CN116411807A - 一种玻璃盲板辅助打开装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种玻璃盲板辅助打开装置。该装置包括外套体、内套体、活塞、弹性件和旋转驱动器。外套体包括轴向延伸的主体、设有锥头的第一端、设于主体内部的空腔、磨铣部。主体的内壁设有第一台阶部。磨铣部设置在主体的外壁上。内套体紧贴外套体的内壁。内套体包括沿轴向延伸的中心腔、形成在内套体的外壁上的第二台阶部和流体入口。第二台阶部与第一台阶部配合形成压缩腔。流体入口位于靠近第一台阶部的位置且与压缩腔连通。活塞设置于压缩腔中且靠近第一台阶部。弹性件设置于压缩腔中且位于活塞和第二台阶部之间。旋转驱动器连接至外套体的第二端并且选择性地带动外套体转动。该装置能提高玻璃盲板打开操作的安全性。

Description

一种玻璃盲板辅助打开装置

技术领域

本发明涉及油田设备领域，更具体地涉及一种玻璃盲板辅助打开装置。

背景技术

漂浮下套管技术是目前石油天然气勘探中经常使用的下管技术。通过在套管串中加入漂浮接箍，在漂浮接箍与套管鞋之间的套管内封闭空气或低密度钻井液，使该段套管串在井眼内产生一定的浮力，从而减小套管下入过程中与井壁的摩阻，达到套管安全下入的目的。

盲板式漂浮接箍是漂浮下套管技术的常用方式。玻璃盲板以其操作简单、通径大的优点被各油气田广泛应用。但玻璃板破裂稳定性常常受到玻璃材质及加工工艺影响。玻璃盲板打不开的问题在现场施工中偶有发生。当玻璃盲板打开失效时，常用的办法是下钻头钻除玻璃板。但以这种方式打开玻璃盲板无法完整地清除玻璃边缘的残片，尖锐的玻璃残片会刮坏胶塞，这样会出现破坏套管的风险。

为此，需要设计一种能够安全打开玻璃盲板而不会造成套管损坏的玻璃盲板辅助打开装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玻璃盲板辅助打开装置以解决现有技术中存在的上述问题。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一方面，提供一种玻璃盲板辅助打开装置，该装置包括：

外套体，外套体包括：

轴向延伸的主体，主体具有设置锥头的第一端；

设于主体内部的空腔，空腔在与第一端相对的第二端处具有开口，且空腔在主体内壁形成第一台阶部；

磨铣部，磨铣部设置在主体的外壁上；

内套体，内套体的外壁紧贴外套体的内壁设置，内套体包括：

沿轴向延伸的中心腔；

形成在内套体的外壁上的第二台阶部，第二台阶部与第一台阶部相比更靠近第二端，并且第二台阶部与第一台阶部配合形成压缩腔；

流体入口，流体入口位于靠近第一台阶部的位置且与压缩腔连通；

活塞，活塞设置于压缩腔中且靠近第一台阶部；

弹性件，弹性件设置于压缩腔中且位于活塞和第二台阶部之间；

旋转驱动器，旋转驱动器连接至外套体或内套体中的至少一个并且选择性地带动外套体转动。

根据本发明的一个实施例，外套体的空腔包括直径不同且沿轴向依次设置的第一段、第二段和第三段，第一段延伸至第二端且直径最大，第二段的直径小于第一段由此形成第一台阶部，第三段的直径小于第二段由此形成第三台阶部，内套体的一端支撑在第三台阶部上。

根据本发明的一个实施例，装置还包括球座，球座设置在内套体的中心腔内且在轴向方向上位于第一台阶部和第三台阶部之间。

根据本发明的一个实施例，外套体还包括排出通道，排出通道的内端连通至空腔的底部区域，排出通道的外端延伸贯穿主体的外壁且比内端更靠近第一端。

根据本发明的一个实施例，球座利用剪销安装在内套体上。

根据本发明的一个实施例，旋转驱动器包括涡轮组件和磁套组件。

根据本发明的一个实施例，涡轮组件包括涡轮静子和涡轮转子，磁套组件包括内磁套和外磁套，涡轮转子的输出轴与内磁套固定连接，外磁套设置于内磁套的外围。

根据本发明的一个实施例，涡轮静子的涡轮叶片与涡轮转子的涡轮叶片的角度相同但旋转方向相反，内磁套中的磁体与外磁套中的磁体为异极磁块。

根据本发明的一个实施例，装置还包括接头，接头的一端与外磁套固定连接，接头的另一端与外套体的第二端或内套体的外端固定连接。

根据本发明的一个实施例，装置还包隔离套，隔离套包括设置于内磁套和外磁套之间的隔离部，隔离部设有环形凹槽，外磁套设有与环形凹槽匹配的另一环形凹槽，外磁套还具有连通至环形凹槽且沿外磁套的径向延伸的进球通道，环形凹槽内安装滚珠，进球通道内安装阻止滚珠脱离环形凹槽的限位件。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

