CN116201496A - 一种井下油管安全阀自定位穿孔工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下油管安全阀自定位穿孔工具，属于油气开采设备的技术领域，主要技术方案是，包括从上至下相连接的打捞头、保持组件、安装套筒、锁块组件和自定位组件，还包括定向杆和铳头组件；所述自定位组件包括主芯轴、扭簧和分体衬套，所述分体衬套与所述锁块组件相连接，所述扭簧与所述分体衬套和所述主芯轴相连接；所述主芯轴与所述锁块组件之间连接有受冲击时可被剪断的定位释放剪切销；所述主芯轴上安装有定位块，所述铳头组件安装在所述主芯轴上。本发明通过设置锁块组件、自定位组件和分体式的铳头组件，能够更加准确、高效地对穿孔工具进行定位，并方便容易地将完成打孔操作的工具取出。

Description

一种井下油管安全阀自定位穿孔工具

技术领域

本发明涉及油气开采设备的技术领域，具体地，主要涉及一种井下油管安全阀自定位穿孔工具。

背景技术

井下安全阀，是油气开采时的一种应急安全装置。当井下作业完成后，或出现意外安全事故，例如井喷和井涌时，通过关闭安全阀可降低潜在的风险。但是，当井下安全阀出现故障无法正常开启、关闭时，或者安全阀液压活塞系统密封不严，发生泄漏时，就需要采取措施进行补救。

常用的补救措施是，向井中下入另一比原有安全阀外径更小的钢丝安全阀，来代替原有安全阀的工作。由于钢丝安全阀一般是悬挂在原有安全阀内，需借用原有安全阀的液压控制系统来实现正常工作，这就需要在下入钢丝安全阀之前，利用穿孔工具将原有油管安全阀的液压活塞孔击穿，实现液压活塞孔与油管内部的连通，从而为钢丝安全阀提供液压力支持。

因此，参照图1，为了方便将原有油管安全阀的液压活塞孔击穿，一般会在原有安全阀上设置一个顶部接头01，并在安全阀的侧壁上设置一个靠近液压活塞孔的薄壁03，以方便打孔操作。

现有的穿孔工具，主要采用液压穿孔方式和机械穿孔方式。其中，液压穿孔方式，需要额外配备压力泵来提供动力，而且还存在因穿孔工具密封件损坏产生泄漏而导致作业失败的风险；机械穿孔方式，一般为斜面滑槽式，即通过施加外力剪断剪钉启动打孔。机械穿孔方式操作上更加简便，但很有可能会因为打孔的铳头卡在管壁上不容易脱离，从而导致整个工具取出时受阻，而且对于一些活塞孔位置比较特殊的安全阀，例如偏心小活塞杆密封结构油管安全阀，对穿孔工具打孔定位的要求很高，现有的穿孔工具时常因为定位不准而误打孔，造成不必要的损失。

举例来说，授权公告号为CN108222874B的中国专利文件公开了一种井下开孔工具，其主要技术方案是，包括从上到下依次连接的上短节、中短节和下短节，上短节靠近上部的内壁通过卡块套装有上心轴套，上心轴套中套装有上心轴，上心轴下方设置有下心轴，上短节靠近下部的内壁套装有锁紧套；中短节下部外周设置有主卡块，主卡块上端面与锁紧套下端面顶紧接触；下短节靠近上部通过剪切销悬挂有下心轴；下短节靠近中部外圆周设置有定位块，定位块上端面通过定位销定位，下短节靠近下部设置有开孔机构。所述的开孔机构的结构是，在下短节靠近下部开有一个径向孔，该径向孔中滑动设置有一个刃块，该径向孔的外沿为凹槽结构，凹槽中通过沉头螺钉固定有盖板，在刃块与盖板之间设置有弹簧。

上述的开孔工具在使用时，当其锁定在安全阀后，需要通过额外施加的外力对开孔工具进行旋转，来使定位块卡在井下安全阀本体的相应卡槽中，方能实现开孔机构的定位，这个过程在操作时，旋转角度和力度均不容易把握，造成定位不准确、高效，使用时很不方便。另外，上述的开孔工具的刃块在执行完开孔的任务后，存在容易卡在安全阀的侧壁上，导致开孔工具整体取出困难的问题，带来不必要的损失。

有鉴于此，需要对现有的井下安全阀打孔工具进行改进，保证井下打孔作业顺利完成。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种井下油管安全阀自定位穿孔工具，以更加准确、高效地对穿孔工具进行定位，并方便容易地将完成打孔操作的工具取出。

本发明公开的一种井下油管安全阀自定位穿孔工具，其特征在于，包括从上至下相连接的打捞头、保持组件、安装套筒、锁块组件和自定位组件，还包括定向杆和铳头组件；所述自定位组件包括主芯轴、扭簧和分体衬套，所述分体衬套与所述锁块组件相连接，所述扭簧与所述分体衬套和所述主芯轴相连接；所述主芯轴与所述锁块组件之间连接有受冲击时可被剪断的定位释放剪切销；所述主芯轴上安装有定位块，所述铳头组件安装在所述主芯轴上。

