應力緩衝丟手杆及井下堵塞裝置製造方法

2023-05-20 23:33:36 1

應力緩衝丟手杆及井下堵塞裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種應力緩衝丟手杆，包括外杆和內杆；外杆包括前端和後端，外杆的前端和後端外表面上均設置有外螺紋，外杆的前端和後端之間設置有薄弱段；外杆上開設有與外杆同軸的內通孔，內通孔的內表面設置有內螺紋；內杆的外表面設置有外螺紋，內杆設置於內通孔中並與內通孔螺紋連接；內杆的抗拉強度小於外杆的抗拉強度。本實用新型還公開了一種井下堵塞裝置。本實用新型的優點在於：能夠有效解決丟手杆斷裂時高強度瞬時衝擊使井下堵塞裝置鬆動的問題。
【專利說明】應力緩衝丟手杆及井下堵塞裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及油氣和礦物開採領域，尤其涉及一種用於井下堵塞裝置的應力緩衝丟手杆和一種井下堵塞裝置。
【背景技術】
[0002]在油氣或礦物開採過程中，需要對井道進行封堵。當前井下封堵通常採用堵塞裝置進行。現有的堵塞裝置包括中心管和設置於中心管上的錨定結構、密封結構和丟手杆。將堵塞裝置投入井下預定位置後，通過擠壓使錨定結構錨入井壁中實現堵塞裝置的固定，同時錨定結構擠壓密封結構使密封結構在徑向方向上膨脹從而讓密封結構緊貼井壁實現密封。
[0003]丟手杆與一外部爪手螺紋連接，該爪手外部還包括與上錨定結構接觸的頂緊機構。由該頂緊機構對上錨定結構施壓，使上錨定結構和下錨定結構擠壓密封結構，密封結構軸向長度縮小，發生徑向膨脹，從而讓密封結構緊貼井壁實現密封。最終錨定結構錨入井壁中，丟手杆被拉斷，將井下堵塞裝置留在井道中。
[0004]由於丟手杆與爪手和中心管的連接部位在座封過程中需要承受較大的外力，為了保證丟手杆在座封過程中與爪手和中心管可靠連接不發生變形，需要丟手杆具備較高的抗拉強度。但較高的抗拉強度使得丟手杆被拉斷時其斷裂方式為脆性斷裂，其斷裂時的應力非常大，接近其強度極限，這將導致井下堵塞裝置在丟手杆斷裂時會承受極大瞬時的衝擊，這對於井下堵塞裝置在井道中的有效固定非常不利。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的即在於克服現有技術的不足，提供一種應力緩衝丟手杆，該應力緩衝丟手杆在保證其外部具備較高的抗拉強度的同時，增加其抗脆性斷裂的能力，使其斷裂時的應力較小，避免了井下堵塞裝置受高強度瞬時衝擊的情況出現。
[0006]本實用新型的另一個目的即在於提供一種包括應力緩衝丟手杆的井下堵塞裝置。
[0007]本實用新型的目的通過以下技術方案實現:
[0008]應力緩衝丟手杆，包括外杆和內杆；外杆包括如端和後端，外杆的如端和後端外表面上均設置有外螺紋，外杆的前端和後端之間設置有薄弱段；外杆上開設有與外杆同軸的內通孔，內通孔的內表面設置有內螺紋；內杆的外表面設置有外螺紋，內杆設置於內通孔中並與內通孔螺紋連接；內杆的抗拉強度小於外杆的抗拉強度。
[0009]為了保證丟手杆在座封過程中與爪手和中心管可靠連接不發生變形，需要丟手杆具備較高的抗拉強度。但是隨著材料抗拉強度的提高，材料的抗脆斷能力在降低，這導致丟手杆被拉斷時其斷裂方式為脆性斷裂。為了解決這一矛盾，發明人採用外杆和內杆的雙層結構構成本實用新型。外杆具備較高的抗拉強度，使其能夠承受較大的外力而不發生變形，從而與爪手和中心管可靠連接。內杆抗拉強度較低，從而具有很好的抗脆性斷裂性能。內杆和外杆作為一個整體，使本實用新型在受拉時，其斷裂將發生在大應變低應力時，從而大大降低了丟手杆斷裂時的應力，避免了井下堵塞裝置受高強度瞬時衝擊的情況出現，能夠有效解決丟手杆斷裂時高強度瞬時衝擊使井下堵塞裝置鬆動的問題。