通过活塞和弹性件组成的复位机构实现锥头对玻璃板产生的轴向冲击力，冲击主要集中在锥头的位置，而不会对周围的套管产生冲击和损伤；

设置了球座密封结构，当玻璃盲板被震裂破碎后，可以通过憋压将球座与内套体之间的剪销切断，从而建立流体通道，启动磨铣操作，通过这种方式巧妙地满足了先震裂后磨铣的需求；

通过涡轮组件和磁套组件的配合可以获得所需的小扭矩，这也降低了磨铣过程中造成套管损伤的风险，且可以有效地对残存的玻璃板边缘进行修整，提高了玻璃盲板打开操作的安全性。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的玻璃盲板辅助打开装置的示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的玻璃盲板辅助打开装置的外套体的示意图。

附图标记说明

10外套体，10a主体，10b空腔，10b1第一段，10b2第二段，10b3第三段，10c第一端，10d第二端，10e第一台阶部，10f排出通道，10g磨铣部，10h第三台阶部，12内套体，12a中心腔，12b第二台阶部，12c流体入口，14压缩腔，16弹性件，18活塞，20紧固件，22剪销，24球座，26球座托，30锥头，32隔离套，34涡轮静子，36涡轮转子，38内磁套，40外磁套，42磁体，44轴承，46滚珠，48限位件，50接头。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提供了一种玻璃盲板辅助打开装置。图1示出了根据本发明的一个实施例的玻璃盲板辅助打开装置的总体结构示意图。

参考图1，该实施例所示的玻璃盲板辅助打开装置主要包括振动发生机构和转动驱动机构。

其中振动发生机构主要包括外套体10、内套体12、弹簧16、活塞18。

参考图2，外套体10可以包括轴向延伸的主体10a、设于主体10a内部的空腔10b、和设置在外套体10的外壁上的磨铣部10g。主体10a的第一端10c成锥形且设有锥头30并且主体10a的第二端10d与第一端10c沿轴向相对设置。

空腔10b用于接收内套体12，其总体成管状。空腔10b开始于第二端10d并在主体10a内朝向第一端10c延伸。在主体10a的内壁形成内台阶(以下称为第一台阶部10e)。具体地，空腔10b可以由多段组成。例如，在图2所示的示例中，空腔10b包括第一段10b1和第二段10b2。第一段10b1延伸至第二端10d，其直径大于与其连接的第二段10b2的直径，由此在空腔的第一段10b1和第二段10b2交界的位置形成向中心轴线收缩的内台阶部，即第一台阶部10e。空腔的第二段10b2比第一段10b1更靠近第一端10c。

可选地，在一些实施例中，空腔10b还包括第三段10b3。第三段10b3连接于空腔的第二段10b2且位于更靠近第一端10c的一侧。空腔10b的第三段10b3的直径小于第二段10b2的直径，由此在空腔的第二段10b2和第三段10b3交界的位置形成向中心轴线收缩的另一内台阶部(以下称为第三台阶部10h)。第三台阶部10h可用于支撑内套体12的底端。

可选地，外套体10在靠近第一端10c的位置还设有排出通道10f。排出通道10f贯穿外套体10的主体10a且连通至空腔的第三段10b3。例如，排出通道10f的一端连通至空腔的第三段10b3，另一端贯穿外套体10的外壁，靠近外壁的部分比靠近空腔的部分距离第一端10c更近。排出通道10f可使进入空腔10b中的流体排出。排出通道10f的数量可以是3组或3组以上，与轴向夹角为45°，多个排出通道10f沿主体10a的周向均匀设置。