优选地，所述锁块组件包括锁块保持器、支撑片簧和定位锁块，所述锁块保持器与所述安装套筒相连接，所述定位锁块安装在所述锁块保持器上，所述支撑片簧与所述锁块保持器和所述定位锁块相连接。

优选地，所述铳头组件包括铳头座、打孔铳头和连接剪切销，所述连接剪切销连接在所述铳头座和所述打孔铳头之间。

优选地，所述定向杆与所述打捞头相连接，所述定向杆与所述主芯轴之间连接有受冲击时可被剪断的剪切销二。

优选地，所述保持组件包括从上至下相连接的前端保持器、剪切块、凸块支架和扩展筒；所述剪切块与所述打捞头之间连接有受冲击时可被剪断的剪切销一，所述扩展筒与所述锁块保持器之间连接有受冲击时可被剪断的剪切螺钉。

优选地，所述保持组件还包括连接接头和定位凸块，所述定位凸块可活动地安装在所述凸块支架上，所述安装套筒上开设有定位凹槽；所述连接接头与所述打捞头和定位凸块相连接。

优选地，所述打捞头上开设有安装孔，所述定向杆包括杆身和连接帽，所述连接帽设置于所述杆身的一端，所述连接帽设置于所述安装孔内；所述连接接头与所述打捞头之间设置有对开环，所述杆身穿过所述对开环。

优选地，所述定向杆包括杆身和打孔锥，所述打孔锥上设置有引导锥面，所述铳头座上设置有配合斜面，所述引导锥面和所述配合斜面相互面对设置。

优选地，所述主芯轴上开设有弹块定位孔，所述定位块安装在所述弹块定位孔处，并与所述主芯轴弹性连接；所述打孔锥上设置有让位槽，所述让位槽与所述弹块定位孔相对应。

优选地，所述主芯轴上设置有铳头孔，所述铳头组件安装在所述铳头孔处。

本申请的有益效果在于：

首先，本发明的穿孔工具利用钢丝工具下入井下，通过不断震击打捞头即可实现穿孔功能，这种方法相对于液压打孔，具有不需要额外配备压力泵提供压力、操作更简便、节省作业成本的优点，且避免了液压打孔方式所存在的因穿孔工具密封件损坏泄漏而导致的作业失败的风险；

其次，本发明的穿孔工具可实现轴向、径向的双向自定位，定位更加准确。在进入油管安全阀的顶部接头时，定位锁块能够坐挂在坐落槽里，扩展筒对定位锁块刚性支撑后即可实现工具的轴向定位；当定位释放剪切销被剪断后，扭簧在自身弹力作用下复位，带动主芯轴转动，同时定位块和铳头组件随之转动，当定位块转到落位槽时，定位块在弹力的作用下卡在落位槽内，此时主芯轴及铳头组件的位置均被锁定，能够使铳头组件对应的方向唯一朝向油管安全阀液压活塞腔的薄壁，实现径向定位，定位更加精准，避免误打孔；

最后，分体式结构的铳头组件在打孔后，在对工具整体进行打捞时，可以在冲击力的作用下剪断连接剪切销，丢弃打孔铳头，避免了传统的打孔铳头在井下打孔时遇卡阻而难于脱离，进而导致的整个工具取出受阻的情况，降低了因工具的局部损坏而导致的工具整体报废的风险。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为油管安全阀顶部接头处的剖视图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明的剖视图；

图4为图3中第I部分的局部放大示意图，用于示出保持组件的结构；

图5为图4中B-B截面的剖视图，用于示出剪切块与打捞头的连接结构；

图6为图3中第II部分的局部放大示意图，用于示出保持组件、锁块组件及自定位组件的结构；

图7为锁块保持器及其附件和分体衬套的结构示意图；

图8为图6中C-C截面的剖视图，用于示出定向杆与主芯轴的连接结构；

图9为图3中第III部分的局部放大示意图，用于示出自定位组件和铳头组件的结构；

图10为图9中A处的局部放大示意图，用于示出铳头组件的结构；

图11为图9中D-D截面的剖视图，用于示出铳头组件与主芯轴的连接结构；

图12为本发明坐挂于油管安全阀顶部接头时的剖视图。

附图标记说明：

01、顶部接头；011、坐落槽；02、落位槽；03、薄壁；

1、打捞头；11、安装孔；12、销孔一；

2、保持组件；21、前端保持器；22、剪切块；221、销孔二；222、剪切销一；23、凸块支架；231、凸块孔；232、第一紧定孔；2320、第一紧定螺钉；24、定位凸块；25、扩展筒；251、剪切槽；2510、剪切螺钉；252、定位槽；253、引导槽；26、连接接头；27、对开环；

3、定向杆；31、杆身；311、导向槽；312、销孔三；32、连接帽；33、打孔锥；331、引导锥面；332、让位槽；

4、安装套筒；41、定位凹槽；

5、锁块组件；51、锁块保持器；511、锁块槽；5111、片簧槽；512、片簧孔；513、安装槽；5131、销钉孔；5132、螺钉孔；514、剪切螺孔；515、销孔四；52、支撑片簧；53、定位锁块；54、扩展导向组件；541、定位螺钉；542、压板；543、导向销钉；

