头分别采用母扣圆管体和公扣圆管体，并依次将井口密封盒、三孔壳体和井口三通连为一体，三孔壳体采用扁方柱形壳体且依次设有通径杆穿孔、上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道同时与通径杆穿孔垂直交叉设置，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道均由一条滑移圆孔道和两条限位圆孔道组合而成；

一上轴塞芯总成和下轴塞芯总成；两套所述上轴塞芯总成和下轴塞芯总成分别卡住光杆和抽油杆并实现封闭式密封胶芯和三○形密封圈组合式的非金属密封,每套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成均包括传动轴、滑移柱塞、封闭式密封胶芯和三○形密封圈；传动轴、滑移柱塞和封闭式密封胶芯采用轴塞芯三位一体，传动轴和滑移柱塞由圆柱形合金钢一体加工而成，滑移柱塞和封闭式密封胶芯采用硫化一体加工工艺；传动轴采用圆柱状细长杆且其导向滑移键槽与导向滑键之间构成双平面移动副，两套上轴塞芯总成的滑移柱塞分别与上塞芯圆滑道构成双活塞移动副，两套下轴塞芯总成的滑移柱塞分别与下塞芯圆滑道构成双活塞移动副；滑移柱塞采用圆柱状活塞且其外环面沿光杆径向由内而外依次设有壳密封槽和密封环槽，密封环槽沿光杆径向等间距分层排列且其内配置三○形密封圈，壳密封槽由一个拱形密封槽和两个矩形密封槽组合而成，两个矩形密封槽对称布置于拱形密封槽的两侧，滑移柱塞的内侧端面中部设有垂直交叉布置的杆密封槽和杆卡槽；滑移柱塞的壳密封槽和杆密封槽保持联通且其内填充封闭式密封胶芯，封闭式密封胶芯为不间断的连续整体式胶芯；壳密封槽的槽顶面和杆密封槽两侧槽面的封闭式密封胶芯设有壳密封面，壳密封面为上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道的密封面，封闭式密封胶芯沿光杆径向的内侧端面由一个杆密封面和两个胶芯密封面组合而成，胶芯密封面为滑移柱塞的密封面，杆密封面为光杆和抽油杆的密封面；

一滑键限位器；所述滑键限位器依据双平面移动副和双活塞移动副实现上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的精准滑移，它包括限位体和导向滑键；导向滑键采用普通导向平键，限位体采用厚壁筒体，限位体沿光杆径向的内侧端面与滑移柱塞的外侧端面相配合并实现上轴塞芯总成和下轴塞芯总成打开过程中的轴向限位；限位体的筒壁铣有导向限位键槽，且导向限位键槽的槽顶面钻有滑键拆卸圆孔，导向限位键槽的两侧槽壁与导向滑键的两侧面之间采用过盈配合，且导向限位键槽的槽顶面与导向滑键的键顶面之间采用间隙配合，由此实现导向滑键与限位体之间的固定以及上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的周向限位；

一旋筒轴座；所述旋筒轴座采用侧门式旋转动筒构造，依据螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒体的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，它包括旋筒体和方法兰；旋筒体沿光杆径向的内侧和外侧分别设有柱状卡箍和六角扳手方径，柱状卡箍与旋筒卡槽同时旋筒体与旋转卡环之间构成双柱面转动副，旋筒体的梯形传动内螺纹与上轴塞芯总成和下轴塞芯总成传动轴的梯形传动外螺纹之间构成螺旋传动副；方法兰的环腔内壁沿光杆径向依次设有限位卡槽、旋筒卡槽和旋转卡环，限位卡槽实现滑键限位器的轴向固定。

2.根据权利要求1所述的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，其特征在于：所述双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器经壳体总成的上盒接头与井口密封盒相连并由壳体总成的下通接头与井口三通连为一体，壳体总成采用单体，上轴塞芯总成和下轴塞芯总成采用对称布置的双体，滑键限位器和旋筒轴座采用对称布置和分层排列的四体构造。

3.根据权利要求1所述的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，其特征在于：所述双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器的油气开采修井作业的轴塞芯三位一体防喷流程中，依据上光杆防喷机构的螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒轴座的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，结合上光杆防喷机构的双平面移动副和双活塞移动副，两套上轴塞芯总成分别沿着壳体总成的上塞芯圆滑道进行精准滑移并卡住光杆和压紧封闭式密封胶芯，实现上光杆防喷机构与光杆之间的非金属密封和防喷作业；依据下抽油杆防喷机构的螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒轴座的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，结合下抽油杆防喷机构的双平面移动副和双活塞移动副，两套下轴塞芯总成分别沿着壳体总成的下塞芯圆滑道进行精准滑移并卡住抽油杆和压紧封闭式密封胶芯，实现下抽油杆防喷机构与抽油杆之间的非金属密封和防喷作业。

4.根据权利要求1所述的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，其特征在于：所述壳体总成的通径杆穿孔内设置光杆和抽油杆，上盒接头和下通接头的管腔同时与三孔壳体的通径杆穿孔保持联通，同时上盒接头和下通接头的管腔所在环面的最小直径等于通径杆穿孔的孔径；

