CN112648161A - 注水器泄压装置及具有它的水力压裂煤岩层装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种注水器泄压装置及具有它的水力压裂煤岩层装置。注水器泄压装置包括油缸，油缸包括第一腔体、第一进油口、第一出油口和第一活塞口；安全阀，安全阀的进口与第一出油口连通；活塞杆，活塞杆沿第一方向延伸，活塞杆沿第一方向可移动地设置在第一腔体内，活塞杆的一部分穿过第一活塞口且伸出第一腔体，活塞杆与第一腔体之间限定出液压油容纳腔，第一进油口和第一出油口中的每一者与液压油容纳腔连通；和注水器，注水器包括第一进水口和第一出水口，注水器安装在活塞杆的一部分上。因此，根据本发明实施例的注水器泄压装置能够有效地缓冲注水器受到的冲击力，具有安全性高的优点。

Description

注水器泄压装置及具有它的水力压裂煤岩层装置
技术领域
本发明涉及煤炭开采领域，具体涉及一种注水器泄压装置及具有它的水力压裂煤岩层装置。
背景技术
相关技术中，水力压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，不仅广泛用于低渗透油气藏，而且在中高渗透油气藏的增产改造中也取得了很好的效果。注水器泄压装置一端和钻杆连接，另一端和钻机连接。在水力压裂过程中，若是封孔器突然失效后，钻杆在孔内部高压水的作用下向外喷出，并将巨大的冲击力通过注水器泄压装置传递给钻机，巨大的冲击力会将钻机顶翻，造成人身伤害
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种注水器泄压装置及具有它的水力压裂煤岩层装置。
根据本发明实施例的注水器泄压装置包括：
油缸，所述油缸包括第一腔体、第一进油口、第一出油口和第一活塞口，所述第一腔体与所述第一活塞口连通，所述第一腔体沿所述油缸的长度方向延伸，所述油缸的长度方向为第一方向；
安全阀，所述安全阀的进口与所述第一出油口连通；
活塞杆，所述活塞杆沿所述第一方向延伸，所述活塞杆沿所述第一方向可移动地设置在所述第一腔体内，所述活塞杆的一部分穿过所述第一活塞口且伸出所述第一腔体，所述活塞杆与所述第一腔体之间限定出液压油容纳腔，所述第一进油口和所述第一出油口中的每一者与所述液压油容纳腔连通；和
注水器，所述注水器包括第一进水口和第一出水口，所述注水器安装在所述活塞杆的所述一部分上。
因此，根据本发明实施例的注水器泄压装置能够有效地缓冲注水器受到的冲击力，具有安全性高的优点。
在一些实施例中，所述液压油容纳腔内设有弹簧，所述弹簧的第一端部与所述液压油容纳腔的壁面配合，所述弹簧的第二端部与所述活塞杆配合。
根据本发明实施例的注水器泄压装置还包括活动壳体，所述活动壳体沿所述第一方向可移动地套设在所述油缸上，所述活动壳体套设在所述活塞杆的所述一部分上，所述活动壳体与所述活塞杆的所述一部分配合。
根据本发明实施例的注水器泄压装置还包括
连接管，所述连接管具有第二进水口和第二出水口，所述注水器还具有第三出水口，所述第三出水口与所述第二进水口和所述第一进水口中的每一者连通；
高压球阀，所述高压球阀设在所述活动壳体上，所述高压球阀的进口与所述第二出水口连通；和
联动装置，所述联动装置包括沿所述第一方向间隔设置的齿轮和齿条，所述齿轮能够和所述齿条啮合，所述齿轮与所述高压球阀的开关连接，所述齿轮位于所述活动壳体的内表面上，所述齿条设在所述油缸的外表面上。
在一些实施例中，所述齿轮与所述齿条在所述第一方向上的距离在20mm至50mm之间。
根据本发明实施例的注水器泄压装置还包括阀体安装件，所述安全阀安装在所述阀体安装件上，所述阀体安装件具有第二进油口和第二出油口，所述第二进油口与所述第一出油口连通，所述第二出油口与所述安全阀的进口连通。
在一些实施例中，所述安全阀的开启压力为5mpa。
在一些实施例中，所述注水器上设有与钻杆连接的钻杆丝扣，所述钻杆丝扣邻近所述第一出水口，所述油缸的远离所述活塞杆的一端上设有钻机连接件，所述钻机连接件上设有钻机丝扣，所述第一进油口、所述第一出油口和所述阀体安装件位于所述油缸上远离所述活塞杆的一端。
根据本发明实施例的注水器泄压装置还包括
插管，所述插管位于所述第一腔体内远离所述活塞杆的一端；和
挡盘，所述挡盘上设有插杆，所述插杆的一部分可移动的设在所述插管内，所述弹簧套设在所述插管上，所述弹簧的第一端部与所述液压油容纳腔的壁面连接，所述弹簧的第二端部与所述挡盘连接。