6、自定位组件；61、主芯轴；610、主芯孔；611、销孔五；6111、剪切销二；612、导向销孔；6121、杆导向销；613、销孔六；6131、定位释放剪切销；6132、止动台阶；614、弹簧锁定槽；6141、弹簧紧定螺母；615、限位销；616、铳头孔；6161、扩展槽；617、铳头定位孔；618、冲击斜面；619、弹块定位孔；62、分体衬套；621、弹簧定位孔；622、第二紧定孔；623、受击斜面；63、弹簧套；631、第三紧定孔；632、簧套紧定螺钉；64、扭簧；65、定位块；66、铳头限位器；

7、铳头组件；71、铳头座；711、配合斜面；712、连接孔；713、落料孔；714、锁定孔；715、限位台阶；72、打孔铳头；721、连接销孔；722、压力释放孔；73、连接剪切销；74、紧定螺帽；75、剪切销钉。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参照图2和图3，为本发明公开的一种井下油管安全阀自定位穿孔工具，包括打捞头1、保持组件2、定向杆3、安装套筒4、锁块组件5、自定位组件6和铳头组件7，在使用时，打捞头1、保持组件2、安装套筒4、锁块组件5和自定位组件6从上到下沿一中心轴线连接安装，定向杆3穿设在上述部件的内部，铳头组件7安装在自定位组件6上，其中，打捞头1用于连接钢丝工具，方便下井、震击以及打捞等操作，保持组件2用于对打捞头1和定向杆3进行位置上的限定，定向杆3用于向铳头组件7传递打孔作用力，安装套筒4用于保持组件2和锁块组件5的安装和定位，锁块组件5用于使工具整体能够在油管安全阀顶部接头01上进行定位，自定位组件6用于对铳头组件7进行定位，而铳头组件7直接用于打孔。

参照图2-5，打捞头1整体为实心杆状结构，打捞头1的一端设有安装孔11，安装孔11为圆形盲孔，并与打捞头1同轴心设置，定向杆3的一端穿设在安装孔11内；打捞头1靠近安装孔11一端的外周壁上设置有螺纹，用于和保持组件2连接配合；打捞头1的外周壁上还设置有若干销孔一12，具体地，销孔一12开设有两组，每组销孔一12设置有两个，两组销孔一12在打捞头1的外周壁上相对设置。

参照图2-6，保持组件2包括前端保持器21、剪切块22、凸块支架23、定位凸块24、扩展筒25、连接接头26和对开环27，其中，前端保持器21为两端均设有开口的圆筒状结构，前端保持器21套设在打捞头1上，前端保持器21的内壁上设置有用于和剪切块22相配合的台阶，前端保持器21的内周壁上设置有螺纹，用于和凸块支架23相连接；剪切块22为圆弧形的片状结构，剪切块22设置有两个，两个剪切块22对称地围设在打捞头1的外周壁上，每个剪切块22上均开设有两个销孔二221，每个剪切块22上的两个销孔二221分别与两个成组的销孔一12相对应，每个销孔一12和销孔二221内均穿设有一个剪切销一222，剪切销一222用于限定剪切块22的位置，使得剪切块22与打捞头1保持相对固定，另外，剪切块22与前端保持器21的台阶相接触，从而前端保持器21能够限定剪切块22的位置。

参照图4-6，凸块支架23为两端均设开口的圆筒状结构，凸块支架23在靠近其一端的外周壁上设置有螺纹，在靠近其另一端的内周壁上也设置有螺纹，凸块支架23外周壁设有螺纹的部分穿入前端保持器21内，并与前端保持器21螺纹连接，凸块支架23的侧壁设置有台阶，台阶靠近凸块支架23的外周壁螺纹，凸块支架23的台阶与前端保持器21的端部相连接，使得凸块支架23的外周壁与前端保持器21的外周壁能够处于同一圆柱面上；凸块支架23的侧壁上开设有若干凸块孔231，具体地，凸块孔231开设有两个，两个凸块孔231沿凸块支架23截面圆周的径向相对设置，每个凸块孔231内均安装一个上述的定位凸块24，凸块孔231为通孔，定位凸块24可活动地穿设在凸块孔231内。

参照图4，连接接头26为两端开口的圆筒状结构，连接接头26在靠近其一端的内周壁上设置有螺纹，打捞头1设有安装孔11的一端穿入连接接头26内，打捞头1的外周壁螺纹与连接接头26的内周壁螺纹相配合，使打捞头1与连接接头26螺纹固定连接，定向杆3穿入连接接头26的内圈中；连接接头26的内壁和外壁上均设置有台阶，连接接头26内壁的台阶与打捞头1的端部之间设置有对开环27，对开环27设置有两个，每个对开环27均为半圆形环状结构，且两个对开环27组成圆形，两个对开环27围设在定向杆3上，定向杆3从两个对开环27所组成的圆形结构中间穿过，对开环27的轴向位置被打捞头1的端部与连接接头26的台阶所限定，对开环27用于对定向杆3的位置进行限制；定位凸块24与连接接头26外壁上的台阶相连接，从而连接接头26能够通过定位凸块24将力沿轴向传递到凸块支架23上。

