CN112112598A - 补偿式多用途环形防喷器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油井防喷装置，具体涉及一种补偿式多用途环形防喷器，以解决现有的防喷装置存在体积大、更换胶套复杂、成本高，自封胶套耐压低，自封封井能力不可调节，环空主胶套易破损，环向抱紧内衬套后，内衬套内孔不圆造成封不住井压的问题。该环形防喷器包括由外至内依次同轴设置的壳体、主胶套组件、副胶套组件，位于壳体内侧且设置在主胶套组件下方用于挤压主胶套组件的活塞组件，以及设置在壳体上且与活塞组件连通的油路。副胶套组件包括副胶套、副胶套骨架，副胶套设置在主胶套组件内侧，其上端与副胶套骨架固连，副胶套骨架与壳体上端可拆卸连接，副胶套组件用于在主胶套组件的挤压下，抱紧油管、修井工具、电缆、钢丝绳或抽油杆。
Description
技术领域
本发明涉及防喷器领域，具体涉及一种补偿式多用途环形防喷器。
背景技术
目前，在油田修井、测试作业时，井口必须安装有防喷装置，其目的是：1、满足对不同直径的油管、接箍、工具串在井口的环空口防喷和密封要求；2、防止油管和套管环空油水气从井口环空上涌、喷出；3、刮去油管外壁油污以减小在地面上清洁油管的工作量；4、防止井口落物掉入井中；5、扶正油管。
现有技术一般是通过在井口安装常规环形防喷器、轻便自封封井器、液控封井器或补偿式环形防喷装置来达到上述目的。但常规环形防喷器存在体积大、更换胶套成本高等不足；轻便自封封井器存在自封胶套耐压低，自封封井能力不可调节等不足；液控封井器存在环空主胶套易破损，环向抱紧内衬套后，内衬套内孔不圆造成封不住井压等不足；补偿式环形防喷装置存在主胶套环向抱紧内衬套后，内衬套内孔不圆造成封不住井压，且更换主胶套复杂、成本高等不足。
发明内容
本发明的目的是解决现有的防喷装置存在体积大、更换胶套复杂、成本高，自封胶套耐压低，自封封井能力不可调节，环空主胶套易破损，环向抱紧内衬套后，内衬套内孔不圆造成封不住井压的问题，而提供了一种补偿式多用途环形防喷器。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种补偿式多用途环形防喷器，其特殊之处在于：
包括由外至内依次同轴设置的壳体、主胶套组件、副胶套组件，位于壳体内侧且设置在主胶套组件下方用于挤压主胶套组件的活塞组件，以及设置在壳体上且与活塞组件连通的油路；
所述副胶套组件包括副胶套、副胶套骨架；
所述副胶套设置在主胶套组件内侧，其上端与副胶套骨架固连；
所述副胶套骨架与壳体上端可拆卸连接；
所述副胶套组件用于在主胶套组件的挤压下，抱紧油管、修井工具、电缆、钢丝绳或抽油杆；
所述活塞组件包括活塞和活塞腔，所述活塞上端面与主胶套组件下端面接触。
进一步地，所述副胶套的内孔孔径与油管或修井工具的外径相适配。
进一步地，所述副胶套自上而下依次分为大孔径段、第一导向段、小孔径段、第二导向段；
所述大孔径段的内孔孔径大于油管或修井工具的外径；
所述第一导向段的内孔呈倒八字形；
所述小孔径段的内孔孔径小于油管或修井工具的外径；
所述第二导向段的内孔呈正八字形；
所述主胶套组件正对副胶套的大孔径段。
进一步地，所述副胶套组件还包括两半式补芯；
所述两半式补芯设置在副胶套内侧，其上端卡接在副胶套骨架上；
所述两半式补芯的内孔孔径与电缆、钢丝绳或抽油杆的外径相适配；
所述副胶套和两半式补芯下端设置有环形板；
所述活塞上端面与主胶套组件下端面及环形板下端面同时接触。
进一步地，所述副胶套骨架上端设置有扶正架；
所述扶正架包括连接帽和一对扶正轮；
所述连接帽与副胶套骨架固连；
所述一对扶正轮安装在连接帽上，其轮槽与电缆或钢丝绳的外径相适配。
