CN203729921U - 应力缓冲丢手杆及井下堵塞装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应力缓冲丢手杆，包括外杆和内杆；外杆包括前端和后端，外杆的前端和后端外表面上均设置有外螺纹，外杆的前端和后端之间设置有薄弱段；外杆上开设有与外杆同轴的内通孔，内通孔的内表面设置有内螺纹；内杆的外表面设置有外螺纹，内杆设置于内通孔中并与内通孔螺纹连接；内杆的抗拉强度小于外杆的抗拉强度。本实用新型还公开了一种井下堵塞装置。本实用新型的优点在于：能够有效解决丢手杆断裂时高强度瞬时冲击使井下堵塞装置松动的问题。

Description

应力缓冲丢手杆及井下堵塞装置

技术领域

本实用新型涉及油气和矿物开采领域，尤其涉及一种用于井下堵塞装置的应力缓冲丢手杆和一种井下堵塞装置。 

背景技术

在油气或矿物开采过程中，需要对井道进行封堵。当前井下封堵通常采用堵塞装置进行。现有的堵塞装置包括中心管和设置于中心管上的锚定结构、密封结构和丢手杆。将堵塞装置投入井下预定位置后，通过挤压使锚定结构锚入井壁中实现堵塞装置的固定，同时锚定结构挤压密封结构使密封结构在径向方向上膨胀从而让密封结构紧贴井壁实现密封。 

丢手杆与一外部爪手螺纹连接，该爪手外部还包括与上锚定结构接触的顶紧机构。由该顶紧机构对上锚定结构施压，使上锚定结构和下锚定结构挤压密封结构，密封结构轴向长度缩小，发生径向膨胀，从而让密封结构紧贴井壁实现密封。最终锚定结构锚入井壁中，丢手杆被拉断，将井下堵塞装置留在井道中。 

由于丢手杆与爪手和中心管的连接部位在座封过程中需要承受较大的外力，为了保证丢手杆在座封过程中与爪手和中心管可靠连接不发生变形，需要丢手杆具备较高的抗拉强度。但较高的抗拉强度使得丢手杆被拉断时其断裂方式为脆性断裂，其断裂时的应力非常大，接近其强度极限，这将导致井下堵塞装置在丢手杆断裂时会承受极大瞬时的冲击，这对于井下堵塞装置在井道中的有效固定非常不利。 

实用新型内容

本实用新型的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种应力缓冲丢手杆，该应力缓冲丢手杆在保证其外部具备较高的抗拉强度的同时，增加其抗脆性断裂的能力，使其断裂时的应力较小，避免了井下堵塞装置受高强度瞬时冲击的情况出现。 

本实用新型的另一个目的即在于提供一种包括应力缓冲丢手杆的井下堵塞装置。 

本实用新型的目的通过以下技术方案实现： 

应力缓冲丢手杆，包括外杆和内杆；外杆包括前端和后端，外杆的前端和后端外表面上均设置有外螺纹，外杆的前端和后端之间设置有薄弱段；外杆上开设有与外杆同轴的内通孔，内通孔的内表面设置有内螺纹；内杆的外表面设置有外螺纹，内杆设置于内通孔中并与内通孔螺纹连接；内杆的抗拉强度小于外杆的抗拉强度。

为了保证丢手杆在座封过程中与爪手和中心管可靠连接不发生变形，需要丢手杆具备较高的抗拉强度。但是随着材料抗拉强度的提高，材料的抗脆断能力在降低，这导致丢手杆被拉断时其断裂方式为脆性断裂。为了解决这一矛盾，发明人采用外杆和内杆的双层结构构成本实用新型。外杆具备较高的抗拉强度，使其能够承受较大的外力而不发生变形，从而与爪手和中心管可靠连接。内杆抗拉强度较低，从而具有很好的抗脆性断裂性能。内杆和外杆作为一个整体，使本实用新型在受拉时，其断裂将发生在大应变低应力时，从而大大降低了丢手杆断裂时的应力，避免了井下堵塞装置受高强度瞬时冲击的情况出现，能够有效解决丢手杆断裂时高强度瞬时冲击使井下堵塞装置松动的问题。 