外套体10的第一端10c成锥形，其末端可以加工出带有锥尖的锥头。可选地，在一些实施例中，为了提高锥头的耐磨性和硬度，可以在第一端10c处设置可拆装的锥头30。例如，可以在第一端10c的端部加工出安装孔，将由例如硬质合金制成的锥头30安装在安装孔中。可以采用螺纹连接、焊接等连接方式安装锥头30。硬质合金锥头头部截面夹角可以为60°角。

在外套体10的外壁上可以设置磨铣部10g，磨铣部10g用于在玻璃盲板被震裂后通过磨铣修整玻璃盲板的不规整的边缘。磨铣部10g可以采用硬质合金耐磨带。磨铣部10g可以是棱状或圆柱状带。例如可以沿轴向在外套体10的外壁上堆焊预定长度的硬质合金耐磨带。但根据本发明提供的教导，还可以想到使用其他材料制成的磨铣部，只要其具有足够的硬度和耐磨性使其能够将玻璃磨除即可。

下面介绍内套体12。返回参考图1，内套体12在使用时安装在外套体10的空腔10b内，且内套体12的外壁总体与外套体10的内壁贴合，内套体12的底端支撑在外套体10的第三台阶部10h上。可以使用例如铆钉的紧固件20将内套体12与外套体10的管壁固定连接在一起。

内套体12可以包括沿轴向延伸的中心腔12a、第二台阶部12b和流体入口12c。第二台阶部12b形成在内套体12的外壁上。在轴向方向上，第二台阶部12b比第一台阶部10e更靠近第二端10d。而且内套体10的外壁在邻近第一端10c的部分与邻近第二端10d的部分相比更靠近中心轴线，即内套体10靠近第二端10d的部分的壁厚大于靠近第一端10c的部分的壁厚。第二台阶部12b与第一台阶部10e的径向尺寸相等，由此形成了以第一台阶部10e、第二台阶部12b、以及位于两者之间的内套体10的外壁和外套体12的内壁作为边界限定而成的压缩腔14。流体入口12c位于靠近第一台阶部10e的位置且与压缩腔14连通，其用于向压缩腔14内供应流体或使压缩腔14内的流体由此排出。中心腔12a的底部开口由能够在预定条件下打开的部件封闭。

压缩腔14内设有弹性件16和活塞18。其中弹性件16可以采用弹簧或碟簧组。弹簧的一端固定在第二台阶部12b附近，弹簧的另一端连接在活塞18上。活塞18设置在弹簧和第一台阶部10e之间并且在常规状态下抵靠在第一台阶部10e上。活塞18在流体压力作用下朝向第二台阶部12b移动并压缩弹性件16。当压缩腔14中的流体压力降低时，活塞18受弹性件16的回复力的作用朝向第一台阶部10e移动并冲击第一台阶部10e。在活塞18与外套体10和内套体12相互摩擦的侧面上可以设置一个或多个密封槽，可以在密封槽内安装密封件以确保活塞和侧壁之间的密封性。

继续参考图1介绍该振动发生机构产生振动的方式。当想要震碎玻璃盲板时，向中心腔12a内输入流体，例如液体。当中心腔12a中的液体的液面升高至没过流体入口12c时，流体进入压缩腔14内。对液体加压，当液体压力增大时，推动活塞18朝向弹簧16移动，弹簧16被压缩。之后将液体泄压，活塞18受弹簧回复力作用朝向第一台阶部10e移动，并冲击第一台阶部10e，形成瞬时振动。该振动经由外套体10的主体10a传导至锥头30。锥头30的锥尖与玻璃盲板接触。该区域形成应力集中区。反复加压、泄压迫使玻璃板破碎。

下面参考图1介绍本实施例的旋转驱动器。本实施例的旋转驱动器总体采用涡轮和磁耦合的驱动方式。该驱动器主要包括涡轮组件和磁套组件。

涡轮组件可以包括涡轮静子34和涡轮转子36。涡轮静子34的涡轮叶片与涡轮转子36的涡轮叶片的角度相同但旋转方向相反。两者以同轴方式布置。涡轮转子36具有位于涡轮叶片径向外围的输出轴。