进一步地，所述壳体内部设置有环槽结构；
所述活塞下端位于环槽内，其下端面与环槽壁围成活塞腔，活塞在活塞腔内沿轴向运动；
所述油路与活塞腔连通。
进一步地，所述主胶套组件包括主胶套以及分别设置在主胶套上端和下端的两个环形骨架。
进一步地，所述主胶套外侧面的上部设有第一外锥面，主胶套外侧面的下部设有第二外锥面；
所述主胶套上端与壳体之间设置有压环；
所述压环下端面设置有与第一外锥面相适配的第一内锥面；
所述活塞上端面设置有与第二外锥面相适配的第二内锥面。
进一步地，所述油路包括进油孔和出油孔；
所述进油孔的入口通过截止阀与供油泵连接，所述出油孔的出口与外部囊式蓄能器连接。
进一步地，所述截止阀为高压杆式截止阀。
本发明相比现有技术的有益效果是：
(1)本发明提供的补偿式多用途环形防喷器，采用了主胶套组件和副胶套组件相配合的结构，其中主胶套组件用于挤压副胶套组件，起到辅助密封抱紧作用，副胶套组件起到实际密封抱紧和磨损作用，该环形防喷器整体体积较小、质量较轻、密封井压范围大、封压可调、主副胶套组件变形均匀、封压可靠；且副胶套组件从环形防喷器壳体上部直接装入，损坏后可拆卸更换，维修操作方便，而主胶套组件不易被磨损，维修成本较低；同时，根据修井工况不同，可使用不同的副胶套组件，最大限度满足不同作业工况要求；
(2)本发明通过液压油驱动活塞上移挤压主胶套组件，使得主胶套组件沿径向向内均匀变形挤压副胶套组件，进而使副胶套组件向内均匀变形，实现密封油管和井口套管环空，在油管起下过程中，只有副胶套与油管接触摩擦，因此，主胶套不会被损坏，有效节约了成本；
(3)本发明通过配合不同的副胶套组件可以实现半封和自封油管、修井工具以及密封电缆、钢丝绳、抽油杆的功能；
(4)本发明中，进油孔的入口通过截止阀与供油泵连接，出油孔的出口与外部囊式蓄能器连接，压缩主胶套的液压压力可调，密封井压范围大，密封可靠度高。
附图说明
图1是本发明补偿式多用途环形防喷器实施例一的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是本发明实施例一的一种工作状态示意图；
图4是本发明补偿式多用途环形防喷器实施例二的结构示意图；
图5是本发明补偿式多用途环形防喷器实施例三的结构示意图；
图6是本发明补偿式多用途环形防喷器与供油泵、囊式蓄能器连接的示意图；
图7是图6的侧视图(未示出供油泵)。
图中，1-壳体，101-壳本体，102-法兰；
2-主胶套组件，201-主胶套，202-环形骨架；
3-副胶套组件，311-副胶套骨架，312-副胶套；321-副胶套骨架，322-副胶套，3221-大孔径段，3222-第一导向段，3223-小孔径段，3224-第二导向段；331-副胶套骨架，332-副胶套，333-两半式补芯，334-环形板；
4-活塞组件，401-活塞，402-活塞腔；
501-进油孔，502-出油孔；
6-压环；7-截止阀；
8-扶正架，801-扶正轮，802-连接帽；
9-供油泵；10-囊式蓄能器；11-环形防喷器；
12-连接架组件，121-第一连接架，122-第二连接架，123-抱箍，124-底座。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的补偿式多用途环形防喷器作进一步详细说明。
本发明提供的补偿式多用途环形防喷器包括由外至内依次同轴设置的壳体、主胶套组件、副胶套组件，位于壳体内侧且设置在主胶套组件下方用于挤压主胶套组件的活塞组件，以及设置在壳体上且与活塞组件连通的油路。通过油路向活塞组件供油，使活塞组件挤压主胶套组件，主胶套组件受挤压发生变形进而挤压副胶套组件，进一步使得副胶套组件也发生变形，从而抱紧油管、修井工具、电缆、钢丝绳或抽油杆，实现密封效果。上述各组件的结构形式较多，尤其是副胶套组件，通过不同的结构形式，可实现不同用途，以下由三个实施例进行具体说明。
