一种延伸式快速融腔工具

本发明公开了一种延伸式快速融腔工具，属于盐岩地下储气库融腔的一种井下工具。

背景技术：

1、地下储气库是天然气管输系统的重要基础设施，承担着天然气应急调峰和战略储备的重要任务。地下储气库的发展和进步，不仅能够减轻天然气管输的压力，还能够解决天然气供应夏季产能过剩、冬季供不应求的主要矛盾。建设盐穴储气库是要找到合适盐丘或盐层，以常规钻井方法钻至盐层、注入淡水融解岩盐，使之成为岩盐水，然后抽出岩盐水，最后使岩盐层形成具有一定体积和形状的储气融腔。其具有注采速度快，吞吐量大，垫底气少且能回收利用等优点。

2、为了加快地下储气库的形成，需要快速造腔工具，造腔工具的使用原理主要是在水力的作用下由旋转主轴实现旋转运动，淡水经过喷头上的喷嘴后形成断续涡环流，并产生高频振荡水力波、空化噪声(超声波)，从而实现水力冲蚀腔壁，同时也有效地改变井腔内流体的流态，加速盐岩的融解。

3、在国外已开发出一种造腔工具，其可冲洗井眼直至达到需求的直径，这种工具已经应用到储气库、采盐井以及位于巨厚盐岩层中的常规尤其井钻井中，但该工具需要配置相应尺寸的特殊喷嘴，成本高昂，且造腔的速度缓慢。国内一些学者提出了延伸式喷嘴促融工具，此工具的延伸结构能支撑起两个高压直管，高压直管的数量和涡流环的数量成正比，而涡环流会不断对盐岩储气库的腔壁进行冲蚀，为了加快盐穴储气库的形成，需要工具能延伸出更多的高压直管，从而增加此工具冲蚀盐岩的速度和面积。

4、由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种延伸式快速融腔工具，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种延伸式快速融腔工具，克服现有融腔工具的融腔速度慢、融腔范围小的问题。

2、本发明的目的是这样实现的，一种延伸式快速融腔工具，包括旋转动力结构部分、连杆结构部分、延伸动力结构部分和开关结构部分。所述的旋转动力结构部分包括接头、密封盖板、悬挂上体、上轴承和端盖；所述的连杆结构部分包括薄铰链支座、高压直管、四头铰链支座、上铰杆、上铰链支座、高压软管、中铰链支座、下铰杆、下铰链支座和约束板；所述的延伸动力结构部分包括活塞套筒、活塞推杆和弹簧；所述的开关结构部分包括挡销、下支撑短节和连接杆。

3、在本发明的一较佳实施方式中，所述的旋转动力结构部分，上接头上端和后端均设有螺纹结构，中间设有花键结构，上接头与端盖通过螺纹连接，上接头与悬挂上体之间通过花键周向固定，使悬挂上体随着上接头一起旋转；上轴承安装在所述的悬挂上体和所述的上接头中间，起到调心的作用；所述的密封盖板与所述的悬挂上体通过螺纹连接；所述的悬挂上体通过螺纹和所述的活塞套筒连接。

4、在本发明的一较佳实施方式中，所述的连杆结构部分，活塞套筒下端连接有薄铰链支座，活塞套筒与活塞推杆之间通过六方槽联结，高压直管通过薄铰链支座与活塞套筒连接，上铰杆的上端通过与四头铰链支座铰接和活塞套筒连接，高压直管中间部分连接有上铰链支座、高压软管和中铰链支座，上铰杆的下端通过与上铰链支座铰接和高压直管相连接，下铰杆的上端通过与中铰链支座铰接和高压直管相连接，下铰杆的下端通过与下铰链支座铰接和约束板相连接。

5、在本发明的一较佳实施方式中，所述的延伸动力结构部分，活塞推杆内部设有水流通道，并且下端连接有所述的四头铰链支座，弹簧安装在活塞推杆和活塞套筒之间，起到缓解高压水的冲击以及使活塞推杆复原的作用。

