双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器制造技术

本发明专利技术提供了一种双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，应用于油气开采修井防喷作业。壳体总成的上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道分别与上光杆防喷机构和下抽油杆防喷机构相配合，旋筒轴座采用侧门式旋转动筒，且依据螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒体的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，上轴塞芯总成和下轴塞芯总成均采用圆柱状活塞式和轴塞芯三位一体构造并作为防喷器的密封总成和传动总成，两套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成依据双平面移动副和双活塞移动副进行精准滑移并通过滑键限位器完成轴向和周向限位，而后分别卡住通径杆穿孔内的光杆和抽油杆，由此实现封闭式密封胶芯和三○形密封圈组合式的非金属密封及井口防喷作业。

【技术实现步骤摘要】
双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器
本专利技术涉及一种常规油气和非常规油气开采修井作业用的防喷装置，特别是涉及一种采用双旋筒、双柱塞以及双滑键的轴塞芯三位一体防喷装置。
技术介绍
常规油气和非常规油气开采修井作业时，井口防喷装置的技术性能和现场适应性是井控管理工作的关键，国内外油田修井作业常用的井口安全防喷装置中，对于自封、全封以及半全封防喷器的功能都是单独实现的。国外公司的典型井口安全防喷装置包括Cameron公司的防喷器采用径向组合密封、Hydril公司的防喷器采用活塞式自紧密封、Shaffer公司的防喷器采用端面浮动密封等，国内公司也相继研发了多种规格的整体式剪切闸板防喷器和分体式剪切闸板防喷器，这些防喷器主要用于高压钻井作业时井口实现全封、自封或半封功能，然而其尺寸高度过大，大大影响井口的起下杆柱和管柱操作的方便性，同时防喷器的安装和拆卸需要专门的起吊设备且不方便，目前井口防喷装置在应用中主要存在以下问题：1)启动多功能防喷器关闭井口的操作流程复杂且耗时较长，导致井控的难度加大。2)多功能防喷器的部件通常设计不合理，在多级钻杆作业、光杆和抽油杆作业、多级油管作业或坐挂悬挂器时需要频繁拆卸与安装，不能实现持续井控，从而增加非生产时间。3)常规防喷器在抢喷操作时需要倒自封胶芯，不能实现抢喷过程中油套环空的持续密封，同时也不能实现抢喷时抽油杆和油管的安全悬挂。即使能悬挂油管也是通过井口四通的锥面坐挂油管，却不能实现油套环空的可靠带压密封，这使得操作更为复杂。4)半全封防喷器需要频繁更换半封闸板和全封配合芯柱，每更换一次都要进行试压检验，对于常规修井作业组合杆柱或组合管柱并不适用。为此，现场急需一种真正可靠实用而又操作方便的井口防喷器。
技术实现思路
为了有效解决常规油气和非常规油气开采修井作业期间的井口失控问题，并克服现有井口防喷技术及其防喷器存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种适合油气开采修井作业用的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器。该轴塞芯三位一体防喷器采用封闭式密封胶芯和三○形密封圈与壳体总成以及光杆和抽油杆之间的组合式非金属密封，并依据旋筒轴座的旋筒体和传动轴间的螺旋传动和滑键限位器的轴向和周向限位，同时结合上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的圆柱状活塞式和轴塞芯三位一体构造，有效控制常规油气和非常规油气开采修井过程中的井口防喷作业。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，主要由壳体总成、上轴塞芯总成、下轴塞芯总成、滑键限位器和旋筒轴座几部分组成，该轴塞芯三位一体防喷器经壳体总成的上盒接头与井口密封盒相连并由壳体总成的下通接头与井口三通连为一体，壳体总成采用单体，上轴塞芯总成和下轴塞芯总成采用对称布置的双体，滑键限位器和旋筒轴座采用对称布置和分层排列的四体构造，壳体总成的上塞芯圆滑道依次配置双上轴塞芯总成和双滑键限位器且其两侧端设有双旋筒轴座而构成独立的上光杆防喷机构，并控制修井时光杆的井喷作业，同时壳体总成的下塞芯圆滑道依次配置双下轴塞芯总成和双滑键限位器且其两侧端设有双旋筒轴座而构成独立的下抽油杆防喷机构，并控制修井时抽油杆的井喷作业。