CN105041215B - 一种基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋深水钻井领域，具体地，涉及一种基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，可将导管送入到位并可解脱钻杆继续钻进。基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，包括：心轴、套筒、本体；其中：心轴外依次设有套筒、本体；套筒与心轴通过销槽配合连接固定，本体坐落在套筒上；止动爪贯穿本体，可以沿水平径向滑动；锁定销贯穿套筒并伸入到心轴上的圆形孔中，使得心轴与套筒固定。本发明实现钻具与导管的脱离，继续二开钻进；控制机构采用凸轮机构，能够快速实现送入工具与导管的锁紧与解锁，高效简洁节约了作业时间；上部采用锁定销设计，配合遥控潜水器的机械手操作，作业更加安全可靠。

Description

一种基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具

技术领域

本发明属于海洋深水钻井领域，具体地，涉及一种基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，可将导管送入到位并可解脱钻杆继续钻进。

背景技术

在海洋深水钻井中，表层导管是整个深水油井建造过程中安装的第一层套管，它为其后所有的套管及井口设备提供结构支撑。由于利用喷射法下入导管具有节省钻井时间、无需固井及保护地层等优点，目前已经成为全世界进行深水钻井作业的通用作法，其作业需要借助送入工具。

目前，我国深水钻井中采用的喷射下导管技术作业者多为国外石油公司，他们实行技术封锁，只提供现场服务，不对外销售工具，核心资料保密。因此作业费用高昂，这严重制约了我国深水钻井技术的发展。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，通过钻杆带动心轴的上提、下放及旋转运动，实现下放工具与导管的锁紧与解锁功能，以及底部钻具组合的脱开与继续钻进功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，包括：心轴、套筒、本体；其中：心轴外依次设有套筒、本体；套筒与心轴通过销槽配合连接固定，本体坐落在套筒上；止动爪贯穿本体，可以沿水平径向滑动；锁定销贯穿套筒并伸入到心轴上的圆形孔中，使得心轴与套筒固定。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的深水钻井导管送入工具能够实现送入工具与导管的锁紧和解锁，导管下至预定深度后，实现钻具与导管的脱离，二开继续钻进。

2、本发明深水钻井导管送入工具的控制机构采用凸轮机构，能够快速实现送入工具与导管的锁紧与解锁，高效简洁，操作时间短，节约了作业时间。

3、本发明深水钻井导管送入工具的上部采用锁定销设计，配合遥控潜水器的机械手操作，更加安全可靠，能够有效控制心轴的解脱后继续钻进。

附图说明

图1为基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具结构剖面示意图；

图2为图1中A-A向剖视图；

图3为心轴结构示意图；

图4为套筒结构示意图；

图5为导管头结构示意图；

图6为基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具与导管头配合示意图；

图中： 1、心轴；11、中心孔；12、圆孔；13、凸台；14、阶梯槽；2、套筒；21、锁定销；22、定位槽；23、凸轮；24、弹簧；25、下部定位键；3、本体；31、密封盖；32、上部定位键；33、防旋转销；34、返排孔；35、止动爪；36、导向销；37、导向槽； 4、导管头；41、防旋转槽；41、环形凹槽。

具体实施方式

如图1、图2所示，基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，包括：心轴1、套筒2、本体3；其中：心轴1外依次设有套筒2、本体3；套筒2与心轴1通过销槽配合连接固定，本体3坐落在套筒2上。

心轴1为空心轴，心轴1设有中心孔11，中心孔11为钻井液循环通道；心轴1上端设有内螺纹，心轴1通过内螺纹与上部钻杆连接，通过上部钻杆的上提、下放与旋转可以控制工具的工作；心轴1下端设有外螺纹，通过外螺纹与下部钻杆连接，通过下部钻杆连接底部钻具组合向下钻进。

如图3所示，心轴1顶端外壁上设有圆孔12，心轴1下部形成凸台13，凸台13外壁上位于同一高度处设有四个阶梯槽13，四个阶梯槽13沿圆周均分布；每个阶梯槽13由一个横凹槽和一个竖凹槽组成，横凹槽为圆弧形，沿水平方向竖凹槽位于横凹槽的左端并向上延伸，竖凹槽顶端开口。

套筒2为管状结构，上部内径与心轴1上部外径相同，下部内径与心轴1凸台13的外径相同；锁定销21贯穿套筒2并伸入到心轴1上的圆形孔12中将心轴1与套筒2固定；锁定销21内侧一端为圆柱体、外侧一端为圆环，锁定销21可用遥控潜水器的机械手拔出。