实施例一
如图1、图2、图3所示，该环形防喷器包括由外至内依次同轴设置的壳体1、主胶套组件2、副胶套组件3，位于壳体1内侧且设置在主胶套组件2下方用于挤压主胶套组件2的活塞组件4，以及设置在壳体1上且与活塞组件4连通的油路。
本实施例中，壳体1包括壳本体101以及设置在壳本体101上端的法兰102，壳体1内部上下贯通。
主胶套组件2套装于壳本体101内侧，包括主胶套201以及分别设置在主胶套201上端和下端的两个环形骨架202，此处的两个环形骨架202和主胶套201为一体结构。主胶套201内部设有上下贯通的内孔，其上端和下端的两个环形骨架202能够增强主胶套201的抗压能力，延长主胶套201的使用寿命。
副胶套组件3包括副胶套312和副胶套骨架311，副胶套312套装于主胶套组件2内侧，即副胶套312套装在主胶套201的内孔内，其上端与副胶套骨架311固连，副胶套骨架311与法兰102螺纹连接。副胶套312内部设有上下贯通的内孔，该内孔孔径与油管或修井工具的外径相适配。副胶套312采用耐磨且强度高的弹性材料制成，如聚氨酯，可有效延长其使用寿命。
活塞组件4包括活塞401和活塞腔402，活塞401为环形结构，套装于壳本体101内侧，其上端面与主胶套组件2下端面接触；活塞腔402由壳本体101和活塞401下端面围成，具体来说，壳本体101内部设置有环槽结构，活塞401下端位于环槽内，其下端面与环槽壁围成活塞腔402，活塞401在活塞腔402内沿轴向运动。
油路包括与活塞腔402连通的进油孔501和出油孔502，进油孔501的入口通过截止阀7与供油泵连接，出油孔502的出口与外部囊式蓄能器连接。
供油泵用于向活塞腔402供液压油，可选用手打泵，由于活塞腔402的容积较小，用手打泵即可提供充足的液压油，且手打泵不需要外部动力源，手动操作即可，安装和操作较为简单。
截止阀7关闭时可阻止液压油倒流进入供油泵，并使活塞腔402内保持恒压，保证副胶套312始终抱紧油管。截止阀7可选用高压杆式截止阀，该类型的截止阀7性能更加可靠。
囊式蓄能器为中间大、上下两端小的结构，用于储存环形防喷器工作时接箍或修井工具通过副胶套312内侧而挤压排出的液压油。
环形防喷器与供油泵、囊式蓄能器的连接结构如图6、图7所示，供油泵9、囊式蓄能器10分别通过液压管路与环形防喷器11连通，环形防喷器11通过连接架组件12与囊式蓄能器10上的抱箍123以及底座124连接。常见的连接架组件12包括固定在环形防喷器11上的第一连接架121以及与抱箍123和底座124连接的第二连接架122，第一连接架121和第二连接架122可拆卸连接，由此方便拆装囊式蓄能器10，也便于运输。
该环形防喷器11工作时，供油泵9向活塞腔402内供液压油，活塞401在液压油的驱动下向上运动并挤压主胶套201，使得主胶套201沿径向向内均匀变形挤压副胶套312，进而使副胶套312向内均匀变形，从而抱紧油管或修井工具实现密封。当井内无油管或修井工具时，副胶套312在主胶套201的挤压下内壁贴合，从而实现关空井。由于在起下油管的过程中，只有副胶套312与油管接触摩擦，因此主胶套201不会被损坏，而副胶套312损坏时只需将损坏的副胶套组件3拆下更换即可。
