CN105484692B - 一种综合井口作业工具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综合井口作业工具及其使用方法，具体地涉及一种综合井口作业工具及应用该综合井口作业工具实现送入、取出、转动井口管路悬挂器方法。该综合井口作业工具包括芯轴、液压装置和致动结构。芯轴包括位于其末端用于连接至井口管路悬挂器的连接部及位于芯轴末端上方用于驱动井口管路悬挂器的驱动部，驱动部包括至少一个收容腔；液压装置包括套设在芯轴外部的缸筒，缸筒下端包括至少一个卡扣部，卡扣部用于卡合井口管路悬挂器，液压装置可以推动卡扣部沿芯轴的轴向运动；致动结构包括至少一个可移动地收容于驱动部收容腔的导向部件，该导向部件包括可移动至收容腔外以推动井口管路悬挂器转动的下部。

Description

一种综合井口作业工具及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种综合井口作业工具以及一种使用该综合井口作业工具的方法，以实现井口管路悬挂器的送入、取出和转动。

背景技术

在钻井和采油系统中，井口管路悬挂器，例如油套管悬挂器，是用来悬挂放置在井中的相应油管柱(例如进出油井的多流路管道系统)重量的，而井口设备同时支撑悬挂器和油管柱。送入工具通常用来将井口管路悬挂器下送并在井口设备中安装该井口管路悬挂器。在此下送和安装过程中，井口管路悬挂器与送入工具连接在一起。一旦井口管路悬挂器与井口设备锁在一起，送入工具就可以与井口管路悬挂器脱离并从井口取出。

目前，送入工具通过液压工具来实现对井口管路悬挂器(油套管悬挂器)的送入和取出。液压工具可以安装在送入工具内部。在一些应用中，油套管悬挂器被配置在一个同时包含垂直段和水平段的水平井中。当油管柱从垂直段伸向水平段时，为了克服摩阻，油管柱与油套管悬挂器需要与送入工具一起在一定扭矩下转动。然而，现有的送入工具并不能实现这种高扭矩转动。

此外，固井作业是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，通过向井内下入油套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥来保护和支撑油气井内的油套管，封隔油、气和水等地层。在现有技术中，由于送入工具的内径小于油套管的直径，故需要将送入工具取出替换为固井工具来实现固井作业。

因此，有必要提供一种综合的井口工具及使用该工具的方法来解决上面提及的技术问题，同时实现送入、取出、转动井口管路悬挂器和固井的功能。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种综合井口作业工具，用于送入、取出、转动井口管路悬挂器。本发明的另一个方面在于提供一种使用综合井口作业工具的方法，以实现井口管路悬挂器的送入、取出和转动。

在本发明的一个实施例中，一种综合井口作业工具包括芯轴、液压装置和致动结构。芯轴包括位于其末端用于连接至井口管路悬挂器的连接部及位于芯轴末端上方用于驱动井口管路悬挂器的驱动部，驱动部包括至少一个收容腔；液压装置包括套设在芯轴外部的缸筒，缸筒下端包括至少一个卡扣部，卡扣部用于卡合井口管路悬挂器，液压装置可以推动卡扣部沿芯轴的轴向运动；致动结构包括至少一个可移动地收容于驱动部收容腔的导向部件，该导向部件包括可移动至收容腔外以推动井口管路悬挂器转动的下部。

在本发明的一个实施例中，一种使用综合井口作业工具的方法包括将井口管路悬挂器与芯轴连接在一起；将液压装置中缸筒下端的至少一个卡扣部与井口管路悬挂器卡合，液压装置推动卡扣部沿芯轴的轴向运动；将导向部件的下部向下移动至收容腔外与井口管路悬挂器连接；转动芯轴通过收容腔内的导向部件推动井口管路悬挂器转动。

本发明的综合井口作业工具的液压装置可以使芯轴和井口管路悬挂器卡合和解锁，从而将进口管路悬挂器送入井口设部和从井口设部取出，在一些工作模式下，综合井口作业工具的致动结构通过导向部件推动井口管路悬挂器转动。

