CN101614118A - 一种水下切割工具的离合锁解及旋转机构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种水下切割工具的离合锁解及旋转机构，包括：旋转轴芯装入滑动轴承中，滑动轴承装入锁卡壳体中，旋转轴芯上设置有凸出台肩，台肩的一侧与锁卡壳体设置有沿旋转轴芯中心线方向的第二弹簧，一导向封头与锁卡壳体的一端口固定连接，台肩的另一侧与导向封头的内面可离合的连接；锁卡壳体的外壁上设置有凸键。外悬挂定位机构与离合锁解及旋转机构及解锁卡定位芯轴组成的水下切割工具在钻柱旋转时，公转甩动半径小，作业平稳，不会造成钻杆折断事故。作业可靠性高，工作效率高，节约成本，经济效益显著。而且该组合工具适用于浅水和深水井口切割作业，在超深水作业时，如超过1000米水深，该组合工具与泥浆马达配合使用将更加安全可靠。

Description

一种水下切割工具的离合锁解及旋转机构

技术领域

本发明涉及海洋石油钻探技术领域，特别涉及一种提水下切割工具的离合锁解及旋转机构。

背景技术

根据国际惯例和我国政府规定，海洋石油钻井完成后，未经国家政府部门批准，不得在泥线以上留下任何构筑物。为此，除了个别探井经申请保留井口外，绝大多数探井任务完成后都要把水下井口头系统从泥线以下切割回收到地面，消除泥线上遗留物，这就需要有水下专门切割回收工具由专门作业人员去作业。

通常，当水深不超过300米，可以采用传统座压式旋转切割井口头的办法，这种办法切割工具整个钻柱是受压的，旋转切割时隔水导管已解脱，钻柱在没有圆周限制的海水中即自转又公转，容易造成钻柱压弯甩动。如果是在较浅的水中作业，由于钻柱不长，甩动半经不会太大，这种方法可行。但近年来，随着作业水深的加深，超过300米，甚至是一千米及以上，如果继续采用座压式切割井口头则很容易发生甩动半径过大造成割刀稳定性差，受力不均，不易切割，同时甩动半径过大还容易发生折断钻柱的事故，甚至会因为海流影响而无法作业。

上述现有技术切割由于切割工具和井口没有相互自锁或定位，切割时容易移位割偏，造成切割时间加长，生产效率低。

发明内容

本发明的目的是，针对上述现有技术存在的缺陷提供了一种水下切割工具的离合锁解及旋转机构，使该切割工具在使用时，钻柱旋转时，其公转甩动半径小，作业平稳，作业可靠性高。

本发明的技术方案如下：

一种离合锁解及旋转机构，包括：锁卡壳体、滑动轴承、旋转轴芯，所述旋转轴芯装入所述滑动轴承中，所述滑动轴承装入所述锁卡壳体中，所述旋转轴芯上设置有凸出台肩，所述台肩的一侧与所述锁卡壳体设置有沿所述旋转轴芯中心线方向的第二弹簧，一导向封头与所述锁卡壳体的一端口固定连接，所述台肩的另一侧与所述导向封头的内面可离合的连接；所述锁卡壳体的外壁上设置有凸键。

其中，所述台肩的一侧与所述锁卡壳体之间装设有推力轴承，所述推力轴承与所述台肩的一侧装设有第二弹簧。

其中，锁卡壳体上设置有注油孔。

其中，所述台肩的另一侧与所述导向封头的内面可离合的连接；具体包括：所述导向封头内面设置有离合短销，所述台肩的另一侧设置离合齿，所述离合短销与所述离合齿可离合的连接。

其中，所述旋转轴芯的上端面设置有公螺纹或母螺纹，一定位芯轴下端设置有母螺纹或公螺纹，所述定位芯轴通过所述母螺纹或公螺纹连接装入所述旋转轴芯的上端，且所述定位芯轴上设置有定位台肩。

本发明的有益效果为：本发明提供的一种水下切割工具的离合锁解及旋转机构，与外悬挂定位机构和解锁卡定位机构配合使用，外悬挂定位机构卡挂在水下井口头上，钻柱旋转时处于受拉状态，其公转甩动半径小，作业平稳，不会造成钻杆折断事故。外悬挂定位机构的三个卡爪呈三角形分布符合稳定性原理，同时切割作业时外悬挂定位机构的三个卡爪紧紧抓住井口使外悬挂定位机构和井口结合成一体，提供了自动定位和侧向支座功能，这样割刀就可自动对中井口平稳进行切割，切割作业时井口系统呈受拉状态，切割断时井口不易倾倒，从指重表悬重的变化可直观知道井口头切断与否，因此作业可靠性高，工作效率高，节约成本，经济效益显著。而且该组合工具适用于浅水和深水井口切割作业。

