CN100356033C - 可钻进薄壁尾管液压脱手装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可钻进薄壁尾管液压脱手装置及其操作方法，主要包括外筒、外筒延伸筒、中轴、送入工具顶部接头，外筒通过外筒棘爪与中心轴扭矩传递槽楔合并限位，外筒顶部装有扶正套，在中心轴内通过剪钉和剪钉销孔固装有锁定解锁机构，该锁定解锁机构下端通过螺纹连接导球套，外筒和中心轴上分别对应设置有数个锁定球窝，并通过锁定球锁定，在锁定解锁机构中部的外壁上设有不少于一圈的解锁环形槽，锁定解锁机构下部固装有球座。优点是：下入过程中可旋转、上提下放并循环；外筒壁厚与尾管壁厚相近，四级多底分支井主井眼沟通时留在主井眼内的尾管串易于套铣沟通下部井筒；可一趟钻完成丢手、固井和外层套管窗口挤水泥作业；操作简便、制造成本低以及安全可靠。

Description

可钻进薄壁尾管液压脱手装置及其操作方法

技术领域

本发明属于石油钻井用尾管挂技术领域，特别是涉及一种用于四级多底分支井较上部分支井眼的可钻进薄壁尾管液压脱手装置及其操作方法。

背景技术

对于油田钻井中尾管固井装置，目前已有很多技术开发出来，但是由于井下的各种复杂条件，下入尾管、送入工具与尾管串脱手仍然比较困难，尤其是四级多底分支井和大斜度井尾管固井，要求在下入尾管过程中能够旋转活动管串并实现循环，在尾管到位后液压脱手；而对于四级多底分支井主井眼沟通时，则需要主井眼内的尾管易于套铣来沟通下部井筒，目前这方面的研究尚属空白。现在已有的尾管脱手技术主要有：反扣正转脱手，由于正转将使尾管串脱手，在设计脱手深度以上的井段下入期间不能旋转，对于易发生缩径或垮塌的井眼存在无法将尾管串下到设计深度的风险，即使下到设计井深也可能由于旋转时尾管串不能提供反扭矩而无法脱手，可靠性差；液压脱手，多年来在石油天然气开采工业中也有所应用，目前国际上，尾管液压脱手的研究已有过一些成功的例子，如贝克石油工具、威德福、哈里巴顿、斯伦贝谢等国际石油服务公司都拥有各自的尾管液压脱手工具，但他们的工具实行脱手后留在井筒下的工具壁厚通常在22mm以上，而当用于四级多底分支井中沟通主眼井时套铣困难，工作效率低、费用昂贵并且交货期长。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种将尾管悬挂在送入工具上，用钻杆送尾管串，下入至设计深度后液压解除尾管串与其送入工具的锁定，将尾管串坐放在设计深度，以完成后续固井作业的可旋转钻进的用于四级多底分支井较上部分支井眼的尾管液压脱手装置。该脱手装置与尾管相连的外筒壁厚与尾管壁厚相近，易于井下套铣，以沟通下部井眼。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

此可钻进薄壁尾管液压脱手装置主要包括外筒、外筒下端连接有外筒延伸筒、外筒内设有中心轴、中心轴顶部通过安全螺纹与送入工具顶部接头连接，其特征在于：壁厚与尾管壁厚相近的外筒通过顶端的外筒棘爪与中心轴上的扭矩传递槽楔合并限位，在外筒顶部通过螺纹安装有扶正套，在中心轴内通过剪钉固装有锁定解锁机构，该锁定解锁机构下端通过螺纹连接导球套，导球套与其下侧的中心轴变径接头可相对移动，中心轴变径接头螺纹连接中心延伸管，在外筒和中心轴上分别对应设置有数个外筒锁定球窝和中心轴锁定球窝，外筒和中心轴通过锁定球锁定，在锁定解锁机构中部的外壁上设有不少于一圈的解锁环形槽，锁定解锁机构上部至解锁环形槽之间内壁固装有球座。

本发明还采用如下技术措施：

所述锁定解锁机构设计呈圆筒状，其顶部至解锁环形槽之间依次开有泄压孔、反循环孔，解锁环形槽下侧开有止回销钉孔，止回销钉通过止回销钉弹簧和止回销钉压帽压缩在止回销钉孔内。