为确保主胶套201变形挤压副胶套312能够达到良好的密封效果，主胶套201外侧面的上部设有第一外锥面，主胶套201外侧面的下部设有第二外锥面；主胶套201与壳体1之间还设置有压环6，压环6的下端面设置有与第一外锥面相适配的第一内锥面；活塞401上端面设置有与第二外锥面相适配的第二内锥面。通过设置相适配的内外锥面可使主胶套201的变形部位集中在竖直方向的中间位置，由此在同样的压缩量下，主胶套201向内侧的变形量更大，从而使得副胶套312在此处的变形量也更大，密封效果更好。
实施例二
如图4所示，该环形防喷器包括由外至内依次同轴设置的壳体1、主胶套组件2、副胶套组件3，位于壳体1内侧且设置在主胶套组件2下方用于挤压主胶套组件2的活塞组件4，以及设置在壳体1上且与活塞组件4连通的油路。
本实施例中，壳体1包括壳本体101以及设置在壳本体101上端的法兰102，壳体1内部上下贯通。
主胶套组件2套装于壳本体101内侧，包括主胶套201以及分别设置在主胶套201上端和下端的两个环形骨架202，此处的两个环形骨架202和主胶套201为一体结构。主胶套201内部设有上下贯通的内孔，其上端和下端的两个环形骨架202能够增强主胶套201的抗压能力，延长主胶套201的使用寿命。
副胶套组件3包括副胶套322和副胶套骨架321，副胶套322套装于主胶套组件2内侧，即副胶套322套装在主胶套201的内孔内，其上端与副胶套骨架321固连，副胶套骨架321与法兰102螺纹连接。该副胶套322轴向较长，其内部设有上下贯通的内孔，根据其内孔自上而下的孔径及形状变化，将副胶套322依次分为大孔径段3221、第一导向段3222、小孔径段3223、第二导向段3224。大孔径段3221的内孔孔径略大于油管或修井工具的外径，便于油管或修井工具通过；第一导向段3222的内孔呈倒八字形，便于接箍或修井工具向下通过小孔径段3223；小孔径段3223的内孔孔径略小于油管或修井工具的外径，一般小于油管或修井工具的外径5～10mm为宜，达到始终抱紧油管或修井工具实现自封的效果；第二导向段3224的内孔呈正八字形，便于接箍或修井工具向上通过小孔径段3223；主胶套组件2正对副胶套322的大孔径段3221，当小孔径段3223磨损一定量后，自封功能丧失，此时可通过活塞组件4挤压主胶套组件2，进而挤压副胶套322的大孔径段3221，使副胶套322的大孔径段3221抱紧油管或修井工具，继续完成密封工作。副胶套322采用耐磨且强度高的弹性材料制成，如聚氨酯，可有效延长其使用寿命。
活塞组件4包括活塞401和活塞腔402，活塞401为环形结构，套装于壳本体101内侧，其上端面与主胶套组件2下端面接触；活塞腔402由壳本体101和活塞401下端面围成，具体来说，壳本体101内部设置有环槽结构，活塞401下端位于环槽内，其下端面与环槽壁围成活塞腔402，活塞401在活塞腔402内沿轴向运动。
油路包括与活塞腔402连通的进油孔501和出油孔502，进油孔501的入口通过截止阀7与供油泵连接，出油孔502的出口与外部囊式蓄能器连接。截止阀7可选用高压杆式截止阀，该类型的截止阀7性能更加可靠。具体参见实施例一。
该环形防喷器工作时，一般情况下，副胶套322的小孔径段3223在自身弹性材料的作用下自动抱紧油管或修井工具实现自封，当小孔径段3223因磨损丧失自封功能后，通过供油泵向活塞腔402内供液压油，活塞401在液压油的驱动下向上运动并挤压主胶套201，使得主胶套201沿径向向内均匀变形挤压副胶套322的大孔径段3221，进而使副胶套322的大孔径段3221向内均匀变形，从而抱紧油管或修井工具实现密封。当井内无油管或修井工具时，副胶套322的大孔径段3221在主胶套201的挤压下内壁贴合，从而实现关空井。由于在起下油管的过程中，只有副胶套322与油管接触摩擦，因此主胶套201不会被损坏，而副胶套322损坏时只需将损坏的副胶套组件3拆下更换即可。
