用于壓力起爆裝置和反循環(huán)閥的剪切式壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于壓力起爆裝置和反循環(huán)閥的壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)，其特征在于：活塞套內(nèi)腔的內(nèi)徑具有內(nèi)徑差，形成一個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階，臺(tái)階上設(shè)有剪切片，剪切活塞位于剪切片上，活塞套與剪切活塞之間設(shè)有壓邊圈。本發(fā)明以剪切片式壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)，可以替代在原來(lái)壓力激發(fā)式起爆裝置和泵壓式反循環(huán)閥中采用的剪切銷式壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)。該剪切片被壓邊圈壓緊在活塞套內(nèi)，當(dāng)剪切活塞在壓力作用下對(duì)剪切片進(jìn)行剪切時(shí)剪切片不會(huì)產(chǎn)生任何方向的位移，提高了施加剪切壓力精度，減小井口加壓誤差。
【專利說(shuō)明】用于壓力起爆裝置和反循環(huán)閥的剪切式壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)，涉及一種剪切片式壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)，適用于油氣井作業(yè)過(guò)程中通過(guò)井口施加一定壓力實(shí)現(xiàn)壓力起爆或打開(kāi)油管與環(huán)空通道的一種剪切片式壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力激發(fā)式起爆裝置廣泛應(yīng)用于油氣井起爆作業(yè)中，它通過(guò)在井口對(duì)油管或套管加壓，當(dāng)所加壓力與井液壓力之和大于剪切銷的剪切強(qiáng)度極限時(shí)，即形成壓力差，剪切銷被剪斷，火帽撞擊發(fā)火，傳爆序列開(kāi)始作用。在陜西科學(xué)技術(shù)出版社出版的《油氣井燃燒爆破技術(shù)》第62頁(yè)78頁(yè)上，張雙計(jì)和王煒發(fā)表了論文:壓力激發(fā)式起爆裝置。
[0003]在目前應(yīng)用的各種壓力激發(fā)式起爆裝置中均采用由活塞套1、剪切銷2和剪切活塞3三個(gè)基本零件組成的剪切銷式壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)。(圖4)
[0004]上述剪切銷式壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)由于受到制造精度的制約，剪銷孔和剪切銷之間存在間隙，若干個(gè)剪銷孔和剪切銷也不可能處于同一平面，在剪切銷上施加剪切壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生以下兩種情況:
[0005]1.由于剪銷孔和剪切銷之間存在間隙，當(dāng)在剪切銷上施加壓力時(shí)剪切銷會(huì)產(chǎn)生位移造成受剪截面變大，剪切銷剪切值增大，造成井口實(shí)際加壓值大于計(jì)算值，產(chǎn)生較大誤差。
[0006]2.由于零件加工制造過(guò)程中若干個(gè)剪銷孔和剪切銷不可能處于同一平面，在剪切銷上施加壓力時(shí)剪切銷不是同時(shí)受力會(huì)產(chǎn)生被各個(gè)擊破的后果，造成井口加壓值小于計(jì)算值。其后果是會(huì)產(chǎn)生提前起爆、滯后起爆、非目的油層起爆的后果。
[0007]因此壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)必須具有較高的可靠性和在壓力作用下的動(dòng)作精度，避免產(chǎn)生安全隱患和作業(yè)失敗造成的經(jīng)濟(jì)損失。
[0008]在油氣井作業(yè)過(guò)程中需要打開(kāi)油管與環(huán)空通道時(shí)，一般采用泵壓式反循環(huán)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，泵壓式反循環(huán)閥也是通過(guò)在井口油管施加一定壓力完成油管與環(huán)空通道的連通。