本发明还提出了一种水力压裂煤岩层装置，包括
注水器泄压装置，所述注水器泄压装置为根据权利要求1-9中任一项所述的注水器泄压装置；
钻杆，所述钻杆通过所述钻杆丝扣与所述注水器泄压装置连接；和
钻机，所述钻机通过所述钻机丝扣与所述注水器泄压装置连接。
附图说明
图1是根据本发明实施例的注水器泄压装置的主视图的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的注水器泄压装置的俯视图的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的注水器泄压装置1000。如图1与图2所示，根据本发明实施例的注水器泄压装置1000包括油缸100、安全阀200、活塞杆300和注水器400。
油缸100包括第一腔体110、第一进油口120、第一出油口130和第一活塞口140。第一腔体110与第一活塞口140连通，第一腔体110沿油缸100的长度方向延伸，油缸100的长度方向为第一方向。安全阀200的进口与第一出油口130连通。
活塞杆300沿第一方向延伸，活塞杆300沿第一方向可移动地设置在第一腔体110内。活塞杆300的一部分310穿过第一活塞口140且伸出第一腔体110。活塞杆300与第一腔体110之间限定出液压油容纳腔320，第一进油口120和第一出油口130中的每一者与液压油容纳腔320连通。注水器400包括第一进水口410和第一出水口420，注水器400安装在活塞杆300的一部分310上。
根据本发明实施例的注水器泄压装置1000通过设置活塞杆300且活塞杆300沿第一方向可移动地设置在第一腔体110内，使得活塞杆300在第一腔体110内具有缓冲空间。活塞杆300与第一腔体110之间限定出液压油容纳腔320，液压油容纳腔320内填充有液压油。正常工作时，液压油支撑活塞杆300使得活塞杆300的一部分310伸出第一腔体110，注水器400安装在活塞杆300的一部分310上。
注水器400安装在活塞杆300的一部分310上，因此当注水器400收到巨大的冲击力(封孔器失效)的时候，即活塞杆300会受到巨大的冲击力。活塞杆300在注水器400受到的冲击力的作用下沿第一方向向油缸100移动，使得液压油容纳腔320的体积受到压缩变小，从而提高液压油容纳腔320内的压力。当液压油容纳腔320内的压力大于安全阀200的开启压力后，安全阀200开启并排出液压油。在此过程中(安全阀200开启并排出液压油这一过程)，使得液压油容纳腔320内的液压油对活塞杆300产生缓冲作用，减少传递到钻机上的冲击力，防止顶翻钻机而造成安全事故。
因此，根据本发明实施例的注水器泄压装置1000能够有效地缓冲注水器400受到的冲击力，具有安全性高的优点。
如图1与图2所示，根据本发明实施例的注水器泄压装置1000包括油缸100、安全阀200、活塞杆300、注水器400和活动壳体500。
油缸100包括第一腔体110、第一进油口120、第一出油口130和第一活塞口140。第一腔体110与第一活塞口140连通，第一腔体110沿油缸100的长度方向延伸，油缸100的长度方向为第一方向。例如，第一方向可以是左右方向，左右方向如图1中的箭头A所示。
安全阀200的进口与第一出油口130连通，安全阀200为第一出油口130的压力阀门，当第一出油口130处(油缸100内)的压力超过安全阀200的开启压力后，安全阀200开启排出液压油。
在一些实施例中，安全阀200的开启压力为5mpa，即当第一出油口130处(油缸100内)的压力超过5mpa时，安全阀200开启排出液压油。5mpa的开启压力即可保证注水器泄压装置1000的正常工作，又能在受到巨大冲击力后开启安全阀200，防止钻机被顶翻。
活塞杆300沿第一方向延伸，活塞杆300沿第一方向可移动地设置在第一腔体110内。例如，活塞杆300沿左右方向延伸，活塞杆300沿左右方向可移动地设置在第一腔体110内。活塞杆300的一部分310穿过第一活塞口140且伸出第一腔体110。活塞杆300与第一腔体110之间限定出液压油容纳腔320，第一进油口120和第一出油口130中的每一者与液压油容纳腔320连通。液压油通过第一进油口120进入液压油容纳腔320并为活塞杆300提供支撑力。当活塞杆300的一部分310受到巨大的冲击力的时候，活塞杆300向右移动，使得液压油容纳腔320内的压力增大，当液压油容纳腔320内的压力超过安全阀200的开启压力后，安全阀200打开。使得液压油容纳腔320内的液压油从第一出油口130排出，从而使得对活塞杆300具有缓冲作用，减小活塞杆300的冲击力。