在本发明的一个实施例中，综合井口作业工具的芯轴具有的空心结构的内径和油套管的直径大致相同，可以使水泥通过进而完成固井操作。

综上所述，本发明的综合井口作业工具结合了送入、取出、旋转井口管路悬挂器和固井等多项功能，节省了成本和操作时间。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为本发明一个实施例中一种综合井口作业工具的立体图；

图2为图1所示的综合井口作业工具与井口管路悬挂器及井口配合的剖面图，其中井口管路悬挂器未与井口锁定；

图3为图1所示的综合井口作业工具与井口管路悬挂器及井口配合的剖面图，其中井口管路悬挂器锁定在井口上；

图4为图1所示的综合井口作业工具与井口管路悬挂器及井口配合的剖面图，其中综合井口作业工具即将与井口管路悬挂器脱离；

图5为图3中圈内部分的局部放大图，显示了包含一个销和一个连接件的致动结构，其中该致动结构的销与连接件分离；

图6为图5所示的连接件的立体图；

图7为图5所示的致动结构的剖面图，其中销插入在连接件内；以及

图8为图7所示的致动结构沿A-A剖面线所截的剖面图。

具体实施方式

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

如图1所示为一个实施例中的综合井口作业工具100的立体图。图2显示了综合井口作业工具100的剖面图。图2还显示了井口管路悬挂器103以及与综合井口作业工具100连接在一起的井口设备207。参照图1和图2，综合井口作业工具100包括一个芯轴101，该芯轴101的上部包括一个接头10，来连接送入柱(未示出)。芯轴101末端的连接部12可以通过螺纹与井口管路悬挂器103连接在一起。井口管路悬挂器103包括至少一个锁定部件，锁定部件包括第一锁定部21和第二锁定部44。在一个实施例中，井口管路悬挂器103为一个油套管悬挂器。芯轴101的外部套设有液压缸筒105。液压缸筒105的下端包含至少一个卡扣部20。卡扣部20用来卡合井口管路悬挂器103上的第一锁定部21。井口管路悬挂器103包括第二锁定部44，位于井口管路悬挂器103的第一锁定部21的下方。在一个实施例中，卡扣部20为一个吊耳。

在一个实施例中，在液压缸筒105的内表面和芯轴101的外表面之间设置有上端盖26，上端盖26通过螺纹与芯轴101的外部连接在一起。与上端盖26连接的螺帽28与芯轴101的外部螺纹连接在一起。螺帽28与芯轴101的螺纹方向与上端盖26与芯轴101的螺纹方向相反，用以紧固上端盖26和芯轴101。上端盖26外部设置有至少一个纵向凹槽(未标号)，至少一个定位螺钉30通过液压缸筒105上端延伸至上端盖26的纵向凹槽，使液压缸筒105可以相对于上端盖26轴向移动并不可以相对转动。

芯轴101的下半部分包含驱动部18，驱动部18位于上端盖26的下方及芯轴101连接部12上方。液压缸筒105包括延伸部32，延伸部32与芯轴101连接，并且可以沿芯轴轴向上下滑动。延伸部32将驱动部18与上端盖26之间的空间分成两部分：上液压缸40和下液压缸42。在一个实施例中，延伸部32与缸筒上部14相连。

在一个实施例中，上端盖26设置有第一压力通道36，液压缸筒105设置有第二压力通道38。第一压力通道36连通上液压缸40用于输送压力液，第二压力通道38连通下液压缸42互通形成用于输送压力液。第一压力通道36的上端与第一压力连接器相连，第二压力通道38的上端与第二压力连接器相连。在其他实施例中，此处的液压装置(包括第一压力通道36，第二压力通道38，上液压缸40，下液压缸42)可以为其他压力驱动装置。

在一个实施例中，液压缸筒105包含缸筒上部14以及相对于缸筒上部14可以转动的缸筒下部16。在缸筒上部14和缸筒下部16的连接处有一个滚动元件22，以使缸筒下部16相对缸筒上部14转动时减少两者之间的摩擦力。在一个实施例中，滚动元件22可以为轴承滚珠，圆环或是其他可以达到相同转动效果的元件。为了限制滚动元件22的位置，在滚动元件22的外部安装有挡止件24(例如螺钉或销)。

