CN217001795U - 压力安全控制结构及井下打孔工具 - Google Patents

Abstract

压力安全控制结构及井下打孔工具，内腔设有可与外部接通的通道；还包括安全销，所述安全销的一端设有承受通道外端处压力的承压面；安全销的外壁设有外凸的台阶，端板与台阶的外端面相接触；当内腔的压力过高并大于额定值时，安全销沿压力方向产生运动趋势，台阶被端板切断进而承压面与通道脱离接触，内腔的压力被释放。通过安全销、端板和单向阀组成压力安全控制结构，当内腔压力达到额定压力时，通过剪断安全销外壁的台阶来释放内腔压力，保证工具内腔的压力在安全可控范围；单向阀还可以避免工具外部的不清洁液体进入内腔而污染工具。

Description

压力安全控制结构及井下打孔工具

技术领域

本实用新型涉及油气田开发井下工具，具体地说是一种压力安全控制结构及井下打孔工具。

背景技术

目前，石油和天然气的开发作业中由于工具堵塞或井内杂物堆积，需要连通井内油管与油管外环空以完成循环等作业，这种工艺就需要用到打穿油管。目前采用射孔枪爆破的方法有很大弊端，射孔枪爆破位置不容易确定，爆破孔形状不确定，爆破力度控制不当会在穿透油管的同时穿透外层套管，并且爆破用炸药存在安全隐患，这些都与油气作业的有效性和安全性要求不符。

CN202120795647.3号专利公开了一种井下油管打孔工具，主活塞挤压内腔时，活塞组件、冲头组件受压而径向朝外行进，活塞组件的外端支撑油管内壁，冲头组件的外端打孔，该方案通过抽拉主活塞来改变液缸的容积，当主活塞挤压内腔时，内腔的压力升高并顶出启动活塞组件支撑油管内壁、顶出冲头组件完成油管打孔。虽然上述方案较好地避免了炸药的安全隐患，但仍存在内腔压力无法有效控制的问题——如果打孔失败，内腔的压力会持续升高，存在一定的安全隐患。为了保证工具的安全运行，有必要对现有的工具进行改进。

发明内容

本实用新型为解决现有的问题，旨在提供一种压力安全控制结构及井下打孔工具。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案包括井下工具设有容积固定的内腔，内腔中有封闭的液体。内腔设有可与外部接通的通道；还包括安全销，所述安全销的一端设有承受通道外端处压力的承压面；安全销的外壁设有外凸的台阶，端板与台阶的外端面相接触；当内腔的压力过高并大于额定值时，安全销沿压力方向产生运动趋势，台阶被端板切断进而承压面与通道脱离接触，内腔的压力被释放。

其中，安全销的销体外壁还设有密封圈，安全销的外壁通过所述密封圈与井下工具的内壁密封。

其中，所述台阶为外凸的环形结构，端板设有与安全销的销体相匹配的圆孔，端板的内端面还与端板与台阶的外端面接触，并可自该接触面在产生相对运动趋势时挤压、切断台阶。其原理在于安全销与端板形成面积差，当内腔压力达到额定压力时，端板剪断安全销外壁的台阶，释放内腔的压力。

其中，通道外端的内端设有单向阀，所述单向阀仅供液体自内腔沿通道向外部流出，内腔泄压后工具外部的不清洁液体无法污染工具。

其中，所述单向阀包括两端贯通的阀体，所述阀体的外端开口由弹簧驱动的球顶住并密封。

其中，还包括两端贯通的上阀体，所述弹簧的外端固定在上阀体内部径向朝内的阶梯上，弹簧的内端通过压缩弹力顶住阀体的外端开口；球受到内腔足够压力后，可沿上阀体内孔移动而打开单向阀。

其中，所述内腔中注满液压油。

本实用新型还提供一种井下打孔工具，包括活塞组件、冲头组件和内腔，内腔的上端设有主活塞，内腔的下端接通均可作径向移动的活塞组件、冲头组件的内端；主活塞挤压内腔时，活塞组件、冲头组件受压而径向朝外行进。还包括出口接头，所述活塞穿过出口接头并挤压内腔，出口接头上设有如上述任一的压力安全控制结构。

其中，其中通道沿径向设于出口接头的内部，并贯穿其上、下两端；出口接头的上端设有固定腔体，所述固定腔体下段的内壁与安全销对应外壁形成密封，固定腔体的上段设有端板，端板的下端可切断与之接触的安全销台阶；出口接头的下端设有所述单向阀。

和现有技术相比，本实用新型通过安全销、端板和单向阀组成压力安全控制结构，当内腔压力达到额定压力时，通过剪断安全销外壁的台阶来释放内腔压力，保证工具内腔的压力在安全可控范围；单向阀还可以避免工具外部的不清洁液体进入内腔而污染工具。