套筒2下部内壁上位于同一高度处设有四个下部定位键25，四个下部定位键25沿圆周均布，下部定位键25插入到心轴1下部的阶梯槽13的横凹槽内最右端，当锁定销21被拔出后，从上往下看沿逆时针旋转心轴1，下部定位键25在横凹槽内向左滑动(沿水平方向看)。当下部定位键25到达横凹槽最左端时，下放心轴1则下部定位键25从竖凹槽的上端开口处滑出，心轴1与套筒2脱离。

如图4所示，套筒2上部外壁上位于同一高度处设有三个定位槽22，沿圆周对称分布；每个定位槽22由一个横凹槽和两个竖凹槽组成，横凹槽为圆弧形凹槽，两个竖凹槽位于横凹槽的两端并向下延伸。套筒2中部外壁上位于同一高度处设有六个凸轮23，六个凸轮23沿圆周均布，每个凸轮23的外径从上方往下看沿顺时针方向逐渐减小。弹簧24位于凸轮23下方并且套在套筒2上，弹簧24的两端均为自由端。

本体3为空心圆柱体结构，本体3的内径上部大、下部小，上部内径与套筒2上凸轮23的最大外径相同，下部内径与套筒2外径相同。

本体3坐落在套筒2的凸台13上，本体3的下部内壁与套筒2的外壁通过O型密封圈密封；本体3与套筒2形成腔体，凸轮23位于腔体内。

本体3设有八个竖向贯穿的返排孔34，返排孔34沿圆周对称分布，返排孔34与心轴1的轴线平行，返排孔34是钻井液携岩返排的通道。

本体3上设有四个防旋转销33，防旋转销33为圆柱体结构，防旋转销33沿径向设置并沿圆周均布。

本体3中部设有六个止动爪35，止动爪35沿径向设置并沿圆周均布；止动爪35为圆柱轴结构，内部外径小，外部外径大，止动爪35能够在孔内沿径向滑动，止动爪35内侧一端为半球体、外侧一端设有两个水平的突起爪。

止动爪35外径较大处顶部设有导向槽37，导向槽37沿止动爪35的轴线方向，导向销36穿过本体3向下插入到导向槽37中，使得止动爪35只能在孔内滑动而无法旋转。

密封盖31的内径与套筒2上部外径相同，密封盖31套设在凸轮23上方并且通过八个沿圆周对称分布的螺钉固定在本体3顶面，密封盖31与套筒2之间通过O型密封圈密封。

密封盖31上部位于同一高度处设有三个上部定位键32，上部定位键32沿圆周对称分布，上部定位键32通过螺纹与密封盖31固定。上部定位键32插入到套筒2上部的定位槽12内，当上部定位键32位于左边竖凹槽下端时，止动爪35的内侧一端顶在凸轮23外径最小处。下放套筒2，弹簧24被压缩，上部定位键32在左边竖凹槽内向上滑动，当到达左边竖凹槽最上端时，从上方看顺时针旋转套筒2，上部定位键32在横凹槽内向右滑动，此时止动爪35的内侧一端沿凸轮23外缘被向外顶出。当上部定位键32到达横凹槽最右端时，上提套筒2，弹簧24恢复原状，上部定位键32在右边竖凹槽内向下滑动并到达最下端，此时止动爪35的内侧一端顶在凸轮23外径最大处。

本体3外径为变径结构，上部大下部小。

如图5所示，导管头4为管状结构，下端通过焊接与导管相连。导管头4内径上部与工具的本体3外径相适应，本体3能够座封在导管头4内。导管头4上端有四个防旋转槽41，沿圆周对称分布。工具的防旋转销33插入防旋转槽41内，固定工具防止其旋转。导管头4内壁上部有两个环形凹槽42，当止动爪35向外被顶出时能有部分嵌入到环形凹槽42内，固定工具无法向上移动。

基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具的工作原理：

初始状态为心轴与套筒之间通过锁定销固定，套筒的下部定位键位于阶梯槽的横凹槽最右端，本体的上部定位键位于定位槽的左边竖凹槽的最下端，止动爪外侧一端在径向孔内未伸出。将深水钻井导管送入工具下入到导管头内，并且本体上的防旋转销坐落在导管头上的竖向槽内，防止工具与导管头的旋转。

下放心轴，当上部定位键到达定位槽的横向槽左端时，从上方看顺时针旋转心轴，止动爪在凸轮的带动下向外顶出。当上部定位键到达定位槽的横凹槽右端时，上提心轴。此时，止动爪外侧一端被顶出，嵌入到导管头内壁的环形凹槽内，将本体固定在导管头内，送入工具与导管头处于锁紧状态。