如图1所示，在一些实施例中，液压油容纳腔320内设有弹簧150，弹簧150的第一端部与液压油容纳腔320的壁面配合，弹簧150的第二端部与活塞杆300配合。弹簧150设置在液压油容纳腔320的壁面和活塞杆300之间，因此可以利用弹簧150的弹力来进一步降低活塞杆300的冲击力，增加注水器泄压装置1000缓冲效果。
如图1所示，在一些实施例中，注水器泄压装置1000还包括插管151和挡盘152。
插管151设在第一腔体110内远离活塞杆300的一端。例如，插管151设在第一腔体110内的右侧的内壁面上(右壁面)。
挡盘152上设有插杆153，插杆153的一部分沿第一方向可移动地设在插管151内。即插杆153的一部分可沿第一方向在插管151内移动。弹簧150套设在插管151上，弹簧150的第一端部与液压油容纳腔320的壁面(例如该右壁面)连接，弹簧150的第二端部与挡盘152连接。当活塞杆300受到冲击力向弹簧150的位置处移动时，例如，活塞杆300向右移动，活塞杆300首先会撞击挡盘152，从而将冲击力传递给弹簧150以便压缩弹簧150。弹簧150具有弹力因此会对活塞杆300产生缓冲作用，挡盘152使得弹簧150受到活塞杆300的冲击力更加均匀，最大限度的发挥弹簧150的作用。
注水器400包括第一进水口410和第一出水口420，注水器400安装在活塞杆300的一部分310上。例如，注水器400通过螺纹连接在活塞杆300的一部分310上。或者注水器400通过螺钉固定连接在活塞杆300的一部分310上高压水从第一进水口410进入注水器400并从第一出水口420排出注水器400。
如图2所示，活动壳体500沿第一方向可移动地套设在油缸100上，活动壳体500套设在活塞杆300的一部分310上。具体地，活动壳体500沿第一方向与油缸100滑动连接。活动壳体500与活塞杆300的一部分310配合。具体地，活塞杆300的一部分310上设有台阶步，活动壳体500套设在台阶步上，活动壳体500位于注水器400与活塞杆300的一部分310之间，注水器400将活动壳体500压在活塞杆300的一部分310上。活动壳体500加强对活塞杆300的限位作用，使得活塞杆300更加稳定的沿第一方向移动，防止活塞杆300受到其他方向的力从而偏离移动方向，防止活塞杆300顶破油缸100。
如图2所示，根据本发明实施例的注水器泄压装置1000还包括连接管600、高压球阀700和联动装置。
连接管600具有第二进水口610和第二出水口620，注水器400还具有第三出水口430，第三出水口430与第二进水口610和第一进水口410中的每一者连通。
高压球阀700设在活动壳体500上，高压球阀700的进口与第二出水口620连通。即高压球阀700为第二出水口620的开关阀门。
联动装置包括沿第一方向间隔设置的齿轮510和齿条520，齿轮510能够和齿条520啮合。齿轮510与高压球阀700的开关连接，即齿轮510转动可以开启高压球阀700。齿轮510位于活动壳体500的内表面上，齿条520设在油缸100的外表面上。
注水器400受到巨大的冲击力(封孔器失效)的时候，注水器400和活塞杆300在注水器400的受到的冲击力的作用下沿第一方向向油缸100移动，从而带动活动壳体500沿第一方向向油缸100移动。当活动壳体500沿第一方向向油缸100移动预设距离(齿轮510和齿条520之间在第一方向上的距离)后，齿轮510和齿条520啮合，由此齿轮510开始转动并带动高压球阀700的开关逐渐开启。从而使得正在持续向注水器400内注入的高压水可以从第二出水口620(高压球阀700)排出。此时注水器400内泄压，防止继续注水导致二次伤害。
在一些实施例中，齿轮510与齿条520在第一方向上的距离在20mm至50mm之间。20mm至50mm的距离使得注水器泄压装置1000具有一定的容错空间，防止在正常工作时注水器400向油缸100移动时开启高压球阀700。
在一些实施例中，还包括阀体安装件210，安全阀200安装在阀体安装件210上，阀体安装件210具有第二进油口211和第二出油口212，第二进油口211与第一出油口130连通，第二出油口212与安全阀200的进口连通。阀体安装件210方便固定安全阀200。
