一种油田地层压裂喷砂器的制作方法

1.本发明属于喷砂器技术领域，具体为一种油田地层压裂喷砂器。

背景技术：

2.油田底层为了提高渗透率需要采用压裂喷砂器形成地缝，便于后期的油气开采，压裂喷砂器通过增加沙砾等颗粒物提高冲击力，从而冲破地层产生裂缝；现有技术中的油田压裂喷砂器为了实现可重复利用，避免使用钢珠，而是利用弹簧和节流筒配合实现喷砂在指定层的射出，例：申请号为cn110374576b的中国发明专利公开了《一种用于油田地层压裂的喷砂器》，通过设置有上下位磁环在水压节流环套时带动封隔套移动并打开喷嘴，利用拉簧保持封隔套的复位力，实现可重复利用的功能；但改结构需要水压额外克服拉环的回弹力做工，导致沿喷嘴射出的水压降低，为了保持正常水压，水泵需要额外增加功率，不仅耗电，而且无法增加工作效率。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种油田地层压裂喷砂器，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种油田地层压裂喷砂器，包括管体、顶环、底环和封隔套，所述管体的外表面开设有喷口，所述顶环的底部活动连接有挤压组件，所述挤压组件的另一端连接有节流套，所述顶环和节流套之间通过支撑环和连接环固定连接有限位环，所述限位环的内环面固定连接有接触框，所述管体内壁的中部固定连接有固定环，所述固定环与节流套之间弹性连接有一号弹簧，所述节流套的底部固定连接有连接柱且通过连接块与封隔套连接，所述封隔套的底部固定连接有连接筒，所述连接筒的内部活动套接有二号弹簧和伸缩柱，所述伸缩柱的底端固定连接有密封盘，所述密封盘与底环的顶部适配卡接；
5.所述挤压组件包括上连杆和下连杆，所述上连杆和下连杆均通过转动块转动安装在适配框的内部，所述适配框的正面开设有适配槽，所述转动块活动卡接在适配槽的内部，所述上连杆和转动块依次与顶环和挤压组件活动连接。
6.优选地，所述固定环为环状且位于节流套和封隔套之间，所述一号弹簧的两端分别与节流套和固定环弹性连接，所述一号弹簧被压缩设置在节流套和固定环之间。
7.优选地，所述顶环位于管体内壁的顶部，所述底环位于管体内壁的底部，所述顶环的内径值大于节流套的内径值。
8.优选地，所述二号弹簧和伸缩柱从上往下依次设置在连接筒的内部，所述伸缩柱通过二号弹簧弹性支撑在连接筒的内部，所述二号弹簧被压缩设置在连接筒的内部。
9.优选地，所述喷口的数量为四个且呈等角度分布在管体的外表面，所述封隔套的顶部位于喷口的下方。
10.优选地，所述支撑环和连接环的数量均为两个，位于上侧的所述支撑环与顶环固
定连接，位于下侧的所述支撑环与节流套固定连接，两个所述连接环依次与上下两个支撑环固定连接，所述限位环的上下两侧依次与两个连接环固定连接，所述限位环和连接环均由橡胶块制成。
11.优选地，所述限位环的横截面形状为左右对称的“u”形，所述接触框的数量为四个，四个所述接触框依次分布在限位环内环面的左右两侧，所述接触框由硬质橡胶块制成，所述接触框与适配框挤压接触。
12.优选地，所述上连杆和下连杆的相对端为平直设计，所述上连杆和下连杆呈纵向共线时，所述上连杆和下连杆的相对端适配挤压接触。
13.优选地，所述上连杆和下连杆呈纵向共线时，所述限位环呈扩张拉伸状态。
14.本发明的有益效果如下：
15.1、本发明通过设置有挤压组件用以抵消来自一号弹簧和二号弹簧的回弹力，通过高压水对限位环施压并通过支撑环和连接环的密封作用使限位环扩张，自动解除对挤压组件的限位，使下连杆被带动向下移动并转动，通过转动块和适配框的限位卡接作用，使上连杆也被带动，上连杆和下连杆之间的夹角逐渐缩小并变成180
°