附图说明

图1为本发明提供的一种水下切割工具的外悬挂定位机构的分解示意图；

图2为本发明提供的一种水下切割工具的离合锁解及旋转机构的组装示意图；

图3为本发明提供的一种提拉式全水深外悬挂离合锁解水下井口切割回收组合工具的组装示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种水下切割工具的离合锁解及旋转机构，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

如图1、图2、图3所示，为了实现平稳、高可靠性及高效率深水井口切割作业，不会造成钻杆折断事故，本发明实施例提供的一种水下切割工具的离合锁解及旋转机构，其中，该切割工具包括：外悬挂定位机构A、离合锁解及旋转机构B和解锁卡定位芯轴C，其中：

所述外悬挂定位机构A包括：提升装置103、卡爪106、主体定位座108，其中所述提升装置103装设在所述主体定位座108上，该提升装置103用于将该组合工具提起来，该提升装置103在本实施例中是截面为帽状、其上面和下面为圆柱形的提升帽，该提升帽的上下面的中心设置有中心轴孔，其上面设置有挂扣部件，以方便采油平台上的装置能够将组合工具提升起来。

该主体定位座108是圆柱形，其轴向中心设置有圆孔，所述主体定位座108内壁设置有卡扣槽，具体包括：所述主体定位座108内壁设置有竖向的卡扣竖槽131和横向的卡扣横槽132。该竖向的卡扣竖槽131是用来穿过离合锁解及旋转机构B的凸键，然后通过转动将该凸键转到卡扣横槽132中，使离合锁解及旋转机构B与外悬挂定位机构A锁在一起。

该提升装置103固定装设在所述主体定位座108上，在本实施例中所述提升装置103与所述主体定位座108之间通过隔套104连接。也可通过其他的方式固定连接，该隔套104为三个，或者更多、更少个，隔套104可以焊接在提升装置103的下面和主体定位座108上面之间，所述提升装置103与所述主体定位座108之间具有隔套104长度的空隙，采油平台上的提升设备可以挂扣在该空隙中，将组合工具以及其他设备提上来。述提升装置103与所述主体定位座108之间也可通过其他的方式固定连接，提升装置103上有提升用的挂扣部件。

所述卡爪106可转动的连接在所述主体定位座108上，可优选的，所述卡爪106为三个，因为形成三角形的固定最为稳定，在其他实施例中，也可以为多个。所述卡爪106的一端和所述提升装置103通过第一弹簧105连接；在本实施例中，所述卡爪106为7字形，所述卡爪106的拐角处通过一销轴107可转动的装设在所述主体定位座108的槽内，所述卡爪106的顶面上设置有弹簧孔，所述提升装置103上设置有弹簧槽，所述第一弹簧105的一端装入所述弹簧槽中，所述弹簧的另一端装入所述弹簧孔中。所述卡爪106通过弹簧的弹性使其张开，在有物体压卡爪106的上端内面时又可以使卡爪106向中心挤压。该卡爪106的下端内面设置有用来卡住井口壁的牙槽。

所述离合锁解及旋转机构B包括：锁卡壳体111、滑动轴承113、旋转轴芯125，所述旋转轴芯125装入所述滑动轴承113中，所述滑动轴承113装入所述锁卡壳体111中，所述旋转轴芯125上设置有凸出台肩，该凸出台肩也可和芯轴分成二体制作，然后组装成一体，所述台肩的一侧与所述锁卡壳体111设置有沿所述旋转轴芯125中心线方向的第二弹簧118，一导向封头123与所述锁卡壳体111的一端口固定连接，所述台肩的另一侧与所述导向封头123的内面可离合的连接；在本实施例中，所述台肩的一侧与所述锁卡壳体111之间装设有推力轴承115，所述推力轴承115与所述台肩的一侧装设有第二弹簧118。第二弹簧118的一端可以通过一弹簧座119装设在旋转轴芯125台肩上。