进一步的，所述薄弱段为开设于所述外杆上的环形凹槽。 

进一步的，所述环形凹槽的横截面为半圆形。 

环形凹槽的横截面为半圆形，可有效避免应力集中的情况发生。 

进一步的，所述环形凹槽的横截面为U性。 

进一步的，所述外杆由硬质合金钢构成，所述内杆由铜构成。 

本实用新型的另一个目的通过以下技术方案实现： 

井下堵塞装置，包括中心管，设置于中心管上的密封总成，设置于中心管上且分别位于密封总成上端和下端的上锚定总成和下锚定总成；还包括与中心管上端螺栓连接的应力缓冲丢手杆；应力缓冲丢手杆包括外杆和内杆；外杆包括前端和后端，外杆的前端和后端外表面上均设置有外螺纹，后端与中心管上端内表面螺纹连接，外杆的前端和后端之间设置有薄弱段；外杆上开设有与外杆同轴的内通孔，内通孔的内表面设置有内螺纹；内杆的外表面设置有外螺纹，内杆设置于内通孔中并与内通孔螺纹连接；内杆的抗拉强度小于外杆的抗拉强度。

进一步的，所述薄弱段为开设于所述外杆上的环形凹槽。 

进一步的，所述环形凹槽的横截面为半圆形或U型。 

进一步的，所述外杆由硬质合金钢构成，所述内杆由铜构成。 

进一步的，所述上锚定总成包括与所述中心管上端的连接螺纹连接的上锁定螺帽，与上锁定螺帽接触的顶环，多个与顶环接触的卡瓦，与卡瓦接触的卡瓦锥托，卡瓦锥托与所述密封总成接触；所述下锚定总成包括与所述中心管下端的连接螺纹连接的下锁定螺帽，多个与下锁定螺帽接触的卡瓦，与卡瓦接触的卡瓦锥托，卡瓦锥托与所述密封总成接触。 

综上所述，本实用新型的优点在于： 

1．应力缓冲丢手杆，在保证其外部具备较高的抗拉强度的同时，增加其抗脆性断裂的能力，使其断裂时的应力较小，避免了井下堵塞装置受高强度瞬时冲击的情况出现，能够有效解决丢手杆断裂时高强度瞬时冲击使井下堵塞装置松动的问题；

2．井下堵塞装置，包括应力缓冲丢手杆，能够有效解决丢手杆断裂时高强度瞬时冲击使井下堵塞装置松动的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施例，下面将对描述本实用新型实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。 

图1为应力缓冲丢手杆的结构示意图； 

图2为井下堵塞装置的结构示意图；

图3为井下堵塞装置的座封状态图；

图4为上锚定总成的结构示意图；

图5为下锚定总成的结构示意图；

图6为上锁定螺帽的结构示意图；

图7为下锁定螺母的结构示意图；

图8为顶环的结构示意图；

图9为卡瓦的结构示意图；

图10为卡瓦锥托的结构示意图；

其中，附图标记对应的零部件名称如下：

1-中心管，2-上锁定螺帽，3-顶环，4-卡瓦，5-卡瓦锥托，6-中胶筒，7-端胶筒，8-下锁定螺帽，9-外杆，10-内杆，11-井壁，31-锥形面，32-分隔凸起，51-锥形面，52-分隔凸起，81-锥形面，82-分隔凸起，91-前端，92-后端，93-薄弱段，94-内通孔。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型，下面将结合本实用新型实施例中的附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本实用新型实施例中的一部分，而不是全部。基于本实用新型记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本实用新型保护的范围内。 

实施例1： 

如图1所示，应力缓冲丢手杆，包括外杆9和内杆10；外杆9包括前端91和后端92，外杆9的前端91和后端92外表面上均设置有外螺纹，外杆9的前端91和后端92之间设置有薄弱段93；外杆9上开设有与外杆9同轴的内通孔94，内通孔94的内表面设置有内螺纹；内杆10的外表面设置有外螺纹，内杆10设置于内通孔94中并与内通孔94螺纹连接；内杆10的抗拉强度小于外杆9的抗拉强度。

为了保证丢手杆在座封过程中与爪手和中心管可靠连接不发生变形，需要丢手杆具备较高的抗拉强度。但是随着材料抗拉强度的提高，材料的抗脆断能力在降低，这导致丢手杆被拉断时其断裂方式为脆性断裂。为了解决这一矛盾，发明人采用外杆9和内杆10的双层结构构成本实施例。外杆9具备较高的抗拉强度，使其能够承受较大的外力而不发生变形，从而与爪手和中心管可靠连接。内杆10抗拉强度较低，从而具有很好的抗脆性断裂性能。内杆10和外杆9作为一个整体，使本实用新型在受拉时，其断裂将发生在大应变低应力时，从而大大降低了丢手杆断裂时的应力，避免了井下堵塞装置受高强度瞬时冲击的情况出现，能够有效解决丢手杆断裂时高强度瞬时冲击使井下堵塞装置松动的问题。 

