CN104481421B - 过弯道钻进防卡短节 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种过弯道钻进防卡短节，包括上接头、下接头、外筒、轴向活动安装于所述外筒内的心轴、剪切销钉和柱销；所述上接头的下端与所述外筒的上端连接，所述心轴的下端与所述下接头的上端连接；所述心轴包括具有至少一头螺旋槽的螺旋段；所述剪切销钉的一端与所述外筒固定连接，其另一端连接在所述心轴的上端；所述剪切销钉的下方间隔预定的垂直距离设置所述柱销，所述柱销的一端与所述外筒固定连接，其另一端置于所述螺旋槽内；所述外筒上提剪断所述剪切销钉，所述心轴相对于所述外筒旋转，所述柱销在所述螺旋槽内滑动，直至所述柱销抵靠在所述心轴的上端，实现钻头遇卡时安全解卡。
Description
技术领域
本发明涉及石油工业中套管钻孔开窗的技术领域，特别涉及一种过弯道的钻孔开窗的防卡短节。
背景技术
目前套管开窗作业通常采用螺杆钻具驱动万向节，钻头过导向弯道对套管进行钻孔，套管开窗作业是实现水射流钻径向水平井的关键工序之一。钻头在套管钻孔的过程中，一方面受钻压、万向节工作特性、弯道参数等多种因素耦合的影响，导致钻头工作参数不稳定；另一方面，井下环境复杂，套管受地层挤压，承受的应力一般较大，而且老井产层的钻孔位置处套管可能已有射孔，因此套管外固井水泥环极有可能不完整，上述恶劣工况都可能导致钻头受力不均，从而卡钻。
井下卡钻后如果没有安全防卡措施，强力提拉容易造成万向节与钻头断脱，落鱼的风险很大。一旦发生落鱼，所有井下钻孔工具(钻头、万向节组件等)必须起出，检修后再次下入继续钻孔，工作量显著增加，工作效率降低，成本剧增。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提出一种过弯道钻进防卡短节来实现钻头遇卡时安全解卡。
本发明的一种过弯道钻进防卡短节，包括上接头、下接头、外筒和轴向活动安装于所述外筒内的心轴，所述上接头的下端与所述外筒的上端连接，所述心轴的下端与所述下接头的上端连接；所述心轴包括具有至少一头螺旋槽的螺旋段；
所述过弯道钻进防卡短节还包括剪切销钉和柱销；所述剪切销钉的一端与所述外筒固定连接，其另一端连接在所述心轴的上端；所述剪切销钉的下方间隔预定的垂直距离设置所述柱销，所述柱销的一端与所述外筒固定连接，其另一端置于所述螺旋槽内；所述外筒上提剪断所述剪切销钉，所述心轴相对于所述外筒旋转，所述柱销在所述螺旋槽内滑动，直至所述柱销抵靠在所述心轴的上端。
作为一种可实施的方式，所述预定的垂直距离与所述螺旋段的长度相等。
作为一种可实施的方式，所述心轴的上端为限位台，所述剪切销钉的另一端钩挂在所述限位台的下端面上；
所述心轴的下端为连接段，所述螺旋段位于所述限位台和所述连接段之间。
作为一种可实施的方式，所述螺旋槽的头数为两头，所述柱销的数量与所述螺旋槽的数量相同。
作为一种可实施的方式，所述螺旋槽的旋向与所述下接头上外接的钻头的旋向相反。
作为一种可实施的方式，所述螺旋槽为矩形螺旋槽。
作为一种可实施的方式，所述外筒的筒壁上设置径向通孔，所述柱销穿过所述径向通孔；所述外筒的下端设置压帽，所述压帽覆盖在所述径向通孔上。
作为一种可实施的方式，所述上接头的贯通孔中设置节流控制口，所述节流控制口上设置与所述上接头的贯通孔同轴的节流孔。
作为一种可实施的方式，所述螺旋槽的螺纹为非自锁螺纹。
本发明相比于现有技术的有益效果在于：过弯道钻进防卡短节通过其上的螺旋槽带动外接钻头的反向旋转实现解卡，当上提外筒时，剪断剪切销钉，心轴相对于外筒反向螺旋旋转，带动钻头反向螺旋旋转从而解卡，避免强力提拉钻孔工具造成钻具断脱，防止发生井下落鱼。同时，安全解卡不必起出钻头、万向节组件等井下钻孔工具，减少了工作量，提高了钻孔速度和工作效率。
附图说明
图1为本发明在安装状态的剖视示意图；