油气开采修井作业的轴塞芯三位一体防喷流程中，依据上光杆防喷机构的螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒轴座的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，结合上光杆防喷机构的双平面移动副和双活塞移动副，两套上轴塞芯总成分别沿着壳体总成的上塞芯圆滑道进行精准滑移并卡住光杆和压紧封闭式密封胶芯，实现上光杆防喷机构与光杆间的非金属密封和防喷作业；依据下抽油杆防喷机构的螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒轴座的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，结合下抽油杆防喷机构的双平面移动副和双活塞移动副，两套下轴塞芯总成分别沿着壳体总成的下塞芯圆滑道进行精准滑移并卡住抽油杆和压紧封闭式密封胶芯，实现下抽油杆防喷机构与抽油杆间的非金属密封和防喷作业。壳体总成采用双十字交叉孔壳体，三孔壳体的上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道分别与上光杆防喷机构和下抽油杆防喷机构相配合，且其通径杆穿孔内设置光杆和抽油杆，壳体总成沿光杆轴向依次设有上盒接头、三孔壳体和下通接头。上盒接头和下通接头分别采用母扣圆管体和公扣圆管体，并依次将井口密封盒、三孔壳体和井口三通连为一体，上盒接头和下通接头的管腔同时与三孔壳体的通径杆穿孔保持联通，同时上盒接头和下通接头的管腔所在环面的最小直径等于通径杆穿孔的孔径。三孔壳体采用扁方柱形壳体且依次设有通径杆穿孔、上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道，通径杆穿孔沿光杆轴向布置，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道分层排列并同时与通径杆穿孔垂直交叉设置，而使三孔壳体内孔道呈现双十字交叉形。通径杆穿孔采用等径圆形通孔，且通径杆穿孔的孔径大于光杆以及光杆与抽油杆连接处接箍的最大外径。上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道均由一条滑移圆孔道和两条限位圆孔道组合而成，且两条限位圆孔道对称布置于滑移圆孔道的两侧端，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道的滑移圆孔道内分别配置两套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成，且上塞芯圆滑道的两条限位圆孔道以及下塞芯圆滑道的两条限位圆孔道内均设有相同型号的滑键限位器，同时三孔壳体的两侧端面上沿限位圆孔道周向分别车制螺钉孔并通过螺钉将四套相同型号的旋筒轴座连接于壳体总成的两侧。上轴塞芯总成和下轴塞芯总成均采用圆柱状活塞式和轴塞芯三位一体的构造，并作为防喷器的密封总成和传动总成，且两套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成分别卡住光杆和抽油杆并实现封闭式密封胶芯和三○形密封圈组合式的非金属密封以及井口防喷作业，每套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成均包括传动轴、滑移柱塞、封闭式密封胶芯和三○形密封圈。传动轴、滑移柱塞和封闭式密封胶芯采用轴塞芯三位一体，其中传动轴和滑移柱塞由圆柱形合金钢一体加工而成，滑移柱塞和封闭式密封胶芯采用硫化一体加工工艺。传动轴采用圆柱状细长杆，滑移柱塞采用圆柱状活塞，传动轴沿光杆径向的外侧车制梯形传动外螺纹且其内侧铣有导向滑移键槽，导向滑移键槽沿传动轴的轴向布置且其槽底面与导向滑键的键底面之间采用间隙配合，同时导向滑移键槽的两侧槽壁分别与导向滑键的两侧面之间精密配合而构成双平面移动副。滑移柱塞的外环面沿光杆径向由内而外依次设有壳密封槽和密封环槽，且两套上轴塞芯总成的滑移柱塞外环面分别与上塞芯圆滑道之间精密配合而构成双活塞移动副，同时两套下轴塞芯总成的滑移柱塞外环面分别与下塞芯圆滑道之间精密配合而构成双活塞移动副。滑移柱塞密封环槽的剖面呈矩形并沿光杆径向等间距分层排列，滑移柱塞的密封环槽内配置三○形密封圈，并辅助滑移柱塞与三孔壳体之间的非金属密封；滑移柱塞的壳密封槽由一个拱形密封槽和两个矩形密封槽组合而成，拱形密封槽和矩形密封槽保持联通且其槽深相等，且两个矩形密封槽对称布置于拱形密封槽的两侧，拱形密封槽的槽底面所在柱面和矩形密封槽的槽底面所在柱面位于同一圆柱面上，同时拱形密封槽的两侧槽面相互平行并与传动轴的轴线相垂直，矩形密封槽的两侧槽面相互平行并且水平布置。