，利用一号弹簧、二号弹簧被压缩后产生的向上的回弹力抵住上连杆和下连杆，使上连杆和下连杆在相对端挤压接触时维持节流套的既定位置而不消耗水压，从而能够有效节约水泵功率、电能，不影响喷砂操作的工作效率。
16.2、同时，通过设置有橡胶块制成的限位环对高压水进行“二次节流”，通过高压水先是带动节流套下移，通过连接柱、封隔套、连接筒、二号弹簧、伸缩柱和密封盘向下移动并创造密封条件，然后利用高压水对限位环进行施压使其扩张，利用限位环被扩张后产生的回弹力对高压水反向作用，进一步增强高压水的节流功能，提高流速和喷砂压裂的质量。
17.3、最后，在压裂结束后，失去水压作用的限位环通过自动复位对挤压组件进行收缩施压，将呈纵向共线挤压的上连杆和下连杆自动复位，从而使一号弹簧向上自动推动节流套并上移复位，上连杆和下连杆通过转动块在适配槽的内部转动时，通过转动块在适配槽内部进行上下移动进行自动适配，实现了上连杆、下连杆的自动回收功能，在克服一号弹簧、二号弹簧被压缩时产生的回弹力同时，实现回收自动化，省时省力，可靠性高。
附图说明
18.图1为本发明结构的正面剖切示意图；
19.图2为本发明图1中a处结构的放大示意图；
20.图3为本发明结构的侧面剖切示意图；
21.图4为本发明图3中b处结构的放大示意图；
22.图5为本发明顶环、节流套、支撑环、限位环、连接环、一号弹簧、连接柱、封隔套、连接筒、伸缩柱、密封盘和底环的结构示意图；
23.图6为本发明顶环、节流套、支撑环、限位环、连接环、一号弹簧、连接柱、连接块、封隔套、连接筒、二号弹簧、伸缩柱、密封盘和底环的结构示意图；
24.图7为本发明顶环、节流套、挤压组件、支撑环、限位环和连接环的分离式示意图；
25.图8为本发明挤压组件、限位环和接触框的分离示意图；
26.图9为本发明挤压组件的分离示意图。
27.图中：1、管体；2、顶环；3、节流套；4、挤压组件；41、上连杆；42、下连杆；43、转动块；44、适配框；45、适配槽；5、支撑环；6、限位环；7、连接环；8、接触框；9、固定环；10、一号弹簧；11、连接柱；12、喷口；13、连接块；14、封隔套；15、连接筒；16、二号弹簧；17、伸缩柱；18、密封盘；19、底环。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.如图1至图9所示，本发明实施例提供了一种油田地层压裂喷砂器，包括管体1、顶环2、底环19和封隔套14，管体1的外表面开设有喷口12，顶环2的底部活动连接有挤压组件4，挤压组件4的另一端连接有节流套3，顶环2和节流套3之间通过支撑环5和连接环7固定连接有限位环6，限位环6的内环面固定连接有接触框8，管体1内壁的中部固定连接有固定环9，固定环9与节流套3之间弹性连接有一号弹簧10，节流套3的底部固定连接有连接柱11且通过连接块13与封隔套14连接，封隔套14的底部固定连接有连接筒15，连接筒15的内部活动套接有二号弹簧16和伸缩柱17，伸缩柱17的底端固定连接有密封盘18，密封盘18与底环19的顶部适配卡接；
30.挤压组件4包括上连杆41和下连杆42，上连杆41和下连杆42均通过转动块43转动安装在适配框44的内部，适配框44的正面开设有适配槽45，转动块43活动卡接在适配槽45的内部，上连杆41和转动块43依次与顶环2和挤压组件4活动连接；
31.本装置在工作时，高压水充满整个管体1的内腔，节流套3在水压的作用下向下带动下连杆42移动并转动，此时，密封盘18被带动并与密封盘18接触产生初步密封条件，而喷口12仍被封隔套14封堵，管体1内部的高压水对限位环6的内环面施压并使其向外径向扩张，失去限位环6限位的挤压组件4在节流套3的带动下迅速舒展：下连杆42在向下移动的过程中通过适配框44和转动块43带动上连杆41同步下移和转动，上连杆41和下连杆42之间的夹角越来越大直至变成180