[0009]原泵壓式反循環(huán)閥的壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)同樣是采用由.活塞套1、剪切銷2和剪切活塞3三個(gè)基本零件組成的壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)。
[0010]由于泵壓式反循環(huán)閥的壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和原理與壓力激發(fā)式起爆裝置動(dòng)作機(jī)構(gòu)相同，產(chǎn)生壓力誤差的原因也一樣，同樣存在由于壓力誤差產(chǎn)生安全隱患和作業(yè)失敗的因素。因此泵壓式反循環(huán)閥的壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)也同樣需要具有較高的動(dòng)作精度滿足在壓力作用下動(dòng)作的可靠性，避免產(chǎn)生安全隱患和作業(yè)失敗造成的經(jīng)濟(jì)損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0012]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種剪切片式壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)，可以替代在原來(lái)壓力激發(fā)式起爆裝置和泵壓式反循環(huán)閥中采用的剪切銷式壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)。該剪切片被壓邊圈壓緊在活塞套內(nèi)，當(dāng)剪切活塞在壓力作用下對(duì)剪切片進(jìn)行剪切時(shí)剪切片不會(huì)產(chǎn)生任何方向的位移，提高了施加剪切壓力精度，減小井口加壓誤差。
[0013]技術(shù)方案
[0014]一種用于壓力起爆裝置和反循環(huán)閥的壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)，其特征在于包括活塞套1、壓邊圈2、剪切活塞3和剪切片4 ;活塞套I內(nèi)腔的內(nèi)徑具有內(nèi)徑差，形成一個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階，臺(tái)階上設(shè)有剪切片4，剪切活塞3位于剪切片4上，活塞套I與剪切活塞3之間設(shè)有壓邊圈2。
[0015]所述剪切片分為外齒剪切片和內(nèi)齒剪切片兩種結(jié)構(gòu)。
[0016]所述剪切片4的剪切片齒數(shù)的計(jì)算η=Ρ1+Ρ$/Ρ單max【n】3N，其中:n為計(jì)算齒數(shù)非整數(shù)值，P單max為單齒最大抗剪強(qiáng)度，N為齒數(shù)向上取整數(shù)值，Pl為油層頂界靜壓力，P安I為預(yù)置安全壓力值；所述油層頂界靜壓力的計(jì)算=Pl=Hgp (Mpa)，其中:H為起爆器所在位置垂直深度，P為井液密度取0.0098 ;所述單齒最大抗剪強(qiáng)度的計(jì)算P單Hiax=PX (1+3%)Χ(1- Δ %) (Mpa)，其中:Λ %為單齒抗剪強(qiáng)度隨溫度増高強(qiáng)度降低修正值，P為單齒計(jì)算抗剪強(qiáng)度；所述單齒計(jì)算抗剪強(qiáng)度Ρ=Αδ τ (Mpa),其中:A為齒寬，△為齒厚，τ為齒片選用材料極的限抗剪強(qiáng)度。
[0017]有益效果
[0018]本發(fā)明提出的一種用于壓力起爆裝置和反循環(huán)閥的壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)，由于采用了具有內(nèi)外齒的剪切片(圖2圖3)替代原壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)中采用的剪切銷(圖4)，通過(guò)壓邊圈2將剪切片(圖2圖3)壓緊在活塞套(圖1)的臺(tái)階平面上，當(dāng)所加壓力與井液壓力之和大于剪切銷的剪切強(qiáng)度極限時(shí)，即形成了壓力差，剪切銷被剪斷，火帽撞擊發(fā)火，傳爆序列開(kāi)始作用。采用這種結(jié)構(gòu)消除了原結(jié)構(gòu)剪切銷與剪銷孔之間的間隙，防止了剪切銷在受到剪切力作用時(shí)由于剪切銷受力發(fā)生位移產(chǎn)生剪切銷截面的變化，同時(shí)由于剪切片是被壓邊圈壓緊在活塞套的同一平面上也避免了原剪.切銷孔中心不可能處于同一平面而產(chǎn)生先后受力各個(gè)擊破的情況，從而保證在井口作業(yè)時(shí)由油管或套管施加的壓力值與計(jì)算值誤差處于允許誤差范圍內(nèi)，達(dá)到減少誤差，提高井口作業(yè)的安全性和可靠性的目的。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是剪切片式起爆裝置動(dòng)作機(jī)構(gòu)剖面圖