所述外筒锁定球窝和中心轴锁定球窝设计呈锥形，锁定球的球心设置在中心轴本体上。

中心轴安全螺纹一侧依次开有传压孔、反循环孔和导压槽，中心轴对应于锁定解锁机构止回销钉孔的下方开有止回销钉槽。

在导球套套体上开有传压孔。

可钻进薄壁尾管液压脱手装置的操作方法，其特征在于：按照尾管串设计要求连接所需常规部件，用钻杆将尾管串送入到位后实现液压脱手并进行固井作业。

当将尾管串送入过程中遇阻时可通过钻杆、中心轴扭矩传递槽和外筒棘爪对尾管串施加扭矩旋转，当尾管串送入到位后，从钻杆内投入解锁球并使其落入球座内，憋压至3～6MPa，使锁定解锁机构剪断剪钉向下运动，锁定解锁机构的解锁环形槽到达锁定球位置时，锁定球退回至中心轴锁定球窝和解锁环形槽形成的空间内，中心轴与外筒的锁定解除，止回销钉到达中心轴止回销钉槽并锁定，防止锁定解锁机构二次移动，实现尾管串脱手。上提送入钻具将反循环孔提出外筒顶端，将解锁球反循环出井，然后下放送入钻具关闭反循环孔，进行固井作业并起出钻杆和送入工具。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明外筒顶部的外筒棘爪与中心轴上的扭矩传递槽楔合并限位，当钻杆将尾管串送入井下过程中遇阻时，通过钻杆、中心轴扭矩传递槽和外筒棘爪对尾管串施加扭矩实现旋转，解决了现有的尾管工具在尾管下入过程中遇卡不能旋转的难题；外筒与中心轴采用锁定球和锥形锁定球窝的锁定解锁机构锁定，而且将锁定球的球心设置在中心轴本体内，同时利用液压方式解除对锁定球的限制使得锁定球离开锁定位置，解除送入工具与尾管串的悬挂锁定；留在井下的外筒壁厚与尾管壁厚相近，四级多底分支井主井眼沟通时留在主井眼内的尾管附件易于套铣沟通下部井筒，这不仅节省钢材、提高井下套铣工作效率、而且还可降低操作费用；此外本发明还具有结构简单、操作简便、制造成本低以及安全可靠等优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的I部放大图；

图4是图1的II部放大图；

图5是图1的III部放大图；

图6是本发明单向密封阀结构示意图。

图中：1外筒、1-1外筒棘爪、1-2外筒锁定球窝、2外筒延伸筒、3中心轴、3-1中心轴密封圈、3-2扭矩传递槽、3-3安全螺纹、3-4传压孔、3-5反循环孔、3-6导压槽、3-7止回销钉槽、3-8中心轴锁定球窝、4锁定球、5中心轴变径接头、6中心延伸管、7锁定解锁机构、7-1球座、7-1-1球座密封、7-1-2球座导球套、7-2解锁环形槽、7-3泄压孔、7-4反循环孔、7-5锁定解锁密封圈、7-6导球套、7-6-1导球套传压孔、8解锁球、9送入工具顶部接头、9-1顶部接头安全螺纹、9-2密封圈、10尾管、11单向密封阀、11-1阀板、11-2单向密封阀密封、12抛光管、13剪钉、14止回销钉、14-1止回销钉弹簧、14-2止回销钉压帽、15扶正套、16尾管胶塞、17浮箍、18浮鞋。

具体实施方式

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

请参阅图1-图6，可钻进薄壁尾管液压脱手装置，主要包括外筒1、外筒下端连接有外筒延伸筒2、外筒内设有中心轴3、中心轴顶部通过安全螺纹3-3和9-1与送入工具顶部接头9连接，壁厚与尾管壁厚相近的外筒通过顶端的外筒棘爪1-1与中心轴上的扭矩传递槽3-2楔合并限位，在外筒顶部通过螺纹安装有扶正套15，在中心轴内通过剪钉13固装有锁定解锁机构7，该锁定解锁机构下端通过螺纹连接导球套7-6，在外筒和中心轴上分别对应设置有多个外筒锁定球窝1-2和中心轴锁定球窝3-8，所述外筒锁定球窝和中心轴锁定球窝设计呈锥形，外筒和中心轴通过锁定球4锁定，锁定球4的球心设置在中心轴3本体上，锁定解锁机构的外壁顶住锁定球。所述锁定解锁机构设计呈圆筒状，在锁定解锁机构与解锁环形槽7-2之间，依次开有泄压孔7-3、反循环孔7-4，解锁环形槽7-2下侧开有止回销钉孔，止回销钉14通过止回销钉弹簧14-1和止回销钉压帽14-2压缩在止回销钉孔内，解锁环形槽7-2的上下均设有密封圈7-5，所述解锁环形槽7-2的位置对应于外筒锁定球窝1-2和中心轴锁定球窝3-8的上下两侧，其作用是为解除外筒与中心轴锁定时提供放置锁定球的空间。中心轴安全螺纹3-3下部依次开有传压孔3-4、反循环孔3-5和导压槽3-6，中心轴对应于锁定解锁机构止回销钉孔的下侧开有止回销钉槽3-7，反循环孔3-5上下各设有中心轴密封圈3-1。在锁定解锁机构7的中上部设有球座7-1，球座7-1上侧的导球套7-1-2与送入工具顶部接头螺纹连接，在球座和泄压孔7-3之间固装有球座密封7-1-1，导球套7-6上端螺纹连接锁定解锁机构7，导球套7-6下端与其下侧的中心轴变径接头5可相对移动，中心轴变径接头通过螺纹连接中心延伸管6，在导球套7-6套体上开有导球套传压孔7-6-1。送入工具顶部接头9靠近下部还设有密封圈9-2。

