申请/专利权人：中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院;德州大陆架石油工程技术有限公司

申请日：2017-12-18

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN109931033B

主分类号：E21B34/14

分类号：E21B34/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2019.07.19#实质审查的生效;2019.06.25#公开

摘要：本发明提出了一种用于固完井的投球装置，包括：壳体组件；手轮，其连接在所述壳体组件的一端；螺杆，其一端与所述手轮连接并跟随所述手轮转动，其另一端位于所述壳体组件内；螺管，其活动连接在所述壳体组件内，且与所述螺杆螺纹连接；以及挡球体，其上设有容纳憋压球的容腔和投球孔，所述挡球体与所述螺管连接并跟随螺管移动，在所述挡球体移动到投球孔脱离所述壳体组件的阻挡时实现憋压球的投掷。该装置能优化憋压球的投掷方法，减少投掷中的危险和简化投掷过程。

主权项：1.一种用于固完井的投球装置，其特征在于，包括：壳体组件，所述壳体组件包括端盖，所述端盖上设有用于对连接在所述壳体组件的一端的手轮进行限制的手轮挡销组件，所述手轮挡销组件包括：弹簧销外壳，其固定连接在所述端盖上；弹性件，其设在所述弹簧销外壳内，一端抵接在所述弹簧销外壳内，另一端抵接在设在弹簧销外壳的垫片上；弹簧销，其从所述弹簧销外壳的一端穿进，穿过垫片、弹性件和所述弹簧销外壳的另一端；以及开口销，其连接在所述弹簧销位于弹簧销外壳内靠近垫片的一端；螺杆，其一端与所述手轮连接并跟随所述手轮转动，其另一端位于所述壳体组件内；螺管，其活动连接在所述壳体组件内，且与所述螺杆螺纹连接；以及挡球体，其上设有容纳憋压球的容腔和投球孔，所述挡球体与所述螺管连接并跟随螺管移动，在所述挡球体移动到投球孔脱离所述壳体组件的阻挡时实现憋压球的投掷；其中，在非投球状态时，所述弹簧销在所述弹性件的作用下伸出所述弹簧销外壳而阻挡在所述手轮的手柄之间，防止所述手轮转动；在需要进行投球作业时，将所述弹簧销伸出所述弹簧销外壳而阻挡所述手轮的一端拉进所述弹簧销外壳内，并使所述弹簧销偏斜以使其抵接在所述弹簧销外壳的内侧，从而将所述弹簧销坐在所述弹簧销外壳的侧孔上，以解除对所述手轮的阻挡。

全文数据：一种用于固完井的投球装置技术领域本发明涉及石油、天然气勘探开发固完井施工技术领域，具体涉及一种用于固完井的投球装置。背景技术石油工程行业油气井固井作业中，往往需要投掷憋压球来实现悬挂器等工具的坐挂。该施工过程往往需要近距离操作，然而施工过程中井口存在较高的压力，严重威胁到操作人员的人身安全。现有存在的投球装置，普遍存在密封效果差、操作过程繁琐等问题。中国专利CN204962161中采用的机械式投球器结构，操作过程中的手轮旋转圈数较多，同时，手轮旋转后伸出丝杠过长，有一定安全隐患。中国专利CN205172518中采用的旋塞式石油钻井用投球装置，结构复杂且操作不方便。发明内容针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种用于固完井的投球装置，该装置能优化憋压球的投掷方法，减少投掷中的危险和简化投掷过程。为实现以上发明目的，本发明提出了一种具有以下结构的用于固完井的投球装置，包括：壳体组件；手轮，其连接在所述壳体组件的一端；螺杆，其一端与所述手轮连接并跟随所述手轮转动，其另一端位于所述壳体组件内；螺管，其活动连接在所述壳体组件内，且与所述螺杆螺纹连接；以及挡球体，其上设有容纳憋压球的容腔和投球孔，所述挡球体与所述螺管连接并跟随螺管移动，在所述挡球体移动到投球孔脱离所述壳体组件的阻挡时实现憋压球的投掷。