CN103277060A - 机械—液压双作用丢手旋转尾管悬挂器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械—液压双作用丢手旋转尾管悬挂器，属于石油天然气开发的油气井固井作业的井下工具制造技术领域。包括短钻杆、上接头、丢手机构、双公接头、公母接头和下接头，短钻杆、上接头、双公接头和下接头从上到下依次螺纹连接，还包括有承载机构，所述承载机构包括坐挂液缸、轻载轴承、连体双卡瓦、连体双锥体、重载轴承和中心管，坐挂液缸、轻载轴承、连体双卡瓦、连体双锥体和重载轴承从下到上依次设置在中心管上；中心管连接在公母接头下端，重载轴承位于公母接头与连体双锥体之间。本发明具有在管柱下入时能实现尾管旋转，在悬挂器坐挂和丢手分离后，由卡瓦和轴承承载，能实现重载尾管旋转固井的功能。

Description

机械—液压双作用丢手旋转尾管悬挂器

 

技术领域

本发明涉及一种机械—液压双作用丢手旋转尾管悬挂器，属于石油天然气开发的油气井固井作业的井下工具制造技术领域。

背景技术

在进行各种深井、超深井、大斜度井、水平井和低压漏失井等复杂井的钻井过程中进行尾管固井时，为保证套管顺利下入到设计位置，进行疏通和稳定井眼，往往要进行大量的通井、观察和泥浆处理，需要花费大量的钻井时间和费用，即使通过认真的井眼准备和采取细致的下套管措施，有时依然会发生尾管管柱中途遇阻卡，不能下入到设计位置。进行固井施工时，对于深井和超深井，管柱对流体摩阻大，施工排量小，顶替效率低，固井质量差；对于大斜度井和水平井，为保证套管顺利下入到位，套管居中度往往较低，也导致顶替效率低，固井质量差；低压漏失井，施工排量较高时，很容易压漏地层，甚至造成循环失返，为保证固井施工顺利进行，施工排量也较小，也造成顶替效率低，固井质量差。因此，这些复杂井进行尾管固井时，采用普通的尾管悬挂器已不能完全满足现场的使用，有时还会造成恶性井下事故。

目前，为解决现场生产技术问题，尾管悬挂器技术得到了长足的发展，特别是研究了有利于复杂井尾管管柱下入和提高顶替效率和固井质量的旋转尾管悬挂器，具有较大的进步意义。尾管悬挂器主要包括悬挂器本体和送入工具，悬挂器本体实现尾管的悬挂和悬挂控制，送入工具实现尾管管柱的送入及丢手。

公开号CN200946473Y的专利文献公开了一种膨胀式尾管悬挂器，采用液压自上而下的方式膨胀，不能旋转尾管。公开号CN201024940Y的专利文献公开了一种内藏旋转式尾管悬挂器，在管柱下入时，能旋转尾管；当悬挂器坐挂后进行固井施工时，悬挂器不能旋转。这两种悬挂器均不能实现旋转尾管固井。

公开号CN101187300A的专利文献公开了一种液压和机械双作用的膨胀旋转尾管悬挂器。公开号CN101906946A的专利文献公开了一种可膨胀式旋转尾管悬挂器，采用液压自下而上的方式膨胀。这两种膨胀式旋转尾管悬挂器，在下入和施工时，均能实现全管柱的旋转，有利于管柱的下入和提高固井质量。但是，这两种膨胀式旋转尾管悬挂器需要在尾管固井施工结束后，才进行尾管悬挂器的膨胀悬挂，以及送入工具与悬挂器本体的分离。由于固井是一项高风险作业，尾管固井风险更大，在尾管固井施工结束后，水泥浆已注入到井内，多余水泥浆已返至钻杆段。如果送入工具和钻杆不能与悬挂器迅速有效分离并起出，钻杆、送入工具将会和悬挂器一起被水泥固住，造成恶性事故，甚至使整口井报废，损失巨大，因此普通尾管悬挂器进行固井施工前，就要进行坐挂和送入工具与悬挂器的有效分离，然后才能进行尾管固井注水泥施工。所以，该悬挂器现场施工风险较大。