°
；使上连杆41和下连杆42的相对端保持平行并接触，在一号弹簧10、二号弹簧16被压缩后产生回弹力施压，抵住节流套3、密封盘18的既定位置，此时，一号弹簧10、二号弹簧16产生的回弹力由呈纵向共线挤压接触的上连杆41和下连杆42承担，水压不做克服一号弹簧10、二号弹簧16回弹力的功，能够有效节约水泵功率、电能。
32.通过设置有挤压组件4用以抵消来自一号弹簧10和二号弹簧16的回弹力，通过设置有限位环6对挤压组件4进行收缩限位，使处于初始状态的挤压组件4呈夹角分布，即上连杆41和下连杆42朝管体1的轴向做夹角分布，通过高压水对限位环6施压并通过支撑环5和连接环7的密封作用使限位环6扩张，自动解除对挤压组件4的限位，同时，利用水压带动节流套3向下移动，使下连杆42被带动向下移动并转动，通过转动块43和适配框44的限位卡接作用，使上连杆41也被带动，上连杆41和下连杆42之间的夹角逐渐缩小并变成180
°
，利用一号弹簧10、二号弹簧16被压缩后产生的向上的回弹力抵住上连杆41和下连杆42，使上连杆41和下连杆42在相对端挤压接触时维持节流套3的既定位置而不消耗水压，从而能够有效节约水泵功率、电能，不影响喷砂操作的工作效率。
33.同时，通过设置有橡胶块制成的限位环6对高压水进行“二次节流”，通过高压水先是带动节流套3下移，通过连接柱11、封隔套14、连接筒15、二号弹簧16、伸缩柱17和密封盘18向下移动并使密封盘18抵住底环19的顶部开口，创造密封条件，然后利用高压水对限位环6进行施压使其扩张，利用限位环6被扩张后产生的回弹力对高压水反向作用，进一步增强高压水的节流功能，提高流速和喷砂压裂的质量。
34.最后，在压裂结束后，失去水压作用的限位环6通过自动复位对挤压组件4进行收缩施压，将呈纵向共线挤压的上连杆41和下连杆42自动复位，从而使一号弹簧10向上自动推动节流套3并上移复位，上连杆41和下连杆42通过转动块43在适配槽45的内部转动时，通过转动块43在适配槽45内部进行上下移动进行自动适配，实现了上连杆41、下连杆42的自动回收功能，在克服一号弹簧10、二号弹簧16被压缩时产生的回弹力同时，实现回收自动化，省时省力，可靠性高。
35.其中，固定环9为环状且位于节流套3和封隔套14之间，一号弹簧10的两端分别与节流套3和固定环9弹性连接，一号弹簧10被压缩设置在节流套3和固定环9之间；
36.固定环9和一号弹簧10负责对节流套3进行支撑并维持其复位的动力，一号弹簧10在被压缩时产生的回弹力可向上作用于节流套3，在高速水消失时，失去水压作用的限位环6会对挤压组件4进行收缩施压，带动上连杆41、下连杆42发生转动并破环对节流套3的挤压支撑作用。
37.其中，顶环2位于管体1内壁的顶部，底环19位于管体1内壁的底部，顶环2的内径值大于节流套3的内径值；
38.高压水最开始沿着顶环2的内部流动至管体1的内腔，然后最后沿着喷口12流出。
39.其中，二号弹簧16和伸缩柱17从上往下依次设置在连接筒15的内部，伸缩柱17通过二号弹簧16弹性支撑在连接筒15的内部，二号弹簧16被压缩设置在连接筒15的内部；
40.连接筒15的“t”形设计便于挂在连接筒15的内部，在连接筒15向下移动的时候，通过对二号弹簧16施压使其压缩并对伸缩柱17和密封盘18施压，使密封盘18维持对底环19的密封作用。
41.其中，喷口12的数量为四个且呈等角度分布在管体1的外表面，封隔套14的顶部位于喷口12的下方；
42.喷口12供高压水流、含沙砾等颗粒的高压射流通过，其四个方向能够有效增强对底层的压裂作用。
