一种油田钻修井环形防喷器技术领域
本发明涉及一种钻修井防喷装置，尤其是一种适于油田钻修井作业的环形防喷器，属于钻进设备技术领域。
背景技术
在石油天然气钻修井施工过程中，为避免发生井喷失控事故，需要在井口上安装防喷装置，防喷器作为防喷装置的主要组成部件，不仅要具有一定的耐压能力，而且在安装旋转防喷器后，还可在不压井的情况下进行钻进作业。
现有的环形、球形防喷器的通径设计均参照作业管柱接箍外径，并要求环形、球形防喷器通径略大于作业管柱接箍外径，两者差值在20mm以内，以保证橡胶胶筒承压横截面的过盈承压能力，因而上述防喷器不能适应大跨度、多规格下井管柱、工具组合复合工艺钻修井施工作业。另外由于现有的欠平衡钻井旋转环形防喷器通径小、承压能力差，普遍存在以下方面的缺陷：一是不能保证多种不同直径尺寸的工具通过，因而在切换大直径工具时还需要更换与其匹配的防喷器；二是作业管柱变径部分通过时强拔强拽极易造成胶筒的损伤；三是当采用大直径胶筒配合小直径管柱时，在压力作用下，橡胶胶筒的横截面变型过大，胶筒会因外涌倒翻导致爆裂失效；四是旋转过程中，胶筒依靠摩擦力将作业管柱抱紧，同时向外传递扭矩，胶筒不仅受到液压介质的强大压力，而且还要承载较大的剪切应力，缩短了其工作寿命。上述问题使得现有欠平衡钻井旋转环形防喷器难以被大范围推广使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术之弊端，提供一种耐高压能力强、通用性能好、工作寿命长，适于常规井下作业、带压作业及欠平衡钻井作业的油田钻修井环形防喷器。
本发明上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种油田钻修井环形防喷器，包括上端盖、壳体和防喷器芯体；所述上端盖通过螺栓组件与壳体装配；所述防喷器芯体布置在由上端盖和壳体围合的空腔中，在防喷器芯体中设有卡瓦总成、竖直布置的胶筒和刚性材质的扭力传递筒；所述胶筒上下两端分别设置胶筒上扭力传导轴、胶筒下扭力传导轴，所述胶筒上扭力传导轴为中空结构，其内壁为与卡瓦总成配合的圆锥面；所述扭力传递筒套装在胶筒外部。
上述油田钻修井环形防喷器，所述防喷器芯体还设有环形胶筒油馕组件，所述环形胶筒油馕组件包括油馕本体和位于油馕本体两端的油馕密封头，所述油馕本体包覆在胶筒的外圆柱面上，位于油馕本体上端的油馕密封头将扭力传递筒与胶筒上扭力传导轴固定连接，位于油馕本体下端的油馕密封头与胶筒下扭力传导轴固定装配。
上述油田钻修井环形防喷器，所述卡瓦总成包括支撑机构、驱动机构和卡瓦本体，所述卡瓦本体布置在胶筒的上方，由一组数量不少于六个的卡瓦单体组成，卡瓦本体外表面为与胶筒上扭力传导轴中空结构匹配的圆锥面。
上述油田钻修井环形防喷器，所述卡瓦总成的支撑机构包括卡瓦底座、支撑杆和支撑盘；所述支撑杆沿卡瓦底座圆周方向均匀布置，其上端与支撑盘固定装配，下端与扭力传递筒固定装配；所述卡瓦底座设有一组支撑杆穿过孔，卡瓦底座在驱动机构带动下沿支撑杆上下滑动。
上述油田钻修井环形防喷器，所述卡瓦总成的驱动机构包括卡瓦聚拢驱动组件和卡瓦锁止驱动组件；所述卡瓦聚拢驱动组件包括布置在卡瓦底座中的一组径向动作油缸，所述径向动作油缸与卡瓦单体数量匹配，径向动作油缸的活塞与对应的卡瓦单体固定装配。
上述油田钻修井环形防喷器，所述卡瓦锁止驱动组件包括布置在扭矩传递筒侧壁中的一组轴向动作油缸，轴向动作油缸的活塞杆上端与卡瓦底座固定装配。
上述油田钻修井环形防喷器，所述防喷器芯体通过布置在扭矩传递筒上、下两端的推力调心滚子轴承与上端盖、壳体装配，通过布置在胶筒下扭力传导轴上的滚子轴承与壳体装配。
上述油田钻修井环形防喷器，通过上端盖的法兰密封结构和壳体的法兰密封结构与钻井设备装配。
本发明在需要抱紧作业管柱进行旋转起下钻防喷作业时，可通过径向动作油缸控制卡瓦本体运动，使各卡瓦单体聚拢，同时由轴向动作油缸使卡瓦本体向下运动，通过卡瓦本体圆锥面与胶筒上扭力传导轴内壁圆锥面的配合将作业管柱抱紧；此时井压作用在胶筒下扭力传导轴的下端面上，同时通过对液压油路中液体流向及压力的控制，向胶筒施加径向挤压力，使胶筒向中心轴线方向收缩，将作业管柱抱紧；上述操作过程中，由于胶筒上扭力传导轴通过卡瓦本体已将作业管柱抱紧，并且由胶筒上扭力传导轴阻止胶筒橡胶在井压作用下发生过盈上翻溢胶爆裂现象，不仅避免了防喷器失效问题，同时降低了对防喷器通径与作业管柱外径尺寸的配合要求，因此本发明可与多种尺寸规格的作业管柱配合，从而提高了防喷器的通用性能。本发明还设置了环形胶筒油馕组件，通过包覆在胶筒的外圆柱面上的油馕本体将胶筒与液压油介质隔离，避免了高压液压油介质中杂质对随作业管柱高速旋转的胶筒的损坏。本发明通过刚性材质的扭矩传递筒向外传递扭矩，解决了现有技术中由胶筒向外传递扭矩造成的胶筒工作寿命短的问题。总之，本发明具有耐高压能力强、通用性能好、工作寿命长的特点，适于常规井下作业、带压作业及欠平衡钻井作业。