滑移柱塞沿光杆径向的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，壳体总成的上塞芯圆滑道依次配置双上轴塞芯总成和双滑键限位器且其两侧端设有双旋筒轴座而构成独立的上光杆防喷机构，控制修井时光杆的井喷，下塞芯圆滑道依次配置双下轴塞芯总成和双滑键限位器且其两侧端设有双旋筒轴座而构成独立的下抽油杆防喷机构，控制修井时抽油杆的井喷，其特征在于：/n一壳体总成；所述壳体总成采用双十字交叉孔壳体且沿光杆轴向依次设有上盒接头、三孔壳体和下通接头，三孔壳体的上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道分别与上光杆防喷机构和下抽油杆防喷机构相配合；上盒接头和下通接头分别采用母扣圆管体和公扣圆管体，并依次将井口密封盒、三孔壳体和井口三通连为一体，三孔壳体采用扁方柱形壳体且依次设有通径杆穿孔、上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道同时与通径杆穿孔垂直交叉设置，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道均由一条滑移圆孔道和两条限位圆孔道组合而成；/n一上轴塞芯总成和下轴塞芯总成；两套所述上轴塞芯总成和下轴塞芯总成分别卡住光杆和抽油杆并实现封闭式密封胶芯和三○形密封圈组合式的非金属密封,每套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成均包括传动轴、滑移柱塞、封闭式密封胶芯和三○形密封圈；传动轴、滑移柱塞和封闭式密封胶芯采用轴塞芯三位一体，传动轴和滑移柱塞由圆柱形合金钢一体加工而成，滑移柱塞和封闭式密封胶芯采用硫化一体加工工艺；传动轴采用圆柱状细长杆且其导向滑移键槽与导向滑键之间构成双平面移动副，两套上轴塞芯总成的滑移柱塞分别与上塞芯圆滑道构成双活塞移动副，两套下轴塞芯总成的滑移柱塞分别与下塞芯圆滑道构成双活塞移动副；滑移柱塞采用圆柱状活塞且其外环面沿光杆径向由内而外依次设有壳密封槽和密封环槽，密封环槽沿光杆径向等间距分层排列且其内配置三○形密封圈，壳密封槽由一个拱形密封槽和两个矩形密封槽组合而成，两个矩形密封槽对称布置于拱形密封槽的两侧，滑移柱塞的内侧端面中部设有垂直交叉布置的杆密封槽和杆卡槽；滑移柱塞的壳密封槽和杆密封槽保持联通且其内填充封闭式密封胶芯，封闭式密封胶芯为不间断的连续整体式胶芯；壳密封槽的槽顶面和杆密封槽两侧槽面的封闭式密封胶芯设有壳密封面，壳密封面为上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道的密封面，封闭式密封胶芯沿光杆径向的内侧端面由一个杆密封面和两个胶芯密封面组合而成，胶芯密封面为滑移柱塞的密封面，杆密封面为光杆和抽油杆的密封面；/n一滑键限位器；所述滑键限位器依据双平面移动副和双活塞移动副实现上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的精准滑移，它包括限位体和导向滑键；导向滑键采用普通导向平键，限位体采用厚壁筒体，限位体沿光杆径向的内侧端面与滑移柱塞的外侧端面相配合并实现上轴塞芯总成和下轴塞芯总成打开过程中的轴向限位；限位体的筒壁铣有导向限位键槽，且导向限位键槽的槽顶面钻有滑键拆卸圆孔，导向限位键槽的两侧槽壁与导向滑键的两侧面之间采用过盈配合，且导向限位键槽的槽顶面与导向滑键的键顶面之间采用间隙配合，由此实现导向滑键与限位体之间的固定以及上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的周向限位；/n一旋筒轴座；所述旋筒轴座采用侧门式旋转动筒构造，依据螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒体的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，它包括旋筒体和方法兰；旋筒体沿光杆径向的内侧和外侧分别设有柱状卡箍和六角扳手方径，柱状卡箍与旋筒卡槽同时旋筒体与旋转卡环之间构成双柱面转动副，旋筒体的梯形传动内螺纹与上轴塞芯总成和下轴塞芯总成传动轴的梯形传动外螺纹之间构成螺旋传动副；方法兰的环腔内壁沿光杆径向依次设有限位卡槽、旋筒卡槽和旋转卡环，限位卡槽实现滑键限位器的轴向固定。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，壳体总成的上塞芯圆滑道依次配置双上轴塞芯总成和双滑键限位器且其两侧端设有双旋筒轴座而构成独立的上光杆防喷机构，控制修井时光杆的井喷，下塞芯圆滑道依次配置双下轴塞芯总成和双滑键限位器且其两侧端设有双旋筒轴座而构成独立的下抽油杆防喷机构，控制修井时抽油杆的井喷，其特征在于：
一壳体总成；所述壳体总成采用双十字交叉孔壳体且沿光杆轴向依次设有上盒接头、三孔壳体和下通接头，三孔壳体的上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道分别与上光杆防喷机构和下抽油杆防喷机构相配合；上盒接头和下通接头分别采用母扣圆管体和公扣圆管体，并依次将井口密封盒、三孔壳体和井口三通连为一体，三孔壳体采用扁方柱形壳体且依次设有通径杆穿孔、上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道同时与通径杆穿孔垂直交叉设置，上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道均由一条滑移圆孔道和两条限位圆孔道组合而成；
