CN103899276B - 可收回锁紧的井下工具用开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可收回锁紧的井下工具用开关装置，包括外壳体内壁设有两个台肩面，其中的上台肩面上座有限位套，下台肩面上设置有下球座滑套，外壳体内壁套装有上内套，上内套的内壁套装有上球座滑套；上内套的下端与上球座滑套之间设置有下内套；下内套中部外表面设置有朝下的台阶面向下与限位套上端对应配合，下内套内壁表面加工有与上球座滑套下端面配合的台肩面；在上内套外壁上径向设置有盲孔，该盲孔中设置有锁紧机构；在外壳体内壁上设置有与锁紧机构配合的锁紧槽。本发明的可收回锁紧的井下工具用开关装置，不仅适用于修井切割器、完井工具，而且适用于钻井工具及其相关联的需要实现开启、锁紧和关闭动作的任何工具当中。

Description

可收回锁紧的井下工具用开关装置

技术领域

本发明属于陆地与海洋油气钻采装备技术领域，涉及一种可收回锁紧的井下工具用开关装置。

背景技术

近年来，随着油气资源开采难度的加大，使得井下施工工艺日渐呈现出多样性、复杂性的特点，尤其对井下施工作业中井下工具的开关动作的安全性、可靠性等提出了更高的要求。

目前的井下工具操作方法基本上是采用旋转管柱或者通过上提、下放管柱动作来实现，这两种方式的操作均必须依靠作业人员经验来完成，极易出现误操作。另外还有一种方法是通过投一次球的方式来改变工具形态并完成井下工具操作，但是这种方式只能实现开启，要关闭只能将管柱全部提起以更换工具方可进行下次作业、或者通过磨铣方能实现贯通，操作很不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种可收回锁紧的井下工具用开关装置，通过对陆地或海洋复杂环境条件下的井下工具实施两次投球的方式，以改变工具动作形态，从而实现工具可靠开启、锁紧及安全关闭。

本发明所采用的技术方案是：一种可收回锁紧的井下工具用开关装置，包括圆筒型的外壳体，外壳体内壁设有两个台肩面，其中的上台肩面上座有限位套，下台肩面上设置有下球座滑套；

外壳体上部的内壁滑动套装有上内套，上内套的内壁套装有上球座滑套，上球座滑套的球座下部位置径向开有多个径向孔；上内套的下端与上球座滑套之间设置有下内套，下内套中部壁上开有压力通孔；下内套中部外表面设置有朝下的台阶面向下与限位套上端对应配合，下内套内壁表面加工有与上球座滑套下端面配合的台肩面；下球座滑套在球座上下位置均径向设置有多个斜孔；

在上内套外壁上径向设置有盲孔，该盲孔中设置有锁紧机构；在外壳体内壁上设置有与锁紧机构配合的锁紧槽。

本发明的可收回锁紧的井下工具用开关装置，其特点还在于：

上内套的内壁通过上剪切销与上球座滑套固定套接；下内套下段内壁通过下剪切销与下球座滑套固定套接。

上球座滑套外壁与上内套内壁之间设置有O型密封圈一，上球座滑套外壁和下内套内壁之间设置有O型密封圈二，下球座滑套外壁与下内套内壁之间设置有O型密封圈三。

上内套和下内套通过螺纹连接。

限位套的内径比下内套下台阶面的外径大。

锁紧机构包括锁紧块和弹簧，其中的锁紧块朝向盲孔底的端面与该盲孔底之间设置有弹簧。

本发明的工作性能及结构特点是：

第一，结构具有良好通用性，既可用在海洋修井工具如切割管柱中，也可用在完井工具中如封隔器中，还可用于钻井作业中，不仅能够提高工具的互换性、通用性，还节约了生产成本。

