CN103603615A - 一种丢手工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种丢手工具，包括接头、芯管、弹簧、顶套、连接筒、卡瓦、密封装置、引鞋、母锁环、限位筒和密封筒，芯管第一端与接头密封固定连接，套于芯管外部的连接筒与接头固定连接，连接筒与芯管之间形成环空，芯管依次套有弹簧、顶套、卡瓦和密封装置，卡瓦可沿芯管轴向滑动，卡瓦有反扣锯齿外螺纹，卡瓦在周向上分成多个部分，且端部具有内斜面，芯管具有与内斜面相应的斜面凸台，芯管上有第一凸台，卡瓦内表面有与第一凸台相应的第二凸台，用于芯管与密封筒之间密封的密封装置套于芯管第二端，芯管的第二端与引鞋连接；母锁环设于限位筒内且可轴向滑动，密封筒与限位筒固定连接，母锁环有反扣锯齿内螺纹。本发明易于组装及操作。

Description

一种丢手工具

技术领域

本发明涉及一种丢手工具，属于油气井井下工具技术领域。

背景技术

为了提高油、气采收率，国内外油田越来越多的采用水平井的钻井方式，而在水平井的完井方式上，很多井又选择水平井分段酸化压裂裸眼完井方式，在实施酸化压裂增产施工过程中，丢手工具承担了将分段压裂工具管串送入井以及工具完成座封后丢手的任务。因此丢手工具的性能直接关系酸化压裂增产施工是否能够顺利完成。经过实践证明，丢手工具是分段压裂工具中极其重要的工具，也是风险最高的工具之一，这些风险主要来源于工具本身的工作原理、结构设计以及现场丢手操作等。

目前，市场上使用的丢手工具的丢手方式主要有液压丢手、反转丢手、正转丢手。这些丢手工具结构复杂，组装难度大、现场操作难度大、后续回接、压裂风险大，需要有专门的防上顶的工具配合等不可靠因素诸多，给施工带来了较大的风险。液压丢手工具结构复杂、成本高、组装难度大，在施工过程中对压力、下工具速度控制要求高，可能造成提前丢手，风险高；反转丢手方式施工过程中一方面容易造成提前丢手，另一方面施工操作难度大，容易造成其他工具螺纹连接处倒扣，风险大。另外，传统的丢手工具在后续的回接、压裂需要插入回接插头，并且需要配备专门的防上顶工具，增大了施工风险。

目前市场上与本设计相似的正转丢手工具在现场施工过程中操作难度较大，在丢手操作过程中，首先对管柱中和点控制要求比较高，为了减少螺纹处的受力，需要上提管柱3吨然后正转2圈，直到悬重为零，再上提3吨后正转2圈，如此反复上提、正转，整个丢手过程需要正转12至13圈才能完成丢手。因此传统的正转丢手操作复杂。如果不反复的上提、正转：一、可能无法完成正转丢手；二、可能造成螺纹损坏，螺纹损坏将会直接影响正常丢手以及后续回接管柱的回接工作，给施工带来较大的风险。

鉴于上述现有的丢手工具在使用中存在的问题和缺陷，本发明人积极加以研究和创新，以发明一种丢手工具，消除现有技术存在的缺陷，使其更加具有实用性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种可丢手工具，结构简单，易于组装及操作。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种丢手工具，包括接头、芯管、弹簧、顶套、连接筒、卡瓦、密封装置、引鞋、母锁环、限位筒和密封筒，所述芯管包括第一端和第二端，所述芯管的第一端与所述接头密封固定连接，所述连接筒套于芯管外部，且连接筒与所述接头固定连接，所述连接筒与芯管之间形成环空，所述芯管第一端至第二端之间依次套有弹簧、顶套、卡瓦和密封装置，其中弹簧、顶套和部分卡瓦位于所述环空内，所述弹簧通过顶套对卡瓦施加推力，所述卡瓦与所述芯管周向定位，并且所述卡瓦与所述芯管轴向可相对滑动，所述卡瓦与顶套相抵的一端为受力端，所述卡瓦的另一端为锁定端，所述锁定端的外周上具有反扣锯齿外螺纹，所述卡瓦至少锁定端在周向上由轴向切口分成多个部分，所述锁定端的端部具有内斜面，所述芯管的外周面上具有与锁定端的内斜面相应的使卡瓦径向扩张的斜面凸台，所述芯管的外圆周上具有限制卡瓦向芯管第二端移动的第一凸台，所述卡瓦的内表面具有与第一凸台相应的第二凸台，所述密封装置套于所述芯管的第二端，所述密封装置用于芯管与密封筒之间的密封，芯管的第二端的端部与所述引鞋连接；所述母锁环设于所述限位筒内部，所述密封筒的一端伸入所述限位筒的一端并与限位筒固定连接，所述限位筒的内壁具有第四凸台，所述母锁环位于所述第四凸台和所述密封筒之间，所述第四凸台与所述密封筒之间的距离大于所述母锁环的轴向长度，所述母锁环与所述限位筒周向定位，并且所述母锁环可在第四凸台与所述密封筒之间滑动，所述母锁环的内壁上具有与所述锁定端的外周上的反扣锯齿外螺纹相适配的反扣锯齿内螺纹。