井下油管打孔工具通过电动工具作为打孔的动力源，避免了射孔爆破打孔的弊端，避免了钢丝震击作业打孔的弊端，结合活塞组件、冲头组件，能有效地完成打孔作业；在此基础上增加压力安全控制结构后，操作更便捷、使用更安全。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为单向阀的结构示意图；

图3为安全销的结构示意图；

参见附图，1-打孔适配器，2-主活塞，3-液缸，4-端板，5-压环，6-胶圈，7-出口接头，8-冲头外壳，9-活塞护圈，10-启动活塞，11-端盖，12-活塞板，13-冲头活塞，14-冲头固定器，15-冲头，16-螺钉，17-挡圈，18-O形圈，19-短管，20-台阶，21-凹槽，22-承压面，23-通道，24-卡圈，25-柱塞，26-单向阀，28-三角密封压环，29-三角密封胶圈，30-泛塞，31-螺套，34-压盖，35-螺钉，36-销钉，37-安全销，38-安全销O形圈，39-上阀体，40-弹簧，41-球，42-单向阀O形圈，43-阀体。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型作进一步地说明。

本实施例中，为了控制工具内腔的压力低于额定压力，增加了压力安全控制结构。内腔设有可与外部接通的通道；安全销的内端设有承受通道外端处压力的承压面；安全销的外壁设有外凸的台阶，端板与台阶的外端面相接触；当内腔的压力过高而大于额定值时，安全销被推开，并沿压力方向产生运动趋势，台阶被端板切断后安全销开始移动，随着承压面与通道外端开口脱离接触，内腔的压力被释放。

参见图3，安全销的销体外壁设有凹槽，凹槽内固定有安全销O形圈（密封圈），安全销的外壁通过安全销密封圈与井下工具的内壁密封。当安全销未被推开时，安全销O形圈可进一步地保持对内腔密闭。

台阶为外凸的环形结构，而端板设有与安全销的销体相匹配的圆孔，销体穿入圆孔中并固定，且端板的内端面与端板与台阶的外端面形成接触。在产生相对运动时，安全销与端板之间形成面积差，端板挤压、切断安全销的台阶，使其承压面脱离通道外端的密封位置，打开内腔、泄压。

通道外端的内端设有单向阀，参见图2，单向阀包括两端贯通的阀体，阀体的外端开口由弹簧驱动的球顶住并密封。阀体的外壁还通过单向阀O形圈与安装管内壁形成密封。此外，还包括两端贯通的上阀体，弹簧的外端固定在上阀体内部径向朝内的阶梯上，弹簧的内端通过压缩弹力顶住阀体的外端开口；球受到内腔足够压力后，可沿上阀体内孔移动而打开单向阀。单向阀仅允许液体自内腔沿通道向外部流出，禁止反向通过。因此在内腔泄压后，工具外部的不清洁液体无法反向通过单向阀污染工具。

参见图1，图1展示的是本实用新型的另一个实施例，本实施例是带有上述压力安全控制结构的井下打孔工具，主要包括上端的液缸与下端的冲头外壳，液缸通过出口接头与冲头外壳连接。其中，启动活塞装在冲头外壳侧壁的开口中，形成启动活塞组件；启动活塞设有限位台阶，侧壁的开口处的活塞护圈可挡住限位台阶以限制其移动的行程，避免脱落。启动活塞的内端与内腔的液压油接通，其外端伸出开口。

冲头活塞、冲头固定器、冲头装在冲头外壳的侧壁开孔中，形成冲头组件；启动活塞组件与冲头组件间隔串联连接在一起，其中冲头组件放在两个启动活塞组件中间，保证打孔过程平衡。冲头活塞的内端与内腔的液压油接通，其外端可伸出开孔。

主活塞安装在液缸中，出口接头中设有液控管线，液缸通过液控管线与打孔组件接通。连接处设有压盖，以增加强度。起始时，主活塞的活塞头位于液缸的下端，液缸通过活塞头的小孔（位于液缸的最底部）接通内腔的下端；当主活塞向上移动时，液压油自液缸中挤压至内腔的下端，而复位时则反向操作，使液压油回流。

液缸通过主活塞的小孔与液控管线连通，液控管线与打孔组件的内段连接形成连通内腔；由于内腔均被密封组件密封，所以内腔为密封性良好的封闭内腔，并注满液压油。

初始时，主活塞的活塞头在液缸的底部。打孔时，通过电动工具提供的动力提拉主活塞的活塞杆并使之向上移动，由于活塞头的外壁与液缸内壁之间为设密封组件（依次为挡圈、O形圈、挡圈和压盖），主活塞上提是的液缸的体积减小，液缸内的液压油自活塞头上的小孔被挤压入冲头外壳中的活塞组件、冲头组件的内端。由于液压油的流动，使得活塞组件、冲头组件的内端的压力升高、进而体积增大，分别推动了冲头活塞、启动活塞沿径向朝外运动。此时，活塞组件伸出工具支撑油管内壁，压力升高伸出工具并顶出冲头组件完成油管打孔。