磁套组件包括内磁套38和外磁套40。内磁套38和外磁套40之间设有隔离套32。内磁套38成筒状。内磁套38固定连接至涡轮转子36的输出轴且与涡轮转子36同轴设置。可选地，内磁套38可以与涡轮转子36的输出轴一体成型。内磁套38在上、下两端对称安装了两组滚珠推力轴承。外磁套40设置在隔离套32的外围且两者之间设有轴承44。内磁套38和外磁套40中都设有磁体42，且两者中的磁体为异极磁块。每个磁套可以包括多个磁体，多个磁体圆周均布在磁套中，其周向数量及轴向数量可以是多种组合，可以通过粘接方式固定磁块。由此，内磁套38自身的转动可以带动外磁套40转动。

在一些实施例中，隔离套32包括底部、隔离部和外延部。隔离套32的主体成圆筒状，底部具有从隔离套32基体的内壁沿径向朝向中心轴线延伸的凸缘，该凸缘可以承托内磁套38的底部。隔离部在轴向上位于底部和外延部之间，其在径向上位于内磁套38和外磁套40之间。外延部设置在涡轮组件的外围，其与涡轮静子之间可以通过螺纹连接固定。外延部的外壁可与外磁套40的外壁齐平。外延部和隔离部在隔离套32的外壁上形成外台阶，外磁套40的上端抵靠在外台阶上并利用该外台阶限定其轴向移动。外磁套40与隔离部之间设有轴承44。

隔离套32还具有位于外壁上的环形凹槽。该环形凹槽用于容纳滚珠46，凹槽的深度约为滚珠的半径。在外磁套40的对应位置设有与环形凹槽匹配的另一环形凹槽，该凹槽的深度也约为滚珠46的半径。两个环形凹槽组合在一起形成用于容纳滚珠46的整个环形凹槽。外磁套40还设有进球通道。进球通道从外磁套40的外壁延伸至外磁套40的环形凹槽，从而形成用于向环形凹槽内投放滚珠46的通道。当在环形凹槽内投满例如钢球的滚珠后，使用限位件48(例如焊接挡块)将进球通道堵住，以避免凹槽内的滚珠46滑出。设置在环形凹槽内的滚珠可以减小外磁套40与隔离套32之间的摩阻，同时也可以限制外磁套40沿轴向移动。

可选地，在一些实施例中，玻璃盲板辅助打开装置还可以包括接头50。接头50成筒状。接头50的上端具有承托隔离套32和外磁套40的台阶。接头50的下端具有连接外套体10和内套体12的连接部。例如，可以在接头50的下端设置内螺纹，在内套体12和/或外套体10的上端(即第二端)设置外螺纹，从而将振动发生机构与转动驱动机构连接在一起。内磁套32、接头50和内套体12三者的腔体是贯通的。

下面对转动驱动机构的转动方式进行详细描述。当想要驱动外套体10转动以利用磨铣部10g对残余的玻璃边缘进行磨铣时。将封闭中心腔12a底部的结构打开，使得中心腔12a与外磁套10的空腔的第三段10b3以及排出通道连通。从涡轮静子34的上方供应例如液体的流体。液体在流经涡轮转子36的叶片后推动叶片转动，进而带动其输出轴和内磁套38转动。外磁套40中的磁体42受内磁套38磁体的磁力作用而转动，带动外磁套40转动。外磁套40带动接头50以及连接在接头50上的外套体10转动。当外套体10转动时，位于外套体10上的磨铣部10g可对玻璃盲板不规整的边缘进行磨铣。

在上述结构中，通过涡轮组件和磁套组件的配合可以获得所需的小扭矩，这也降低了磨铣过程中造成套管损伤的风险，且可以有效地对残存的玻璃板边缘进行修整，提高了玻璃盲板打开操作的安全性。

可选地，除了使用上述实施例所述的涡轮组件和磁组件的驱动方式外，本公开的振动发生机构也可以使用其他机构驱动其转动。例如，可以使用电机、井下马达等可以提供旋转动力的机构。

可选地，在本公开的一些实施例中，存在相对转动的各部件之间通过设置微间隙来降低摩擦阻力。

可选地，在本公开的一些实施例中，如图1所示，使用剪销22和球座24的组合结构来实现使中心腔12a的底部在预定压力下打开的效果。例如，在中心腔12a底部设置球座24，球座24上放置用于密封中心腔12a的球。使用剪销22将内套体12的基体与球座24的基体连接在一起。在外套体10的空腔的第三段12b3中设置球座托26。当想要打开中心腔12a底部的开口时，向中心腔12a内注入增压流体。当压力达到预定水平时，剪销22被剪断，球座24落入第三段12b3中的球座托26上。此时，中心腔12a与排出通道10f连通到一起。