作为优选，所述卡瓦整体由周向上的多个部分组合而成，所述芯管的外周面上具有多条沿轴向延伸的挡板，所述卡瓦的每一部分嵌于两个挡板之间。

作为优选，所述连接筒的内周面上具有环形凸棱，所述顶套包括小径段和大径段，所述小径段的外径小于大径段的外径，所述环形凸棱的内径小于所述大径段的外径而大于所述小径段的外径，所述大径段相对于小径段靠近弹簧一侧，所述小径段穿过所述环形凸棱与所述卡瓦相抵，卡瓦的受力端的外径大于环形凸棱的内径。

作为优选，所述母锁环与所述限位筒之间通过轴向设置的相对应的限位凸棱和限位凹槽周向定位。

作为优选，所述密封装置包括金属环，所述金属环的内周面和外周面上分别开有密封槽，所述密封槽内分别设置密封圈，所述芯管的外周面上具有第三凸台，所述密封装置固定于所述第三凸台与所述引鞋之间。

作为优选，所述第四凸台与所述密封筒之间的距离至少为所述母锁环的轴向长度的两倍。

作为优选，所述接头与所述芯管通过螺纹连接，所述接头与所述芯管之间通过紧定螺钉固定。

作为优选，所述接头与所述芯管之间通过O形圈密封。

作为优选，所述接头与所述连接筒螺纹连接，所述接头与所述连接筒之间通过紧定螺钉固定。

作为优选，所述引鞋与所述芯管螺纹连接，且所述引鞋与所述芯管之间通过紧定螺钉固定。

作为优选，所述限位筒与所述密封筒螺纹连接，且所述限位筒与所述密封筒之间通过紧定螺钉固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本本发明的丢手工具的优点在于，结构上简单，避免复杂结构带来的不稳定因素，同时组装简单、节约成本；由于主要承重部位为反扣锯齿螺纹，该结构承重能力强，可以根据承重需求进行灵活设计，反扣锯齿螺纹设计首先不易造成中途丢手，然后在后续回接、压裂施工中，该结构更可靠，不需配备专门的防上顶工具，弥补了液压丢手的这一大的缺陷；本发明的丢手工具利用母锁环与限位筒之间周向定位而轴向可相对滑动的特点，弥补了现有的正转丢手工具现场施工时需要反复上提管柱的复杂性。综上，丢手工具在工具准备阶段、下管串丢手阶段、回接及压裂阶段全面的降低了施工风险。

附图说明

图1为本发明的丢手工具的结构半剖图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的B部放大图。

图4为图1的C部放大图。

图5为图1的D部放大图。

图6为图1的E部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

图1为本发明的丢手工具的结构半剖图，图2为图1的A-A剖视图，图3为图1的B部放大图，图4为图1的C部放大图，图5为图1的D部放大图，图6为图1的E部放大图。如图1至图6所示，一种丢手工具，包括上组合件和下组合件，上组合件包括接头1、芯管2、弹簧3、顶套4、连接筒5、卡瓦6、密封装置9和引鞋10，下组合件包括母锁环7、限位筒和密封筒；芯管2括第一端201和第二端202，芯管2的第一端201与接头1密封固定连接，连接筒5套于芯管2外部，且连接筒5与接头1固定连接，连接筒5与芯管2之间形成环空17，芯管2第一端201至第二端202之间依次套有弹簧4、顶套5、卡瓦6和密封装置9，其中弹簧4、顶套5和部分卡瓦6位于环空17内，弹簧4通过顶套5对卡瓦6施加推力，卡瓦6与芯管2周向定位，并且卡瓦6与芯管2轴向可相对滑动，卡瓦6与顶套5相抵的一端为受力端601，卡瓦6的另一端为锁定端602，锁定端602的外周上具有反扣锯齿外螺纹，卡瓦6至少锁定端602在周向上由轴向切口分成多个部分，锁定端602的端部具有内斜面621，芯管2的外周面上具有与锁定端602的内斜面621相应的使卡瓦6径向扩张的斜面凸台203，芯管2的外圆周上具有限制卡瓦6向芯管2第二端202移动的第一凸台204，卡瓦6的内表面具有与第一凸台204相应的第二凸台603，密封装置9套于芯管2的第二端202，密封装置9用于芯管2与密封筒11之间的密封，芯管2的第二端202的端部与引鞋10连接；母锁环7设于限位筒8内部，密封筒11的一端伸入限位筒8的一端并与限位筒固定连接，限位筒8的内壁具有第四凸台801，母锁环7位于第四凸台801和密封筒11之间，第四凸台801与密封筒11之间的距离大于母锁环7的轴向长度，母锁环7与限位筒8周向定位，并且母锁环7可在第四凸台801与密封筒11之间滑动，母锁环7的内壁上具有与锁定端的外周上的反扣锯齿外螺纹相适配的反扣锯齿内螺纹。

