CN101761318A - 井下液压倒扣装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的井下液压倒扣装置属于石油工业的井下作业工具，用于油水井遇卡管柱的倒扣解卡作业，尤其适用于倒扣扭矩大的遇卡管柱以及大斜度井和水平井井下管柱的倒扣解卡作业。本装置包括容积式液压马达、传动轴总成和超越式防转翻板锚，容积式液压马达、传动轴总成和超越式防转翻板锚自上而下顺序连接，将空心活齿减速器和空载启动伸缩器顺序连接于超越式防转翻板锚的下方，使倒扣扭矩有效地传递至井下管柱并通过空心活齿减速器将倒扣扭矩有效放大数倍，保证解卡成功。本发明操作简单，成功率高，有效减少了作业成本和时间，保证了井下作业的顺利完成，降低作业风险，在井下作业顺利完成的同时降低了生产成本。

Description

井下液压倒扣装置

技术领域

本发明涉及石油工业的井下作业设备，特别是井下液压倒扣装置，用于油水井遇卡管柱的倒扣解卡作业，尤其适用于倒扣扭矩大的遇卡管柱以及大斜度井和水平井井下管柱的倒扣解卡作业。

背景技术

在油田开发作业过程中，油水井井下管柱因各种原因经常会出现遇卡现象，在大力解卡无效的情况下需要对管柱实施倒扣作业。通常的方法是采用地面动力反向旋转倒扣，或直接采用反扣钻具实施倒扣，这几种方式都是地面驱动，不适用于大斜度井和水平井。针对上述情况石油服务行业相继进行了井下液压倒扣技术的研究。出现有中国专利：《水力倒扣器》专利号：91224158.6；《井下液压倒扣器》专利号：02135409.X；《一种井下液压倒扣装置》专利号：200720159629.6。前两种为水力倒扣，存在输出扭矩小的问题，都只是一种理想设计，也未见现场应用。专利号200720159629.6公布的一种井下液压倒扣装置是可实用的井下液压倒扣装置。但仍然存在解卡力小、启动阻力大、马达转子轴向力无法平衡掉等问题。

发明内容

本发明的目的在于制造井下液压倒扣装置，为油水井井下管柱遇卡，特别是大斜度井和水平井以及解卡阻力大的遇卡管柱解卡作业提供作业工具。解决现有工具存在的解卡力小、启动阻力大、马达转子轴向力无法平衡的问题。

本发明的技术解决方案是：井下液压倒扣装置包括容积式液压马达、传动轴总成和超越式防转翻板锚，容积式液压马达、传动轴总成和超越式防转翻板锚自上而下顺序连接，将空心活齿减速器和空载启动伸缩器顺序连接于超越式防转翻板锚的下方，使倒扣扭矩有效地传递至井下管柱并通过空心活齿减速器将倒扣扭矩有效放大数倍，保证解卡成功。

与现有工具相比本发明具有以下有益的效果：倒扣扭矩在被卡管柱上方生成，无需远距离传输，倒扣扭矩通过空心活齿减速器被放大至数倍、甚至10倍，保证解卡成功。本发明的空载启动伸缩器能够保证在很大的阻力下容积式液压马达能够顺利启动工作。而传动轴总成的轴向力矩传递部分和扭矩传递部分可保证将容积式液压马达的轴向力顺利抵消，提高装置的使用寿命，减少了动力损失，提高了工作效率，增大了解卡工作范围，提高倒扣作业的成功率。本发明操作简单，成功率高，有效减少了作业成本和时间，保证了井下作业的顺利完成，降低了作业风险。减轻了一线工人的劳动强度，在井下作业顺利完成的同时降低了生产成本，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明结构示意图的上半图。