参照图6，扩展筒25为两端开口的圆筒状结构，扩展筒25在靠近其一端的外周壁上设置有螺纹，扩展筒25外周壁设有螺纹的部分穿入凸块支架23内，并与凸块支架23内周壁上的螺纹相配合，使得扩展筒25与凸块支架23螺纹固定连接，凸块支架23在与扩展筒25相重叠部分的侧壁上开设有第一紧定孔232，第一紧定孔232为螺纹通孔，第一紧定孔232内穿设有第一紧定螺钉2320，第一紧定螺钉2320螺纹连接在第一紧定孔232内，并与扩展筒25相抵接，从而能够对扩展筒25与凸块支架23之间的相对位置进行锁定。

参照图3和图6，安装套筒4为两端开口的圆筒结构，安装套筒4套设在前端保持器21、凸块支架23和扩展筒25的外侧，并与前端保持器21和凸块支架23滑动连接，安装套筒4的内壁上开设有与定位凸块24相配合的定位凹槽41，当凸块支架23沿轴向滑动至凸块孔231与定位凹槽41相对应的位置时，定位凸块24可以在连接接头26外壁上的台阶的推动下进入到定位凹槽41内，使得凸块支架23与安装套筒4之间的相对位置被锁定；安装套筒4背离打捞头1一端的内周壁上设置有螺纹，用于和锁块组件5连接配合。

参照图6-8，锁块组件5包括锁块保持器51、支撑片簧52、定位锁块53和扩展导向组件54，其中，锁块保持器51为两端开口的圆筒结构，锁块保持器51在靠近其一端的外周壁上设置有螺纹，在靠近其另一端的内周壁上也设置有螺纹，锁块保持器51外周壁设有螺纹的一端穿入安装套筒4内，并与安装套筒4螺纹连接；锁块保持器51的侧壁上开设有若干锁块槽511，具体地，锁块槽511开设有三个，三个锁块槽511沿锁块保持器51外壁的圆周方向等间隔均匀分布，锁块槽511贯通锁块保持器51的侧壁，且每个锁块槽511的边缘上均沿着轴向开设有一个长条形的片簧槽5111，片簧槽5111也贯通锁块保持器51的侧壁，此外，锁块保持器51的侧壁上还开设有数量与锁块槽511相同的片簧孔512，每个片簧孔512均沿着轴向与一个片簧槽5111相对应。

参照图6-8，锁块保持器51的每个锁块槽511内均安装有一个上述的定位锁块53，定位锁块53沿着锁块保持器51截面圆周的径向可活动地穿设在锁块槽511内，每个定位锁块53均连接一个上述的支撑片簧52，支撑片簧52穿设在片簧槽5111内，其一端插入片簧孔512，另一端与定位锁块53卡接，支撑片簧52具有弹性，在自由状态下，能够对定位锁块53产生推动力，使得定位锁块53有向锁块槽511外移动的趋势；油管安全阀顶部接头01内设置有与定位锁块53的截面轮廓相配合的坐落槽011，穿孔工具整体穿入油管安全阀顶部接头01内后，定位锁块53能够与坐落槽011相配合，使得穿孔工具整体能够定位在油管安全阀顶部接头01处。

参照图6-8，扩展筒25背离凸块支架23的端部穿入锁块保持器51的内圈，且扩展筒25与凸块支架23滑动连接，当穿孔工具整体在组装完成、未受到震击的初始状态下，扩展筒25背离凸块支架23的端部沿轴向与定位锁块53之间设置有距离；扩展筒25与锁块保持器51相重叠部分的外壁上开设有若干剪切槽251，剪切槽251为盲孔结构，具体地，剪切槽251开设有三个，三个剪切槽251沿锁块保持器51外壁的圆周方向等间隔均匀分布，相应地，锁块保持器51的侧壁上开设有数量与剪切槽251相同的剪切螺孔514，每个剪切槽251均与一个剪切螺孔514相对应，每个剪切螺孔514和剪切槽251内均穿设有一个剪切螺钉2510，剪切螺钉2510与剪切螺孔514螺纹连接，并穿设在剪切槽251内，剪切螺钉2510在轴向上限制了扩展筒25与锁块保持器51的相对位移。

参照图6-8，扩展筒25的外壁上开设有数量与支撑片簧52相同的导向槽311，导向槽311为长条形下沉槽并沿着轴向延伸，每个导向槽311均与一个支撑片簧52相对应，每个支撑片簧52均卡在一个对应的导向槽311内，当扩展筒25相对锁块保持器51滑动时，支撑片簧52能够在导向槽311内滑动，从而导向槽311能够对支撑片簧52的方位进行限定，避免支撑片簧52的位置发生偏移，保证支撑片簧52对定位锁块53的弹性支撑作用。

参照图6-8，锁块保持器51与扩展筒25相重叠部分的外壁上开设有若干安装槽513，具体地，安装槽513开设有三个，三个安装槽513沿锁块保持器51外壁的圆周方向等间隔均匀分布，安装槽513为下沉槽，安装槽513的底面上开设有销钉孔5131和螺钉孔5132，销钉孔5131和螺钉孔5132均为通孔，为了对扩展筒25及整个保持组件2的滑动进行限定，在每个安装槽513内均安装有一个扩展导向组件54，扩展导向组件54包括定位螺钉541、压板542和导向销钉543，压板542的形状与安装槽513的形状相匹配，定位螺钉541穿过压板542连接在螺钉孔5132内从而固定压板542，导向销钉543穿设在销钉孔5131内，且压板542与导向销钉543弹性抵接。