附图说明
图1是本发明所述的油田钻修井环形防喷器结构示意图；
图2是图1的结构爆炸图；
图3是防喷器芯体剖面结构示意图（锁紧状态）；
图4是图3中A-A剖面结构示意图；
图5是油田钻修井环形防喷器打开状态剖面结构示意图；
图6是图5中B-B剖面结构示意图；
图7是油田钻修井环形防喷器锁紧状态剖面结构示意图；
图8是图7中C-C剖面结构示意图。
图中各标号清单为：1、上端盖，2、壳体，3、防喷器芯体，3-1、支撑盘，3-2、支撑杆，3-3、卡瓦底座，3-4、扭矩传递筒，3-5、轴向动作油缸，3-6、轴向动作油缸的活塞杆，3-7、胶筒下扭力传导轴，3-8、胶筒，3-9、环形胶筒油馕组件，3-9-1、油馕密封头，3-10、胶筒上扭力传导轴，3-11卡瓦总成，3-12、径向动作油缸，3-13、径向动作油缸的活塞，4、作业管柱，5、推力调心滚子轴承，6、滚子轴承。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
参看图1、图2，本发明所述油田钻修井环形防喷器包括上端盖1、壳体2和防喷器芯体3；所述上端盖1通过螺栓组件与壳体2装配；所述防喷器芯体3布置在由上端盖1和壳体2围合的空腔中。本发明所述油田钻修井环形防喷器可通过上端盖1的法兰密封结构和壳体2的法兰密封结构与钻井设备装配。
参看图3、图4，本发明所述油田钻修井环形防喷器在防喷器芯体3中设有卡瓦总成3-11、竖直布置的胶筒3-8和刚性材质的扭力传递筒3-4；所述胶筒3-6上下两端分别设置胶筒上扭力传导轴3-10、胶筒下扭力传导轴3-7，所述胶筒上扭力传导轴3-10为中空结构，其内壁为与卡瓦总成3-11配合的圆锥面；所述扭力传递筒3-4套装在胶筒3-8外部。
参看图3、图4，在本发明所述油田钻修井环形防喷器中，所述卡瓦总成3-11包括支撑机构、驱动机构和卡瓦本体。所述卡瓦本体布置在胶筒3-8的上方，由一组数量不少于六个的卡瓦单体组成，卡瓦本体外表面为与胶筒上扭力传导轴3-10中空结构匹配的圆锥面。所述支撑机构包括卡瓦底座3-3、支撑杆3-2和支撑盘3-1；所述支撑杆3-2沿卡瓦底座圆周方向均匀布置，其上端与支撑盘3-1固定装配，下端与扭力传递筒3-4固定装配；所述卡瓦底座3-3设有一组支撑杆穿过孔，卡瓦底座3-3在驱动机构带动下沿支撑杆3-2上下滑动。所述驱动机构包括卡瓦聚拢驱动组件和卡瓦锁止驱动组件；所述卡瓦聚拢驱动组件包括布置在卡瓦底座3-3中的一组径向动作油缸3-12，所述径向动作油缸3-12与卡瓦单体数量匹配，径向动作油缸的活塞3-13与对应的卡瓦单体固定装配；所述卡瓦锁止驱动组件包括布置在扭矩传递筒3-4侧壁中的一组轴向动作油缸3-5，轴向动作油缸的活塞杆3-6上端与卡瓦底座3-3固定装配。
参看图3、图4，在本发明所述油田钻修井环形防喷器中，所述防喷器芯体3通过布置在扭矩传递筒3-4上、下两端的推力调心滚子轴承5与上端盖1、壳体2装配，通过布置在胶筒下扭力传导轴3-7上的滚子轴承6与壳体2装配；因此当防喷器处于锁紧状态时，防喷器芯体3可随作业管柱4高速旋转，实现了在不压井情况下的钻进作业。
参看图5、图6、图7、图8，本发明在需要抱紧作业管柱4进行旋转起下钻防喷作业时，在液压系统控制下，径向动作油缸的活塞3-13带动卡瓦本体运动，使各卡瓦单体聚拢，同时轴向动作油缸3-5带动卡瓦本体向下运动，通过卡瓦本体圆锥面与胶筒上扭力传导轴3-10内壁圆锥面的配合将作业管柱4抱紧；此时井压作用在胶筒下扭力传导轴3-7的下端面上，同时通过对液压油路中液体流向及压力的控制，向胶筒3-8施加径向挤压力，使胶筒3-8向中心轴线方向收缩，将作业管柱4抱紧。上述操作过程中，由于位于胶筒3-8上端的胶筒上扭力传导轴3-10通过卡瓦本体已将作业管柱4抱紧，并且由胶筒上扭力传导轴3-10阻止胶筒橡胶在井压作用下发生过盈上翻溢胶爆裂现象，不仅避免了防喷器失效问题，同时降低了对防喷器通径与作业管柱外径尺寸的配合要求，因此本发明可与多种尺寸规格的作业管柱配合，从而提高了防喷器的通用性能。本发明通过包覆在胶筒3-8的外圆柱面上的油馕本体将胶筒3-8与液压油介质隔离，避免了高压液压油介质中杂质对随作业管柱4高速旋转的胶筒3-8的损坏。本发明通过刚性材质的扭矩传递筒3-4向外传递扭矩，解决了现有技术中由胶筒向外传递扭矩造成的胶筒工作寿命短的问题。