所述锁卡壳体111的外壁上设置有凸键，所述主体定位座108内壁设置有卡扣槽，所述外悬挂定位机构A与所述离合锁解及旋转机构B通过所述卡扣槽卡扣且可锁定的连接。其中，在本实施例中，所述台肩的另一侧与所述导向封头123的内面可离合的连接；具体包括：所述导向封头123内面设置有离合短销，所述台肩的另一侧设置离合齿，所述离合短销与所述离合齿可离合的连接。

在进一步的实施例中，为了防止该主体定位座108在装入井口的时候被井壁撞坏主体定位座108的内壁，所述主体定位座108的内壁上装设有护板，该护板贴在该主体定位座108的内壁，通过螺丝装设在该主体定位座108的内壁。该护板为软质材料，该防护板110可以为易损件，可以在磨损后及时更换，对主体定位座108及井口起到保护的作用。

在进一步的实施例中，为了使该组合工具的转动部件能否得到润滑，在锁卡壳体111上设置有注油孔，以用于注油，如果不使用时，则可以通过堵塞堵上该注油孔。

另外，在进一步的实施例中，所述旋转轴芯125的上端面设置有公螺纹或母螺纹，一定位芯轴C下端设置有母螺纹或公螺纹，所述定位芯轴C通过所述螺纹连接装入所述旋转轴芯125的上端，且所述定位芯轴C上设置有定位台肩。当外悬挂定位机构A与离合锁解及旋转机构B解锁后，该离合锁解及旋转机构B下降到该定位台肩位置就不能再下降了，便于操作。

本发明实施例提供的这种水下切割工具的具体装配过程为：

外悬挂定位机构A装配过程：首先将三个防护板110分别装入主体定位座108的三处对应位置，并用螺栓109将其和主体定位座108固定在一起。然后将三个销轴107分别放入卡爪106的销孔中，然后在分别装入到主体定位座108的三个槽里。之后将弹簧105装入卡爪106的弹簧孔中，再将隔套104和提升帽103分别装到主体定位座108上，并用螺栓101和102将提升帽103和主体定位座108固定成一体，即完成了外悬挂定位机构A的装配。

离合式离合锁解及旋转机构B装配过程：首先将滑动轴承113装入锁卡壳体111并用螺钉114紧固，再将密封圈112装入锁卡壳体111，同时将弹簧座119和第二弹簧118及平面推力轴承115依次从母扣端装入旋转芯轴125，再将装好的锁卡壳体111从母扣端装入旋转芯轴125。另外将离合销121和密封圈120及密封圈124分别装入导向封头123，然后再将导向封头123从公扣端通过装入旋转芯轴125并用螺栓122将其和锁卡壳体111固定在一起，最后将组合垫圈116和堵塞117装入锁卡壳体111完成装配。

本发明实施例提供的这种水下切割工具的工作原理为：

在井下进行切割作业时，该切割工具由外悬挂定位机构A和离合式离合锁解及旋转机构B和解锁卡定位芯轴C三部分配合使用，进行水下井口头切割作业时，将解锁卡定位芯轴C穿过外悬挂定位机构A和离合式离合锁解及旋转机构B由螺纹连接，在离合式离合锁解及旋转机构B下端装设扶正器和切割刀具，旋转芯轴125从外悬挂定位机构A下端的孔中穿过，旋转芯轴125上部螺纹接解锁卡定位芯轴C，解锁卡定位芯轴C上端接钻杆并与平台驱动装置连接，如图3所示。作业时将工具下入海底，割刀及离合式离合锁解及旋转机构B等进入井口内，至到外悬挂定位机构A坐到井口上为止，由于其卡爪106在自由状态下受弹簧105的作用，是张开的，所以很容易将外悬挂定位机构A坐到井口上，这时将钻杆逆时针缓慢旋转一定角度使锁卡壳体111的凸键对上外悬挂定位机构A的卡扣竖槽131，再将钻杆慢慢上提使凸键进入卡扣竖槽131里面，继续提升钻杆至锁卡壳体111上端面压到卡爪106内下面上，这时三个卡爪106受到作用力就会绕其销轴107顺时针旋转一个角度，使卡爪106将井口卡紧，这时将钻杆顺时针旋转一定角度使锁卡壳体111的凸键旋入主体定位座108的卡扣横槽132中，使离合锁解及旋转机构B与外悬挂定位机构A锁在一起。继续向上一个预拉力，克服离合式离合锁解及旋转机构B里面的离合器弹簧力，离合器脱离，接下来就可以进行切割作业了。需要解卡时操作就比较简单，只用解除钻杆的预拉力，逆时针旋转一定角度，这时由于解除了预拉力，离合式离合锁解及旋转机构B内的第二弹簧118失去了外力影响，第二弹簧118复位，离合器121结合，锁卡壳体111就随钻杆也旋转了一个角度。再缓慢下移钻杆使锁卡壳体111的凸键从主体定位座108卡扣槽(卡扣竖槽131、卡扣横槽132)中脱出，然后顺时针旋转一个角度，再慢慢上提，这时使锁卡壳体111的凸键就顶到了主体定位座108内下端面上，同时由于外悬挂定位机构A的三个卡爪106失去了外力，就自动张开和井口脱离，即是不能自动张开，由于卡爪106这时处于自由状态，没有自锁能力，继续提升钻杆组合工具就可从井口中退出来了。