图2为本发明在解卡状态(心轴伸出)的剖视示意图；
图3为本发明过弯道钻进防卡短节的心轴的剖视示意图；
图4为本发明过弯道钻进防卡短节的心轴的外壁展开示意图；
图5为具有过弯道钻进防卡短节的钻孔管柱在使用状态的结构示意图。
附图标记：
1-钻孔管柱；
10-过弯道钻进防卡短节；
11-上接头；12-防松螺钉；13-节流控制口；14-外筒；15-剪切销钉；
16-心轴；162-限位台；164-螺旋段；165-螺旋槽；166-连接段；
17-柱销；18-压帽；19-下接头；
20-钻压推加器；30-螺杆钻具；40-万向节与钻头；50-套管。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
请参阅图1所示，一种过弯道钻进防卡短节10包括上接头11、下接头19、外筒14和心轴16，心轴16轴向活动安装于外筒14内。上接头11的下端与外筒14的上端连接，心轴16的下端与下接头19的上端连接。请参阅图2所示，心轴16包括具有至少一头螺旋槽165的螺旋段164。
过弯道钻进防卡短节10还包括剪切销钉15和柱销17。如图1所示，剪切销钉15的一端与外筒14固定连接，其另一端连接在心轴16的上端；剪切销钉15的下方间隔预定的垂直距离设置柱销17，柱销17的一端与外筒14固定连接，其另一端置于螺旋槽165内，即为过弯道钻进防卡短节10的安装状态。
外筒14上提剪断剪切销钉15，心轴16相对于外筒14旋转，柱销17在螺旋槽165内滑动，直至柱销17抵靠在心轴16的上端，如图2所示，此时心轴16从外筒14内伸出，即为解卡状态。
过弯道钻进防卡短节10通过其上的螺旋槽165带动过弯道钻进防卡短节10下方外接的钻头的反向旋转实现解卡：当外接的钻头钻孔遇卡时，上提外筒14时，剪断剪切销钉15，心轴16相对于外筒14反向螺旋旋转，带动下方的钻头反向螺旋旋转从而解卡，避免强力提拉钻孔工具造成钻具断脱，防止发生井下落鱼。同时，安全解卡不必起出钻头、万向节组件等井下钻孔工具，减少了起出工具的工作量，提高了钻孔速度和工作效率。
钻头的反转扭矩可以通过心轴16的螺纹升角进行调节。当螺纹升角一定时，外筒14施加的提拉力为一定值，柱销17与螺旋槽165之间的摩擦系数也为一定值；螺纹升角越大，相应地，钻头得到的反转旋转扭矩越大。
本实施例中，上接头11的下端与外筒14的上端之间通过防松螺钉12固定，心轴16的下端与下接头19的上端之间也可采用螺钉进行紧固。较优地，上接头11的下端与外筒14的上端之间、心轴16的下端与下接头19的上端之间还可为螺纹连接。上接头11、下接头19和心轴16上均沿轴向设置贯通孔，上接头11的贯通孔与外筒14的内部空腔连通；心轴16的贯通孔与下接头19的贯通孔连通。
作为一种可实施的方式，结合图1和图2所示，预定的垂直距离与螺旋段164的长度相等。初始状态时，剪切销钉15和柱销17分别位于螺旋槽165的上端端点和下端端点。
作为一种可实施的方式，上接头11的贯通孔中设置节流控制口13，节流控制口13上设置与上接头11的贯通孔同轴的节流孔，通过节流控制口13调整钻孔时的钻压值。
作为一种可实施的方式，外筒14的筒壁上设置径向通孔，柱销17穿过径向通孔；外筒14的下端设置压帽18，压帽18覆盖在径向通孔上。本实施例中，压帽18为中空筒，紧密套装在外筒14的外壁上。压帽18起到压紧固定柱销17的作用，防止柱销17在心轴16在反向螺旋旋转过程中受力脱出。
请参阅图3所示，心轴16的上端为限位台162，心轴16的下端为连接段166，本实施例中，连接段166为柱体，其下端设置用于连接下接头19的内螺纹。螺旋段164位于限位台162和连接段166之间。初始状态时，剪切销钉15的另一端钩挂在限位台162的下端面上，柱销17抵靠在连接段166的上端面上。