参照图6-8，相应地，扩展筒25的外壁上开设有数量与安装槽513相同的定位槽252，定位槽252为长条形下沉槽并沿着轴向延伸，每个定位槽252均与一个安装槽513相对应，每个扩展导向组件54的导向销钉543均卡入一个对应的定位槽252内，从而当扩展筒25在锁块保持器51内滑动时，导向销钉543能够避免扩展筒25绕轴线发生转动，进而限定整个保持组件2仅能够沿轴向滑动，避免保持组件2绕轴线的转动。

参照图4-9，定向杆3整体为长杆结构，包括杆身31、连接帽32和打孔锥33，其中，杆身31穿设在扩展筒25、凸块支架23和连接接头26的内圈，杆身31的一端穿过两个对开环27并穿入打捞头1的安装孔11内，连接帽32设置在杆身31位于安装孔11内的端部，连接帽32为圆柱形结构，连接帽32与杆身31同轴固定，连接帽32的直径大于杆身31穿入安装孔11内的部分的直径，且连接帽32的直径大于两个对开环27所组成的圆环结构的内径，连接帽32与安装孔11的内壁之间滑动连接，从而连接帽32能够限定杆身31的端部仅在安装孔11内滑动，保证定向杆3与打捞头1的连接。

参照图6-9，自定位组件6包括主芯轴61、分体衬套62、弹簧套63、扭簧64、定位块65和铳头限位器66，其中，主芯轴61为空心结构的长轴，主芯轴61的内圈为主芯孔610，主芯轴61的一端穿入锁块保持器51并穿入扩展筒25的内部，主芯轴61与扩展筒25滑动连接，且主芯轴61的外壁与锁块保持器51的内壁之间设有用于容纳扩展筒25、并使扩展筒25进入的间隙；定向杆3的杆身31背离连接帽32的一端穿入主芯孔610内，且定向杆3的杆身31位于主芯孔610内的部分上开设有导向槽311和销孔三312，导向槽311为长条形的下沉槽，导向槽311沿着杆身31的长度方向延伸，销孔三312为通孔，销孔三312沿径向贯通杆身31的侧壁，相应地，主芯轴61的侧壁上开设有导向销孔612和销孔五611，导向销孔612和销孔五611均为通孔，导向销孔612与杆身31上的导向槽311相对应，销孔五611与杆身31上的销孔三312相对应，导向销孔612内穿设有杆导向销6121，且杆导向销6121穿过导向销孔612伸到导向槽311内，用于阻止杆身31相对于主芯轴61的转动，而销孔五611和销孔三312内穿设有剪切销二6111，剪切销二6111通过销孔三312贯穿杆身31，且剪切销二6111的端部位于销孔五611内，用于阻止杆身31相对于主芯轴61的轴向移动。

参照图6，主芯轴61的外壁上设置有多个销孔六613，销孔六613为盲孔，相应地，锁块保持器51的侧壁上开设有多个销孔四515，销孔四515为通孔，每个销孔六613均与一个销孔四515相对应，且每组对应的销孔六613和销孔四515内均穿设有一个定位释放剪切销6131，定位释放剪切销6131用于阻止主芯轴61相对于锁块保持器51的轴向位移；销孔六613的外侧设置有止动台阶6132，止动台阶6132为主芯轴61外壁上的环状凸起，止动台阶6132用于对扩展筒25移动的极限位置进行限定。

参照图6和图7，分体衬套62为半圆筒状结构，两个分体衬套62围设在主芯轴61的外壁上形成两端开口的圆筒结构，分体衬套62的靠近其一端的外周壁上设置有螺纹，分体衬套62穿入锁块保持器51内并与锁块保持器51螺纹连接，分体衬套62套设在主芯轴61的外壁上，分体衬套62与主芯轴61之间在未受约束时可以相对滑动，分体衬套62穿入锁块保持器51内的端部的开口边缘设置有受击斜面623，受击斜面623为一环形的锥面结构，相应地，主芯轴61的外壁上设置有冲击斜面618，冲击斜面618绕主芯轴61外壁一周形成环形的锥面，冲击斜面618和受击斜面623沿轴向相互对应，当主芯轴61发生轴向移动使得冲击斜面618与受击斜面623相接触时，分体衬套62能够对主芯轴61的位置进行阻挡，阻止主芯轴61进一步从锁块保持器51及扩展筒25内脱出。

参照图7和图9，分体衬套62背离受击斜面623的端部设置有弹簧定位孔621，弹簧定位孔621为盲孔，扭簧64套设在主芯轴61上，扭簧64的一端穿入弹簧定位孔621，并与分体衬套62的端面相抵接；主芯轴61的外壁上开设有弹簧锁定槽614，扭簧64的另一端穿入弹簧锁定槽614，弹簧锁定槽614内安装有弹簧紧定螺母6141，弹簧紧定螺母6141将扭簧64的端部固定在弹簧锁定槽614内，从而扭簧64能够在主芯轴61上施加扭力，使得主芯轴61有绕着轴线相对于分体衬套62发生转动的趋势。