在本发明中，通过手轮带动螺杆螺管结构从而将手轮的转动变成螺管的移动，进而带动与螺管连接的挡球体的移动，在挡球体的投球孔脱离壳体组件的束缚或阻挡时，装载在挡球体内的憋压球在重力作用下进入井内实现憋压，从而实现憋压球的安全、顺利投掷。在本发明中，由于是通过投球装置中的手轮进行操作，不需要近距离正对着井口操作，解决现有投掷憋压球中容易出现人身危险的问题。另外，只需要操作手轮转动即可实现投球，解决了现有技术中投掷繁琐的问题。在一种实施方案中，所述壳体组件包括端盖和外壳，所述端盖与所述外壳经螺纹和紧固件固定连接，所述螺管设在所述外壳内。螺管可相对外壳来回运动，而螺杆由于受到端盖的限制，只能转动而不能轴向移动。通过端盖和螺纹结构，将手轮的转动转化为螺管的往复运动。在一种实施方案中，所述壳体组件还包括底座和由壬凹接头，所述外壳远离端盖的中后部设有凸起，所述凸起外侧连接所述底座，所述底座远离手轮的一端内侧连接所述由壬凹接头，所述由壬凹接头套接在所述外壳上并与所述底座的内螺纹连接。在实际应用中，由壬凹接头与水泥头连接，起到稳固作用。在一种实施方案中，所述端盖上设有用于对手轮进行限制的手轮挡销组件，所述手轮挡销组件包括：弹簧销外壳，其固定连接在所述端盖上；弹性件，其设在所述弹簧销外壳内，一端抵接在所述弹簧销外壳内，另一端抵接在设在弹簧销外壳的垫片上；弹簧销，其从所述弹簧销外壳的一端穿进，依次穿过垫片、弹性件和所述弹簧销外壳的另一端；以及开口销，其连接在所述弹簧销位于弹簧销外壳内靠近垫片的一端。此处，未投球状态时，在弹性件的作用下，弹簧销阻挡手轮转动手轮只能向一个方向转动，如顺时针转动。在需要进行投球作业时，主要有两种实施方式：一是开口销设计成可拔出，开口销拔出后，弹簧销可轴向移动从而解除对手轮的阻挡，手轮可以自由转动；二是开口销始终处于插入状态，手动将弹簧销伸出阻挡手轮的一端拉进弹簧销外壳内，并稍微偏斜使该端抵接在弹簧销外壳的内侧，从而解除对手轮的阻挡。在一种实施方案中，所述螺杆与所述手轮的连接处设有凹接部，所述螺杆位于所述手轮的外侧连接有第一螺母，所述螺杆与所述螺管的连接端设有双螺纹。通过双螺纹结构，使得螺管的旋进行程更大，从而实现快速投球。在一种实施方案中，所述螺杆内还设有注油杆，所述注油杆的一端伸出螺杆、穿过第二螺母与所述挡球体的一端连接。注油杆主要是起到向本发明的投球装置内部定期注油的作用，从而解决内部保养的问题。在一种实施方案中，所述螺管靠近手轮的一端外侧设有凸起，所述凸起与所述壳体组件的导向槽配合；所述螺管的内侧设有两段螺纹，分别与所述螺杆形成双螺纹连接以及与所述挡球体形成螺纹连接。在一种实施方案中，所述挡球体包括连接部和投球部，所述连接部的直径小于所述螺管的直径，所述投球部的直径大于所述螺管的直径。在螺管移动前，投球部抵接在外壳的端面上，使得本发明的投球装置只能向一个方向转动，如顺时针方向。在一种优选的实施方案中，所述投球孔的直径比憋压球的直径大1mm至8mm。此处设置的投球孔的直径有可能是适应一个直径范围的憋压球的投球，例如投球孔的直径为46mm，设置为适用于直径为38-44mm的憋压球的投递。在一种实施方案中，所述外壳的凸起处设有注油嘴和注油通道，所述注油通道延伸到所述外壳的内表面，所述外壳的内表面设有用于密封所述螺管连接面的密封件。在现有技术中，例如中国专利CN205172518中的装置，由于未考虑内部保养的问题，导致出现干摩擦等影响使用寿命的问题。该方案就是通过设置注油嘴和注油通道通过定期注油保养的方式来解决内部保养的问题。在一种实施方案中，在向井下投球前，所述手轮挡销组件阻挡手轮转动；在投球时，拉动弹簧销，手轮顺时针转动带动螺杆、螺管和挡球体运动脱离所述壳体组件的阻挡而实现投球。与现有技术相比，本发明的投球装置的优点在于：本发明在需要坐挂尾管悬挂器时，能够通过旋转手轮，安全、有效地投掷憋压球，从而实现憋压坐挂作业。