第二，利用简单的投球动作，便可实现工具的开启和收回动作，不需要上提下放或左旋右旋管柱，更不需要全部提起管柱更换工具，操作非常方便。

第三，在未开启时可全排量全通径循环井液，因此可作为备用工具在井下钻具组合（DHA）中使用。

第四，操作可靠，利用投球的不同大小依次顺序实现动作，避免出现误动作，保证井下安全。

第五，设置有锁紧机构，在开启状态时锁紧，可保证工具的使用不受泵压变化的影响，从而保证作业的安全可靠。

第六，结构设计简单流畅、易于操作。主要采用下球座滑套与上球座滑套将位于下内套上的压力通孔16开启或者阻挡，从而允许或阻止压力流体进入下内套与外壳体之间的环空，进而实现工具的开关动作。

附图说明

图1是本发明装置的初始状态示意图，其中箭头所指方向为流体流动方向，割刀还处于收回状态；

图2是本发明装置第一次投入钢球并到达球座的示意图；

图3是本发明装置在割刀开启状态时的示意图，其中燕尾箭头所指方向为动作方向；

图4是图3中的放大图Ⅰ，为锁紧机构示意图；

图5是本发明装置在第二次投入钢球后的关闭状态时的示意图；

图6是本发明装置应用于完井作业时的示意图一；

图7是本发明装置应用于完井作业时的示意图二；

图8是本发明装置应用于钻扩井作业时的示意图一；

图9是本发明装置应用于钻扩井作业时的示意图二；

图10是图1中的局部放大示意图。

图中，1.外壳体，2.上内套，3.上剪切销，4.上球座滑套，5.下内套，6.限位套，7.下剪切销，8.下球座滑套，9.锁紧机构，10.下投球，11.上投球，12.O型密封圈一，13.O型密封圈二，14.O型密封圈三，15.锁紧槽，16.压力通孔，17.环空区域，18.锁紧块，19.弹簧，20.封隔器胶筒，21.割刀，22.斜孔，23.径向孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施加以具体说明。

图1-图5是以本发明用于水下井口切割器为例进行的描述及说明。

本发明可收回锁紧的井下工具用开关装置的结构是，

参照图1、图3、图10，包括圆筒型的外壳体1，外壳体1内壁设有两个台肩面，分别如图9中的上台肩面A和下台肩面B，上台肩面A上座有限位套6，下台肩面B上设置有滑动的下球座滑套8，外壳体1上部的内壁滑动套装有上内套2，上内套2的内壁通过上剪切销3固定套装有上球座滑套4，上球座滑套4的球座下部位置径向开有多个径向孔23；上内套2的下端与上球座滑套4之间设置有下内套5，上内套2和下内套5通过螺纹连接在一起，下内套5中部壁上开有压力通孔16，下内套5、限位套6与外壳体1之间围成的空间称为环空区域17；下内套5中部外表面设置有朝下的台阶面向下与限位套6上端对应配合，下内套5内壁表面加工有与上球座滑套4下端面配合的台肩面；下内套5下段内壁通过下剪切销7与下球座滑套8固定套接，下球座滑套8向下最多能够下移到外壳体1下台肩面B，用以封堵下内套5的压力通孔16；下球座滑套8在球座上下位置均径向设置有多个斜孔22，作为流体通道孔，方向为流体流动方向；

限位套6的内径比下内套5下台阶面的外径略大，不影响下内套5上移，又能够限制下内套5的极限下移位置；

上球座滑套4上端外壁与上内套2内壁之间设置有O型密封圈一12，上球座滑套4外壁和下内套5内壁之间设置有O型密封圈二13，下球座滑套8外壁与下内套5内壁之间设置有O型密封圈三14；

参照图2、图3、图4，在上内套2外壁上径向设置有盲孔，该盲孔中设置有锁紧机构9，锁紧机构9包括锁紧块18和弹簧19，其中的锁紧块18朝向盲孔底的端面与该盲孔底之间设置有弹簧19；

参照图5，在外壳体1内壁上设置有与锁紧机构9配合的凹形锁紧槽15；当锁紧机构9中的锁紧块18外端进入锁紧槽15中，可实现上内套2与外壳体1的锁紧可靠。

至此，本发明上述的结构，可以根据功能分为开启滑套部分（主要部件为下球座滑套8、下内套5）、关闭滑套部分（主要部件为上球座滑套4、上内套2）、锁紧部分（主要部件为锁紧机构9）三大部分组成，其工作原理是：