采用上述球座24和剪销22结构来封堵中心腔12a的下端，既可以确保在前期震碎玻璃时，将液体保留在中心腔12a内，也可以确保在后期需要磨铣时，建立可供液体流出的通道。通过这种方式巧妙地满足了先震裂后磨铣的需求。

当使用根据本发明的玻璃盲板辅助打开装置打开盲板时，向中心腔12a加入足够的液体，对液体加压，使液体通过流体入口12c进入压缩腔14内。当液体压力增大时，推动活塞18朝向弹簧16移动，弹簧16被压缩。之后将液体泄压，活塞18受弹簧回复力作用朝向第一台阶部10e移动，并冲击第一台阶部10e，形成瞬时振动。该振动经由外套体10的主体10a传导至锥头30。锥头30的锥尖与玻璃盲板接触。该区域形成应力集中区。反复加压、泄压迫使玻璃板破碎。当玻璃破碎后，将加压压力增加至高于剪销22剪断的压力使剪销22剪断。中心腔12a与排出通道10f以及外部连通到一起。此时，流入中心腔12a内的水可以流到外部。持续的水流促使涡轮转子36、内磁套38和外磁套40可以持续转动，从而可以驱动外套体10持续转动。将玻璃盲板辅助打开装置下移使得磨铣部10g达到可以磨铣玻璃盲板剩余部分的位置，反复磨铣，直至玻璃残片被清理干净。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种玻璃盲板辅助打开装置，其特征在于，包括：

外套体，所述外套体包括：

轴向延伸的主体，所述主体具有设置锥头的第一端；

设于所述主体内部的空腔，所述空腔在与所述第一端相对的第二端处具有开口，且所述空腔在所述主体内壁形成第一台阶部；

磨铣部，所述磨铣部设置在所述主体的外壁上；

内套体，所述内套体的外壁紧贴所述外套体的所述内壁设置，所述内套体包括：

沿轴向延伸的中心腔；

形成在所述内套体的外壁上的第二台阶部，所述第二台阶部与所述第一台阶部相比更靠近所述第二端，并且所述第二台阶部与所述第一台阶部配合形成压缩腔；

流体入口，所述流体入口位于靠近所述第一台阶部的位置且与所述压缩腔连通；

活塞，所述活塞设置于所述压缩腔中且靠近所述第一台阶部；

弹性件，所述弹性件设置于所述压缩腔中且位于所述活塞和所述第二台阶部之间；

旋转驱动器，所述旋转驱动器连接至所述外套体或所述内套体中的至少一个并且选择性地带动所述外套体转动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外套体的空腔包括直径不同且沿轴向依次设置的第一段、第二段和第三段，所述第一段延伸至所述第二端且直径最大，所述第二段的直径小于所述第一段由此形成所述第一台阶部，所述第三段的直径小于所述第二段由此形成第三台阶部，所述内套体的一端支撑在所述第三台阶部上。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括球座，所述球座设置在所述内套体的所述中心腔内且在轴向方向上位于所述第一台阶部和所述第三台阶部之间。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述外套体还包括排出通道，所述排出通道的内端连通至所述空腔的底部区域，所述排出通道的外端延伸贯穿所述主体的所述外壁且比所述内端更靠近所述第一端。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述球座利用剪销安装在所述内套体上。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转驱动器包括涡轮组件和磁套组件。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述涡轮组件包括涡轮静子和涡轮转子，所述磁套组件包括内磁套和外磁套，所述涡轮转子的输出轴与所述内磁套固定连接，所述外磁套设置于所述内磁套的外围。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述涡轮静子的涡轮叶片与所述涡轮转子的涡轮叶片的角度相同但旋转方向相反，所述内磁套中的磁体与所述外磁套中的磁体为异极磁块。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括接头，所述接头的一端与所述外磁套固定连接，所述接头的另一端与所述外套体的第二端或所述内套体的外端固定连接。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包隔离套，所述隔离套包括设置于所述内磁套和所述外磁套之间的隔离部，所述隔离部设有环形凹槽，所述外磁套设有与所述环形凹槽匹配的另一环形凹槽，所述外磁套还具有连通至所述环形凹槽且沿所述外磁套的径向延伸的进球通道，所述环形凹槽内安装滚珠，所述进球通道内安装阻止所述滚珠脱离所述环形凹槽的限位件。

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