[0010]進一步的，所述薄弱段為開設於所述外杆上的環形凹槽。
[0011]進一步的，所述環形凹槽的橫截面為半圓形。
[0012]環形凹槽的橫截面為半圓形，可有效避免應力集中的情況發生。
[0013]進一步的，所述環形凹槽的橫截面為U性。
[0014]進一步的，所述外杆由硬質合金鋼構成，所述內杆由銅構成。
[0015]本實用新型的另一個目的通過以下技術方案實現:
[0016]井下堵塞裝置，包括中心管，設置於中心管上的密封總成，設置於中心管上且分別位於密封總成上端和下端的上錨定總成和下錨定總成；還包括與中心管上端螺栓連接的應力緩衝丟手杆；應力緩衝丟手杆包括外杆和內杆；外杆包括如端和後端，外杆的如端和後端外表面上均設置有外螺紋，後端與中心管上端內表面螺紋連接，外杆的前端和後端之間設置有薄弱段；外杆上開設有與外杆同軸的內通孔，內通孔的內表面設置有內螺紋；內杆的外表面設置有外螺紋，內杆設置於內通孔中並與內通孔螺紋連接；內杆的抗拉強度小於外杆的抗拉強度。
[0017]進一步的，所述薄弱段為開設於所述外杆上的環形凹槽。
[0018]進一步的，所述環形凹槽的橫截面為半圓形或U型。
[0019]進一步的，所述外杆由硬質合金鋼構成，所述內杆由銅構成。
[0020]進一步的，所述上錨定總成包括與所述中心管上端的連接螺紋連接的上鎖定螺帽，與上鎖定螺帽接觸的頂環，多個與頂環接觸的卡瓦，與卡瓦接觸的卡瓦錐託，卡瓦錐託與所述密封總成接觸；所述下錨定總成包括與所述中心管下端的連接螺紋連接的下鎖定螺帽，多個與下鎖定螺帽接觸的卡瓦，與卡瓦接觸的卡瓦錐託，卡瓦錐託與所述密封總成接觸。
[0021]綜上所述，本實用新型的優點在於:
[0022]1.應力緩衝丟手杆，在保證其外部具備較高的抗拉強度的同時，增加其抗脆性斷裂的能力，使其斷裂時的應力較小，避免了井下堵塞裝置受高強度瞬時衝擊的情況出現，能夠有效解決丟手杆斷裂時高強度瞬時衝擊使井下堵塞裝置鬆動的問題；
[0023]2.井下堵塞裝置，包括應力緩衝丟手杆，能夠有效解決丟手杆斷裂時高強度瞬時衝擊使井下堵塞裝置鬆動的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本實用新型的實施例，下面將對描述本實用新型實施例中所需要用到的附圖作簡單的說明。顯而易見的，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型中記載的一些實施例，對於本領域的技術人員而言，在不付出創造性勞動的情況下，還可以根據下面的附圖，得到其它附圖。
[0025]圖1為應力緩衝丟手杆的結構示意圖；
[0026]圖2為井下堵塞裝置的結構示意圖；
[0027]圖3為井下堵塞裝置的座封狀態圖；
[0028]圖4為上錨定總成的結構示意圖；[0029]圖5為下錨定總成的結構示意圖；
[0030]圖6為上鎖定螺帽的結構示意圖；
[0031]圖7為下鎖定螺母的結構示意圖；
[0032]圖8為頂環的結構示意圖；
[0033]圖9為卡瓦的結構示意圖；
[0034]圖10為卡瓦錐託的結構示意圖；
[0035]其中，附圖標記對應的零部件名稱如下:
[0036]1-中心管，2-上鎖定螺帽，3-頂環，4-卡瓦，5-卡瓦錐託，6_中膠筒，7_端膠筒，8-下鎖定螺帽，9-外杆，10-內杆，11-井壁，31-錐形面，32-分隔凸起，51-錐形面，52-分隔凸起，81-錐形面，82-分隔凸起，91-前端，92-後端，93-薄弱段，94-內通孔。
【具體實施方式】
[0037]為了使本領域的技術人員更好地理解本實用新型，下面將結合本實用新型實施例中的附圖對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。顯而易見的，下面所述的實施例僅僅是本實用新型實施例中的一部分，而不是全部。基於本實用新型記載的實施例，本領域技術人員在不付出創造性勞動的情況下得到的其它所有實施例，均在本實用新型保護的範圍內。
[0038]實施例1:
[0039]如圖1所示，應力緩衝丟手杆，包括外杆9和內杆10 ;外杆9包括前端91和後端92，外杆9的前端91和後端92外表面上均設置有外螺紋，外杆9的前端91和後端92之間設置有薄弱段93 ;外杆9上開設有與外杆9同軸的內通孔94，內通孔94的內表面設置有內螺紋；內杆10的外表面設置有外螺紋，內杆10設置於內通孔94中並與內通孔94螺紋連接；內杆10的抗拉強度小於外杆9的抗拉強度。
[0040]為了保證丟手杆在座封過程中與爪手和中心管可靠連接不發生變形，需要丟手杆具備較高的抗拉強度。但是隨著材料抗拉強度的提高，材料的抗脆斷能力在降低，這導致丟手杆被拉斷時其斷裂方式為脆性斷裂。為了解決這一矛盾，發明人採用外杆9和內杆10的雙層結構構成本實施例。外杆9具備較高的抗拉強度，使其能夠承受較大的外力而不發生變形，從而與爪手和中心管可靠連接。內杆10抗拉強度較低，從而具有很好的抗脆性斷裂性能。內杆10和外杆9作為一個整體，使本實用新型在受拉時，其斷裂將發生在大應變低應力時，從而大大降低了丟手杆斷裂時的應力，避免了井下堵塞裝置受高強度瞬時衝擊的情況出現，能夠有效解決丟手杆斷裂時高強度瞬時衝擊使井下堵塞裝置鬆動的問題。
[0041]進一步來看，外杆9的構成材料需要保證外杆9具備足夠的抗拉強度，例如WQ890、WH100Q、WQ960、45CrNiMoVA、45鋼或硬質合金(如YG6或YG8N)等均能用於構成外杆9。而理論上講內杆10的構成材料只需要其抗拉強度小於外杆9的構成材料即可降低斷裂時的應力，但在實際應用中，採用抗拉強度較大，塑性較好，抗脆斷性能較高的材料能夠起到更好的效果，例如銅、鋁、鐵、低碳鋼或複合材料(如聚四氟乙烯等)等。
[0042]實施例2:
[0043]如圖1所示，本實施例在實施例1的基礎上，所述薄弱段93為開設於所述外杆9上的環形凹槽。[0044]實施例3:
[0045]如圖3所示，本實施例在實施例2的基礎上，所述環形凹槽的橫截面為半圓形。
[0046]環形凹槽的橫截面為半圓形，能夠有效避免應力集中的情況發生。
[0047]實施例4:
[0048]如圖3所示，本實施例在實施例2的基礎上，所述環形凹槽的橫截面為U性。
[0049]環形凹槽的橫截面為U性。能夠在避免應力集中的同時，減小環形凹槽的寬度，增加環形凹槽的深度，使應力緩衝丟手環的斷裂位置更易控制。
[0050]實施例5:
[0051]如圖1、圖2和圖3所示，井下堵塞裝置，包括中心管1，設置於中心管I上的密封總成，設置於中心管I上且分別位於密封總成上端和下端的上錨定總成和下錨定總成；還包括與中心管I上端螺栓連接的應力緩衝丟手杆；應力緩衝丟手杆包括外杆9和內杆10 ；外杆9包括如端91和後端92，外杆9的如端91和後端92外表面上均設直有外螺紋，後端92與中心管I上端內表面螺紋連接，外杆9的前端91和後端92之間設置有薄弱段93 ;夕卜杆9上開設有與外杆9同軸的內通孔94,內通孔94的內表面設置有內螺紋；內杆10的外表面設置有外螺紋，內杆10設置於內通孔94中並與內通孔94螺紋連接；內杆10的抗拉強度小於外杆9的抗拉強度。
[0052]如圖3所示，前端91與一外部爪手螺紋連接，該爪手外部還包括與上錨定總成接觸的頂緊機構。由該頂緊機構對上錨定總成施壓，使上錨定總成和下錨定總成擠壓密封總成，密封總成軸向長度縮小，發生徑向膨脹，最終上錨定總成和下錨定總成錨入井壁11中，實現井下堵塞裝置在井道中的定位，密封總成緊貼井壁實現井道的密封，應力緩衝丟手杆被拉斷，將井下堵塞裝置留在井道中。
[0053]在應力緩衝丟手杆斷裂時應力較小，井下堵塞裝置受到的瞬間衝擊的強度也較小，從而不會影響上錨定總成和下錨定總成與井壁11的連接，使井下堵塞裝置能夠更加穩固的固定在井壁11中。
[0054]在本實施例中，應力緩衝丟手杆可以選用實施例廣4中任意一項所述的應力緩衝丟手杆。
[0055]實施例6:
[0056]對本實施例在實施例5的基礎上，對井下堵塞裝置的結構進行進一步說明。
[0057]如圖2和4所示，所述上錨定總成包括與所述中心管I上端的連接螺紋101連接的上鎖定螺帽2，與上鎖定螺帽2接觸的頂環3，多個與頂環3接觸的卡瓦4，與卡瓦4接觸的卡瓦錐託5,卡瓦錐託5與所述密封總成接觸。
[0058]其中，如圖6所示，上鎖定螺帽2中設置有螺紋孔，上鎖定螺帽2與中心管I的上端的連接螺紋101配合。
[0059]如圖8所示，頂環3套於中心管I上，頂環3在受力的情況下能夠沿中心管I的軸線運動。頂環3與上鎖定螺帽2接觸的端面為平直面，頂環3的另一個端面為錐形面31，在錐形面31上均勻設置有多個分隔凸起32，如圖9所示的卡瓦4的一端與錐形面31接觸，卡瓦4位於相鄰的兩個分隔凸起32之間。
[0060]如圖10所示，卡瓦錐託5套於中心管I上，卡瓦錐脫5在受力的情況下能夠沿中心管I的軸線運動，卡瓦錐託5與頂環3相對的端面為錐形面51，錐形面51上設置有多個分隔凸起52，卡瓦4的另一端與錐形面51接觸並位於相鄰的分隔凸起52之間。卡瓦錐託5的另一端面為平直面並與密封總成接觸。
[0061]如圖2和5所示，所述下錨定總成包括與所述中心管I下端的連接螺紋101連接的下鎖定螺帽8，多個與下鎖定螺帽8接觸的卡瓦4，與卡瓦4接觸的卡瓦錐託5，卡瓦錐託5與所述密封總成接觸。
[0062]如圖7所示，下鎖定螺帽8上設置有螺紋孔，下鎖定螺帽8與中心管I下端的連接螺紋101配合。下鎖定螺帽8靠近密封總成的一端為錐形面81，錐形面81上設置有多個分隔凸起82。如圖9所示的卡瓦4的一端與錐形面81接觸，卡瓦4位於相鄰的兩個分隔凸起82之間。
[0063]如圖10所示，卡瓦錐託5套於中心管I上，卡瓦錐脫5在受力的情況下能夠沿中心管I的軸線運動，卡瓦錐託5與頂環3相對的端面為錐形面51，錐形面51上設置有多個分隔凸起52，卡瓦4的另一端與錐形面51接觸並位於相鄰的分隔凸起52之間。卡瓦錐託5的另一端面為平直面並與密封總成接觸。
[0064]工作時，通過應力緩衝丟手杆固定住中心管1，然後對頂環3施壓，此時頂環3和下鎖定螺帽8使卡瓦4在卡瓦錐託5上的錐形面51上移動，同時壓力通過卡瓦錐託5傳導至密封總成，使密封總成的軸向被壓縮，徑向擴張。最終卡瓦4上的齒卡入井壁10中，使密封總成保持被壓縮狀態，實現井道的密封。