不仅满足尾管固井的要求，而且本发明的投球装置由于是直接将手轮的转动转化为挡球体的移动，在需要憋压时使得挡球体移动到脱离由壬凹接头的位置，脱离壳体组件的阻挡后，憋压球在重力作用下安全可靠下落进入井内实现憋压，操作更简单、可靠。附图说明下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：图1所示为本发明的投球装置的结构示意图；图2所示为图1的投球装置的三维结构示意图；图3所示为图1的投球装置中的手轮挡销的结构示意图；图4所示为本发明的投球装置与水泥头本体连接时的局部示意图；附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。具体实施方式为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。发明人在发明过程中注意到，现有石油固完井作业中，需要投掷憋压球来实现悬挂器等工具的坐挂。该施工过程往往需要近距离操作，然而施工过程中井口存在较高的压力，严重威胁到操作人员的人身安全。而现有存在的投球装置，普遍存在密封效果差、操作过程繁琐等问题。针对以上问题，本发明提出了一种用于固完井的投球装置，下面进行说明。如图1显示了本发明的投球装置的其中一种实施例。在该实施例中，该投球装置主要包括：手轮3、壳体组件、螺杆5、螺管14和挡球体17。其中，手轮3连接在壳体组件的一端。螺杆5的一端与手轮3连接，螺杆5的另一端连接螺管14。螺管14活动连接在壳体组件内。挡球体17与螺管14连接并跟随螺管14移动，挡球体17上设有容纳憋压球的容腔和投球孔，当挡球体17移动到投球孔脱离壳体组件的阻挡时实现憋压球的投掷。在一个实施例中，如图1和图2所示，壳体组件主要包括端盖4、外壳7、底座11和由壬凹接头16。其中，端盖4的右侧内表面设有内螺纹，外壳7的左侧外表面设有外螺纹，外壳7的左端与端盖4的右端经螺纹连接后再通过紧固件6进行紧固连接以保证整体的连接稳定性和刚度。外壳7远离端盖4的中后部即图1的右端中后部设有凸起，该凸起的外侧通过卡簧9和螺纹结构连接底座11。底座11远离手轮的一端图1或图2为右端内侧通过螺纹结构来连接由壬凹接头16。该由壬凹接头16从右侧套接在外壳7上并通过外螺纹与底座11的内表面形成螺纹连接。在一个实施例中，如图2和图3所示，端盖4上设有用于对手轮3进行限制的手轮挡销组件。该手轮挡销组件主要包括：弹簧销外壳19、弹性件22、弹簧销23、开口销20和垫片21。其中，弹簧销外壳19通过焊接的方式固定连接在端盖4的表面。弹簧销外壳19的两端设有通孔。以弹簧销23从左侧插入为例，弹簧销23依次穿过弹簧销外壳19的左端通孔、垫片21、弹性件22和弹簧销外壳19的右端通孔。弹簧销23左侧设有销孔，将开口销20插入垫片21与弹簧销外壳19的左侧壁之间，通过开口销20和弹性件22限制弹簧销23的移动。在一个实施例中，在向井下投球前，手轮挡销组件中的弹性销23因为受到弹性件22的作用力伸出阻挡在手轮3的手柄之间，防止手轮转动。从而可以保证在投球前，手轮3不会因震动而旋转从而导致提前投球。当悬挂器下到设计位置需要投球憋压坐挂时，拉动弹簧销23，使弹簧销23伸出阻挡手轮3的一端拉入弹簧销外壳19内，并抵接在弹簧销外壳19的内侧面上。再顺时针旋转手轮3，带动螺杆5转动。螺杆5再带动螺管14和挡球体17向外侧运动而实现投球。在一个实施例中，如图1所示，螺杆5与手轮3的连接处设有凹接部。该凹接部可以为多边形结构例如六边形或八边形等或者设有传递力和卡止作用的结构，例如两侧设有导力斜面的凹部等。如图1和图2所示，螺杆5上从左向右依次连接有第一螺母2、手轮3、端盖4、螺管14。第一螺母2设在手轮3的左侧，主要起到限位和紧固手轮3的作用。端盖4主要是对螺杆4起到轴向限位作用，使得螺杆5不能轴向移动，而只能转动。