传统尾管悬挂器送入工具与悬挂器采用反扣连接，通过正转倒开反扣实现送入工具与悬挂器分离。旋转尾管悬挂器因为需要正转实现尾管旋转，不能采用传统正转扣倒扣结构，需要研制新型的尾管悬挂器分离机构，实现旋转尾管悬挂器的有效分离。

发明内容

本发明旨在针对现有普通尾管悬挂器、膨胀式旋转尾管悬挂器和轴承承载旋转尾管悬挂器存在的上述不足，提供一种机械—液压双作用丢手旋转尾管悬挂器，本发明具有在管柱下入时能实现尾管旋转，在悬挂器坐挂和丢手分离后，由卡瓦和轴承承载，能实现重载尾管旋转固井的功能，在悬挂器坐挂后，憋液压实现尾管丢手，也可通过钻杆反转送入工具一定角度，再下压一段距离实现尾管丢手。

本发明是采用下述技术方案实现的：

机械—液压双作用丢手旋转尾管悬挂器，包括短钻杆、上接头、丢手机构、双公接头、公母接头和下接头，短钻杆、上接头、双公接头和下接头从上到下依次螺纹连接，其特征在于：还包括有承载机构，所述承载机构包括坐挂液缸、轻载轴承、连体双卡瓦、连体双锥体、重载轴承和中心管，坐挂液缸、轻载轴承、连体双卡瓦、连体双锥体和重载轴承从下到上依次设置在中心管上；中心管连接在公母接头下端，重载轴承位于公母接头与连体双锥体之间。

所述连体双卡瓦和连体双锥体通过嵌入结构嵌合连接，连体双锥体上设置有过流槽。

所述丢手机构包括液压丢手机构和机械丢手机构。

所述液压丢手机构包括丢手液缸、丢手控制销钉、止退环和弹爪，丢手液缸设置在双公接头上，弹爪通过连接机构、丢手控制销钉和止退环连接在丢手液缸上，弹爪的下端设有弹爪卡块，弹爪卡块通过下接头支撑且卡在公母接头内的凹槽中。

所述机械丢手机构包括上接头、扭矩筒、双公接头、下接头、公母接头、机械丢手控制销钉和液压丢手机构，上接头通过花键轴与扭矩筒上端的啮合齿嵌合，扭矩筒与公母接头上端的啮合齿嵌合，机械丢手控制销钉设置在上接头与扭矩筒的连接重合部位。

所述坐挂液缸对连体双卡瓦的坐挂实施控制。

还包括有密封管和密封盒，密封管与下接头连接，密封盒固定套设在密封管外，且位于公母接头和中心管的连接处。

还包括空心胶塞，所述空心胶塞通过销钉和螺纹连接在送入工具的下端。

采用本发明的优点在于：

一、本发明包括承载机构，所述承载机构包括坐挂液缸、轻载轴承、连体双卡瓦、连体双锥体、重载轴承和中心管，坐挂液缸、轻载轴承、连体双卡瓦、连体双锥体、重载轴承依次设置在中心管上；中心管与公母接头下端连接，重载轴承位于公母接头与连体双锥体之间，具有在管柱下入时能实现尾管旋转，在悬挂器坐挂和丢手分离后，重载轴承承载，能实现重载尾管旋转固井施工的功能，能有效解决普通悬挂器不能旋转，膨胀式旋转尾管悬挂器在固井施工后才能进行坐挂脱手的技术问题，对于深井、超深井和复杂井尾管固井，有利于管柱下入到设计位置，有利于提高顶替效率和固井质量，解决了现有尾管悬挂器在现场使用中存在的技术问题。

二、本发明中，在坐挂液缸和连体双卡瓦之间设置了轻载轴承，旋转尾管悬挂器旋转时，避免坐挂液缸随连体双卡瓦一起转动，破坏坐挂液缸的密封。

三、本发明中，采用连体双卡瓦与连体双锥体机构，坐挂后承载尾管，大幅增加外层套管承载面积，保护外层套管，同时，也增加尾管悬挂能力。

四、本发明中，所述上接头通过花键轴与扭矩筒上端的啮合齿嵌合，所述扭矩筒下端通过花键轴与公母接头上端的啮合齿嵌合，此方式传递旋转扭矩，实现了尾管旋转。

五、本发明还包括弹爪卡块，弹爪卡块通过下接头支撑且卡在公母接头内的凹槽中，实现了送入工具与悬挂器的连接承载。

六、本发明中，所述液压丢手机构包括丢手液缸、丢手控制销钉、止退环和弹爪等，丢手液缸设置在双公接头上部，弹爪通过丢手控制销钉、止退环和连接机构连接在丢手液缸上，此方式能有效实现旋转尾管悬挂器液压丢手。