进一步来看，外杆9的构成材料需要保证外杆9具备足够的抗拉强度，例如WQ890 、WH100Q、 WQ960、45CrNiMoVA、45钢或硬质合金（如YG6或YG8N）等均能用于构成外杆9。而理论上讲内杆10的构成材料只需要其抗拉强度小于外杆9的构成材料即可降低断裂时的应力，但在实际应用中，采用抗拉强度较大，塑性较好，抗脆断性能较高的材料能够起到更好的效果，例如铜、铝、铁、低碳钢或复合材料（如聚四氟乙烯等）等。 

实施例2： 

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上，所述薄弱段93为开设于所述外杆9上的环形凹槽。

实施例3： 

如图3所示，本实施例在实施例2的基础上，所述环形凹槽的横截面为半圆形。

环形凹槽的横截面为半圆形，能够有效避免应力集中的情况发生。 

实施例4： 

如图3所示，本实施例在实施例2的基础上，所述环形凹槽的横截面为U性。

环形凹槽的横截面为U性。能够在避免应力集中的同时，减小环形凹槽的宽度，增加环形凹槽的深度，使应力缓冲丢手环的断裂位置更易控制。 

实施例5： 

如图1、图2和图3所示，井下堵塞装置，包括中心管1，设置于中心管1上的密封总成，设置于中心管1上且分别位于密封总成上端和下端的上锚定总成和下锚定总成；还包括与中心管1上端螺栓连接的应力缓冲丢手杆；应力缓冲丢手杆包括外杆9和内杆10；外杆9包括前端91和后端92，外杆9的前端91和后端92外表面上均设置有外螺纹，后端92与中心管1上端内表面螺纹连接，外杆9的前端91和后端92之间设置有薄弱段93；外杆9上开设有与外杆9同轴的内通孔94，内通孔94的内表面设置有内螺纹；内杆10的外表面设置有外螺纹，内杆10设置于内通孔94中并与内通孔94螺纹连接；内杆10的抗拉强度小于外杆9的抗拉强度。

如图3所示，前端91与一外部爪手螺纹连接，该爪手外部还包括与上锚定总成接触的顶紧机构。由该顶紧机构对上锚定总成施压，使上锚定总成和下锚定总成挤压密封总成，密封总成轴向长度缩小，发生径向膨胀，最终上锚定总成和下锚定总成锚入井壁11中，实现井下堵塞装置在井道中的定位，密封总成紧贴井壁实现井道的密封，应力缓冲丢手杆被拉断，将井下堵塞装置留在井道中。 

在应力缓冲丢手杆断裂时应力较小，井下堵塞装置受到的瞬间冲击的强度也较小，从而不会影响上锚定总成和下锚定总成与井壁11的连接，使井下堵塞装置能够更加稳固的固定在井壁11中。 

在本实施例中，应力缓冲丢手杆可以选用实施例1~4中任意一项所述的应力缓冲丢手杆。 

实施例6： 

对本实施例在实施例5的基础上，对井下堵塞装置的结构进行进一步说明。

如图2和4所示，所述上锚定总成包括与所述中心管1上端的连接螺纹101连接的上锁定螺帽2，与上锁定螺帽2接触的顶环3，多个与顶环3接触的卡瓦4，与卡瓦4接触的卡瓦锥托5，卡瓦锥托5与所述密封总成接触。 

其中，如图6所示，上锁定螺帽2中设置有螺纹孔，上锁定螺帽2与中心管1的上端的连接螺纹101配合。 

如图8所示，顶环3套于中心管1上，顶环3在受力的情况下能够沿中心管1的轴线运动。顶环3与上锁定螺帽2接触的端面为平直面，顶环3的另一个端面为锥形面31，在锥形面31上均匀设置有多个分隔凸起32，如图9所示的卡瓦4的一端与锥形面31接触，卡瓦4位于相邻的两个分隔凸起32之间。 

如图10所示，卡瓦锥托5套于中心管1上，卡瓦锥脱5在受力的情况下能够沿中心管1的轴线运动，卡瓦锥托5与顶环3相对的端面为锥形面51，锥形面51上设置有多个分隔凸起52，卡瓦4的另一端与锥形面51接触并位于相邻的分隔凸起52之间。卡瓦锥托5的另一端面为平直面并与密封总成接触。 

如图2和5所示，所述下锚定总成包括与所述中心管1下端的连接螺纹101连接的下锁定螺帽8，多个与下锁定螺帽8接触的卡瓦4，与卡瓦4接触的卡瓦锥托5，卡瓦锥托5与所述密封总成接触。 