一上轴塞芯总成和下轴塞芯总成；两套所述上轴塞芯总成和下轴塞芯总成分别卡住光杆和抽油杆并实现封闭式密封胶芯和三○形密封圈组合式的非金属密封,每套上轴塞芯总成和下轴塞芯总成均包括传动轴、滑移柱塞、封闭式密封胶芯和三○形密封圈；传动轴、滑移柱塞和封闭式密封胶芯采用轴塞芯三位一体，传动轴和滑移柱塞由圆柱形合金钢一体加工而成，滑移柱塞和封闭式密封胶芯采用硫化一体加工工艺；传动轴采用圆柱状细长杆且其导向滑移键槽与导向滑键之间构成双平面移动副，两套上轴塞芯总成的滑移柱塞分别与上塞芯圆滑道构成双活塞移动副，两套下轴塞芯总成的滑移柱塞分别与下塞芯圆滑道构成双活塞移动副；滑移柱塞采用圆柱状活塞且其外环面沿光杆径向由内而外依次设有壳密封槽和密封环槽，密封环槽沿光杆径向等间距分层排列且其内配置三○形密封圈，壳密封槽由一个拱形密封槽和两个矩形密封槽组合而成，两个矩形密封槽对称布置于拱形密封槽的两侧，滑移柱塞的内侧端面中部设有垂直交叉布置的杆密封槽和杆卡槽；滑移柱塞的壳密封槽和杆密封槽保持联通且其内填充封闭式密封胶芯，封闭式密封胶芯为不间断的连续整体式胶芯；壳密封槽的槽顶面和杆密封槽两侧槽面的封闭式密封胶芯设有壳密封面，壳密封面为上塞芯圆滑道和下塞芯圆滑道的密封面，封闭式密封胶芯沿光杆径向的内侧端面由一个杆密封面和两个胶芯密封面组合而成，胶芯密封面为滑移柱塞的密封面，杆密封面为光杆和抽油杆的密封面；
一滑键限位器；所述滑键限位器依据双平面移动副和双活塞移动副实现上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的精准滑移，它包括限位体和导向滑键；导向滑键采用普通导向平键，限位体采用厚壁筒体，限位体沿光杆径向的内侧端面与滑移柱塞的外侧端面相配合并实现上轴塞芯总成和下轴塞芯总成打开过程中的轴向限位；限位体的筒壁铣有导向限位键槽，且导向限位键槽的槽顶面钻有滑键拆卸圆孔，导向限位键槽的两侧槽壁与导向滑键的两侧面之间采用过盈配合，且导向限位键槽的槽顶面与导向滑键的键顶面之间采用间隙配合，由此实现导向滑键与限位体之间的固定以及上轴塞芯总成和下轴塞芯总成的周向限位；
一旋筒轴座；所述旋筒轴座采用侧门式旋转动筒构造，依据螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒体的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，它包括旋筒体和方法兰；旋筒体沿光杆径向的内侧和外侧分别设有柱状卡箍和六角扳手方径，柱状卡箍与旋筒卡槽同时旋筒体与旋转卡环之间构成双柱面转动副，旋筒体的梯形传动内螺纹与上轴塞芯总成和下轴塞芯总成传动轴的梯形传动外螺纹之间构成螺旋传动副；方法兰的环腔内壁沿光杆径向依次设有限位卡槽、旋筒卡槽和旋转卡环，限位卡槽实现滑键限位器的轴向固定。


2.根据权利要求1所述的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，其特征在于：所述双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器经壳体总成的上盒接头与井口密封盒相连并由壳体总成的下通接头与井口三通连为一体，壳体总成采用单体，上轴塞芯总成和下轴塞芯总成采用对称布置的双体，滑键限位器和旋筒轴座采用对称布置和分层排列的四体构造。


3.根据权利要求1所述的双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器，其特征在于：所述双旋筒双柱塞滑键式轴塞芯三位一体防喷器的油气开采修井作业的轴塞芯三位一体防喷流程中，依据上光杆防喷机构的螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒轴座的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，结合上光杆防喷机构的双平面移动副和双活塞移动副，两套上轴塞芯总成分别沿着壳体总成的上塞芯圆滑道进行精准滑移并卡住光杆和压紧封闭式密封胶芯，实现上光杆防喷机构与光杆之间的非金属密封和防喷作业；依据下抽油杆防喷机构的螺旋传动副和双柱面转动副实施螺旋传动并将旋筒轴座的旋转运动转化为传动轴的轴向移动，结合下抽油杆防喷机构的双平面移动副和双活塞移动副，两套下轴塞芯总成分别沿着壳体总成...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，刘春花，郝爱刚，杨洪英，王建峰，王增章，何鸿铭，张瑞强，王筱磊，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37