43.其中，支撑环5和连接环7的数量均为两个，位于上侧的支撑环5与顶环2固定连接，位于下侧的支撑环5与节流套3固定连接，两个连接环7依次与上下两个支撑环5固定连接，限位环6的上下两侧依次与两个连接环7固定连接，限位环6和连接环7均由橡胶块制成；
44.支撑环5由刚性材料比如不锈钢制成，对连接环7和限位环6进行支撑，在限位环6受压或不受压时维持不动，限位环6在收缩时对挤压组件4作用，带动其发生转动并使上连杆41和下连杆42保持夹角复位。
45.其中，限位环6的横截面形状为左右对称的“u”形，接触框8的数量为四个，四个接触框8依次分布在限位环6内环面的左右两侧，接触框8由硬质橡胶块制成，接触框8与适配框44挤压接触；
46.限位环6通过“u”形设计对高压水产生一定的包裹作用，该设计有利于增大水压对
限位环6的扩张施压力度，使限位环6的扩张更加高效和稳定。
47.其中，上连杆41和下连杆42的相对端为平直设计，上连杆41和下连杆42呈纵向共线时，上连杆41和下连杆42的相对端适配挤压接触；
48.上连杆41和下连杆42相对端的平直设计使其在呈纵向共线时能够在轴向压力的作用下适配且挤压接触，在一号弹簧10的回弹力作用下，上连杆41和下连杆42能够进行挤压并克服一号弹簧10、二号弹簧16产生的回弹力，使高压水无需为克服一号弹簧10、二号弹簧16做额外的功。
49.其中，上连杆41和下连杆42呈纵向共线时，限位环6呈扩张拉伸状态；
50.限位环6在呈扩张状态下不会对上连杆41和下连杆42产生额外的压力，从而维持上连杆41、下连杆42的挤压接触状态。
51.工作原理及使用流程：
52.首先，高压水沿着管体1的顶部并沿着顶环2进入节流套3的内部，通过带动节流套3向下移动，使一号弹簧10被压缩，通过连接柱11、连接块13带动封隔套14下移，带动连接筒15、二号弹簧16、伸缩柱17和密封盘18向下移动并与底环19保持闭合挤压状态；
53.随着连接筒15在封隔套14的带动下向下移动，二号弹簧16被压缩并持续对伸缩柱17和密封盘18施压，使底环19被封堵起来，封隔套14逐渐移动至与喷口12脱离密封接触的位置；
54.然后，节流套3在向下移动的过程中高压水迅速充满管体1的内壁(此时，喷口12还未脱离封隔套14的封堵)，在顶环2和节流套3之间对限位环6的内环面施压并使其扩张，同时，节流套3向下带动下连杆42移动，使呈夹角分布的上连杆41和下连杆42在适配框44的限位下逐渐同步转动并呈纵向共线；
55.此时，上连杆41和下连杆42的相对端保持平行，喷口12脱离封隔套14的封堵，高压水得以沿着喷口12喷射而出，此时，二号弹簧16被压缩并向上产生反作用力，经过封隔套14、连接块13、连接柱11、节流套3对挤压组件4施压，使上连杆41和下连杆42保持紧密接触；
56.在喷砂结束后，高压水消失，限位环6失去水压的限位迅速收缩复位，向内侧对挤压组件4施压，使上连杆41和下连杆42在限位环6的作用下向管体1的轴线方向同步转动并弯曲，一号弹簧10向上推动节流套3移动复位。
57.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
58.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种油田地层压裂喷砂器，包括管体(1)、顶环(2)、底环(19)和封隔套(14)，所述管体(1)的外表面开设有喷口(12)，其特征在于：所述顶环(2)的底部活动连接有挤压组件(4)，所述挤压组件(4)的另一端连接有节流套(3)，所述顶环(2)和节流套(3)之间通过支撑环(5)和连接环(7)固定连接有限位环(6)，所述限位环(6)的内环面固定连接有接触框(8)，所述管体(1)内壁的中部固定连接有固定环(9