图2是本发明结构示意图的下半图。

图3是图2中A-A向剖视图。

图4是图2中B-B向剖视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的详述：参见图1和图2，井下液压倒扣装置，包括容积式液压马达1、传动轴总成2和超越式防转翻板锚3，容积式液压马达1、传动轴总成2和超越式防转翻板锚3自上而下顺序连接，将空心活齿减速器4和空载启动伸缩器5顺序连接于超越式防转翻板锚3的下方，使倒扣扭矩有效地传递至井下管柱并通过空心活齿减速器4将倒扣扭矩有效放大数倍，保证解卡成功。传动轴总成2包括轴向力矩传递部分和扭矩传递部分，轴向力矩传递部分和扭矩传递部分安装在壳体7内，轴向力矩传递部分和扭矩传递部分通过齿轮啮合。壳体7起固定联接其它部分的作用，上齿轮轴12和联接套18分别与容积式液压马达1和超越式防转翻板锚3连接，起传动作用。轴向力矩传递部分包括上齿轮轴12、上固球体13、下固球体14、下齿轮轴15和钢球17，上齿轮轴12、上固球体13、钢球17、下固球体14和下齿轮轴15自上而下顺序安装，起到传递轴向力矩的作用。下固球体14球窝的半径大于钢球17的半径，使钢球17可在球窝中滚动。扭矩传递部分包括背帽6、弹簧8、上压帽9、上密封套10、齿轮套11、下密封套16、下压帽和联接套18，在齿轮套11的内圆对应上齿轮轴12和下齿轮轴15设计齿轮啮合台面，将背帽6、弹簧8、上压帽9、上密封套10、齿轮套11、下密封套16、下压帽和联接套18依次自上而下连接，起到传递扭矩的作用。轴向力矩传递部分和扭矩传递部分通过齿轮啮合，如此传动轴总成2将容积式液压马达1的行星运动转变为传动轴总成2的定轴转动。齿轮套11、上齿轮轴12、下齿轮轴15的齿数和模数相同。但变位系数不同，即齿轮套11与上齿轮轴12、下齿轮轴15啮合齿之间存在一定的间隙，所以允许上齿轮轴12转动时有一定的偏心量，上齿轮轴12与容积式液压马达1的马达转子相联接，将马达转子的偏心转动转化为定轴传动。本发明采用了零齿差内啮合齿轮传动副与球面副组合的设计，利用零齿差内啮合齿轮传动原理实现，将马达转子的偏心转动转化为定轴转动。即上齿轮轴12相对于下齿轮轴15的相对行星偏转运动。同时，在上齿轮轴12和下齿轮轴15这两个传动齿轮端面之间放置一个钢球17，通过上、下固球体13和14限位。钢球17一半嵌在上固球体13的球窝中，另一半在下固球体14的球窝中滚动，高效率地将容积式液压马达1的扭矩传递给空心活齿减速器4，将轴向力转移至扭矩传递部分承担。传动轴总成2是把容积式液压马达1的行星运动转变为传动轴总成2的定轴转动，将容积式液压马达1产生的扭矩及转速传递给空心活齿减速器4。空心活齿减速器4包括偏心轴19、上接头20、轴承组21、固齿齿轮22、变矩传递部分、轴承组25、活齿轮26、轴承组27和下背帽28，下背帽28和上接头20通过丝扣与固齿齿轮22联接，轴承组21和25、活齿轮26和轴承组27依次靠台肩定位联接在偏心轴19与固齿齿轮22之间，在上接头20与活齿轮26之间装有变矩传递部分。固齿齿轮22的内圆呈圆弧齿状结构，活齿轮26的上部轮体设有径向通槽。变矩传递部分包括激波盘23和滚轮24，激波盘23套装在偏心轴19的偏心部分，滚轮24嵌装在活齿轮26的径向通槽中；激波盘23与滚轮24和固齿齿轮22相啮合。参见图3，其中偏心轴19为动力的输入端，活齿轮26为动力的输出端。偏心轴19做定轴转动，带动激波盘23做偏心转动。从而激波盘23偏心一侧施加于滚轮24一向外的力，因滚轮24与固齿齿轮22上的圆弧齿状结构相啮合，限制了滚轮24的运动轨迹。所以滚轮24沿固齿齿轮22的曲面向外运动，从而使滚轮24带动活齿轮26做定轴转动。综上所述，空心活齿减速器4是采用多齿啮合实现降速增扭的效果，具有承载能力大，滚动接触，传动效率高，减速比大等优点。空载启动伸缩器5包括上中心管29、压帽30、壳体31、滑键32和压帽33，其中上中心管29上端与空心活齿减速器4的活齿轮26连接、下端装有压帽33，中间突出的台肩嵌在压帽30与壳体31联接形成的环形槽内，其台肩的下方设有花键。参见图4，滑键32装在上中心管29与壳体31之间，从而实现了上中心管29与壳体31的轴向定位。滑键32内圆设有键槽、外圆设有螺纹，内圆的键槽与上中心管29的花键配合，外圆的螺纹与壳体31的螺纹配合。上中心管29转动时可带动滑键32转动，而壳体31因落鱼的螺纹预紧力不能转动，使得滑键32向下方运动，当滑键32运动到与压帽33相接触时不能再向下运动，从而使得滑键32与壳体31之间的相对运动也消失，带动壳体31克服落鱼螺纹预紧力转动，即实现了倒扣作业。空载启动伸缩器5的空载启动能保证容积式液压马达1启动时能空载启动。具体使用时，本发明随打捞管柱下井，在空载启动伸缩器5下接反扣可退式打捞工具，并使空载启动伸缩器5处于最长状态，下井直接碰捞油管，上提确定油管捞住。注水打压，容积式液压马达1启动，将水压转化为机械扭矩，扭矩通过传动轴总成2传递给空心活齿减速器4，空心活齿减速器4将扭矩放大数倍后传递给空载启动伸缩器5。滑键32下行，此时滑键32以下部件不转动。当滑键32转动到与压帽33相接触时，空载启动伸缩器5开始转动，将倒扣力转到落鱼上。连接本发明的打捞管柱受到落鱼的反作用力转动时，超越式防转翻板锚3张开锚定管柱。持续加压直到落鱼扣倒开，然后上提打捞管柱，倒扣作业完成。