[0065]其中，所述密封總成包括套於膠筒二次增壓中心管I上的中膠筒6和位於中膠筒6兩端的端膠筒7。
[0066]如上所述，便可較好的實現本實用新型。
【權利要求】
1.應力緩衝丟手杆，其特徵在於: 包括外杆(9)和內杆(10)； 外杆(9)包括前端(91)和後端(92)，外杆(9)的前端(91)和後端(92)外表面上均設置有外螺紋，外杆(9)的前端(91)和後端(92)之間設置有薄弱段(93)； 外杆(9)上開設有與外杆(9)同軸的內通孔(94)，內通孔(94)的內表面設置有內螺紋； 內杆(10)的外表面設置有外螺紋，內杆(10)設置於內通孔(94)中並與內通孔(94)螺紋連接； 內杆(10)的抗拉強度小於外杆(9)的抗拉強度。
2.根據權利要求1所述的應力緩衝丟手杆，其特徵在於: 所述薄弱段(93)為開設於所述外杆(9)上的環形凹槽。
3.根據權利要求2所述的應力緩衝丟手杆，其特徵在於: 所述環形凹槽的橫截面為半圓形。
4.根據權利要求2所述的應力緩衝丟手杆，其特徵在於: 所述環形凹槽的橫截面為U性。
5.根據權利要求1~4中任意一項所述的應力緩衝丟手杆，其特徵在於: 所述外杆(9)由硬質合金鋼構成，所述內杆(10)由銅構成。
6.井下堵塞裝置，其特徵在於: 包括中心管(1)，設置於中心管(I)上的密封總成，設置於中心管(I)上且分別位於密封總成上端和下端的上錨定總成和下錨定總成； 還包括與中心管(I)上端螺栓連接的應力緩衝丟手杆； 應力緩衝丟手杆包括外杆(9)和內杆(10)； 外杆(9 )包括前端(91)和後端(92 )，外杆(9 )的前端(91)和後端(92 )外表面上均設置有外螺紋，後端(92)與中心管(I)上端內表面螺紋連接，外杆(9)的前端(91)和後端(92)之間設置有薄弱段(93)； 外杆(9)上開設有與外杆(9)同軸的內通孔(94)，內通孔(94)的內表面設置有內螺紋； 內杆(10)的外表面設置有外螺紋，內杆(10)設置於內通孔(94)中並與內通孔(94)螺紋連接； 內杆(10)的抗拉強度小於外杆(9)的抗拉強度。
7.根據權利要求6所述的井下堵塞裝置，其特徵在於: 所述薄弱段(93)為開設於所述外杆(9)上的環形凹槽。
8.根據權利要求7所述的井下堵塞裝置，其特徵在於: 所述環形凹槽的橫截面為半圓形或U型。
9.根據權利要求6~8中任意一項所述的井下堵塞裝置，其特徵在於: 所述外杆(9)由硬質合金鋼構成，所述內杆(10)由銅構成。
10.根據權利要求6~8中任意一項所述的井下堵塞裝置，其特徵在於: 所述上錨定總成包括與所述中心管(I)上端的連接螺紋(101)連接的上鎖定螺帽(2)，與上鎖定螺帽(2)接觸的頂環(3)，多個與頂環(3)接觸的卡瓦(4)，與卡瓦(4)接觸的卡瓦錐託(5)，卡瓦錐託(5)與所述密封總成接觸； 所述下錨定總成包括與所述中心管(I)下端的連接螺紋(101)連接的下鎖定螺帽(8)，多個與下鎖定螺帽(8)接觸的卡瓦(4)，與卡瓦(4)接觸的卡瓦錐託(5)，卡瓦錐託(5)與所述密封總成接 觸。
【文檔編號】E21B23/00GK203729921SQ201420105534
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月10日 優先權日:2014年3月10日
【發明者】劉書豪, 馬梓瀚 申請人:劉書豪, 馬梓瀚