参照图7和图9，弹簧套63为两端开口的圆筒，弹簧套63套设在主芯轴61的外侧，弹簧套63与主芯轴61之间设置有间隙，扭簧64位于弹簧套63与主芯轴61之间的间隙处，另外，弹簧套63部分重叠地套设在分体衬套62的外侧，且弹簧套63与分体衬套62相重叠的部分上开设有第三紧定孔631，相应地，分体衬套62与弹簧套63相重叠的部分上开设有第二紧定孔622，第二紧定孔622与第三紧定孔631相对应，第三紧定孔631与第二紧定孔622内穿设有簧套紧定螺钉632，簧套紧定螺钉632将弹簧套63的位置与分体衬套62进行锁定，使得弹簧套63能够对扭簧64进行充分保护。

参照图9-11，主芯轴61的侧壁上开设有铳头孔616，用于安装铳头组件7，铳头孔616为圆孔并贯通至主芯孔610内，主芯轴61的侧壁上还开设有弹块定位孔619，弹块定位孔619贯通至主芯孔610内，上述的定位块65安装在弹块定位孔619处，定位块65通过一长条形的弹性板与主芯轴61弹性连接，当处在未受力的自由状态下时，定位块65的一部分穿入弹块定位孔619内，另一部分凸设于主芯轴61外壁的外侧，主芯轴61在弹块定位孔619处安装有一限位销615，限位销615用于限定定位块65的位置，避免定位块65完全从弹块定位孔619处脱出，当受到来自于主芯轴61外侧的挤压时，定位块65可完全缩入弹块定位孔619内，并在外力解除后恢复到原来的位置。

参照图9-11，打孔锥33设置在杆身31背离连接帽32的一端，并与杆身31一体设置，打孔锥33穿设在主芯孔610内，打孔锥33上设置有引导锥面331，引导锥面331为相对于轴线倾斜的斜面，引导锥面331朝向铳头孔616，引导锥面331用于和铳头组件7相配合以形成打孔的动作，另外，打孔锥33的侧壁与弹块定位孔619相对应，且打孔锥33与弹块定位孔619相对应的位置开设有让位槽332，定位块65在受到主芯轴61外部的外力挤压时，让位槽332能够使定位块65充分进入弹块定位槽252内。

参照图9-11，铳头组件7包括铳头座71、打孔铳头72、连接剪切销73、紧定螺帽74和剪切销钉75，铳头座71为圆柱形结构，铳头座71的直径与铳头孔616的直径相匹配，铳头座71滑动连接在铳头孔616内，铳头座71朝向铳头孔616外侧的端部设置为向内收缩的圆台形结构，打孔铳头72为圆柱形结构，打孔铳头72的直径与铳头座71圆台顶面的直径相同，打孔铳头72安装在铳头座71圆台的顶面上并与铳头座71相贴合，打孔铳头72朝向铳头座71的表面上开设有若干连接销孔721，连接销孔721为盲孔，相应地，铳头座71上开设有数量与连接销孔721相同的连接孔712，每个连接孔712均与一个连接销孔721相对应，连接剪切销73穿设在连接孔712与连接销孔721内，从而实现打孔铳头72与铳头座71的连接，此外，打孔铳头72的端面和侧壁上开设有相交且连通的压力释放孔722，降低了打孔时实心结构的打孔铳头72镶嵌在油管安全阀的孔壁上堵住孔道的风险；铳头座71的侧壁上开设有落料孔713，落料孔713为圆形盲孔，连接孔712贯通至落料孔713内，方便将切断的连接剪切销73从落料孔713内取出。

参照图9-11，铳头座71朝向打孔锥33的端部设置有配合斜面711，配合斜面711的斜度与打孔锥33的引导锥面331的斜度相同，配合斜面711与引导锥面331相互面对设置，当定向杆3整体沿轴向在主芯孔610内移动时，在打孔锥33的推动下，定向杆3能够将作用力经引导锥面331传递至配合斜面711，从而推动铳头座71整体向铳头孔616外移动，以形成打孔的动作；另外，铳头座71上沿径向开设有锁定孔714，锁定孔714贯通铳头座71，相应地，主芯轴61的侧壁上沿径向开设有铳头定位孔617，铳头定位孔617贯通至主芯孔610内并与锁定孔714相对应，上述的剪切销钉75穿设在铳头定位孔617内，并有部分穿入锁定孔714，上述的紧定螺帽74螺纹连接在剪切销钉75背离铳头座71的端部，实现对整个铳头组件7的锁定，当打孔锥33推动铳头座71时，铳头座71在外力的作用下能够将剪切销钉75剪断，从而铳头座71获得释放，能够向铳头孔616外移动。