Claims (10)

1.井下液压倒扣装置，包括容积式液压马达(1)、传动轴总成(2)和超越式防转翻板锚(3)，容积式液压马达(1)、传动轴总成(2)和超越式防转翻板锚(3)自上而下顺序连接，其特征是将空心活齿减速器(4)和空载启动伸缩器(5)顺序连接于超越式防转翻板锚(3)的下方。

2.根据权利要求1所述的井下液压倒扣装置，其特征是传动轴总成(2)包括上齿轮轴(12)、联接套(18)、轴向力矩传递部分和扭矩传递部分，轴向力矩传递部分和扭矩传递部分安装在壳体(7)内，轴向力矩传递部分和扭矩传递部分通过齿轮啮合，由上齿轮轴(12)和联接套(18)分别与容积式液压马达(1)和超越式防转翻板锚(3)连接。

3.根据权利要求2所述的井下液压倒扣装置，其特征是轴向力矩传递部分包括上齿轮轴(12)、上固球体(13)、下固球体(14)、下齿轮轴(15)和钢球(17)，上齿轮轴(12)、上固球体(13)、钢球(17)、下固球体(14)和下齿轮轴(15)自上而下顺序安装。

4.根据权利要求3所述的井下液压倒扣装置，其特征是下固球体(14)球窝的半径大于钢球(17)的半径。

5.根据权利要求2所述的井下液压倒扣装置，其特征是扭矩传递部分包括背帽(6)、弹簧(8)、上压帽(9)、上密封套(10)、齿轮套(11)、下密封套(16)、下压帽和联接套(18)，在齿轮套(11)的内圆对应上齿轮轴(12)和下齿轮轴(15)设计齿轮啮合台面，将背帽(6)、弹簧(8)、上压帽(9)、上密封套(10)、齿轮套(11)、下密封套(16)、下压帽和联接套(18)依次自上而下连接。

6.根据权利要求5所述的井下液压倒扣装置，其特征是上齿轮轴(12)与齿轮套(11)和下齿轮轴(15)的齿数和模数相同，但齿间隙小于齿轮套(11)和下齿轮轴(15)。

7.根据权利要求1所述的井下液压倒扣装置，其特征是空心活齿减速器(4)包括偏心轴(19)、上接头(20)、轴承组(21)、固齿齿轮(22)、变矩传递部分、轴承组(25)、活齿轮(26)、轴承组(27)和下背帽(28)，下背帽(28)和上接头(20)通过丝扣与固齿齿轮(22)联接，轴承组(21)和(25)、活齿轮(26)和轴承组(27)依次靠台肩定位联接在偏心轴(19)与固齿齿轮(22)之间，在上接头(20)与活齿轮(26)之间装有变矩传递部分。

8.根据权利要求7所述的井下液压倒扣装置，其特征是固齿齿轮(22)的内圆呈圆弧齿状结构，活齿轮(26)的上部轮体设有径向通槽；变矩传递部分包括激波盘(23)和滚轮(24)，激波盘(23)套装在偏心轴(19)的偏心部分，滚轮(24)嵌装在活齿轮(26)的径向通槽中，激波盘(23)与滚轮(24)和固齿齿轮(22)相啮合。

9.根据权利要求1所述的井下液压倒扣装置，其特征是空载启动伸缩器(5)包括上中心管(29)、压帽(30)、壳体(31)、滑键(32)和压帽(33)，其中上中心管(29)上端与空心活齿减速器(4)的活齿轮(26)连接、下端装有压帽(33)，中间突出的台肩嵌在压帽(30)与壳体(31)联接形成的环形槽内；滑键(32)装在上中心管(29)与壳体(31)之间。

10.根据权利要求9所述的井下液压倒扣装置，其特征是滑键(32)内圆设有键槽、外圆设有螺纹，内圆的键槽与上中心管(29)的花键配合，外圆的螺纹与壳体(31)的螺纹配合。

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