[0020]圖2是剪切片(外齒)外形圖
[0021]圖3是剪切片(內(nèi)齒)外形圖
[0022]圖4是原剪切銷式起爆動(dòng)作機(jī)構(gòu)剖面圖
[0023]活塞套1、壓邊圈2、剪切活塞3、剪切片4。
【具體實(shí)施方式】
[0024]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0025]原剪切銷式起爆動(dòng)作機(jī)構(gòu)，在實(shí)施井口加壓過(guò)程中產(chǎn)生施加的壓力值與計(jì)算值誤差的主要因素有:
[0026]I受剪切力的剪切銷在井口施加壓力的過(guò)程中產(chǎn)生位移，剪切銷受力截面變大，井口施加壓力值大于計(jì)算值。
[0027]2剪切銷式起爆動(dòng)作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)決定了制造工藝，剪切銷不可能處在同一平面，在剪切力施加過(guò)程中形成先后受力而不是同時(shí)受力，從而產(chǎn)生施加的壓力值與計(jì)算值誤差。
[0028]針對(duì)上述因素本發(fā)明包括活塞套1、壓邊圈2、剪切活塞3和剪切片4組成的動(dòng)作機(jī)構(gòu)；活塞套I內(nèi)腔的內(nèi)徑具有內(nèi)徑差，形成一個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階，臺(tái)階上設(shè)有剪切片4，剪切活塞3位于剪切片4上，活塞套I與剪切活塞3之間設(shè)有壓邊圈2。
[0029]在具體實(shí)施過(guò)程中為保證施加的壓力值與計(jì)算值的誤差控制在規(guī)定范圍內(nèi)，活塞套與剪切活塞的配合間隙要控制在剪切片厚度的5%范圍內(nèi)。采用壓邊圈壓緊結(jié)構(gòu)保證剪切片在受力情況下不產(chǎn)生位移，受力截面不發(fā)生變化。
[0030]剪切片是本發(fā)明的關(guān)鍵零件，剪切片(圖2圖3)的內(nèi)齒或外齒的寬度和厚度決定了每個(gè)單齒的受剪截面積。
[0031]剪切片所選用的金屬材料的機(jī)械性能決定了剪切片的抗剪強(qiáng)度。
[0032]在選用剪切片金屬材料時(shí)要考慮在井下作業(yè)時(shí)環(huán)境溫度對(duì)剪切片抗剪強(qiáng)度值的影響。本發(fā)明采用硅鋼片作為剪切片首選材料，替代原來(lái)的低碳合金鋼。
[0033]其目的是硅鋼片是一種脆性材料有利于剪切，同時(shí)其抗剪強(qiáng)度受溫度影響較小。根據(jù)不同深度位置的井液靜壓力可調(diào)整剪切片的厚度、齒寬及齒數(shù)即調(diào)整剪切片的抗剪強(qiáng)度值來(lái)滿足在不同井深條件下的作業(yè)需要。
[0034]實(shí)施例計(jì)算數(shù)據(jù):
[0035]1.井液壓力值的計(jì)算:Pl=Hg P (Mpa)
[0036]式中:P1——油層頂界靜壓力
[0037]H——起爆器所在位置垂直深度
[0038]P——井液密度常數(shù)0.0098
[0039]2.剪切片單齒計(jì)算抗剪強(qiáng)度:P=A δ τ (Mpa)
[0040]式中:P——單齒計(jì)算抗剪強(qiáng)度
[0041]A——齒寬
[0042]δ---齒厚
[0043]τ ----齒片選用材料極限抗剪強(qiáng)度
[0044]3.剪切片單齒最小抗剪強(qiáng)度的計(jì)算:
[0045]P 單 min=PX (1-3%) X (1- Δ %) (Mpa)
[0046]式中:P單min——單齒最小抗剪強(qiáng)度
[0047]3%一一允許單齒最小抗剪強(qiáng)度誤差
[0048]Δ %單齒抗剪強(qiáng)度隨溫度増高強(qiáng)度降低修正值
[0049]4.剪切片單齒最大抗剪強(qiáng)度計(jì)算:
[0050]P 單 max=PX (1+3%) X (1- Δ %) (Mpa)
[0051]式中:P單max----單齒最大抗剪強(qiáng)度
[0052]3%一一允許單齒最大抗剪強(qiáng)度誤差
