CN112377143A - 一种钻井用的防喷器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻井用的防喷器，所述防喷器包括一个带有垂直轴向通道的主体，管柱通过该通道下降到井中，防喷器还带有侧窗、封闭的盖和水平腔，闸板在其中移动，闸板在其中移动，还包含液压驱动器，手动驱动器和控制单元。所述液压驱动器包括液压缸，液压缸的盖，活塞腔和活塞杆腔，活塞和活塞杆。在具有活塞杆的活塞中，形成了一个阶梯孔，其大台阶光滑，并且较小的台阶带有螺纹。所述手动驱动器包括锁定螺钉、空心阶梯轴、闸板的位置指示器和带有轮毂的转动盘。该防喷器增加了可靠性、操作安全性和易用性，以及降低了维护和维修的工作强度。

Description

一种钻井用的防喷器及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种油田钻井防喷器及该防喷器的操作方法，特别是涉及一种液压、手动操作防喷器。

背景技术

已知的防喷器的缺点是手动驱动器的操作可靠性低，这是由于以下事实：它们提供闸板手动移动的主要元件，即锁紧螺钉，位于液压驱动器的外部，并且不受外部影响，包括固相和化学药品的腐蚀作用钻井泥浆以及操作过程中的机械应力会损坏锁紧螺钉的螺纹部分，从而导致锁紧螺钉旋转时卡死，从而导致无法通过手动驱动装置来控制防喷器。

而防喷器的液压开启系统，典型的液压开启系统包括开关套滑动套在防喷器主体外，开关套上有孔，孔内一轴向边有与自动防喷器齿轮相啮合的齿，自动防喷器齿轮固定连接在自动防喷器阀杆上，开关套上端与液压缸系统相连接，液压缸系统通过管路与顶驱液压控制系统相连。但是该液压系统使防喷器运行不够平稳，可靠性差，开关不够准确。

以上缺陷降低了防喷器的可靠性，安全性和易用性，并且还增加了其维护和修理的复杂性。

发明内容

防喷器整体包括一个带有垂直轴向通道的主体，管柱通过该通道下降到井中，防喷器还带有侧窗、封闭的盖和水平腔，闸板在其中移动，闸板在其中移动，还包含液压驱动器，手动驱动器和控制单元。

液压驱动器包括液压缸，液压缸的盖，活塞腔和活塞杆腔，活塞和活塞杆。在具有活塞杆的活塞中，形成了一个阶梯孔，其大台阶光滑，并且较小的台阶带有螺纹。

手动驱动器包括锁定螺钉、空心阶梯轴、闸板的位置指示器和带有轮毂的转动盘。锁定螺钉位于阶梯孔中，并且也为阶梯状。锁紧螺钉的大阶梯的表面光滑，并且在较小阶梯的外表面上具有与阶梯孔的较小台阶的螺纹相互作用的螺纹。锁紧螺钉的内腔也被制成台阶状，其较小台阶以光滑的圆柱形孔的形式制成，并且较大的台阶设有环形孔。

中空的阶梯轴安装在锁定螺钉的阶梯腔中，其较小的阶梯可通过键连接在纵向方向上移动，而无需与锁定螺钉的空腔的较小台阶的孔一起旋转。在中空的阶梯轴的中间阶梯中，垂直于纵轴设置一个通孔，该通孔与在锁紧螺钉的腔的较大台阶上形成的孔重合。中空的阶梯轴的外部台阶包含以推力轴承的形式制成的推力突起，该推力突起与在液压缸和液压缸的盖中形成的孔配合形成推力滑动轴承。外部台阶从液压缸的盖突出。与推力轴承相邻的阶梯轴具有螺纹，以与闸板的位置指示器的螺纹衬套相互作用，并且阶梯轴的外部台阶的端部连接至转动盘的轮毂的较大台阶的孔。阶梯轴从通孔向外的腔是阶梯状的，阶梯轴的大阶梯具有光滑的孔，在中间阶梯中具有螺纹，而在较小的阶梯中具有光滑孔。