本发明的丢手工具结构简单可靠，简化工具组装、提高工具组装效率、全面降低工具成本；采用正转丢手，提高工具承载能力、有效避免中途丢手，提高工具的可靠性；独特的可轴向滑动的母锁环结构设计，使现场施工操作简单、大大降低了施工风险。卡瓦6的锁定端602的内斜面621与芯管2上的斜面凸台203相配合使卡瓦6的锁定端602径向扩张，从而增加了卡瓦2与母锁环7之间的结合力，提高丢手工具的可靠性，避免中途丢手。

作为上述实施例的优选，为了使锁定端602顺利径向扩张，一种方式是锁定端602由轴向的切口在周向上分成多个部分（根据实际情况确定，一般分成6-8个部分），而卡瓦6的受力端601仍为轴向连续的管形，具体结构可参考膨胀螺栓的胀管结构。此时卡瓦6和芯管2之间的周向定位通过两者之间轴向设置的相对应的滑槽和滑轨来实现，滑槽可沿轴向开设于卡瓦6上，而相应的嵌于滑槽内的滑轨设于芯管2上。当然也可反过来设置，即滑槽设于芯管2上，滑轨设于卡瓦6上。参见图2，另外一种方式是卡瓦6整体由轴向的切口在周向上分成多个部分（根据实际情况确定，一般分成6-8个部分），芯管2的外周面上具有多条沿轴向延伸的挡板205，卡瓦6的每一部分嵌于两个挡板205之间。图1的实施例中采用后一种方式，其中卡瓦6在周向上平均分成7个部分，芯管2的外周面上轴向设置7条挡板205，卡瓦6的每一部分卡于两条挡板205之间，从而实现周向定位而轴向可滑动。

作为上述实施例的优选，参见图3，连接筒5的内周面上具有环形凸棱501，顶套4包括小径段402和大径段401，小径段402的外径小于大径段401的外径，环形凸棱501的内径小于大径段401的外径而大于小径段的外径，大径段与弹簧相接触，小径段402穿过环形凸棱与卡瓦相抵，卡瓦6的受力端601的外径大于环形凸棱501的内径。

本发明的丢手工具中，参见图2，母锁环7与限位筒8之间通过轴向设置的相对应的限位凸棱和限位凹槽周向定位。当然可以是限位凸棱沿轴向设置于限位筒8的内周面上，而相对的限位凹槽沿轴向设于母锁环的外周面上，也可以反过来，即限位凹槽沿轴向设置于限位筒8的内周面上，而相对的限位凸棱沿轴向设于母锁环的外周面上。本实施例中3条限位凸棱均匀分布于限位筒8的内周面上，对应的3条限位凹槽设于母锁环7的外周面上。当然，限位凹槽的个数可以与限位凸棱的个数对应，也可是限位凸棱的个数的倍数。并且限位凸棱的个数可以是1个或多个。

本发明中密封装置9用于芯管2与密封筒11之间的密封，密封装置9可以是设置于芯管2的外周面上的密封槽内的O形圈。当然为了提高密封效果及耐用性，本实施例中密封装置9采用密封环，参见图6，密封环的具体结构如下：密封装置9包括金属环901，金属环901的外周面和外周面均设有密封层。密封层可采用如下两种方式设置，一种是金属环的外周面和/或外周面整体复合密封材料层，复合的该密封材料层的材质可以是磷化丁晴橡胶或其他适合的材料。另外一种是金属环的内周面和/外周面上分别开有密封槽，密封槽内分别设置密封圈902（市场上购得的O形圈即可，或采用磷化丁晴橡胶材质的密封圈）。设置密封材料层或设置密封圈可以组合使用也可单独使用。采用密封环时，密封环在芯管2上的固定可采用如下方式：芯管的外周面上具有第三凸台206，密封装置固定于第三凸台206与引鞋之间。密封环可以是多个联合使用，本实施例中采用4个密封环组合使用的方式。