液压装置可以推动卡扣部20沿芯轴101的轴向运动，下面对综合井口作业工具100中液压装置将井口管路悬挂器103送入和取出的工作原理进行说明。

如图2、图3所示，综合井口作业工具100用来将井口管路悬挂器103送入并安装在井口设备207上。

首先，通过转动综合井口作业工具100将芯轴10的连接部12与井口管路悬挂器103通过螺纹连接在一起。随后通过相对于芯轴101转动缸筒下部16将卡扣部20与第一锁定部21卡合在一起。之后将综合井口作业工具100和井口管路悬挂器103往下送直到井口管路悬挂器103嵌入到如图2所示的井口设备207位置，其中井口管路悬挂器103未与井口设备207锁定。之后，对第一压力通道36加压，以使上端盖26和液压缸筒105延伸部32之间的上液压缸40的压力增大，此时芯轴101不动，延伸部32和液压缸筒105向下移动。随着压力的上升，液压缸筒105的卡扣部20向下移动挤压第一锁定部21来使第二锁定部44向外移动至被井口设备207的配合沟槽46所固定，从而井口管路悬挂器103被固定在井口设备207上。

如图4所示，可以通过转动芯轴101来使综合井口作业工具100从井口管路悬挂器103上脱离。

首先，通过转动使芯轴101的连接部12与井口管路悬挂器103的螺纹解旋。之后对第一压力通道36增压来提升上液压缸40的压力，此时液压缸筒105不动，芯轴101相对于液压缸筒105向上移动，直到缸筒下部16的活动支撑部49和驱动部18的上部支撑部48紧贴在一起。之后，转动芯轴101带动缸筒下部16转动来解锁卡合在一起的卡扣部20和第一锁定部21，随后综合井口作业工具100从井口管路悬挂器103以及井口设备207垂直上移并取出。

从另一方面来说，综合井口作业工具100可用来将井口管路悬挂器103从井口设备207上取出。

首先，转动芯轴101带动缸筒下部16转动将卡扣部20与第一锁定部21卡合在一起至如图4所示的状态。随后对第二压力通道38加压来增加下液压缸42的压力，在液压缸筒105不动的情况下，芯轴101向下移动并通过转动与井口管路悬挂器103螺纹连接。随后，再对下液压缸42加压，在芯轴101不动的条件下，使液压缸筒105向上移动，卡扣部20随之向上移动使第一锁定部21被提起，第二锁定部44从井口的配合沟槽46退出。此时，向上提起综合井口作业工具100可将井口管路悬挂器103从井口设备207上取出。

图5为图3部分中圈内部分的局部放大图，显示了综合井口作业工具100的致动结构109。通过致动结构109将综合井口作业工具100的芯轴101与井口管路悬挂器103连接在一起，使芯轴101转动的时候带动井口管路悬挂器103同时转动，进而避免芯轴101连接部12与井口管路悬挂器103之间的螺纹因转动扭矩过载而损坏。

在一个实施例中，致动结构109包含至少一个销50、一个连接件52以及与销50连接的弹簧54。在一个实施例中，销50包含上部56、一个通孔58以及下部60。在其他实施例中，销50可以为其他形式的导向部件。连接件52安装在井口管路悬挂器103上，在连接件52转动时带动井口管路悬挂器103一起转动。在一个实施例中，将连接件52通过至少一个销68安装在井口管路悬挂器103上。将销68的一端嵌入连接件52的孔67内，并将销68的另一端嵌入井口管路悬挂器103内。

在第一状态下，销50与连接件52脱离，并且销50和弹簧54均被收容至驱动部18的收容腔62中。弹簧54被安装在销50的上部56，并且与芯轴101相连。在其他实施例中，弹簧54可以用其他弹性元件代替。致动结构109进一步包括一个定位销64，用来嵌入通孔58以及芯轴101内的第一相对应孔，以便将销50固定在芯轴101上。在其他实施例中，定位销64可以用其他紧固件来代替，如螺栓等。