在转动盘的轮毂上，形成有阶梯孔，该阶梯孔由较大台阶的非圆柱孔和较小台阶的盲圆柱孔组成。闸板的位置指示器包含带螺纹的衬套，带螺纹的销垂直于带螺纹的衬套的纵向轴线并且沿纵向可移动地与在液压缸的盖中形成的凹槽相互作用。

控制单元还包含楔形件，导螺杆和挡块。楔形件安装在阶梯轴的较大台阶的孔中，并可沿纵向方向移动，在楔形件的前部有两个直径相对的倾斜表面，它们带有T形的凹槽，通过前部的导螺杆连接到楔形件以旋转。导螺杆的中间螺纹部分与阶梯轴的空腔的中段的螺纹相互作用，导螺杆的后部位于阶梯轴的空腔的较小段的光滑孔中，并且位于转动盘的轮毂的较小级的盲圆柱孔中。导螺杆的后部的孔安装在可伸缩旋转手柄的轴线上。塞子以圆柱的形式制成，沿直径方向相对地放置在阶梯轴的中间级的通孔中，并与较大的孔的上部相互作用。锁紧螺钉的腔的台阶和在其上制成T形突起的下斜面部分与楔形件的倾斜表面的T形凹槽相互作用。

所述防喷器的操作如下：

防喷器安装在井口上，并在其中装有闸板，与管柱的直径相对应。为了在维护或修理过程中更换闸板，仅将覆盖侧窗的盖从防喷器主体上拆卸下来，这显着降低了防喷器的维护和操作期间的人工成本。

当在井口进行跳闸操作时，带有工具的管柱穿过防喷器主体的垂直轴向通道下降。防喷器打开，闸板相对移动，每个锁定螺钉完全拧入活塞的阶梯孔和杆的较小台阶的螺纹中。闸板的位置指示器的销将处于极限伸出位置，告知操作者闸板已展开。

本发明的防喷器提供了操作能力的扩展，增加了可靠性、操作安全性和易用性，以及降低了维护和维修的工作强度。

附图说明

图1是本发明的防喷器的纵剖面结构示意图；

图2是图1的A-A部分剖视图；

图3是图1的B-B部分剖视图。

具体实施方式

防喷器整体包括一个带有垂直轴向通道的主体，管柱通过该通道下降到井中，防喷器还带有侧窗、封闭的盖和水平腔，闸板7在其中移动，闸板7在其中移动，还包含液压驱动器8，手动驱动器9和控制单元。

如图1所示，液压驱动器8包括液压缸11，液压缸11的盖12，活塞腔13和活塞杆腔14，活塞15和活塞杆16。在具有活塞杆16的活塞15中，形成了一个阶梯孔17，其大台阶18光滑，并且较小的台阶19带有螺纹。

手动驱动器9包括锁定螺钉20、空心阶梯轴21、闸板7的位置指示器22和带有轮毂24的转动盘23。锁定螺钉20位于阶梯孔17中，并且也为阶梯状。锁紧螺钉20的大阶梯25的表面25光滑，并且在较小阶梯26的外表面上具有与阶梯孔17的较小台阶19的螺纹相互作用的螺纹。锁紧螺钉20的内腔27也被制成台阶状，其较小台阶以光滑的圆柱形孔28的形式制成，并且较大的台阶设有环形孔29。