首先，本发明装置处于未动作状态（初始状态），限位套6坐在外壳体1上台肩面处，下球座滑套8通过上剪切销7与下内套5连接在一起，下内套5与上内套2采用螺纹连接，下内套5的上端与上球座滑套4的下端接触，封堵住下内套5的压力通孔16，上内套2保持固定不动，割刀21位于上内套2上方的斜面处，上内套2可在外壳体1内上下滑动，如图1；

然后，当投进下投球10时，封堵了下球座滑套8的向下通道，憋压直至剪断下剪切销7后，下球座滑套8下行，至外壳体1下台肩面停止下移；当下球座滑套8下移至外壳体1的下台肩面后，下内套5的压力通孔16开启，此时压力流体将进入下内套5与外壳体1之间的环空区域17，增加泵压，推动下内套5以及与之相连的上内套2向上移动，割刀在上内套2的推动下向外伸出，当锁紧机构9进入外壳体1上的锁紧槽15中，实现工具开启并锁紧，如图2、图3、图4；

最后，进行二次投球，当上投球11进入上球座滑套4的球座，压力升高，推动上内套2向下移动，直到下内套5靠在限位套6上，割刀向内收回，工具实现关闭；虽然图5中已实现关闭收回，但流体通道已被封堵，为了使流道畅通，且实现安全关闭，压力继续升高，剪断上剪切销3，上球座滑套4移至下内套5内壁的台肩面，同时，下内套5的压力通孔16被封堵住，上内套2向下移动，此时工具完全实现安全关闭，如图3、图4。

下球座滑套8与下内套5之间设置有O型密封圈三14，且上球座滑套4下端和下内套5之间亦设置有O型密封圈二13，上球座滑套4上端和下内套5之间亦设置有O型密封圈一12，故而在正常状态时，压力流体不会进入环空区域17中，从而在上内套2与下内套5的上下游表面不会形成压力差，故而不会动作。

操作过程中两次投球的原理是：

当平台的投球器将下投球10投入下球座滑套8后，将通道封堵，压力不断上升，随之剪断下剪切销7，下球座滑套8便失去约束，然后下行，将下内套5上的压力通孔16位置让出来，此时压力流体便可进入环空区域17，泵压不到上升，由于上内套2与下内套5上下游表面的压力差不断增大，推动上内套2不断上移，此时工具处于开启状态。当上移至锁紧机构9上的锁紧块18进入外壳体1上的锁紧槽15时，工具便锁紧，这样即使在作业过程中泵压有所波动、降低，也仍能可靠地保持开启状态；

作业完成后，如果要关闭工具，可将上投球11投入上球座滑套4，由于上球座滑套4与上内套2之间设置有O型密封圈12，通道被封堵，压力上升，同时由于流体通道的封堵，流体将不会进入环空区域17，上内套2与下内套5的上下游表面不会形成压力差，此时上球座滑套4与上内套2将下移，直至外壳体1的上台肩面后，剪断上剪切销3，上球座滑套4下移，封堵下内套上的压力通孔16，此时虽然流道已开启，但流体已不能从压力通孔16进入环空区域17，故而不会导致上内套2的误动作，实现安全关闭。