参照图9-11，铳头孔616在主芯轴61外壁上的开口的边缘开设有扩展槽6161，上述的铳头限位器66安装在扩展槽6161内，铳头限位器66为长条形板状结构，并贴在扩展槽6161的底部，铳头限位器66通过螺钉与主芯轴61固定连接，铳头限位器66的一端伸到铳头孔616中，相应地，铳头座71的外壁上设置有限位台阶715，限位台阶715为阶梯状结构，限位台阶715朝向铳头限位器66，当打孔锥33推动铳头座71向铳头孔616外移动时，限位台阶715将抵在铳头限位器66上，从而避免了铳头座71完全从铳头孔616内脱离，方便打孔后对铳头组件7进行重复使用。

本发明的实施原理是：

将钢丝工具与组装好的本发明的油管安全阀自定位穿孔工具相连接后一起下入井下，使本发明下入油管安全阀的顶部接头01内，当定位锁块53卡入顶部接头01内的坐落槽011上时，本发明的位置被固定；在此过程中，定位锁块53处于激活状态，定位锁块53受到顶部接头01侧壁的推力并保持在缩入锁块槽511内的状态，直到定位锁块53的位置到达坐落槽011后，支撑片簧52向锁块槽511外推动定位锁块53卡入坐落槽011，此时本发明各部件的位置如图12所示，为第一状态；

当本发明处于第一状态后，向下震击打捞头1，震击的作用力通过剪切销一222及整个保持组件2传递到剪切螺钉2510处，剪切螺钉2510被剪断，整个保持组件2随打捞头1一起向下运动，从而保持组件2相对安装套筒4向下滑动，直到扩展筒25抵在主芯轴61的止动台阶6132上，此时扩展筒25完全插入到锁块保持器51与主芯轴61之间的间隙内，扩展筒25对定位锁块53形成刚性的支撑作用，使得本发明的穿孔工具以刚性支撑的方式完全坐挂于顶部接头01的坐落槽011上，此时为第二状态；

当本发明处于第二状态后，继续向下震击打捞头1，则扩展筒25将对主芯轴61的止动台阶6132产生冲击，从而主芯轴61能够将作用力传递至定位释放剪切销6131，定位释放剪切销6131被剪断，主芯轴61与锁块保持器51之间的锁定被解除，从而扭簧64能够释放弹性势能，带动主芯轴61绕轴线转动，主芯轴61同时带动定向杆3、定位块65及铳头组件7转动，直到定位块65进入油管安全阀顶部接头01的落位槽02中，定位块65在自身弹力的作用下卡入落位槽02，阻止主芯轴61的继续转动，此时铳头孔616及其中的铳头组件7恰好与油管安全阀液压活塞腔的薄壁03处相对应，实现了铳头组件7的自定位，此时为第三状态；

当定位释放剪切销6131被切断后，打捞头1及整个保持组件2在震击的作用下继续向下移动，凸块支架23上的定位凸块24沿轴向到达并插入安装套筒4侧壁上的定位凹槽41内，使得保持组件2的位置被锁定，继而，当本发明处于第三状态后，继续向下震击打捞头1，由于定位凸块24已插入定位凹槽41内，因此凸块支架23与安装套筒4之间的相对位置被定位凸块24锁定，打捞头1所受的冲击力传递至剪切销一222，剪切销一222被剪断，打捞头1及连接接头26在前端保持器21和凸块支架23的内圈向下滑动，直到安装孔11的底部与定向杆3的连接帽32相抵接，此时为第四状态；

当本发明处于第四状态后，继续向下震击打捞头1，则震击作用力将直接由打捞头1传递至定向杆3，进而传递至剪切销二6111，剪切销二6111被剪断，从而定向杆3与主芯轴61之间的锁定被解除，定向杆3在主芯孔610内相对主芯轴61向下移动，使得打孔锥33的引导锥面331与铳头座71的配合斜面711相接触；继续向下震击打捞头1，震击作用力由引导锥面331传递至铳头座71，进而传递至剪切销钉75，剪切销钉75被剪断，铳头座71与主芯轴61之间的锁定被解除，则定向杆3的打孔锥33能够推动整个铳头组件7向铳头孔616外移动，不断继续震击打捞头1，铳头组件7的打孔铳头72将对油管安全阀液压活塞腔的薄壁03处产生冲击，直到薄壁03被击穿；

薄壁03被撞穿后，油管安全阀液压活塞腔与油管内部连通形成通道，液压介质的压力可以从油管安全阀液压活塞腔进到油管内部，此时即可通过控制油管安全阀液压活塞腔的压力，来控制之后安装在油管安全阀内部的钢丝安全阀的启闭，油管安全阀的功能得以恢复。

本发明的有益效果是：

首先，本发明的穿孔工具利用钢丝工具下入井下，通过不断震击打捞头1即可实现穿孔功能，这种方法相对于液压打孔，具有不需要额外配备压力泵提供压力、操作更简便、节省作业成本的优点，且避免了液压打孔方式所存在的因穿孔工具密封件损坏泄漏而导致的作业失败的风险。