中空的阶梯轴21安装在锁定螺钉20的阶梯腔27中，其较小的阶梯30可通过键连接31在纵向方向上移动，而无需与锁定螺钉20的空腔27的较小台阶的孔28一起旋转。在中空的阶梯轴21的中间阶梯32中，垂直于纵轴设置一个通孔33，该通孔与在锁紧螺钉20的腔27的较大台阶上形成的孔29重合。中空的阶梯轴21的外部台阶包含以推力轴承34的形式制成的推力突起，该推力突起与在液压缸11和液压缸11的盖12中形成的孔35配合形成推力滑动轴承。外部台阶36从液压缸11的盖12突出。与推力轴承34相邻的阶梯轴21具有螺纹37，以与闸板的位置指示器22的螺纹衬套38相互作用，并且阶梯轴21的外部台阶36的端部39连接至转动盘23的轮毂24的较大台阶的孔40。阶梯轴21从通孔33向外的腔是阶梯状的，阶梯轴21的大阶梯具有光滑的孔41，在中间阶梯中具有螺纹42，而在较小的阶梯中具有光滑孔43。

在转动盘23的轮毂24上，形成有阶梯孔，该阶梯孔由较大台阶的非圆柱孔40和较小台阶的盲圆柱孔44组成。闸板的位置指示器22包含带螺纹的衬套38，带螺纹的销45垂直于带螺纹的衬套38的纵向轴线并且沿纵向可移动地与在液压缸11的盖12中形成的凹槽46相互作用。

如图1-3所示，控制单元还包含楔形件47，导螺杆48和挡块49。楔形件47安装在阶梯轴21的较大台阶的孔41中，并可沿纵向方向移动，在楔形件47的前部有两个直径相对的倾斜表面50，它们带有T形的凹槽51(如图2所示)，通过前部52的导螺杆48连接到楔形件47以旋转。导螺杆48的中间螺纹部分53与阶梯轴21的空腔的中段的螺纹42相互作用，导螺杆48的后部54位于阶梯轴21的空腔的较小段的光滑孔43中，并且位于转动盘23的轮毂24的较小级的盲圆柱孔44中。导螺杆48的后部54的孔55安装在可伸缩旋转手柄57的轴线56上。塞子49以圆柱的形式制成，沿直径方向相对地放置在阶梯轴21的中间级32的通孔33中，并与较大的孔29的上部相互作用。锁紧螺钉20的腔27的台阶和在其上制成T形突起59的下斜面部分58与楔形件47的倾斜表面50的T形凹槽51相互作用。

所述防喷器的操作如下：

防喷器安装在井口上，并在其中装有闸板7，与管柱的直径相对应。为了在维护或修理过程中更换闸板7，仅将覆盖侧窗的盖从防喷器主体上拆卸下来，这显着降低了防喷器的维护和操作期间的人工成本。

当在井口进行跳闸操作时，带有工具的管柱穿过防喷器主体的垂直轴向通道下降。防喷器打开，闸板相对移动，每个锁定螺钉20完全拧入活塞15的阶梯孔17和杆16的较小台阶19的螺纹中。闸板的位置指示器22的销45将处于极限伸出位置，告知操作者闸板已展开。

所述防喷器的液压控制模式下的操作如下：

为了用本发明的防喷器密封井口，在压力下将流体从液压站(未示出)供应到每个液压缸11的活塞腔13中，具有活塞杆16的活塞15和锁紧螺钉20在从流体压力到防喷器主体的中心的力的作用下移动。锁紧螺钉20相对于固定的空心阶梯轴21移动，与锁紧螺钉20的腔27的较小级的光滑的圆柱形孔28相互作用。闸板在活塞15和活塞杆16的影响下运动至与主体的竖直轴向通道重叠。