如图7所示，下锁定螺帽8上设置有螺纹孔，下锁定螺帽8与中心管1下端的连接螺纹101配合。下锁定螺帽8靠近密封总成的一端为锥形面81，锥形面81上设置有多个分隔凸起82。如图9所示的卡瓦4的一端与锥形面81接触，卡瓦4位于相邻的两个分隔凸起82之间。 

如图10所示，卡瓦锥托5套于中心管1上，卡瓦锥脱5在受力的情况下能够沿中心管1的轴线运动，卡瓦锥托5与顶环3相对的端面为锥形面51，锥形面51上设置有多个分隔凸起52，卡瓦4的另一端与锥形面51接触并位于相邻的分隔凸起52之间。卡瓦锥托5的另一端面为平直面并与密封总成接触。 

工作时，通过应力缓冲丢手杆固定住中心管1，然后对顶环3施压，此时顶环3和下锁定螺帽8使卡瓦4在卡瓦锥托5上的锥形面51上移动，同时压力通过卡瓦锥托5传导至密封总成，使密封总成的轴向被压缩，径向扩张。最终卡瓦4上的齿卡入井壁10中，使密封总成保持被压缩状态，实现井道的密封。 

其中，所述密封总成包括套于胶筒二次增压中心管1上的中胶筒6和位于中胶筒6两端的端胶筒7。 

如上所述，便可较好的实现本实用新型。 

Claims (10)

1.应力缓冲丢手杆，其特征在于：

包括外杆（9）和内杆（10）；

外杆（9）包括前端（91）和后端（92），外杆（9）的前端（91）和后端（92）外表面上均设置有外螺纹，外杆（9）的前端（91）和后端（92）之间设置有薄弱段（93）；

外杆（9）上开设有与外杆（9）同轴的内通孔（94），内通孔（94）的内表面设置有内螺纹；

内杆（10）的外表面设置有外螺纹，内杆（10）设置于内通孔（94）中并与内通孔（94）螺纹连接；

内杆（10）的抗拉强度小于外杆（9）的抗拉强度。

2.根据权利要求1所述的应力缓冲丢手杆，其特征在于：

所述薄弱段（93）为开设于所述外杆（9）上的环形凹槽。

3.根据权利要求2所述的应力缓冲丢手杆，其特征在于：

所述环形凹槽的横截面为半圆形。

4.根据权利要求2所述的应力缓冲丢手杆，其特征在于：

所述环形凹槽的横截面为U性。

5.根据权利要求1~4中任意一项所述的应力缓冲丢手杆，其特征在于：

所述外杆（9）由硬质合金钢构成，所述内杆（10）由铜构成。

6.井下堵塞装置，其特征在于：

包括中心管（1），设置于中心管（1）上的密封总成，设置于中心管（1）上且分别位于密封总成上端和下端的上锚定总成和下锚定总成；

还包括与中心管（1）上端螺栓连接的应力缓冲丢手杆；

应力缓冲丢手杆包括外杆（9）和内杆（10）；

外杆（9）包括前端（91）和后端（92），外杆（9）的前端（91）和后端（92）外表面上均设置有外螺纹，后端（92）与中心管（1）上端内表面螺纹连接，外杆（9）的前端（91）和后端（92）之间设置有薄弱段（93）；

外杆（9）上开设有与外杆（9）同轴的内通孔（94），内通孔（94）的内表面设置有内螺纹；

内杆（10）的外表面设置有外螺纹，内杆（10）设置于内通孔（94）中并与内通孔（94）螺纹连接；

内杆（10）的抗拉强度小于外杆（9）的抗拉强度。

7.根据权利要求6所述的井下堵塞装置，其特征在于：

所述薄弱段（93）为开设于所述外杆（9）上的环形凹槽。

8.根据权利要求7所述的井下堵塞装置，其特征在于：

所述环形凹槽的横截面为半圆形或U型。

9.根据权利要求6~8中任意一项所述的井下堵塞装置，其特征在于：

所述外杆（9）由硬质合金钢构成，所述内杆（10）由铜构成。

10.根据权利要求6~8中任意一项所述的井下堵塞装置，其特征在于：

所述上锚定总成包括与所述中心管（1）上端的连接螺纹（101）连接的上锁定螺帽（2），与上锁定螺帽（2）接触的顶环（3），多个与顶环（3）接触的卡瓦（4），与卡瓦（4）接触的卡瓦锥托（5），卡瓦锥托（5）与所述密封总成接触；

所述下锚定总成包括与所述中心管（1）下端的连接螺纹（101）连接的下锁定螺帽（8），多个与下锁定螺帽（8）接触的卡瓦（4），与卡瓦（4）接触的卡瓦锥托（5），卡瓦锥托（5）与所述密封总成接触。