6、在本发明的一较佳实施方式中，所述的开关结构部分，约束板上连接有下铰链支座，约束板内设有凹槽，下支撑短节上安装有挡销，挡销与约束板通过凹槽卡住连接在一起，下支撑短节中间部分设有圆柱槽，下支撑短节通过连接杆与活塞套筒连接，高压软管上端连接在活塞推杆下端，下端连接在所述下支撑短节上。

7、在本发明的一较佳实施方式中，所述的挡销是通过凸起部分与约束板上的凹槽部分卡住，限制约束板在下支撑短节上的滑行，使得整个延伸式快速融腔工具在下放进入盐穴储气库的过程中，整体外径都是一样，即高压直管一直卡在下支撑短节所设计的圆柱槽内；约束板初始状态是是被挡销限制住的，而当下铰杆的力足够大时，挡销会被剪断，约束板随着下铰链支座的上移而在下支撑短节的上端向上滑行。

8、在本发明的一较佳实施方式中，所述的上接头通过上端螺纹连接注水管柱，钻头旋转注水管柱，带动上接头旋转，旋转动力结构部分的旋转带动连杆结构部分、延伸动力结构部分和开关结构部分一起旋转。

9、在本发明的一较佳实施方式中，所述的上接头通过上端螺纹连接注水管柱，高压水流流经所述的上接头的内部，大量的高压水流停留在活塞套筒内部，一部分经过活塞推杆内部流进高压软管，另一部分形成水压推动活塞推杆克服弹簧力的作用向下移动，四头铰链支座随着活塞推杆向下移动而向下移动，从而带动上铰杆的上端向下移动；所述的上铰杆的下端向外移动，高压直管以上端与薄铰链支座铰接的铰接点为基点，向外旋转，继而带动中铰链支座和与中铰链支座铰接的下铰杆上端都向外运动，从而使所述的下铰杆的下端向上移动，带动着与下铰杆铰接的下铰链支座向上运动，在下铰杆的上拉力的作用下，挡销被剪断，约束板向上移动，由此，通过连杆结构，高压直管完成向外延伸，与此同时，高压软管内部的高压水流分别进入4根延伸出来的高压直管中，随着整体的旋转，高压水流从高压直管中喷射出去。

10、在本发明的一较佳实施方式中，所述的上接头上端不再连接注水管柱，活塞推杆不再向下移动，被活塞推杆压缩的弹簧开始回弹，活塞推杆向上移动，带动四头铰链支座和上铰杆的上端向上移动；上铰杆下端的向内移动，使高压直管以上端与薄铰链支座铰接的铰接点为基点，向内旋转，带动与高压直管连接的中铰链支座向内移动，继而下铰杆上端向内移动，下端向下移动，与下铰杆铰接的下铰链支座向下移动，进而使约束板向下移动，回到原来的位置；由此，高压直管收回到下支撑短节的圆柱槽内，工具的外径尺寸恢复一样，然后通过提拉上接头把工具整体从盐穴储气库中提出来。

11、由上所述，本发明提供的一种延伸式快速融腔工具具有如下有益效果：

12、此工具通过设计高压水流的路径和延伸连杆结构，使工具能延伸出四个高压直管，增加涡流环的数量和冲蚀盐穴库腔壁的面积，从而加快冲蚀盐岩的速度。

技术特征：

1.一种延伸式快速融腔工具，其特征在于，包括旋转动力结构部分、连杆结构部分、延伸动力结构部分和开关结构部分；所述的旋转动力结构部分包括上接头(1)、密封盖板(2)、悬挂上体(3)、上轴承(4)和端盖(5)；所述的延伸动力结构部分包括活塞套筒(6)、活塞推杆(7)、弹簧(8)；所述的连杆结构部分包括薄铰链支座(9)、高压直管(10)、四头铰链支座(11)、上铰杆(12)、上铰链支座(13)、高压软管(14)、中铰链支座(15)、下铰杆(16)、下铰链支座(17)和约束板(18)；所述的开关结构部分包括挡销(19)、下支撑短节(20)、连接杆(21)；