七、本发明中，所述机械丢手机械包括液压丢手机构、扭矩筒和机械丢手控制销钉，机械丢手控制销钉设置在上接头与扭矩筒嵌合部位，对机械丢手实行控制，此方式能有效实现旋转尾管悬挂器的机械丢手。

八、本发明中，所述密封盒固定套设在密封管外，且位于公母接头和中心管的连接处，与承载机构的密封更可靠。

九、本发明还包括空心胶塞，所述空心胶塞通过销钉和螺纹连接在送入工具的下端，此方式可清洁套管内壁，隔离水泥浆，控制下水泥塞更加方便快捷。

综上所述，本发明与现有技术相比，具有既能实现尾管下入时的旋转和坐挂后旋转尾管施工，同时，采用机械—液压双作用丢手机构，丢手可靠，对现场施工井普遍适用，很好地解决了现场施工的安全和技术问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为图1中的A—A剖面结构示意图

图3为图1中的B—B剖面结构示意图

图4为图1中的C—C剖视结构示意图

图5为本发明送入工具机械丢手外观的结构示意图

图6为本发明丢手机构的结构示意图

图中标记为：1、短钻杆，2、上接头，3、扭矩筒，4、双公接头，5、弹爪卡块，6、下接头，7、公母接头，8、密封管， 9、密封盒，10、重载轴承，11、连体双锥体，12、连体双卡瓦，13、轻载轴承，14、坐挂液缸，15、中心管，16、空心胶塞，17、机械丢手控制销钉，18、丢手液缸，19、丢手控制销钉，20、止退环，21、弹爪。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

作为本发明的一较佳实施方式，本发明主要包括短钻杆1、上接头2、扭矩筒3、双公接头4、弹爪卡块5、下接头6、公母接头7、丢手机构、密封盒9、空心胶塞16和承载机构。其中，密封盒和丢手机构可以采用现有技术中的密封盒和丢手机构。

所述上接头2通过花键轴与扭矩筒3上端的啮合齿嵌合，扭矩筒3通过花键轴与公母接头7上端的啮合齿嵌合，所述弹爪卡块5通过下接头6的支撑卡在公母接头7的内部凹槽内，所述坐挂液缸14、轻载轴承13、连体双卡瓦12、连体双锥体11、重载轴承10依次安装在中心管15上，所述短钻杆1、上接头2、双公接头4、下接头6通过螺纹依次连接固定在一起，所述公母接头7、中心管15通过螺纹依次连接固定在一起，所述空心胶塞16通过销钉和螺纹连接在送入工具的下端。所述密封盒9固定安装在密封管外公母接头7和中心管15的连接处。

所述承载机构包括重载轴承10、连体双锥体11、连体双卡瓦12、坐挂液缸14，所述连体双锥体是由两个大致上呈锥体状的筒首尾相接形成，所述连体双卡瓦是由两个卡瓦首尾相接形成，连体双锥体和连体双卡瓦通过嵌合结构连接在一起。

这样的结构形式，采用连体双卡瓦12与连体双锥体11，增加悬挂能力，保护外层套管；采用重载轴承10在悬挂器坐挂后，减小旋转扭矩，实现旋转尾管固井施工；采用上接头2的花键轴与扭矩筒3上端的啮合齿嵌合，扭矩筒3的花键轴与公母接头7上端的啮合齿嵌合，短钻杆1、上接头2、双公接头4、下接头6螺纹连接固定，公母接头7、中心管15螺纹连接，实现旋转尾管大扭矩传递；采用弹爪卡块5实现送入工具与悬挂器的连接承载和脱手；采用空心胶塞16，清洁套管内壁，隔离水泥浆，控制下水泥塞；采用密封盒9实现送入工具与悬挂器的密封，保障施工。