本发明中，第四凸台801与密封筒11之间的距离至少应保证旋转丢手时母锁环7的轴向滑动，此距离可根据卡瓦6与母锁环7之间的连接扣的长度确定。本实施例中确定第四凸台801与密封筒11之间的距离至少为母锁环7的轴向长度的两倍。以便保证丢手时母锁环7有足够的滑动距离。

本发明中为保证两个部件之间的固定连接，多采用螺纹连接加紧定螺钉固定的方式。例如，接头1与芯管2通过螺纹连接，并且接头1与芯管2之间通过紧定螺钉13固定。接头1与芯管2之间通过O形圈12密封。

接头1与连接筒5螺纹连接，并且接头1与连接筒5之间通过紧定螺钉固定。

引鞋10与芯管2螺纹连接，且引鞋10与芯管2之间通过紧定螺钉16固定。

限位筒8与密封筒9螺纹连接，且限位筒8与密封筒9之间通过紧定螺钉14固定。

本发明中接头1为具有内螺纹的母接头。同样，密封筒11也具有与管柱中的油管或其他管件连接的内螺纹。接头1一端形成第一连接端，密封筒11的端部形成第二连接端。

本发明的丢手工具的组装如下：本发明的丢手工具装配分为上组合件和下组合件两部分，上组合件包括接头1、芯管2、弹簧3、顶套4、连接筒5、卡瓦6、密封装置（本实施例中采用密封环）9和引鞋10。

4个密封环套在芯管2第二端202，密封环外周面是磷化丁晴橡胶，密封环与芯管2间通过〇型圈15密封。引鞋10通过螺纹与芯管2连接，并用紧定螺钉16固定。卡瓦6是分瓣式的，卡瓦6整体在周向上分为7个部分（7瓣），卡瓦6每一瓣卡在芯管2上的两个轴向挡板内，用来限制卡瓦6与芯管2的相对转动；而芯管2的垂直轴向的第一凸台204与卡瓦6的内表面的第二凸台603相互作用，来限制卡瓦6向芯管2第二端202移动的范围。将连接筒5套在芯管2上，然后再依次将顶套4、弹簧3套在芯管2上，接头1与芯管2通过梯形螺纹连接，并用紧定螺钉13固定，接头1与芯管2之间靠〇型圈12密封。连接筒5与接头1通过梯形螺纹连接并用紧定螺钉固定，连接筒5内的环形凸棱501有如下两个作用：一、对顶套4起限位作用；二、在上组合件与下组合件装配的时候依靠此环形凸棱501限位并推动卡瓦6，完成卡瓦6与母锁环7的装配。顶套4的小径段顶着卡瓦6，大径端顶着弹簧3，弹簧3依靠顶套4将弹力传给卡瓦6，弹簧3的作用主要是通过顶套4顶着卡瓦6，使卡瓦6的端部始终顶在芯管2的斜面凸台203上。

下组合件包括母锁环7、限位筒8、密封筒11，将母锁环7装于限位筒8内，然后将密封筒11与限位筒螺纹连接，并用紧定螺钉14固定。母锁环7外周面上有3道轴向的限位凹槽，内周面具有反扣锯齿螺纹，与卡瓦6的反扣锯齿螺纹吻合（卡瓦6的锯齿扣牙型向接头1一侧，母锁环7的锯齿扣牙型向密封筒一侧），芯管2的斜面凸台203用来支撑卡瓦6的锁定端602的内斜面；限位筒8内周面有3道轴向的限位凸棱与母锁环7外周面上的限位凹槽吻合，用于防止母锁环7相对限位筒8转动的，限位筒8为母锁环7提供了可以上下滑动的轨道，在正转丢手的时候，母锁环7随着正转慢慢向下移动，直到脱离卡瓦6，该轨道设计是实现现场丢手操作过程中不需要反复的上提、正转等复杂操作的关键结构；密封筒11内周面部分是密封面，与上组合件的密封环过盈配合达到密封作用。