2.根据权利要求1所述的一种延伸式快速融腔工具，其特征在于，所述的挡销(19)是通过凸起部分与约束板上的凹槽部分卡住，限制约束板(18)在下支撑短节(20)上的滑行，使得整个延伸式快速融腔工具在下放进入盐穴储气库的过程中，整体外径都是一样，即高压直管(10)一直卡在下支撑短节(20)所设计的圆柱槽内；约束板(18)从一开始是被挡销(19)限制住的，而当下铰杆(16)的力足够大时，挡销(19)会被剪断，约束板(18)随着下铰链支座(17)的上移而在下支撑短节(20)的上端向上滑行。

3.根据权利要求1所述的一种延伸式快速融腔工具，其特征在于，所述的上接头(1)通过上端螺纹连接注水管柱，钻头旋转注水管柱，带动上接头(1)旋转，旋转动力结构部分的旋转带动连杆结构部分、延伸动力结构部分和开关结构部分一起旋转。

4.根据权利要求1所述的一种延伸式快速融腔工具，其特征在于，所述的上接头(1)通过上端螺纹连接注水管柱，高压水流流经所述的上接头(1)的内部，大量的高压水流停留在活塞套筒(6)内部，一部分经过活塞推杆(7)内部流进高压软管(14)，另一部分形成水压推动活塞推杆(7)克服弹簧力的作用向下移动，四头铰链支座(11)随着活塞推杆向下移动而向下移动，从而带动上铰杆(12)的上端向下移动；所述的上铰杆(12)的下端向外移动，高压直管(10)以上端与薄铰链支座(9)铰接的铰接点为基点，向外旋转，继而带动中铰链支座(15)和与中铰链支座(15)铰接的下铰杆(16)上端都向外运动，从而使所述的下铰杆(16)的下端向上移动，带动着与下铰杆(16)铰接的下铰链支座(17)向上运动，在下铰杆(16)的上拉力的作用下，挡销(19)被剪断，约束板(18)向上移动，由此，通过连杆结构，高压直管(10)完成向外延伸，与此同时，高压软管(14)内部的高压水流分别进入四根延伸出来的高压直管(10)中，随着整体的旋转，高压水流从高压直管(10)中喷射出去。

5.根据权利要求1所述的一种延伸式快速融腔工具，其特征在于，所述的上接头(1)上端不再连接注水管柱，活塞推杆(7)不再向下移动，被活塞推杆(7)压缩的弹簧(8)开始回弹，活塞推杆(7)向上移动，带动四头铰链支座(11)和上铰杆(12)的上端向上移动；上铰杆(12)下端的向内移动，使高压直管(10)以上端与薄铰链支座(9)铰接的铰接点为基点，向内旋转，带动与高压直管(10)连接的中铰链支座(15)向内移动，继而下铰杆(16)上端向内移动，下端向下移动，与下铰杆(16)铰接的下铰链支座(17)向下移动，进而使约束板(18)向下移动，回到原来的位置；由此，高压直管(10)收回到下支撑短节(20)的圆柱槽内，工具的外径尺寸恢复一样，然后通过提拉上接头(1)把工具整体从盐穴储气库中提出来。

6.根据权利要求1所述的一种延伸式快速融腔工具，其特征在于，工具上端通过螺纹与注水管柱连接，注水管柱通过钻头带动旋转，旋转动力通过螺纹结构传递到上接头(1)，从而旋转动力结构部分的旋转带动连杆结构部分、延伸动力结构部分和开关结构部分一起旋转；

技术总结
本发明公开了一种延伸式快速融腔工具，包括旋转动力结构部分、连杆结构部分、延伸动力结构部分和开关结构部分。旋转动力结构部分包括接头、密封盖板、悬挂上体、上轴承和端盖；连杆结构部分包括薄铰链支座、高压直管、四头铰链支座、上铰杆、上铰链支座、高压软管、中铰链支座、下铰杆、下铰链支座和约束板；延伸动力结构部分包括活塞套筒、活塞推杆和弹簧；所述的开关结构部分包括挡销、下支撑短节和连接杆。上接头上接旋转注水管，上接头通过花键结构带动悬挂上体一起旋转；活塞推杆受到高压水流的压力冲击会向下移动，带动上铰杆的上端向下移动，带动上铰杆下端、高压软管和下铰杆上端向外延伸，并带动下铰杆下端和约束板向上移动。

技术研发人员：查春青,庞瑞豪,汪伟,陶文超,张博
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15