在一个实施例中，如图1所示，螺杆5内设有注油杆8。注油杆8的左侧有安装注油嘴的内螺纹。该注油杆8的左侧还设有注油杆密封圈1以保证外部杂质不会进入注油杆8内。注油杆8与螺杆5之间没有相对运动。注油杆8的右端穿过螺杆5的内腔后连接第二螺母13和挡球体17，注油杆8右侧设有与挡球体17配合的外螺纹。注油杆8与第二螺母13以及挡球体17均为螺纹连接，因而在注油杆8跟随螺杆5转动时，也会给予挡球体17一个向右的作用力，使得挡球体17受到的作用力更均衡。在一个实施例中，螺杆5左侧抵接在手轮3上，其右侧与螺管14形成双螺纹连接。此处的双螺纹连接是指，螺杆5上设有两段外螺纹，螺管14对应部位设有两段内螺纹。双螺纹的结构使得螺杆5在转动的时候，螺管14的旋进速度和行程更大，实现快速投球。在一个优选的实施例中，螺管14的左侧上端有设有与外壳7内侧的导向槽配合的凸起，内侧设有与螺杆5配合的双头螺纹以及与挡球体17配合的内螺纹。为了保证良好的密封性能，螺管14与挡球体17之间设有挡球块密封圈15。在一个实施例中，外壳7的内表面开有密封圈槽以及与螺管14配合运动的导向槽。另外还开设有呼吸孔和注油嘴槽。在一个实施例中，外壳7的凸起处设有与注油嘴槽配合的注油嘴10和与注油嘴10连通的注油通道，该注油通道延伸到外壳7的内表面，螺管14和挡球体17可沿外壳7的内表面移动，为了保证密封性，外壳7的内表面设有用于密封螺管14的连接面以及挡球体17的连接面的密封件。在一个实施例中，挡球体17主要由连接部和投球部组成。如图1所示，位于左侧的连接部设有与螺管14配合的外螺纹，位于右侧的投球部设有安装憋压球的内腔和用于投球的投球孔。连接部的直径小于螺管14的直径，投球部的直径大于螺管14的直径。在一个优选的实施例中，投球孔的直径比憋压球的直径大1mm至8mm。另外，投球孔的直径可设置为满足一个直径范围内的憋压球的投掷尺寸。例如，投球孔的直径为46mm，可以用于直径为38-44mm的憋压球的投掷。在一个实施例中，如图4所示，将标准的3″由壬凹接头16插入至水泥头24的本体上事先铣好的孔内，并焊死保证足够的强度及密封能力，待冷却后，扩由壬内孔至所需尺寸，保证挡球体17及螺管14能够在由壬凹接头16中往复运动自如。在一个实施例中，在外壳7的内侧安装三个密封圈并涂抹黄油，将螺管14的左侧的凸起从外壳7的上侧对准导向槽安装，并通过下端密封圈安装螺杆5与螺管14的螺纹配合。然后，在挡球体17上安装挡球块密封圈15，将注油杆8安装到挡球体17上并使用第二螺母13拧紧。组装完毕后，将注油杆8沿着螺杆5的内孔插入，并最终将挡球体17与螺管14下端的螺纹配合拧紧。在一个实施例中，安装时，将底座11从外壳7的上端套入，并经卡簧9和螺纹连接外壳7。将弹簧销外壳19焊接在端盖4上，弹簧销外壳19的两侧开有小孔，保证弹簧销23可以正常穿入，将弹簧销23依次穿过弹簧销外壳19一侧的小孔、弹簧22、垫片21后，从弹簧销外壳19另一侧的孔中穿出。其中弹簧销23上打有细孔，将开口销20从细孔中穿入，随后将端盖4从螺杆5的上端套入并与投球装置外壳7的外螺纹配合，再拧紧紧固件6。在一个实施例中，套入手轮3，拧紧螺母2，在由壬凹接头16上放入密封垫圈，将组装完毕的结构通过底座11与由壬凹接头16上的螺纹配合并拧紧，整个投球装置组装完毕。投球之前，弹簧销23在弹簧22的作用下伸出挡在手轮3的手柄之间，保证在投球前，手轮3不会因为震动而造成旋转。在一个实施例中，当悬挂器下入到设计位置后需要投球憋压坐挂时，拉动弹簧销23，将弹簧销23坐在弹簧销外壳19的侧孔上，顺时针旋转手轮3，带动螺杆5旋转。在端盖4对螺杆5的干涉下，带动螺管14往复运动，从而带动挡球体17运动。当挡球体17中的憋压球脱离由壬凹接头16及挡球体17本体内壁的束缚后，憋压球即可在重力作用下下落。