关闭防喷器后，通过每个转动轮23的顺时针旋转，通过手动驱动器9将闸板固定在此位置，该转动轮通过轮毂24较大级的非圆柱孔40与空心阶梯轴21的外部级36的非圆柱端39刚性连接，向其传递旋转，从而使阶梯轴21旋转，通过键连接31将旋转传递至锁紧螺钉20，锁紧螺钉20与较小级26的左螺纹旋转并相互作用，并与活塞15的阶梯孔17的较小级19的左螺纹和活塞相互作用。从其上拧下螺钉，直到其停止抵靠液压缸11的内端壁为止。同时，阶梯轴21的旋转通过外部级36的螺纹37传递到闸板的位置指示器22的螺纹衬套38中，结果，带螺纹的套筒38朝闸板的运动，由于销45与在液压装置的盖12中形成的凹槽46的相互作用而产生旋转。液压缸11告知操作员闸板7的关闭位置以及锁紧螺钉20相对于活塞15的位置。在锁紧螺钉20的这个位置，即使在液压驱动器中的压力释放后，由于使用了手动驱动器9，闸板7也将关闭，从而确保了井口密封。在锁紧螺钉20和活塞15之间的力作用区域中没有附加元件会失效，这确保了所要求保护的防喷器的闸板7的可靠闭合，这防止了井喷的发生并增加了井上作业的安全性。

为了用液压驱动器8打开防喷器，必须首先用手动驱动器9解锁闸板7，为此，通过逆时针旋转转动盘23，将锁紧螺钉20拧入活塞15和活塞杆16中，然后将液压流体供应到液压缸11的活塞杆腔14中。

所述防喷器的手动操作如下：

为了在手动驱动器9的帮助下控制防喷器的闸板7，必须预先将其与液压驱动器8连接。

通过从阶梯轴21的外台阶36的端部39上拆下每个转动轮23，这将提供通向丝杠48的后部54的通道；再将导螺杆48从后部54的孔55中拉出，并将可延伸的旋转手柄57沿轴线56旋转90度，然后导螺杆48随之旋转。当旋转时，导螺杆48沿着阶梯轴21的腔的中间阶段的螺纹42移动，与楔形47上的前部52一起作用，楔形47的前部52依次移动，使塞子49穿过具有倾斜表面50的中间的通孔33(图2)。阶梯轴21的台阶32进入锁紧螺钉20的腔27的环形孔29中。突出超过阶梯轴21的尺寸的挡块49(图2)相对于阶梯轴21固定锁紧螺钉20。在这种情况下，通过导螺杆48的端部相对于轴21的端部的位置来可视地监视挡块49的位置，这使得可以确定固定连接的存在与否，确保了使用的简便性。接下来，可伸缩旋转手柄57凹进导螺杆48的后部54的孔55中，并且将转动盘23安装在阶梯轴21上。

为了关闭防喷器，转动轮23顺时针旋转，而每个空心阶梯轴21通过键连接31将旋转传递至锁紧螺钉20，锁紧螺钉20被挡块49平移固定，通过锁紧螺钉20的较小级26和阶梯孔17的较小级19的螺纹表面与活塞15和杆16相互作用，并使活塞15和杆16通过闸板7朝着防喷器主体的通道的封闭方向移动。在这种情况下，液压油被活塞置换从液压缸11的杆腔14进入相应的位置。

为了打开防喷器，转动轮23逆时针旋转，而锁定螺钉20与活塞15和杆16相互作用，并通过防喷器主体的通道的闸板7在打开方向上移动。在这种情况下，液压流体通过活塞15从液压缸11的活塞腔13排入。当转动轮23旋转空心阶梯轴21以打开或关闭控制单元上的闸板7时，不会导致手动驱动器9发生故障或停机的影响。

手动驱动器9的所有螺纹均受到保护，免受不利的环境因素影响，并通过液压油进行润滑，从而提高了其在控制防喷器上的工作的耐用性。

用手动驱动器9控制所要求保护的闸板，这扩展了其操作能力，并减少井上进行作业产生事故的风险。

相对于确保手动驱动器9与液压驱动器8的共同作用，以相反的顺序执行通过液压驱动器8进行的对防喷器闸板7的控制的转换。为此，每个可动螺杆48通过可伸缩旋转手柄57沿相反方向旋转，而前导螺杆48的部分52与楔形件47相互作用，使楔形件47运动，并且楔形件47的倾斜表面50的T形凹槽51与挡块49的T形突起59相互作用，使它们返回其原始状态。