图6为本发明一个实施例中的连接件52的立体图。如图所示，连接件52是一个连接环，该连接件52包含多个用来容纳销50下部60的凹槽66。凹槽66的数目大于等于销50的数目。在一个实施例中，凹槽66的数目大于销50的数目。每当销50随着芯轴101转动一固定角度，销50可以对应的被收容在一组凹槽66内。在一个实施例中，凹槽66的数目为销50的数目的整数倍。例如，在图示所述的实施例中，凹槽66的数目为24，销50的数目为8。故销50至多需转动15度即可对应的被收容在一组8个的凹槽66内。

如图7为图5所示致动结构109在第二状态下的剖面图。

在第二状态下，将定位销64(如图5所示)从芯轴101和通孔58内移除以释放被压缩的弹簧54。销50的上部56仍然在收容腔62内，销50的下部60向下移动直到与连接件52连接。在一个实施例中，销50的下部60向下移动至收容腔62外且嵌入到连接件52的凹槽66内。

在第二状态下，致动结构109的销50将芯轴101同连接件52连接在一起，通过转动芯轴101连动驱动部18中的销50转动，进而推动与连接件52相连的井口管路悬挂器103，以此在水平井中转动安装于井口管路悬挂器103的油井管路。致动结构109可以用来避免芯轴101连接部12与井口管路悬挂器103连接处的螺纹扭矩过载损坏。

如图5、图7所示，在一个实施例中，致动结构109进一步包含至少一个销70。将定位销64移除，使致动结构109从第一状态转变为第二状态，此时将综合井口作业工具100从井口管路悬挂器103拉出后，销70可以将销50固定在芯轴101上。如图5所示，在第一状态下，销70被嵌入通孔58以及芯轴101内的第二相对应孔，并且销70设置于定位销64下方。第二相对应孔设置于第一相对应孔之下。如图7所示，在第二状态下，将综合井口作业工具100从井口管路悬挂器103移除后，将销70的上表面与通孔58的内表面相接触以使销50固定在芯轴101上，销50不会从芯轴101内掉落。

如图2所示，缸筒下部16进一步包含与定位销64相对应的窗23。定位销64可以从销50和芯轴101的第一相对应孔内移除，进而将其通过窗23从综合井口作业工具100移除。窗23的形状可以是方形、圆形等。在一个实施例中，窗23的数量可以多于定位销64的数量。如果窗23相对于定位销64的位置不对应，可以通过使缸筒下部16相对于芯轴101转动来调整窗23的位置。

图8为图7所示致动结构109沿A-A剖面线所截的剖面图。在第二状态下，将销50的下部60嵌入连接件52。在一个实施例中，下部60的底面包括呈斜面的导向部80以及呈直角的驱动部82。在这里，导向部80和驱动部82的形状不局限于此。

如图3、图7所示，当销50随着芯轴101顺时针方向转动，图8所示的销50的驱动部82向左移动以锁定连接件52。因此，可以通过转动芯轴101来使连接件52与销50一起转动。连接件52安装在井口管路悬挂器103上，因此井口管路悬挂器103可以随着连接件52一起转动并且转动油井管路，进而实现从竖直井到水平井的转变。

如图3、图7所示，当销50随着芯轴101逆时针方向转动，图8所示的销50向右移动。销50的导向部80与相应连接件52的凹槽66的边缘相接触，之后，弹簧54被压缩，销50相对于芯轴101向上移动。因此，销50的导向部80将销50引导出相应的连接件52的凹槽66，销50再次缩回到芯轴101的驱动部18内。

在另一个实施例中，致动结构109包含至少一个销50以及与销50对应的弹簧54。井口管路悬挂器103的上表面有多个凹槽，用来容纳销50的下部60。井口管路悬挂器103的凹槽数量不少于销50的数量。

从以上的描述中可以知道，通过转动芯轴101，可以使综合井口作业工具100带动井口管路悬挂器103转动，以此来转动置于井口管路悬挂器103上的油井管路。转动的过程通过致动结构109来实现，这个过程可以避免芯轴101连接部12的螺纹扭矩过载损坏。