由于螺杆5在端盖4限制下不能往复运动，而是通过螺纹结构带动螺管14往复运动，因而可保证在旋进过程中螺杆5不会向外伸长而造成危险。在需要进行更换憋压球及保养时，通过旋转底座11，使螺纹分离，在卡簧9的作用下，即可将整个结构取出进行保养。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和或修改，根据本发明的实施例作出的变更和或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种用于固完井的投球装置，其特征在于，包括：壳体组件；手轮，其连接在所述壳体组件的一端；螺杆，其一端与所述手轮连接并跟随所述手轮转动，其另一端位于所述壳体组件内；螺管，其活动连接在所述壳体组件内，且与所述螺杆螺纹连接；以及挡球体，其上设有容纳憋压球的容腔和投球孔，所述挡球体与所述螺管连接并跟随螺管移动，在所述挡球体移动到投球孔脱离所述壳体组件的阻挡时实现憋压球的投掷。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体组件包括端盖和外壳，所述端盖与所述外壳经螺纹和紧固件固定连接，所述螺管设在所述外壳内。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述壳体组件还包括底座和由壬凹接头，所述外壳远离端盖的中后部设有凸起，所述凸起外侧连接所述底座，所述底座远离手轮的一端内侧连接所述由壬凹接头，所述由壬凹接头套接在所述外壳上并与所述底座的内螺纹连接。4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述端盖上设有用于对手轮进行限制的手轮挡销组件，所述手轮挡销组件包括：弹簧销外壳，其固定连接在所述端盖上；弹性件，其设在所述弹簧销外壳内，一端抵接在所述弹簧销外壳内，另一端抵接在设在弹簧销外壳的垫片上；弹簧销，其从所述弹簧销外壳的一端穿进，穿过垫片、弹性件和所述弹簧销外壳的另一端；以及开口销，其连接在所述弹簧销位于弹簧销外壳内靠近垫片的一端。5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述螺杆与所述手轮的连接处设有凹接部，所述螺杆位于所述手轮的外侧连接有第一螺母，所述螺杆与所述螺管的连接端设有双螺纹。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述螺杆内还设有注油杆，所述注油杆的一端伸出螺杆、穿过第二螺母与所述挡球体的一端连接。7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述螺管靠近手轮的一端外侧设有凸起，所述凸起与所述壳体组件的导向槽配合；所述螺管的内侧设有两段螺纹，分别与所述螺杆形成双螺纹连接以及与所述挡球体形成螺纹连接。8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述挡球体包括连接部和投球部，所述连接部的直径小于所述螺管的直径，所述投球部的直径大于所述螺管的直径，优选所述投球孔的直径比憋压球的直径大1mm至8mm。9.根据权利要求3至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述外壳的凸起处设有注油嘴和注油通道，所述注油通道延伸到所述外壳的内表面，所述外壳的内表面设有用于密封所述螺管连接面的密封件。10.根据权利要求4至9中任一项所述的装置，其特征在于，在向井下投球前，所述手轮挡销组件阻挡手轮转动；在投球时，拉动弹簧销，手轮顺时针转动带动螺杆、螺管和挡球体运动脱离所述壳体组件的阻挡而实现投球。

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