实施例2

作为本发明的最佳实施方式为：本发明主要包括短钻杆1、上接头2、扭矩筒3、双公接头4、弹爪卡块5、下接头6、公母接头7、重载轴承10、连体双锥体11、连体双卡瓦12、坐挂液缸14、中心管15和空心胶塞16。短钻杆1上端设有钻杆母螺纹，实现与钻杆的连接，悬挂器的下端设有套管公螺纹，实现与尾管的连接。弹爪卡块5通过下接头6上端的锥面支撑卡在公母接头7的内部凹槽内，实现承载尾管。上接头2上设置花键轴与扭矩筒3上端设置的啮合齿嵌合，扭矩筒3上设置花键轴与公母接头7上端设置的啮合齿嵌合，短钻杆1、上接头2、双公接头4、下接头6螺纹连接固定，公母接头7、中心管15螺纹连接固定，传递大扭矩，旋转尾管。坐挂液缸14、连体双卡瓦12、连体双锥体11、重载轴承10等依次安装在中心管15上，实现坐挂控制、卡瓦悬挂、重载轴承承载，增加承载能力，保护外层套管，实现尾管旋转固井。空心胶塞16通过销钉和螺纹连接在密封管8的下端，实现清洁套管内壁，隔离水泥浆，控制水泥塞。

本发明的主要工作原理如下：

将本发明连接在尾管管柱套管串和钻杆串之间，下入遇阻时，井口旋转钻杆，实现尾管旋转，有利于管柱顺利下入到设计位置。管柱下入到位后，投球、憋压，坐挂液缸10推动连体双卡瓦12上行实现悬挂器坐挂。坐挂后，尾管重量通过重载轴承10传递给连体双锥体11、连体双卡瓦12、外层套管。

坐挂后，弹爪卡块5回收，脱开双母接头7的内部凹槽，实现丢手。进行循环及注水泥施工时，送入工具压在悬挂器上，扭矩筒3的花键轴与公母接头7上端啮合齿嵌合，井口旋转钻杆可实现尾管旋转和旋转尾管固井，有利于提高顶替效率和固井质量。

实施例3

本发明的又一实施方式，所述丢手液缸18设置在双公接头4上，上部留有空腔，所述弹爪21通过连接机构和丢手控制销钉19连接在丢手液缸18的下部，所述弹爪21下端设有向外弹爪卡块5，弹爪卡块5通过下接头6上端的锥面支撑卡在公母接头7凹槽内，所述上接头2通过花键轴与扭矩筒3上端的啮合齿嵌合，扭矩筒3下端的啮合齿与公母接头7上端的啮合齿嵌合，所述连体双锥体11和连体双卡瓦12通过嵌入结构嵌合在一起，所述坐挂液缸14、轻载轴承13、连体双卡瓦12、连体双锥体11、重载轴承10等依次安装在中心管15上，所述密封盒9固定安装在密封管8外公母接头7和中心管18的连接处，所述短钻杆1、上接头2、双公接头4、下接头6与密封管8连接在一起，所述空心胶塞16通过销钉和螺纹连接在密封管8下端，所述短钻杆1上端加工钻杆螺纹，中心管15下端加工套管螺纹，分别与钻杆串和套管串连接，所述连体双锥体11上设置有过流槽，所述密封盒9与密封管8和公母接头7之间设置有O型密封圈。

这样的结构形式，采用连体双卡瓦12，保护外层套管，增加悬挂载荷；采用嵌入式卡瓦，避免提前坐挂，避免坐挂后旋转时卡瓦与锥体错位造成坐挂失效；采用上接头2的花键轴与公母接头7的啮合齿嵌合，实现尾管旋转；采用连体双锥体11和连体双卡瓦12上下端分别安装轴承，实现旋转尾管悬挂器坐挂后承载尾管和小扭矩实现尾管旋转固井；采用丢手液缸18、丢手控制销钉19和弹爪21，实现承载尾管重量和悬挂器丢手；采用连体双锥体11上设置有过流槽，增加过流面积；采用密封盒9，实现高压密封施工；采用空心胶塞16，清洁套管内壁，隔离水泥浆，控制下水泥塞。