本发明的防喷器提供了操作能力的扩展，增加了可靠性、操作安全性和易用性，以及降低了维护和维修的工作强度。

Claims (10)

1.一种防喷器，所述防喷器整体包括一个带有垂直轴向通道的主体，管柱通过该通道下降到井中，防喷器还带有侧窗、封闭的盖和水平腔，闸板在其中移动，闸板在其中移动，其特征是：还包含液压驱动器、手动驱动器和控制单元；

所述液压驱动器包括液压缸、液压缸的盖、活塞腔和活塞杆腔、活塞和活塞杆；在具有活塞杆的活塞中，形成了一个阶梯孔，其大台阶光滑，并且较小的台阶带有螺纹；

所述手动驱动器包括锁定螺钉、空心阶梯轴、闸板的位置指示器和带有轮毂的转动盘；锁定螺钉位于阶梯孔中，并且也为阶梯状；

中空的阶梯轴安装在锁定螺钉的阶梯腔中，其较小的阶梯可通过键连接在纵向方向上移动，而无需与锁定螺钉的空腔的较小台阶的孔一起旋转；在中空的阶梯轴的中间阶梯中，垂直于纵轴设置一个通孔，该通孔与在锁紧螺钉的腔的较大台阶上形成的孔重合；中空的阶梯轴的外部台阶包含以推力轴承的形式制成的推力突起，该推力突起与在液压缸和液压缸的盖中形成的孔配合形成推力滑动轴承；外部台阶从液压缸的盖突出；与推力轴承相邻的阶梯轴具有螺纹，以与闸板的位置指示器的螺纹衬套相互作用，并且阶梯轴的外部台阶的端部连接至转动盘的轮毂的较大台阶的孔。阶梯轴从通孔向外的腔是阶梯状的，阶梯轴的大阶梯具有光滑的孔，在中间阶梯中具有螺纹，而在较小的阶梯中具有光滑孔。

2.如权利要求1所述的防喷器，其特征是：所述锁紧螺钉的大阶梯的表面光滑，并且在较小阶梯的外表面上具有与阶梯孔的较小台阶的螺纹相互作用的螺纹。

3.如权利要求2所述的防喷器，其特征是：所述锁紧螺钉的内腔也被制成台阶状，其较小台阶以光滑的圆柱形孔的形式制成，并且较大的台阶设有环形孔。

4.如权利要求3所述的防喷器，其特征是：在转动盘的轮毂上，形成有阶梯孔，该阶梯孔由较大台阶的非圆柱孔和较小台阶的盲圆柱孔组成。

5.如权利要求1所述的防喷器，其特征是：所述闸板的位置指示器包含带螺纹的衬套，带螺纹的销垂直于带螺纹的衬套的纵向轴线并且沿纵向可移动地与在液压缸的盖中形成的凹槽相互作用。

6.如权利要求1-5任一所述的防喷器，其特征是：所述控制单元还包含楔形件，导螺杆和挡块；所述楔形件安装在阶梯轴的较大台阶的孔中，并可沿纵向方向移动，在楔形件的前部有两个直径相对的倾斜表面，它们带有T形的凹槽，通过前部的导螺杆连接到楔形件以旋转。

7.如权利要求6所述的防喷器，其特征是：导螺杆的中间螺纹部分与阶梯轴的空腔的中段的螺纹相互作用，导螺杆的后部位于阶梯轴的空腔的较小段的光滑孔中，并且位于转动盘的轮毂的较小级的盲圆柱孔中；导螺杆的后部的孔安装在可伸缩旋转手柄的轴线上。

8.一种如权利要求1-7任一所述的防喷器的操作方法，其特征是：包括如下步骤：

防喷器安装在井口上，并在其中装有闸板，与管柱的直径相对应；

为了在维护或修理过程中更换闸板，仅将覆盖侧窗的盖从防喷器主体上拆卸下来；

当在井口进行跳闸操作时，带有工具的管柱穿过防喷器主体的垂直轴向通道下降；防喷器打开，闸板相对移动，每个锁定螺钉完全拧入活塞的阶梯孔和杆的较小台阶的螺纹中；闸板的位置指示器的销将处于极限伸出位置，告知操作者闸板已展开。