本发明实施例提供的外悬挂定位机构与离合锁解及旋转机构及解锁卡定位芯轴组成的水下切割工具具有以下特点：

1、该组合工具使用于浅水和深水井口切割作业。

2、该组合工具采用外挂井口，在切割作业过程中钻杆始终承受拉力，当钻柱旋转时，其公转甩动半径小得多，作业平稳的多，从而保证了深水井口切割作业的可靠性。

3、由于采用外挂，工作可靠，不会像传统内捞矛那样经常出现抓不紧、退不出，甚至损坏井口头的现象。

4、作业过程中可以防止井口头随着割刀旋转。

5、由于切割时井口也是受拉状态，不会出现像传统受压切割作业那样经常导致井口倾斜而影响切割作业。

6、外悬挂定位机构A的三个卡爪呈三角形分布符合稳定性原理，同时切割作业时外悬挂器的三个卡爪紧紧抓住井口使外悬挂定位机构A和井口结合成一体，提供了自动定位和侧向支座功能，这样割刀就可自动对中井口平稳进行切割，而传统切割由于切割工具和井口没有相互自锁或定位，切割时容易移位割偏，造成切割时间加长。

7、切割作业时井口系统呈受拉状态，当切割断不会像受压时井口易倾倒，且从指重表悬重的变化可直观知道切断与否。

8、由于该组合工具设计和使用优势，工作效率和可靠性都远高于传统切割作业。

9、该组合工具可以作为井口下入工具使用。

10、该组合工具可以一次完成注水泥、切割、打捞三合一作业任务，这将大大提高工作效率，节约大量成本，经济效益显著。

11、超深水作业(比如超过1000米深水)时，组合工具上部可直接连接泥浆马达，作业过程中马达输出轴带动下部切割工具转动，而钻杆不会转动，更提高了作业的可靠性。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1、一种水下切割工具的离合锁解及旋转机构，其特征在于，包括：锁卡壳体、滑动轴承、旋转轴芯，所述旋转轴芯装入所述滑动轴承中，所述滑动轴承装入所述锁卡壳体中，所述旋转轴芯上设置有凸出台肩，所述台肩的一侧与所述锁卡壳体设置有沿所述旋转轴芯中心线方向的第二弹簧，一导向封头与所述锁卡壳体的一端口固定连接，所述台肩的另一侧与所述导向封头的内面可离合的连接；所述锁卡壳体的外壁上设置有凸键。

2、如权利要求1所述离合锁解及旋转机构，其特征在于，所述台肩的一侧与所述锁卡壳体之间装设有推力轴承，所述推力轴承与所述台肩的一侧装设有第二弹簧。

3、如权利要求1所述离合锁解及旋转机构，其特征在于，锁卡壳体上设置有注油孔。

4、如权利要求1所述离合锁解及旋转机构，其特征在于，所述台肩的另一侧与所述导向封头的内面可离合的连接；具体包括：所述导向封头内面设置有离合短销，所述台肩的另一侧设置有离合齿，所述离合短销与所述离合齿位可离合的连接。

5、如权利要求1所述离合锁解及旋转机构，其特征在于，所述旋转轴芯的上端面设置有公螺纹或母螺纹，定位芯轴下端设置有母螺纹或公螺纹，所述定位芯轴通过所述母螺纹或公螺纹连接装入所述旋转轴芯的上端，且所述定位芯轴上设置有定位台肩。

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