实施例4

本发明的又一实施方式为：所述液压丢手机构包括丢手液缸18、丢手控制销钉19、止退环20和弹爪21，所述丢手液缸18设置在双公接头4上，上部留有空腔，弹爪21通过连接机构和丢手控制销钉19连接在丢手液缸18上，弹爪卡块5通过下接头6支撑且卡在公母接头7内的凹槽中。

短钻杆上端设有钻杆母螺纹，实现与钻杆的连接，中心管的下端设有套管公螺纹，实现与尾管的连接。丢手液缸安装在双公接头上，上部留有空腔，所述坐挂液缸的上部留有的空腔，便于坐挂液缸充分上行，实现脱手。弹爪连接在丢手液缸的下部，弹爪的下端设有向外弹爪卡块，弹爪卡块通过下接头上端的锥面支撑卡在公母接头内部凹槽内，实现承载尾管。丢手控制销钉实现丢手液缸和弹爪的动作控制。止退环防止丢手后下行，避免重新悬挂尾管。上接头上设置花键轴与公母接头上端设置的啮合齿嵌合，短钻杆、上接头、双公接头、下接头螺纹连接，公母接头和中心管套管连接，实现扭矩传递，旋转尾管。连体双卡瓦保护外层套管，增加悬挂能力。连体双卡瓦嵌入连体双锥体，避免提前坐挂，使坐挂可靠。坐挂液缸设置在中心管上，中心管开有过流孔，实现坐挂控制。空心胶塞通过销钉和螺纹连接在密封管的下端，实现清洁套管内壁，隔离水泥浆，控制水泥塞。连体双锥体外部设置有过流槽，增加过流面积。

本发明的主要用途：连接在尾管管柱套管串和钻杆串之间，下入遇阻时，井口旋转钻杆，实现尾管旋转，有利于管柱顺利下入到设计位置。管柱下入到位后，投入憋压球，憋压，推动坐挂液缸和连体双卡瓦上行，实现悬挂器坐挂，外层套管通过连体双卡瓦承载尾管重量。坐挂后，继续憋更高的压力，剪断丢手控制销钉，丢手液缸带动弹爪上行，实现丢手。止退环防止丢手控制机构上行后意外下行，避免重新悬挂尾管，确保丢手成功。进行循环及注水泥施工时，保持上接头的花键轴与公母接头上端啮合齿嵌合，通过井口旋转钻杆实现旋转尾管固井，可极大地提高顶替效率和提高固井质量。

实施例5

本发明的又一实施方式为：所述机械丢手机构包括液压丢手机构、上接头2、扭矩筒3、公母接头7、机械丢手控制销钉17，所述上接头2通过双级花键轴的第一级花键轴与扭矩筒3上端的啮合齿嵌合，扭矩筒3通过下端的啮合齿与公母接头7上端的啮合齿嵌合，机械丢手控制销钉17安装在上接头2和扭矩筒3的重合部位，所述液压丢手机构包括丢手液缸18、丢手控制销钉19、止退环20和弹爪21，丢手液缸18设置在双公接头4上，弹爪21通过连接机构、丢手控制销钉19和止退环20连接在丢手液缸18下部，弹爪卡块5通过下接头6支撑且卡在公母接头7内的凹槽中。

短钻杆上端设有钻杆母螺纹，实现与钻杆的连接，中心管的下端设有套管公螺纹，实现与尾管的连接。丢手液缸安装在双公接头上，上部留有空腔，所述坐挂液缸的上部留有的空腔，便于坐挂液缸充分上行，实现脱手。弹爪连接在丢手液缸的下部，弹爪的下端设有向外弹爪卡块，弹爪卡块通过下接头上端的锥面支撑卡在公母接头内部凹槽内，实现承载尾管。短钻杆、上接头、双公接头、下接头螺纹连接，公母接头和中心管套管连接，实现扭矩传递，旋转尾管。所述上接头通过双级花键轴的第一级花键轴与扭矩筒3上端的啮合齿嵌合，机械丢手控制销钉安装在上接头和扭矩筒的重合部位，在中和点位置反转上接头，扭断机械丢手控制销钉，上接头反转一定角度，再下压一段距离，安装在双公接头上的液压丢手机构随之下行，弹爪卡块受公母接头凹槽下沿限制不能下行，剪断丢手控制销钉，推动整个液压丢手机构相对于双公接头上行，弹爪卡块退出下接头上端的支撑锥面，实现机械丢手。止退环防止丢手控制机构上行后意外下行，避免重新悬挂尾管。机械丢手后，上接头通过双级花键轴的第二级花键轴与扭矩筒嵌合，实现扭矩传递和旋转固井。连体双卡瓦保护外层套管，增加悬挂能力。连体双卡瓦嵌入连体双锥体，避免提前坐挂，使坐挂可靠。坐挂液缸设置在中心管上，中心管开有过流孔，实现坐挂控制。空心胶塞通过销钉和螺纹连接在密封管的下端，实现清洁套管内壁，隔离水泥浆，控制水泥塞。连体双锥体外部设置有过流槽，能增加过流面嵌合积。