这时，就可以进入喷射下导管钻进作业。当表层导管送入到位时，首先静置导管一段时间，然后需要解脱心轴与钻具组合，进行二开的继续钻进阶段。下放心轴，当上部定位键到达定位槽的横凹槽右端时，从上方看逆时针旋转心轴。当上部定位键到达定位槽的横凹槽左端时，上提心轴。此时，整个深水表层喷射下导管送入工具与导管头处于解锁状态。

然后，利用遥控潜水器的机械手将锁定销拔出，从上方看逆时针旋转心轴。当下部定位键到达阶梯槽的竖凹槽最下端时，下放心轴。此时，心轴与套筒分离脱出，可以进行二开继续钻进的作业。二开完成后，上提心轴，将底部钻具组合和送入工具上提到平台，完成深水钻表层的施工。

Claims (9)

1.一种基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，包括：心轴、套筒、本体；其特征在于：心轴外依次设有套筒、本体；套筒与心轴通过销槽配合连接固定，本体坐落在套筒上；套筒上部外壁上位于同一高度处设有三个定位槽，沿圆周对称分布；每个定位槽由一个横凹槽和两个竖凹槽组成，横凹槽为圆弧形凹槽，两个竖凹槽位于横凹槽的两端并向下延伸；套筒中部外壁上位于同一高度处设有六个凸轮，六个凸轮沿圆周均布，每个凸轮的外径从上方往下看沿顺时针方向逐渐减小；弹簧位于凸轮下方并且套在套筒上，弹簧的两端均为自由端。

2.根据权利要求1所述的基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，其特征在于：心轴为空心轴，心轴设有中心孔，心轴上端设有内螺纹，心轴下端设有外螺纹。

3.根据权利要求2所述的基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，其特征在于：心轴顶端外壁上设有圆孔，心轴下部形成凸台，凸台外壁上位于同一高度处设有四个阶梯槽，四个阶梯槽沿圆周均分布；每个阶梯槽由一个横凹槽和一个竖凹槽组成，横凹槽为圆弧形，沿水平方向竖凹槽位于横凹槽的左端并向上延伸，竖凹槽顶端开口。

4.根据权利要求3所述的基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，其特征在于：套筒为管状结构，上部内径与心轴上部外径相同，下部内径与心轴凸台的外径相同；锁定销贯穿套筒并伸入到心轴上的圆形孔中将心轴与套筒固定。

5.根据权利要求4所述的基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，其特征在于：套筒下部内壁上位于同一高度处设有四个下部定位键，四个下部定位键沿圆周均布，下部定位键插入到心轴下部的阶梯槽的横凹槽内最右端。

6.根据权利要求5所述的基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，其特征在于：本体为空心圆柱体结构，本体的内径上部大、下部小，上部内径与套筒上凸轮的最大外径相同，下部内径与套筒外径相同。

7.根据权利要求6所述的基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，其特征在于：本体坐落在套筒的凸台上，本体的下部内壁与套筒的外壁通过O型密封圈密封；本体与套筒形成腔体，凸轮位于腔体内。

8.根据权利要求7所述的基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，其特征在于：本体设有八个竖向贯穿的返排孔，返排孔沿圆周对称分布，返排孔与心轴的轴线平行。

9.根据权利要求8所述的基于凸轮机构的深水钻井导管送入工具，其特征在于：本体上设有四个防旋转销，防旋转销为圆柱体结构，防旋转销沿径向设置并沿圆周均布；

本体中部设有六个止动爪，止动爪沿径向设置并沿圆周均布；止动爪为圆柱轴结构，内部外径小，外部外径大，止动爪能够在孔内沿径向滑动，止动爪内侧一端为半球体、外侧一端设有两个水平的突起爪；

止动爪外径较大处顶部设有导向槽，导向槽沿止动爪的轴线方向，导向销穿过本体向下插入到导向槽中；

密封盖的内径与套筒上部外径相同，密封盖套设在凸轮上方并且通过八个沿圆周对称分布的螺钉固定在本体顶面，密封盖与套筒之间通过O型密封圈密封；

密封盖上部位于同一高度处设有三个上部定位键，上部定位键沿圆周对称分布，上部定位键通过螺纹与密封盖固定；上部定位键插入到套筒上部的定位槽内，当上部定位键位于左边竖凹槽下端时，止动爪的内侧一端顶在凸轮外径最小处；本体外径为变径结构，上部大下部小；

锁定销内侧一端为圆柱体、外侧一端为圆环，锁定销可用遥控潜水器的机械手拔出。