其次，本发明的穿孔工具可实现轴向、径向的双向自定位，定位更加准确。在进入油管安全阀的顶部接头01时，定位锁块53能够坐挂在坐落槽011里，扩展筒25对定位锁块53刚性支撑后即可实现工具的轴向定位；当定位释放剪切销6131被剪断后，扭簧64在自身弹力作用下复位，带动主芯轴61转动，同时定位块65和铳头组件7随之转动，当定位块65转到落位槽02时，定位块65在弹力的作用下卡在落位槽02内，此时主芯轴61及铳头组件7的位置均被锁定，能够使铳头组件7对应的方向唯一朝向油管安全阀液压活塞腔的薄壁03，实现径向定位，定位更加精准，避免误打孔。此外，本发明能够使与之配合使用的油管安全阀顶部接头01得以做成整体式，减少了油管安全阀的泄漏点。

最后，分体式结构的铳头组件7在打孔后，在对工具整体进行打捞时，可以在冲击力的作用下剪断连接剪切销73，丢弃打孔铳头72，避免了传统的打孔铳头72在井下打孔时遇卡阻而难于脱离，进而导致的整个工具取出受阻的情况，降低了因工具的局部损坏而导致的工具整体报废的风险；另外，在作为直接参与打孔的打孔铳头72正上端面和侧面分别设计了相交的压力释放孔722结构，降低了实心结构的打孔铳头72镶嵌在油管安全阀的孔壁上堵住孔道的风险，进一步提高了穿孔工具打孔的灵活性和成功率。

上仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种井下油管安全阀自定位穿孔工具，其特征在于，包括从上至下相连接的打捞头(1)、保持组件(2)、安装套筒(4)、锁块组件(5)和自定位组件(6)，还包括定向杆(3)和铳头组件(7)；

所述自定位组件(6)包括主芯轴(61)、扭簧(64)和分体衬套(62)，所述分体衬套(62)与所述锁块组件(5)相连接，所述扭簧(64)与所述分体衬套(62)和所述主芯轴(61)相连接；所述主芯轴(61)与所述锁块组件(5)之间连接有受冲击时可被剪断的定位释放剪切销(6131)；

所述主芯轴(61)上安装有定位块(65)，所述铳头组件(7)安装在所述主芯轴(61)上。

2.根据权利要求1所述的井下油管安全阀自定位穿孔工具，其特征在于，所述锁块组件(5)包括锁块保持器(51)、支撑片簧(52)和定位锁块(53)，所述锁块保持器(51)与所述安装套筒(4)相连接，所述定位锁块(53)安装在所述锁块保持器(51)上，所述支撑片簧(52)与所述锁块保持器(51)和所述定位锁块(53)相连接。

3.根据权利要求2所述的井下油管安全阀自定位穿孔工具，其特征在于，所述铳头组件(7)包括铳头座(71)、打孔铳头(72)和连接剪切销(73)，所述连接剪切销(73)连接在所述铳头座(71)和所述打孔铳头(72)之间。

4.根据权利要求3所述的井下油管安全阀自定位穿孔工具，其特征在于，所述定向杆(3)与所述打捞头(1)相连接，所述定向杆(3)与所述主芯轴(61)之间连接有受冲击时可被剪断的剪切销二(6111)。

5.根据权利要求1-4任一所述的井下油管安全阀自定位穿孔工具，其特征在于，所述保持组件(2)包括从上至下相连接的前端保持器(21)、剪切块(22)、凸块支架(23)和扩展筒(25)；

所述剪切块(22)与所述打捞头(1)之间连接有受冲击时可被剪断的剪切销一(222)，所述扩展筒(25)与所述锁块保持器(51)之间连接有受冲击时可被剪断的剪切螺钉(2510)。

6.根据权利要求5所述的井下油管安全阀自定位穿孔工具，其特征在于，所述保持组件(2)还包括连接接头(26)和定位凸块(24)，所述定位凸块(24)可活动地安装在所述凸块支架(23)上，所述安装套筒(4)上开设有定位凹槽(41)；所述连接接头(26)与所述打捞头(1)和定位凸块(24)相连接。

7.根据权利要求6所述的井下油管安全阀自定位穿孔工具，其特征在于，所述打捞头(1)上开设有安装孔(11)，所述定向杆(3)包括杆身(31)和连接帽(32)，所述连接帽(32)设置于所述杆身(31)的一端，所述连接帽(32)设置于所述安装孔(11)内；

所述连接接头(26)与所述打捞头(1)之间设置有对开环(27)，所述杆身(31)穿过所述对开环(27)。

8.根据权利要求3或4所述的井下油管安全阀自定位穿孔工具，其特征在于，所述定向杆(3)包括杆身(31)和打孔锥(33)，所述打孔锥(33)上设置有引导锥面(331)，所述铳头座(71)上设置有配合斜面(711)，所述引导锥面(331)和所述配合斜面(711)相互面对设置。

9.根据权利要求8所述的井下油管安全阀自定位穿孔工具，其特征在于，所述主芯轴(61)上开设有弹块定位孔(619)，所述定位块(65)安装在所述弹块定位孔(619)处，并与所述主芯轴(61)弹性连接；

所述打孔锥(33)上设置有让位槽(332)，所述让位槽(332)与所述弹块定位孔(619)相对应。

10.根据权利要求3或4所述的井下油管安全阀自定位穿孔工具，其特征在于，所述主芯轴(61)上设置有铳头孔(616)，所述铳头组件(7)安装在所述铳头孔(616)处。

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