为确保主胶套201变形挤压副胶套322能够达到良好的密封效果，主胶套201外侧面的上部设有第一外锥面，主胶套201外侧面的下部设有第二外锥面；主胶套201与壳体1之间还设置有压环6，压环6的下端面设置有与第一外锥面相适配的第一内锥面；活塞401上端面设置有与第二外锥面相适配的第二内锥面。通过设置相适配的内外锥面可使主胶套201的变形部位集中在竖直方向的中间位置，由此在同样的压缩量下，主胶套201向内侧的变形量更大，从而使得副胶套322在此处的变形量也更大，密封效果更好。
实施例三
如图5所示，该环形防喷器包括由外至内依次同轴设置的壳体1、主胶套组件2、副胶套组件3，位于壳体1内侧且设置在主胶套组件2下方用于挤压主胶套组件2的活塞组件4，以及设置在壳体1上且与活塞组件4连通的油路。
本实施例中，壳体1包括壳本体101以及设置在壳本体101上端的法兰102，壳体1内部上下贯通。
主胶套组件2套装于壳本体101内侧，包括主胶套201以及分别设置在主胶套201上端和下端的两个环形骨架202，此处的两个环形骨架202和主胶套201为一体结构。主胶套201内部设有上下贯通的内孔，其上端和下端的两个环形骨架202能够增强主胶套201的抗压能力，延长主胶套201的使用寿命。
副胶套组件3包括副胶套332、两半式补芯333和副胶套骨架331，副胶套332套装于主胶套组件2内侧，两半式补芯333套装于副胶套332内侧，即副胶套332套装在主胶套201的内孔内，副胶套332内部也设有上下贯通的内孔，两半式补芯333套装在副胶套332的内孔内，副胶套332上端与副胶套骨架331固连，两半式补芯333上端卡接在副胶套骨架331上，副胶套骨架331与法兰102螺纹连接，副胶套332和两半式补芯333下端设置有环形板334。两半式补芯333内部设有上下贯通的内孔，该内孔孔径与电缆、钢丝绳或抽油杆的外径相适配。两半式补芯333采用耐磨且强度高的弹性材料制成，如聚氨酯，可有效延长其使用寿命。为了便于拆装两半式补芯333，副胶套骨架331和副胶套332也可以为两半式。
活塞组件4包括活塞401和活塞腔402，活塞401套装于壳本体101内侧，其上端面与主胶套组件2下端面以及环形板334下端面同时接触；活塞腔402由壳本体101和活塞401下端面围成，具体来说，壳本体101内部设置有环槽结构，活塞401下端位于环槽内，其下端面与环槽壁围成活塞腔402，活塞401在活塞腔402内沿轴向运动。
油路包括与活塞腔402连通的进油孔501和出油孔502，进油孔501的入口通过截止阀7与供油泵连接，出油孔502的出口与外部囊式蓄能器连接。截止阀7可选用高压杆式截止阀，该类型的截止阀7性能更加可靠。具体参见实施例一。
该环形防喷器工作时，供油泵向活塞腔402内供液压油，活塞401在液压油的驱动下向上运动并挤压主胶套201、副胶套332、两半式补芯333，使得主胶套201沿径向向内均匀变形挤压副胶套332，副胶套332在主胶套201和活塞401的共同作用下，迅速向内均匀变形挤压两半式补芯333，同样地，两半式补芯333也向内均匀变形，从而抱紧电缆、钢丝绳或抽油杆实现密封。
为确保主胶套201变形挤压副胶套332能够达到良好的密封效果，主胶套201外侧面的上部设有第一外锥面，主胶套201外侧面的下部设有第二外锥面；主胶套201与壳体1之间还设置有压环6，压环6的下端面设置有与第一外锥面相适配的第一内锥面；活塞401上端面设置有与第二外锥面相适配的第二内锥面。通过设置相适配的内外锥面可使主胶套201的变形部位集中在竖直方向的中间位置，由此在同样的压缩量下，主胶套201向内侧的变形量更大，从而使得副胶套332在此处的变形量也更大，密封效果更好。