中心延伸管6通过螺纹连接抛光管12，抛光管穿过尾管10通过销钉连接尾管胶塞16，抛光管通过与单向密封阀密封11-2的配合实现与尾管密封。阀板11-1安装在单向密封阀11的顶端并处于开启状态。外筒延伸筒2下端依次螺纹连接有一节尾管10，尾管10连接单向密封阀、尾管10、浮箍17、尾管10、浮鞋18。

本发明的操作方法叙述如下：

按照设计要求连接尾管串，用钻杆将尾管串送入到位。在尾管串送入过程中遇阻时，可以通过钻杆、中心轴扭矩传递槽3-2和外筒棘爪1-1对尾管串施加扭矩旋转。循环调整钻井液性能。先在钻杆内投入解锁球8，解锁球落入球座7-1内，憋压至3-6MPa，此时由锁定解锁机构7产生的下行力剪断剪钉13，当锁定解锁机构下行至解锁环形槽7-2对应于锁定球4位置时，锁定球退回至中心轴锁定球窝3-8和解锁环形槽形成的空间内，此时便可解除中心轴3与外筒的锁定，同时止回销钉14运行至止回销钉槽3-7并锁定，防止锁定解锁机构7的二次移动，实现尾管串脱手。上提钻杆和送入工具，使中心轴的反循环孔3-5和锁定解锁机构的反循环孔7-4均位于外筒1顶端以上，经中心轴的反循环孔3-5和锁定解锁机构反循环孔7-4进行反循环，将解锁球8反循环出井，然后下放钻杆和送入工具至原位，进行固井作业，注完水泥后在钻杆内投入钻杆胶塞，用泥浆泵顶替钻杆胶塞至尾管胶塞处，继续憋压至6-10MPa，剪断尾管胶塞与抛光管12的销钉，正循环顶替钻杆胶塞和尾管胶塞16下行至浮箍17，实现固井碰压。上提送入工具，该送入工具由中心轴3、中心延伸管6及其内的锁定解锁机构7、锁定球4和抛光管12构成，抛光管脱离尾管单向密封阀11后，阀板11-1在弹簧的作用下关闭。将送入工具继续上提至外筒1顶部扶正套15以上，循环清洗多余泥浆。固井水泥浆初凝以后，在尾管顶部注入水泥段塞，继续上提送入工具至水泥段塞顶，关闭防喷器，将水泥挤至外层套管窗口处，提高外层套管窗口处固井质量，打开防喷器并起出钻杆和送入工具。

Claims (6)

1.一种可钻进薄壁尾管液压脱手装置，主要包括外筒，外筒下端连接有外筒延伸筒，外筒内设有中心轴，中心轴顶部通过安全螺纹与送入工具顶部接头连接，其特征在于：壁厚与尾管壁厚相近的外筒通过顶端的外筒棘爪与中心轴上的扭矩传递槽楔合并限位，在外筒顶部通过螺纹安装有扶正套，在中心轴内通过剪钉固装有锁定解锁机构，该锁定解锁机构下端通过螺纹连接导球套，导球套与其下侧的中心轴变径接头可相对移动，中心轴变径接头螺纹连接中心延伸管，在外筒和中心轴上分别对应设置有数个外筒锁定球窝和中心轴锁定球窝，外筒和中心轴通过锁定球锁定，在锁定解锁机构中部的外壁上设有不少于一圈的解锁环形槽，锁定解锁机构上部至解锁环形槽之间内壁固装有球座。

2.根据权利要求1所述的可钻进薄壁尾管液压脱手装置，其特征在于：所述锁定解锁机构设计呈圆筒状，其顶部至解锁环形槽之间依次开有泄压孔、反循环孔，解锁环形槽下侧开有止回销钉孔，止回销钉通过止回销钉弹簧和止回销钉压帽压缩在止回销钉孔内。

3.根据权利要求1所述的可钻进薄壁尾管液压脱手装置，其特征在于：所述外筒锁定球窝和中心轴锁定球窝设计呈锥形，所述锁定球的球心设置在中心轴本体上。

4.根据权利要求1所述的可钻进薄壁尾管液压脱手装置，其特征在于：中心轴安全螺纹一侧依次开有传压孔、反循环孔和导压槽，中心轴对应于锁定解锁机构止回销钉孔的下方开有止回销钉槽。

5.根据权利要求1所述的可钻进薄壁尾管液压脱手装置，其特征在于：在导球套套体上开有传压孔。

6.一种可钻进薄壁尾管液压脱手装置的操作方法，其特征在于：按照尾管串设计要求连接所需常规部件，然后用钻杆将尾管串送入到位，并一次实现尾管固井和外层套管窗口挤水泥；

如果尾管下入过程中遇阻，通过钻杆、中心轴扭矩传递槽和外筒棘爪对尾管串施加扭矩旋转；当尾管串送入到位后，从钻杆内投入解锁球并使其落入球座内，憋压至3～6MPa，使锁定解锁机构产生向下运动的力，剪断剪钉，锁定解锁机构的解锁环形槽下行至锁定球位置时，锁定球退回至中心轴锁定球窝和解锁环形槽形成的空间内，解除中心轴与外筒的锁定，同时止回销钉运行至止回销钉槽并锁定，这样可防止锁定解锁机构二次移动，实现尾管串脱手，然后进行固井作业。

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