本发明的上组合件与下组合件相装配的时候，将引鞋一端插入密封筒11内，密封环实现芯管2与密封筒之间的密封。在推力的作用下卡瓦可直接插入母锁环内（卡瓦6脱离斜面凸台203，以及锯齿扣牙的方向导致），如不能顺利插入也可采用旋转的方式使卡瓦6与母锁环7通过反口锯齿螺纹连接。丢手的时候将工具上提，直接正转约12～13圈（根绝锯齿扣设计的长度可以调整）使上组合件与下组合件脱离，即完成丢手。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种丢手工具，其特征在于，包括接头、芯管、弹簧、顶套、连接筒、卡瓦、密封装置、引鞋、母锁环、限位筒和密封筒，所述芯管包括第一端和第二端，所述芯管的第一端与所述接头密封固定连接，所述连接筒套于芯管外部，且连接筒与所述接头固定连接，所述连接筒与芯管之间形成环空，所述芯管第一端至第二端之间依次套有弹簧、顶套、卡瓦和密封装置，其中弹簧、顶套和部分卡瓦位于所述环空内，所述弹簧通过顶套对卡瓦施加推力，所述卡瓦与所述芯管周向定位，并且所述卡瓦与所述芯管轴向可相对滑动，所述卡瓦与顶套相抵的一端为受力端，所述卡瓦的另一端为锁定端，所述锁定端的外周上具有反扣锯齿外螺纹，所述卡瓦至少锁定端在周向上由轴向切口分成多个部分，所述锁定端的端部具有内斜面，所述芯管的外周面上具有与锁定端的内斜面相应的使卡瓦径向扩张的斜面凸台，所述芯管的外圆周上具有限制卡瓦向芯管第二端移动的第一凸台，所述卡瓦的内表面具有与第一凸台相应的第二凸台，所述密封装置套于所述芯管的第二端，所述密封装置用于芯管与密封筒之间的密封，芯管的第二端的端部与所述引鞋连接；所述母锁环设于所述限位筒内部，所述密封筒的一端伸入所述限位筒的一端并与限位筒固定连接，所述限位筒的内壁具有第四凸台，所述母锁环位于所述第四凸台和所述密封筒之间，所述第四凸台与所述密封筒之间的距离大于所述母锁环的轴向长度，所述母锁环与所述限位筒周向定位，并且所述母锁环可在第四凸台与所述密封筒之间滑动，所述母锁环的内壁上具有与所述锁定端的外周上的反扣锯齿外螺纹相适配的反扣锯齿内螺纹。

2.根据权利要求1所述的丢手工具，其特征在于，所述卡瓦整体由周向上的多个部分组合而成，所述芯管的外周面上具有多条沿轴向延伸的挡板，所述卡瓦的每一部分嵌于两个挡板之间。

3.根据权利要求1所述的丢手工具，其特征在于，所述连接筒的内周面上具有环形凸棱，所述顶套包括小径段和大径段，所述小径段的外径小于大径段的外径，所述环形凸棱的内径小于所述大径段的外径而大于所述小径段的外径，所述大径段相对于小径段靠近弹簧一侧，所述小径段穿过所述环形凸棱与所述卡瓦相抵，卡瓦的受力端的外径大于环形凸棱的内径。

4.根据权利要求1所述的丢手工具，其特征在于，所述母锁环与所述限位筒之间通过轴向设置的相对应的限位凸棱和限位凹槽周向定位。

5.根据权利要求1所述的丢手工具，其特征在于，所述密封装置包括金属环，所述金属环的内周面和外周面上分别开有密封槽，所述密封槽内分别设置密封圈，所述芯管的外周面上具有第三凸台，所述密封装置固定于所述第三凸台与所述引鞋之间。

6.根据权利要求1所述的丢手工具，其特征在于，所述第四凸台与所述密封筒之间的距离至少为所述母锁环的轴向长度的两倍。

7.根据权利要求1所述的丢手工具，其特征在于，所述接头与所述芯管通过螺纹连接，所述接头与所述芯管之间通过紧定螺钉固定。

8.根据权利要求1所述的丢手工具，其特征在于，所述接头与所述芯管之间通过O形圈密封。

9.根据权利要求1所述的丢手工具，其特征在于，所述接头与所述连接筒螺纹连接，所述接头与所述连接筒之间通过紧定螺钉固定。

10.根据权利要求1所述的丢手工具，其特征在于，所述引鞋与所述芯管螺纹连接，且所述引鞋与所述芯管之间通过紧定螺钉固定。

11.根据权利要求1所述的丢手工具，其特征在于，所述限位筒与所述密封筒螺纹连接，且所述限位筒与所述密封筒之间通过紧定螺钉固定。

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