实际应用中，电缆或钢丝绳均通过环形防喷器上方的天滑轮换向后进入环形防喷器内，由于天滑轮与环形防喷器的中心可能存在安装误差，使得电缆或钢丝绳与两半式补芯333的内孔不同心，从而导致两半式补芯333的内壁被磨损，因此通常会在副胶套骨架331上端设置扶正架8。扶正架8包括连接帽802和一对扶正轮801，连接帽802与副胶套骨架331固连，一对扶正轮801安装在连接帽802上，其轮槽相对，且与电缆或钢丝绳的外径相适配。电缆或钢丝绳在进入环形防喷器之前先经扶正轮801扶正，保证电缆或钢丝绳的中心与两半式补芯333的内孔中心重合，从而避免两半式补芯333的内壁被磨损。
Claims (10)
1.一种补偿式多用途环形防喷器，其特征在于：
包括由外至内依次同轴设置的壳体、主胶套组件、副胶套组件，位于壳体内侧且设置在主胶套组件下方用于挤压主胶套组件的活塞组件，以及设置在壳体上且与活塞组件连通的油路；
所述副胶套组件包括副胶套、副胶套骨架；
所述副胶套设置在主胶套组件内侧，其上端与副胶套骨架固连；
所述副胶套骨架与壳体上端可拆卸连接；
所述副胶套组件用于在主胶套组件的挤压下，抱紧油管、修井工具、电缆、钢丝绳或抽油杆；
所述活塞组件包括活塞和活塞腔，所述活塞上端面与主胶套组件下端面接触。
2.根据权利要求1所述的补偿式多用途环形防喷器，其特征在于：
所述副胶套的内孔孔径与油管或修井工具的外径相适配。
3.根据权利要求1所述的补偿式多用途环形防喷器，其特征在于：
所述副胶套自上而下依次分为大孔径段、第一导向段、小孔径段、第二导向段；
所述大孔径段的内孔孔径大于油管或修井工具的外径；
所述第一导向段的内孔呈倒八字形；
所述小孔径段的内孔孔径小于油管或修井工具的外径；
所述第二导向段的内孔呈正八字形；
所述主胶套组件正对副胶套的大孔径段。
4.根据权利要求1所述的补偿式多用途环形防喷器，其特征在于：
所述副胶套组件还包括两半式补芯；
所述两半式补芯设置在副胶套内侧，其上端卡接在副胶套骨架上；
所述两半式补芯的内孔孔径与电缆、钢丝绳或抽油杆的外径相适配；
所述副胶套和两半式补芯下端设置有环形板；
所述活塞上端面与主胶套组件下端面及环形板下端面同时接触。
5.根据权利要求4所述的补偿式多用途环形防喷器，其特征在于：
所述副胶套骨架上端设置有扶正架；
所述扶正架包括连接帽和一对扶正轮；
所述连接帽与副胶套骨架固连；
所述一对扶正轮安装在连接帽上，其轮槽与电缆或钢丝绳的外径相适配。
6.根据权利要求1至5任一所述的补偿式多用途环形防喷器，其特征在于：
所述壳体内部设置有环槽结构；
所述活塞下端位于环槽内，其下端面与环槽壁围成活塞腔，活塞在活塞腔内沿轴向运动；
所述油路与活塞腔连通。
7.根据权利要求6所述的补偿式多用途环形防喷器，其特征在于：
所述主胶套组件包括主胶套以及分别设置在主胶套上端和下端的两个环形骨架。
8.根据权利要求7所述的补偿式多用途环形防喷器，其特征在于：
所述主胶套外侧面的上部设有第一外锥面，主胶套外侧面的下部设有第二外锥面；
所述主胶套上端与壳体之间设置有压环；
所述压环下端面设置有与第一外锥面相适配的第一内锥面；
所述活塞上端面设置有与第二外锥面相适配的第二内锥面。
9.根据权利要求8所述的补偿式多用途环形防喷器，其特征在于：
所述油路包括进油孔和出油孔；
所述进油孔的入口通过截止阀与供油泵连接，所述出油孔的出口与外部囊式蓄能器连接。
10.根据权利要求9所述的补偿式多用途环形防喷器，其特征在于：
所述截止阀为高压杆式截止阀。
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