本发明装置适用井下工具在工作时需要实现开启、锁紧和关闭动作的情况，尤其适用于修井切割器、完井工具和钻井等多种工具工作场景需要。

实施例1

本发明应用在修井工具如切割器上，比如与扶正器连接时，可用于水下井口装备的切割回收作业中，如图1-图5所示。

当装有本发明的切割器进入预定位置开启割刀进行作业时，可通过地面投球器投球进入工具中，当到达下球座滑套8时可封堵泥浆通道。此时进入憋压阶段，压力不断上升，当升至下球座滑套8与下内套5相连的下剪切销7的剪断压力后，下剪切销7被剪断，下球座滑套8连带投球在泥浆压力作用下下移，至外壳体的下台肩面时停止，由于下球座滑套8上有流体通道开口，泥浆可绕过下球座滑套8继续循环。当下球座滑套8下移后，上球座滑套4上的流体通道口开启（上球座滑套4周向开有一圈流体通道口），泥浆进入上球座滑套4与壳体之间的环空区域，然后增加泥浆的泵送压力，上球座滑套4便可在压力作用推动下上移，上球座滑套4连接工具的动作部分，这样便可开启工具，当到达预设位置后，锁紧块18滑入外壳体中的锁紧槽15中。当井口切割作业完成，需要收回割刀时，再进行二次投球，同样的，到达上球座滑套4时封堵泥浆通道，憋压，当压力达到剪断锁紧销，而未剪断上剪切销时，将通过球座滑套和上内套推动上球座滑套4下行，直至外壳体的台肩面为止，此时上球座滑套4完全回到原来位置，工具达到收回目的。

实施例2

本发明应用在封隔器等完井工具上，如图6、图7所示。

随作业管柱下入井中，到达作业段后，投球，然后同样的动作如前所述，开启工具并锁紧，封隔器胶筒20变形实现密封，当作业完成需要回收管柱，此时投二次球，开启工具的回收动作，如前所述，封隔器胶筒20回弹实现解封，便可上提管柱。

实施例3

本发明应用在钻井工具上使用，如图8、图9所示。

与井下钻具组合（DHA）连接时，即该结构属于井下DHA的一部分，前方是钻头，正常情况下可全通径、全排量钻井，不影响钻井效果与钻井效率。当出现特殊钻井条件需要开启工具使用割刀21进行扩眼作业时，如前述开启工具和收回工具。最后当压力进一步上升直到剪断上剪切销，滑套下行，由于下球座滑套8上也开有流体通道口，钻井液也可绕过投球及下球座滑套8，此时便可使用割刀21全排量钻进，不必进行上提下放管柱。

Claims (5)

1.一种可收回锁紧的井下工具用开关装置，其特征在于：包括圆筒型的外壳体(1)，外壳体(1)内壁设有两个台肩面，其中的上台肩面上座有限位套(6)，下台肩面上设置有下球座滑套(8)，

外壳体(1)上部的内壁滑动套装有上内套(2)，上内套(2)的内壁套装有上球座滑套(4)，上球座滑套(4)的球座下部位置径向开有多个径向孔(23)；上内套(2)的下端与上球座滑套(4)之间设置有下内套(5)，下内套(5)中部壁上开有压力通孔(16)；下内套(5)中部外表面设置有朝下的台阶面向下与限位套(6)上端对应配合，下内套(5)内壁表面加工有与上球座滑套(4)下端面配合的台肩面；下球座滑套(8)在球座上下位置均径向设置有多个斜孔(22)；

在上内套(2)外壁上径向设置有盲孔，该盲孔中设置有锁紧机构(9)；在外壳体(1)内壁上设置有与锁紧机构(9)配合的锁紧槽(15)；

所述的上内套(2)的内壁通过上剪切销(3)与上球座滑套(4)固定套接；下内套(5)下段内壁通过下剪切销(7)与下球座滑套(8)固定套接。

2.根据权利要求1所述的可收回锁紧的井下工具用开关装置，其特征在于：所述的上球座滑套(4)外壁与上内套(2)内壁之间设置有O型密封圈一(12)，上球座滑套(4)外壁和下内套(5)内壁之间设置有O型密封圈二(13)，下球座滑套(8)外壁与下内套(5)内壁之间设置有O型密封圈三(14)。

3.根据权利要求1所述的可收回锁紧的井下工具用开关装置，其特征在于：所述的上内套(2)和下内套(5)通过螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的可收回锁紧的井下工具用开关装置，其特征在于：所述的限位套(6)的内径比下内套(5)下台阶面的外径大。

5.根据权利要求1所述的可收回锁紧的井下工具用开关装置，其特征在于：所述的锁紧机构(9)包括锁紧块(18)和弹簧(19)，其中的锁紧块(18)朝向盲孔底的端面与该盲孔底之间设置有弹簧(19)。