在上述的基础上，本实用新型的另一实施例在出口接头中增加压力安全控制结构，其中通道沿径向设于出口接头的内部，并贯穿其上、下两端；出口接头的上端设有固定腔体，固定腔体下段的内壁与安全销对应外壁形成密封，固定腔体的上段设有端板，端板的下端可切断与之接触的安全销台阶；出口接头的下端设有单向阀。

当工具内腔压力达到额定压力时，内腔压力会通过压力安全控制结构泄压，工具内压力始终低于安全压力，保证了工具安全。操作更便捷，使用更安全。

此外，作为优选，冲头通过销钉固定在冲头固定器上，而冲头固定器连接在冲头活塞的外端壁上。

作为优选，压环、胶圈和压环所组成的密封组件密封液控管线，胶筒与液控管线外径设计量有一定过盈，以此达到密封效果，并且狭小的接触面积提高了密封效果并减小了摩擦；另外还用螺钉固定，以防止密封组件在液控管线运动过程中脱出，提高产品动密封性能。

因井下油管打孔的特殊性，对其操作本实施例也存在一定要求。打孔工具需要方便下入指定位置，并且减少钢丝作业难度，减少震击、提拉等操作，避免工具震动后脱落。液控管线采用电动的方式提供动力，液控管线的上端的打孔适配器连接电动工具，并优选通过挡圈、O形圈、和三角密封压环、三角密封胶圈、泛塞等与之密封连接。

作为优选，冲头外壳的下端处设有端盖，端盖上设有开口。所述开口上，柱塞通过卡圈对其密封。

作为优选，冲头外壳的侧壁开孔处设有活塞板，活塞板可对冲头活塞进行限位，避免脱落。

作为优选，启动活塞的内端通过挡圈和O型圈、挡圈与内腔密封。主活塞的活塞杆自液缸上端开口伸出，所述活塞杆外壁和液缸的上端开口内壁之间设密封组件；密封组件具体包括挡圈和O型圈、挡圈和O型圈分别安装在液缸和主活塞上，用于密封液缸。

上面结合附图及实施例描述了本实用新型的实施方式，实施例给出的结构并不构成对本实用新型的限制，本领域内熟练的技术人员可依据需要做出调整，在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改均在保护范围内。

Claims (9)

1.一种压力安全控制结构，井下工具设有内腔，其特征在于：所述内腔设有可与外部接通的通道；

还包括安全销，所述安全销的内端设有承受通道外端处压力的承压面；安全销的外壁设有外凸的台阶，端板与台阶的外端面相接触；

当内腔的压力大于额定值时，安全销沿压力方向产生运动趋势，台阶被端板切断进而承压面与通道脱离接触，内腔的压力被释放。

2.根据权利要求1所述的压力安全控制结构，其特征在于：安全销的销体外壁还设有密封圈，安全销的外壁通过所述密封圈与井下工具的内壁密封。

3.根据权利要求1所述的压力安全控制结构，其特征在于：所述台阶为外凸的环形结构，端板设有与安全销的销体相匹配的圆孔，端板的内端面还与端板与台阶的外端面接触，并可自该接触面在产生相对运动趋势时挤压、切断台阶。

4.根据权利要求1-3任一所述的压力安全控制结构，其特征在于：通道外端的内端设有单向阀，所述单向阀仅供液体自内腔沿通道向外部流出。

5.根据权利要求4所述的压力安全控制结构，其特征在于：所述单向阀包括两端贯通的阀体，所述阀体的外端开口由弹簧驱动的球顶住并密封。

6.根据权利要求5所述的压力安全控制结构，其特征在于：还包括两端贯通的上阀体，所述弹簧的外端固定在上阀体内部径向朝内的阶梯上，弹簧的内端通过压缩弹力顶住阀体的外端开口；球受到内腔足够压力后，可沿上阀体内孔移动而打开单向阀。

7.根据权利要求1所述的压力安全控制结构，其特征在于：所述内腔中注满液压油。

8.一种井下打孔工具，包括活塞组件、冲头组件和内腔，内腔的上端设有主活塞，内腔的下端接通均可作径向移动的活塞组件、冲头组件的内端；主活塞挤压内腔时，活塞组件、冲头组件受压而径向朝外行进，其特征在于：还包括出口接头，所述活塞穿过出口接头并挤压内腔，出口接头上设有如权利要求1-7任一所述的压力安全控制结构。

9.根据权利要求8所述的井下打孔工具，其特征在于：其中通道沿径向设于出口接头的内部，并贯穿其上、下两端；出口接头的上端设有固定腔体，所述固定腔体下段的内壁与安全销对应外壁形成密封，固定腔体的上段设有端板，端板的下端可切断与之接触的安全销台阶；出口接头的下端设有单向阀。

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