9.如权利要求1-7任一所述的防喷器的操作方法，其特征是：包括液压控制模式，其操作如下：

为了用该防喷器密封井口，在压力下将流体从液压站供应到每个液压缸的活塞腔中，具有活塞杆的活塞和锁紧螺钉在从流体压力到防喷器主体的中心的力的作用下移动；锁紧螺钉相对于固定的空心阶梯轴移动，与锁紧螺钉的腔的较小级的光滑的圆柱形孔相互作用；闸板在活塞和活塞杆的影响下运动至与主体的竖直轴向通道重叠；

关闭防喷器后，通过每个转动轮的顺时针旋转，通过手动驱动器将闸板固定在此位置，该转动轮通过轮毂较大级的非圆柱孔与空心阶梯轴的外部级的非圆柱端刚性连接，向其传递旋转，从而使阶梯轴旋转，通过键连接将旋转传递至锁紧螺钉，锁紧螺钉与较小级的左螺纹旋转并相互作用，并与活塞的阶梯孔的较小级的左螺纹和活塞相互作用；从其上拧下螺钉，直到其停止抵靠液压缸的内端壁为止。同时，阶梯轴的旋转通过外部级的螺纹传递到闸板的位置指示器的螺纹衬套中，结果，带螺纹的套筒朝闸板的运动，由于销与在液压装置的盖中形成的凹槽的相互作用而产生旋转；液压缸告知操作员闸板的关闭位置以及锁紧螺钉相对于活塞的位置。在锁紧螺钉的这个位置，即使在液压驱动器中的压力释放后，由于使用了手动驱动器，闸板也将关闭，从而确保了井口密封；

为了用液压驱动器打开防喷器，必须首先用手动驱动器解锁闸板，为此，通过逆时针旋转转动盘，将锁紧螺钉拧入活塞和活塞杆中，然后将液压流体供应到液压缸的活塞杆腔中。

10.如权利要求9所述的防喷器的操作方法，其特征是：还包括防喷器的手动操作，其操作如下：

为了在手动驱动器的帮助下控制防喷器的闸板，必须预先将其与液压驱动器连接；

通过从阶梯轴的外台阶的端部上拆下每个转动轮，这将提供通向丝杠的后部的通道；再将导螺杆从后部的孔中拉出，并将可延伸的旋转手柄沿轴线旋转度，然后导螺杆随之旋转；当旋转时，导螺杆沿着阶梯轴的腔的中间阶段的螺纹移动，与楔形上的前部一起作用，楔形的前部依次移动，使塞子穿过具有倾斜表面的中间的通孔；阶梯轴的台阶进入锁紧螺钉的腔的环形孔中；突出超过阶梯轴的尺寸的挡块相对于阶梯轴固定锁紧螺钉；在这种情况下，通过导螺杆的端部相对于轴的端部的位置来可视地监视挡块的位置；接下来，可伸缩旋转手柄凹进导螺杆的后部的孔中，并且将转动盘安装在阶梯轴上；

为了关闭防喷器，转动轮顺时针旋转，而每个空心阶梯轴通过键连接将旋转传递至锁紧螺钉，锁紧螺钉被挡块平移固定，通过锁紧螺钉的较小级和阶梯孔的较小级的螺纹表面与活塞和杆相互作用，并使活塞和杆通过闸板朝着防喷器主体的通道的封闭方向移动，从而，液压油被活塞置换从液压缸的杆腔进入相应的位置；

为了打开防喷器，转动轮逆时针旋转，而锁定螺钉与活塞和杆相互作用，并通过防喷器主体的通道的闸板在打开方向上移动，从而液压流体通过活塞从液压缸的活塞腔排入。

Images