[0053]Δ %單齒抗剪強(qiáng)度隨溫度増高強(qiáng)度降低修正值
[0054]5.剪切片齒數(shù)計(jì)算:η=Ρ1+7/Ρ單max【η】≥N
[0055]式中:η——計(jì)算齒數(shù)非整數(shù)值
[0056]N——齒數(shù)向上取整數(shù)值[0057]Pl----油層頂界靜壓力
[0058]7預(yù)置安全壓力值
[0059]6.井口外加最小壓力值計(jì)算:PX=NX P單min-Pl (Mpa)
[0060]式中:Px——井口外加最小壓力值
[0061]7.井口外加最大壓力值計(jì)算:PS=NX P單max-Pl (Mpa)
[0062]式中:PS——井口外加最大壓力值
[0063]8.井口外加計(jì)算壓力值:(PX+PS)/2(Mpa
[0064]由于采用了具有內(nèi)外齒的剪切片(圖2圖3)替代原壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)中采用的剪切銷(圖4)，通過(guò)壓邊圈2將剪切片(圖2圖3)壓緊在活塞套(圖1)的臺(tái)階平面上，當(dāng)所加壓力與井液壓力之和大于剪切銷的剪切強(qiáng)度極限時(shí)，即形成了壓力差，剪切銷被剪斷，火帽撞擊發(fā)火，傳爆序列開(kāi)始作用。采用這種結(jié)構(gòu)消除了原結(jié)構(gòu)剪切銷與剪銷孔之間的間隙，防止了剪切銷在受到剪切力作用時(shí)由于剪切銷受力發(fā)生位移產(chǎn)生剪切銷截面的變化，同時(shí)由于剪切片是被壓邊圈壓緊在活塞套的同一平面上也避免了原剪切銷孔中心不可能處于同一平面而產(chǎn)生先后受力各個(gè)擊破的情況，從而保證在井口作業(yè)時(shí)由油管或套管施加的壓力值與計(jì)算值誤差處于允許誤差范圍內(nèi) ，達(dá)到減少誤差，提高井口作業(yè)的安全性和可靠性的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于壓力起爆裝置和反循環(huán)閥的剪切式壓力壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)，其特征在于包括活塞套(I )、壓邊圈(2)、剪切活塞3和剪切片(4);活塞套(I)內(nèi)腔的內(nèi)徑具有內(nèi)徑差，形成一個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階，臺(tái)階上設(shè)有剪切片(4)，剪切活塞(3)位于剪切片(4)上，活塞套(I)與剪切活塞(3)之間設(shè)有壓邊圈2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于壓力起爆裝置和反循環(huán)閥的剪切式壓力壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述剪切片分為外齒剪切片和內(nèi)齒剪切片兩種結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于壓力起爆裝置和反循環(huán)閥的剪切式壓力壓力動(dòng)作機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述剪切片(4)的剪切片齒數(shù)的計(jì)算η=Ρ1+Ρ$/Ρ單max【η】≥ N,其中:η為計(jì)算齒數(shù)非整數(shù)值，P單max為單齒最大抗剪強(qiáng)度，N為齒數(shù)向上取整數(shù)值，Pl為油層頂界靜壓力，Pss/為預(yù)置安全壓力值；所述油層頂界靜壓力的計(jì)算=Pl=HgP (Mpa)，其中:H為起爆器所在位置垂直深度，P為井液密度取0.0098 ;所述單齒最大抗剪強(qiáng)度的計(jì)算P單Hiax=PX (1+3%) X (1- Δ %) (Mpa)，其中:Λ %為單齒抗剪強(qiáng)度隨溫度増高強(qiáng)度降低修正值，P為單齒計(jì)算抗剪強(qiáng)度；所述單齒計(jì)算抗剪強(qiáng)度F=A δ τ (Mpa),其中:A為齒寬，Δ為齒厚，τ為齒片選用材料極的限抗剪強(qiáng)度。
【文檔編號(hào)】E21B34/10GK103437743SQ201310326207
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】張鋒, 劉鞏權(quán), 王峰, 李哲雨, 肖勇, 王鵬, 顧有秦 申請(qǐng)人:西安物華巨能爆破器材有限責(zé)任公司