)，所述固定环(9)与节流套(3)之间弹性连接有一号弹簧(10)，所述节流套(3)的底部固定连接有连接柱(11)且通过连接块(13)与封隔套(14)连接，所述封隔套(14)的底部固定连接有连接筒(15)，所述连接筒(15)的内部活动套接有二号弹簧(16)和伸缩柱(17)，所述伸缩柱(17)的底端固定连接有密封盘(18)，所述密封盘(18)与底环(19)的顶部适配卡接；所述挤压组件(4)包括上连杆(41)和下连杆(42)，所述上连杆(41)和下连杆(42)均通过转动块(43)转动安装在适配框(44)的内部，所述适配框(44)的正面开设有适配槽(45)，所述转动块(43)活动卡接在适配槽(45)的内部，所述上连杆(41)和转动块(43)依次与顶环(2)和挤压组件(4)活动连接。2.根据权利要求1所述的一种油田地层压裂喷砂器，其特征在于：所述固定环(9)为环状且位于节流套(3)和封隔套(14)之间，所述一号弹簧(10)的两端分别与节流套(3)和固定环(9)弹性连接，所述一号弹簧(10)被压缩设置在节流套(3)和固定环(9)之间。3.根据权利要求1所述的一种油田地层压裂喷砂器，其特征在于：所述顶环(2)位于管体(1)内壁的顶部，所述底环(19)位于管体(1)内壁的底部，所述顶环(2)的内径值大于节流套(3)的内径值。4.根据权利要求1所述的一种油田地层压裂喷砂器，其特征在于：所述二号弹簧(16)和伸缩柱(17)从上往下依次设置在连接筒(15)的内部，所述伸缩柱(17)通过二号弹簧(16)弹性支撑在连接筒(15)的内部，所述二号弹簧(16)被压缩设置在连接筒(15)的内部。5.根据权利要求1所述的一种油田地层压裂喷砂器，其特征在于：所述喷口(12)的数量为四个且呈等角度分布在管体(1)的外表面，所述封隔套(14)的顶部位于喷口(12)的下方。6.根据权利要求1所述的一种油田地层压裂喷砂器，其特征在于：所述支撑环(5)和连接环(7)的数量均为两个，位于上侧的所述支撑环(5)与顶环(2)固定连接，位于下侧的所述支撑环(5)与节流套(3)固定连接，两个所述连接环(7)依次与上下两个支撑环(5)固定连接，所述限位环(6)的上下两侧依次与两个连接环(7)固定连接，所述限位环(6)和连接环(7)均由橡胶块制成。7.根据权利要求1所述的一种油田地层压裂喷砂器，其特征在于：所述限位环(6)的横截面形状为左右对称的“u”形，所述接触框(8)的数量为四个，四个所述接触框(8)依次分布在限位环(6)内环面的左右两侧，所述接触框(8)由硬质橡胶块制成，所述接触框(8)与适配框(44)挤压接触。8.根据权利要求1所述的一种油田地层压裂喷砂器，其特征在于：所述上连杆(41)和下连杆(42)的相对端为平直设计，所述上连杆(41)和下连杆(42)呈纵向共线时，所述上连杆(41)和下连杆(42)的相对端适配挤压接触。9.根据权利要求1所述的一种油田地层压裂喷砂器，其特征在于：所述上连杆(41)和下连杆(42)呈纵向共线时，所述限位环(6)呈扩张拉伸状态。

技术总结

本发明属于喷砂器技术领域，且公开了一种油田地层压裂喷砂器，包括管体、顶环、底环和封隔套，所述管体的外表面开设有喷口，所述顶环的底部活动连接有挤压组件，所述挤压组件的另一端连接有节流套，所述顶环和节流套之间通过支撑环和连接环固定连接有限位环，所述限位环的内环面固定连接有接触框，所述管体内壁的中部固定连接有固定环，所述固定环与节流套之间弹性连接有一号弹簧。本发明通过利用一号弹簧、二号弹簧被压缩后产生的向上的回弹力抵住上连杆和下连杆，使上连杆和下连杆在相对端挤压接触时维持节流套的既定位置而不消耗水压，从而能够有效节约水泵功率、电能，不影响喷砂操作的工作效率。操作的工作效率。操作的工作效率。