请参阅图4所示，螺旋槽165的头数为两头，柱销17的数量与螺旋槽165的数量相同。钻井作业时，根据万向节与钻头等组件的抗拉强度和承扭强度调整螺旋槽165的螺纹升角，上提外筒14的提拉力与钻头反向旋转的轴向扭矩成正比。当心轴16直径一定时，螺纹升角与导程成正比关系，螺纹升角越大，导程越大。根据过弯道钻进防卡短节10的心轴16所允许的外径、长度范围，结合钻头能顺利解卡的扭矩，在合适范围内选择螺纹升角。
本实施例中，考虑过弯道钻进防卡短节10的外径、长度范围的限制，使用两头螺旋槽165，不仅保证了心轴16的强度，而且在有限的长度范围内优化了心轴16的外径和贯通孔内径，使心轴16便于加工；且传递效率高，上提外筒14的提拉力能有效地转化为心轴16的反向旋转扭矩，从而使外界的钻头顺利解卡。本实施例中，螺旋段164上的螺旋槽165设计为一个螺纹导程，柱销17从螺旋槽165的下端相对旋转到上端，心轴16反向旋转一周，使钻头相应反向旋转一周，脱离卡钻位置。
作为一种可实施的方式，螺旋槽165的旋向与下接头19上外接的钻头的旋向相反。通常情况下，常规的旋紧驱动的钻头旋转方向为右旋，螺旋槽165的旋向为左旋；左旋的螺旋槽165可适配各种类型的钻头以解卡。螺旋槽165的导向作用使心轴16左旋，带动钻头左旋退出，从而实现解卡。
作为一种可实施的方式，螺旋槽165为矩形螺旋槽。
作为一种可实施的方式，螺旋槽165的螺纹为非自锁螺纹，非自锁螺纹才能保证剪断剪切销钉15后，心轴16相对外筒14顺利地螺旋旋转。
请参阅图5所示，在钻孔管柱1中，过弯道钻进防卡短节10的上接头11依次向上连接钻压推加器20和螺杆钻具30，过弯道钻进防卡短节10的下接头19连接万向节与钻头40。钻孔作业时，使螺旋槽165的旋向与下接头19上外接的钻头的旋向相反，下放钻孔管柱至弯道中，对套管50实现过导向弯道钻孔。当钻头卡钻时，上提外筒14，心轴16与外筒14相对螺旋旋转，使钻头反转，顺利解卡。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种过弯道钻进防卡短节，包括上接头、下接头、外筒和轴向活动安装于所述外筒内的心轴，其特征在于，所述上接头的下端与所述外筒的上端连接，所述心轴的下端与所述下接头的上端连接；所述心轴包括具有至少一头螺旋槽的螺旋段，所述螺旋槽的旋向与所述下接头上外接的钻头的旋向相反；
所述过弯道钻进防卡短节还包括剪切销钉和柱销；所述剪切销钉的一端与所述外筒固定连接，其另一端连接在所述心轴的上端；所述剪切销钉的下方间隔预定的垂直距离设置所述柱销，所述柱销的一端与所述外筒固定连接，其另一端置于所述螺旋槽内；所述外筒上提剪断所述剪切销钉，所述心轴相对于所述外筒旋转，所述柱销在所述螺旋槽内滑动，直至所述柱销抵靠在所述心轴的上端。
2.根据权利要求1所述的过弯道钻进防卡短节，其特征在于，所述预定的垂直距离与所述螺旋段的长度相等。
3.根据权利要求1所述的过弯道钻进防卡短节，其特征在于，所述心轴的上端为限位台，所述剪切销钉的另一端钩挂在所述限位台的下端面上；
所述心轴的下端为连接段，所述螺旋段位于所述限位台和所述连接段之间。
4.根据权利要求1所述的过弯道钻进防卡短节，其特征在于，所述螺旋槽的头数为两头，所述柱销的数量与所述螺旋槽的数量相同。
5.根据权利要求1所述的过弯道钻进防卡短节，其特征在于，所述螺旋槽为矩形螺旋槽。
6.根据权利要求1所述的过弯道钻进防卡短节，其特征在于，所述外筒的筒壁上设置径向通孔，所述柱销穿过所述径向通孔；所述外筒的下端设置压帽，所述压帽覆盖在所述径向通孔上。
7.根据权利要求1至6任一项所述的过弯道钻进防卡短节，其特征在于，所述上接头的贯通孔中设置节流控制口，所述节流控制口上设置与所述上接头的贯通孔同轴的节流孔。
8.根据权利要求1至6任一项所述的过弯道钻进防卡短节，其特征在于，所述螺旋槽的螺纹为非自锁螺纹。
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