所述三孔壳体内孔道呈现双十字交叉形，通径杆穿孔沿光杆轴向布置并采用等径圆形通孔，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道分层排列，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道的两条限位圆孔道对称布置于其滑移圆孔道的两侧端，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道的滑移圆孔道内分别配置两套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成，且上塞芯圆滑道的两条限位圆孔道以及下塞芯圆滑道的两条限位圆孔道内均设有相同型号的滑键限位器，同时三孔壳体的两侧端面通过螺钉将四套相同型号的旋筒轴座连接于壳体总成的两侧。

5.根据权利要求1所述的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，其特征在于：所述上轴塞芯总成和下轴塞芯总成均采用圆柱状活塞式和轴塞芯三位一体的构造，传动轴沿光杆径向的外侧车制梯形传动外螺纹且其内侧铣有导向滑移键槽，导向滑移键槽沿传动轴的轴向布置且其槽底面与导向滑键的键底面之间采用间隙配合，同时导向滑移键槽的两侧槽壁分别与导向滑键的两侧面之间精密配合。

6.根据权利要求1所述的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，其特征在于：所述上轴塞芯总成和下轴塞芯总成作为防喷器的密封总成和传动总成，两套上轴塞芯总成的滑移柱塞外环面分别与上塞芯圆滑道之间精密配合，同时两套下轴塞芯总成的滑移柱塞外环面分别与下塞芯圆滑道之间精密配合；滑移柱塞密封环槽的剖面呈矩形，三○形密封圈辅助滑移柱塞与三孔壳体之间的非金属密封；滑移柱塞壳密封槽的拱形密封槽和矩形密封槽保持联通且其槽深相等，拱形密封槽的槽底面所在柱面和矩形密封槽的槽底面所在柱面位于同一圆柱面上，同时拱形密封槽的两侧槽面相互平行并与传动轴的轴线相垂直，矩形密封槽的两侧槽面相互平行并且水平布置；滑移柱塞沿光杆径向的内外两侧端面采用相互平行的平面，滑移柱塞杆密封槽的剖面呈矩形并沿传动轴径向布置，杆密封槽的槽深和槽宽分别大于壳密封槽的槽深和槽宽，杆密封槽的槽底面与滑移柱塞的内侧端面保持平行；杆卡槽的槽壁采用半圆柱面，且上轴塞芯总成杆卡槽的槽壁所在柱面的直径大于光杆的杆径，下轴塞芯总成杆卡槽的槽壁所在柱面的直径大于抽油杆的杆径。

7.根据权利要求1所述的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，其特征在于：所述滑移柱塞的壳密封面采用圆柱面，且壳密封面所在柱面的直径大于滑移柱塞外环面所在柱面的直径，壳密封面实现滑移柱塞与三孔壳体之间的主密封；封闭式密封胶芯的两个胶芯密封面均采用平面并对称布置于杆密封面的两侧，杆密封面采用半圆柱面，且上轴塞芯总成的杆密封面所在柱面的直径小于光杆的杆径，下轴塞芯总成的杆密封面所在柱面的直径小于抽油杆的杆径；胶芯密封面实现上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的滑移柱塞之间的非金属密封，杆密封面分别实现上轴塞芯总成与光杆以及下轴塞芯总成与抽油杆之间的非金属密封。

8.根据权利要求1所述的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，其特征在于：所述滑键限位器实现上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的轴向和周向限位，限位体的筒壁与传动轴的外环面之间采用间隙配合，同时限位体的外环面与限位圆孔道的孔壁之间采用间隙配合；

所述限位体的滑键拆卸圆孔用于导向滑键的拆卸，滑键拆卸圆孔沿传动轴径向布置且其中心线与传动轴的轴线垂直相交，依据导向滑键与传动轴的导向滑移键槽间的双平面移动副、滑移柱塞与上塞芯圆滑道间的双活塞移动副以及滑移柱塞与下塞芯圆滑道间的双活塞移动副，上轴塞芯总成和下轴塞芯总成分别沿着上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道进行精准滑移。

9.根据权利要求1所述的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，其特征在于：所述旋筒轴座的旋筒体采用变截面长筒体，六角扳手方径采用外六角头，旋筒体的柱状卡箍与方法兰的旋筒卡槽之间精密配合同时旋筒体的外环面与方法兰的旋转卡环之间精密配合，旋筒体的环腔内壁车制梯形传动内螺纹，旋筒体的梯形传动内螺纹同时与上轴塞芯总成和下轴塞芯总成传动轴的梯形传动外螺纹之间精密配合。

10.根据权利要求1所述的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，其特征在于：所述旋筒轴座的方法兰采用方形法兰盘，方法兰旋转卡环的剖面呈矩形，方法兰旋筒卡槽的槽长大于旋筒体柱状卡箍的轴向长度，方法兰的限位卡槽和限位体相配合，限位体的轴向长度大于三孔壳体限位圆孔道的孔长与方法兰限位卡槽的槽深之和。

Images