本发明的主要用途：连接在尾管管柱套管串和钻杆串之间，下入遇阻时，井口旋转钻杆，实现尾管旋转，有利于管柱顺利下入到设计位置。管柱下入到位后，投入憋压球，憋压，推动坐挂液缸和连体双卡瓦上行，实现悬挂器坐挂，外层套管通过连体双卡瓦承载尾管重量。坐挂后，继续憋更高的压力，剪断丢手控制销钉，丢手液缸带动弹爪上行，实现丢手。需要时，下放钻杆至中和点位置，通过反转和下压钻杆，实现机械丢手。止退环防止丢手后，丢手控制机构下行重新悬挂尾管，确保丢手成功。进行循环及注水泥施工时，保持上接头的花键轴与扭矩筒上端的啮合齿公母接头上端啮合齿嵌合，通过井口旋转钻杆实现旋转尾管固井，可极大地提高顶替效率和提高固井质量。

Claims (6)

1.机械—液压双作用丢手旋转尾管悬挂器，包括短钻杆（1）、上接头（2）、丢手机构、双公接头（4）、公母接头（7）和下接头（6），短钻杆（1）、上接头（2）、双公接头（4）和下接头（6）从上到下依次螺纹连接，其特征在于：还包括有承载机构，所述承载机构包括坐挂液缸（14）、轻载轴承（13）、连体双卡瓦（12）、连体双锥体（11）、重载轴承（10）和中心管（15），坐挂液缸（14）、轻载轴承（13）、连体双卡瓦（12）、连体双锥体（11）和重载轴承（10）从下到上依次设置在中心管（15）上；中心管（15）连接在公母接头（7）下端，重载轴承（10）位于公母接头（7）与连体双锥体（11）之间。

2.根据权利要求1所述的机械—液压双作用丢手旋转尾管悬挂器，其特征在于：所述丢手机构包括液压丢手机构和机械丢手机构。

3.根据权利要求2所述的机械—液压双作用丢手旋转尾管悬挂器，其特征在于：所述液压丢手机构包括丢手液缸（18）、丢手控制销钉（19）、止退环（20）和弹爪（21），丢手液缸（18）设置在双公接头（4）上，弹爪（21）通过丢手控制销钉（19）和止退环（20）连接在丢手液缸（18）上，弹爪（21）的下端设有弹爪卡块（5），弹爪卡块（5）通过下接头（6）支撑且卡在公母接头（7）内的凹槽中。

4.根据权利要求2所述的机械—液压双作用丢手旋转尾管悬挂器，其特征在于：所述机械丢手机构包括上接头（2）、扭矩筒（3）、双公接头（4）、下接头（6）、公母接头（7）、机械丢手控制销钉（17）和液压丢手机构，上接头（2）通过花键轴与扭矩筒（3）上端的啮合齿嵌合，扭矩筒（3）与公母接头（7）上端的啮合齿嵌合，机械丢手控制销钉（17）设置在上接头（2）与扭矩筒（3）的连接重合部位。

5.根据权利要求1所述的机械—液压双作用丢手旋转尾管悬挂器，其特征在于：还包括有密封管（8）和密封盒（9），密封管（8）与下接头（6）连接，密封盒（9）固定套设在密封管（8）外，且位于公母接头（7）和中心管（15）的连接处。

6.根据权利要求1所述的机械—液压双作用丢手旋转尾管悬挂器，其特征在于：还包括空心胶塞（16），所述空心胶塞（16）通过销钉和螺纹连接在送入工具的下端。

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