在一些实施例中，注水器400上设有与钻杆连接的钻杆丝扣440，钻杆丝扣440邻近第一出水口420，钻杆通过钻杆丝扣440与注水器400连接。油缸100的远离活塞杆300的一端上设有钻机连接件160，钻机连接件160上设有钻机丝扣161，钻机通过钻机丝扣161与注水器泄压装置1000连接。第一进油口120、第一出油口130和阀体安装件210位于油缸100上远离活塞杆300的一端，从而方便液压油容纳腔320内注油和出油。
本申请还公开了一种水力压裂煤岩层装置，包括注水器泄压装置1000、钻杆和钻机。
注水器泄压装置1000为上述注水器泄压装置1000。钻杆通过钻杆丝扣440与注水器泄压装置1000连接。钻机通过钻机丝扣161与注水器泄压装置1000连接。
根据本发明实施例的水力压裂煤岩层装置通过设置钻杆与钻机与注水器泄压装置1000连接，从而使得当封孔器失效时，钻杆受到巨大的冲击力传递给注水器泄压装置1000后可以被缓冲掉，防止钻杆受到巨大的冲击力传递给钻机将钻机顶翻，造成安全事故。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种注水器泄压装置，其特征在于，包括：
油缸，所述油缸包括第一腔体、第一进油口、第一出油口和第一活塞口，所述第一腔体与所述第一活塞口连通，所述第一腔体沿所述油缸的长度方向延伸，所述油缸的长度方向为第一方向；
安全阀，所述安全阀的进口与所述第一出油口连通；
活塞杆，所述活塞杆沿所述第一方向延伸，所述活塞杆沿所述第一方向可移动地设置在所述第一腔体内，所述活塞杆的一部分穿过所述第一活塞口且伸出所述第一腔体，所述活塞杆与所述第一腔体之间限定出液压油容纳腔，所述第一进油口和所述第一出油口中的每一者与所述液压油容纳腔连通；和
注水器，所述注水器包括第一进水口和第一出水口，所述注水器安装在所述活塞杆的所述一部分上。
2.根据权利要求1所述的注水器泄压装置，其特征在于，所述液压油容纳腔内设有弹簧，所述弹簧的第一端部与所述液压油容纳腔的壁面配合，所述弹簧的第二端部与所述活塞杆配合。
3.根据权利要求1或2所述的注水器泄压装置，其特征在于，还包括活动壳体，所述活动壳体沿所述第一方向可移动地套设在所述油缸上，所述活动壳体套设在所述活塞杆的所述一部分上，所述活动壳体与所述活塞杆的所述一部分配合。
4.根据权利要求3所述的注水器泄压装置，其特征在于，还包括
连接管，所述连接管具有第二进水口和第二出水口，所述注水器还具有第三出水口，所述第三出水口与所述第二进水口和所述第一进水口中的每一者连通；
高压球阀，所述高压球阀设在所述活动壳体上，所述高压球阀的进口与所述第二出水口连通；和
联动装置，所述联动装置包括沿所述第一方向间隔设置的齿轮和齿条，所述齿轮能够和所述齿条啮合，所述齿轮与所述高压球阀的开关连接，所述齿轮位于所述活动壳体的内表面上，所述齿条设在所述油缸的外表面上。
5.根据权利要求4所述的注水器泄压装置，其特征在于，所述齿轮与所述齿条在所述第一方向上的距离在20mm至50mm之间。
6.根据权利要求3所述的注水器泄压装置，其特征在于，还包括阀体安装件，所述安全阀安装在所述阀体安装件上，所述阀体安装件具有第二进油口和第二出油口，所述第二进油口与所述第一出油口连通，所述第二出油口与所述安全阀的进口连通。
7.根据权利要求3所述的注水器泄压装置，其特征在于，所述安全阀的开启压力为5mpa。
8.根据权利要求6所述的注水器泄压装置，其特征在于，所述注水器上设有与钻杆连接的钻杆丝扣，所述钻杆丝扣邻近所述第一出水口，所述油缸的远离所述活塞杆的一端上设有钻机连接件，所述钻机连接件上设有钻机丝扣，所述第一进油口、所述第一出油口和所述阀体安装件位于所述油缸上远离所述活塞杆的一端。
9.根据权利要求2所述的注水器泄压装置，其特征在于，还包括
插管，所述插管位于所述第一腔体内远离所述活塞杆的一端；和
挡盘，所述挡盘上设有插杆，所述插杆的一部分可移动的设在所述插管内，所述弹簧套设在所述插管上，所述弹簧的第一端部与所述液压油容纳腔的壁面连接，所述弹簧的第二端部与所述挡盘连接。
10.一种水力压裂煤岩层装置，其特征在于，包括
注水器泄压装置，所述注水器泄压装置为根据权利要求1-9中任一项所述的注水器泄压装置；
钻杆，所述钻杆通过所述钻杆丝扣与所述注水器泄压装置连接；和
钻机，所述钻机通过所述钻机丝扣与所述注水器泄压装置连接。
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