在本发明的实施例中，综合井口作业工具100仅仅通过结构设计，在测试综合井口作业工具100的金属密封性结束后，无需将综合井口作业工具100替换为变为固井工具的情况下即可实现固井作业。在这里，通过简单的结构设计，综合井口作业工具100的芯轴101具有的空心结构的内径和油套管的直径大致相同，可以使水泥通过。

综上所述，本发明揭示的综合井口作业工具100结合了送入、取出、旋转井口管路悬挂器103和固井等多项功能，节省了成本和操作时间。

本发明的专利保护范围由权利要求限定，该保护范围也可包括本领域技术人员可能想到的其它例子。如果这些其它例子包括的结构元件没有不同于权利要求的文字语言，或者它们包括的等价结构元件只与权利要求的文字语言有非本质的差别，这些例子落入本发明权利要求的范围。

各种替换和具体实施例预期落入随附权利要求的范围，这些权利要求特别地指出并清楚地声明本发明的主题。

Claims (10)

1.一种综合井口作业工具，用于送入、取出、转动井口管路悬挂器，其特征在于，包括：

芯轴，其包括位于其末端用于连接至所述井口管路悬挂器的连接部及位于所述芯轴末端上方用于驱动所述井口管路悬挂器的驱动部，所述驱动部包括至少一个收容腔；

液压装置，包括套设在所述芯轴外部的缸筒，所述缸筒下端包括至少一个卡扣部，所述卡扣部用于卡合所述井口管路悬挂器，所述液压装置可以推动所述卡扣部沿所述芯轴的轴向运动；及

致动结构，包括至少一个可移动地收容于所述驱动部收容腔的导向部件，所述导向部件包括可移动至所述收容腔外以推动所述井口管路悬挂器转动的下部。

2.如权利要求1所述的综合井口作业工具，其特征在于：所述致动结构进一步包括一个位于所述导向部件下方用于连接所述井口管路悬挂器的连接件，所述导向部件的下部可以向下移动并连接至所述连接件。

3.如权利要求2所述的综合井口作业工具，其特征在于：所述连接件包括多个用于容纳所述导向部件的下部的凹槽，且所述凹槽的数量不小于所述导向部件的数量。

4.如权利要求3所述的综合井口作业工具，其特征在于：所述导向部件的下部包括呈斜面的引导部。

5.如权利要求1所述的综合井口作业工具，其特征在于：所述致动结构的导向部件包含一个通孔，所述芯轴驱动部上包括一个于所述通孔位置相对应的孔，所述致动结构进一步包括紧固件，所述紧固件可以用来选择性地嵌入所述导向部件的通孔以及所述芯轴的孔来将所述导向部件固定在所述芯轴上，当所述紧固件移除后，所述导向部件可以向下移动至所述收容腔外与所述井口管路悬挂器配合。

6.如权利要求5所述的综合井口作业工具，其特征在于：所述致动结构进一步包括收容于所述驱动部收容腔的弹性元件，所述弹性元件用于驱动所述导向部件移动。

7.如权利要求1所述的综合井口作业工具，其特征在于：所述液压装置还包括：

上端盖，所述上端盖设置于所述芯轴与所述缸筒之间；

第一压力通道，所述第一压力通道设置于所述上端盖；及

第二压力通道，所述第二压力通道设置于所述缸筒。

8.如权利要求1所述的综合井口作业工具，其特征在于：所述芯轴为空心结构。

9.一种使用如权利要求1所述综合井口作业工具的方法，以实现井口管路悬挂器的送入、取出和转动，其特征在于，该方法包括：

将所述井口管路悬挂器与芯轴连接在一起；

将液压装置中缸筒下端的至少一个卡扣部与所述井口管路悬挂器卡合，液压装置推动所述卡扣部沿所述芯轴的轴向运动；

将所述导向部件的下部向下移动至收容腔外与所述井口管路悬挂器连接；及

转动所述芯轴通过所述收容腔内的导向部件推动所述井口管路悬挂器转动。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：将所述至少一个导向部件的下部与所述井口管路悬挂器连接的过程包括将所述导向部件的下部藉由一连接件与所述井口管路悬挂器连接。