CN106150414B - 一种防卡瓦回缩的机械液压双作用旋转尾管悬挂器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于石油天然气行业固井作业的防卡瓦回缩的机械液压双作用旋转尾管悬挂器。它防止卡瓦回缩，增加浮鞋破岩能力。其技术方案：丢手液缸安装在中心管上，上压帽连接在弹性爪上，卡簧A安装在上压帽与弹性爪之间，弹性爪用双母接头支撑且卡在密封外壳的凹槽中；上接头与扭矩套嵌合，扭矩套与密封外壳相互嵌入，上中心管与上接头连接，双母接头上端与上中心管连接，下端与下中心管连接；轴承、锥体、卡瓦与悬挂液缸从上到下安装在本体上；锁环定位套用定位钉连接在本体上，锁环与锁环定位套连接，锁套连接在悬挂液缸上，下端与扶正环连接。本发明丢手可靠，提高了悬挂的可靠度，能使尾管顺利下到设计位置，用于固井作业中。

Description

一种防卡瓦回缩的机械液压双作用旋转尾管悬挂器

技术领域

本发明涉及一种用于石油天然气行业开发油气井固井作业中使用的防卡瓦回缩的机械液压双作用旋转尾管悬挂器。

背景技术

在进行各种深井、超深井、水平井、大斜度井、小井眼侧钻井等复杂井的钻井过程中进行尾管固井时，为了保证套管顺利下到设计位置，往往要进行大量的通井、洗井、观察和泥浆处理，需要耗费大量的钻井时间及费用，即使通过细致的井眼准备和采取通径规预下套管等措施，有时依然会发生尾管管柱中途遇阻，不能下到设计位置。进行固井施工时，对于深井和超深井，管柱对流体和井壁的摩阻大，施工排量小，顶替效率低，固井质量差；对于大斜度井和水平井，为保证套管下入到位，套管的居中度往往较低，也会导致顶替效率低，固井质量差；对于小井眼侧钻井，为了降低裸眼井壁以及侧钻开窗点窗口对尾管管柱的摩擦阻力，从而加大施工的排量，很容易压漏地层，甚至造成循环失返，在实际施工中往往为了保证固井施工的顺利进行，减小施工排量，也会造成顶替效率低，固井质量差。因此，这些复杂井进行尾管固井时，采用普通的尾管悬挂器已经不能完全满足现场施工的要求，有时还会造成恶性的井下事故。

目前为解决现场生产技术问题，尾管悬挂器得到了长足的发展，特别是研究了有利于复杂井尾管管柱下入和提高固井质量、顶替效率及悬挂可靠度的旋转尾管悬挂器，具有较大的进步意义。尾管悬挂器主要包括悬挂器本体和送入工具，悬挂器本体实现尾管的悬挂及悬挂控制，送入工具实现尾管管柱的送入及丢手。

公开号CN103277060A的专利文献中公开了一种机械-液压双作用丢手旋转尾管悬挂器，在悬挂的过程中，能够实现尾管管柱的上提、下放、和旋转。但是，在坐挂完成之后，往往需要判定是否坐挂牢靠，在实际的施工中会稍微上提和下放整个管柱一定吨位，由于该专利没有防止卡瓦回缩的机构，卡瓦会因此而回缩，造成悬挂失败。

公开号CN101358512A的专利文献中公开了一种可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬挂器，能够实现钻井，但是尾管钻井和常规钻井是有本质的区别，该专利没有设计出一种可用于尾管钻井的特制浮鞋。

发明内容：

本发明的目的是：为了克服现有技术的缺点，防止卡瓦回缩，增加浮鞋旋转破岩能力，特提供一种防卡瓦回缩的机械液压双作用旋转尾管悬挂器。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种防卡瓦回缩的机械液压双作用旋转尾管悬挂器，是由上接头、丢手机构、悬挂机构、防卡瓦回缩机构、双母接头、球座、钻绞式浮鞋和大胶塞组成。其结构特征是：丢手机构包括液压丢手机构和机械丢手机构，其液压丢手机构由丢手剪钉、丢手液缸、上压帽、卡簧A、弹性爪和上中心管构成，丢手液缸安装在上中心管上，弹性爪套装在丢手液缸上，上压帽螺纹连接在弹性爪的上端，卡簧A安装在上压帽与弹性爪之间，弹性爪的下端设置有凸起卡块，弹性爪用双母接头上的微台阶支撑且卡在密封外壳的凹槽中，上压帽用丢手剪钉与扭矩套连接，上压帽、弹性爪及丢手液缸从上到下依次安装在上中心管上；其机械丢手机构由上接头、扭矩套、上中心管、双母接头和密封外壳构成，上接头的花键轴与扭矩套上端的啮合齿嵌合，扭矩套的下端啮合齿与密封外壳上端的啮合齿相互嵌入，上中心管与上接头用TBG管螺纹连接，双母接头的上端与上中心管螺纹连接，双母接头的下端与下中心管螺纹连接；在悬挂机构中，密封芯子用卡块嵌入密封外壳的下凹槽中，轴承安装在锥体与密封外壳之间，锥体的上端用螺纹连接在密封外壳的下端，锥体的下端用螺纹连接在本体的上端，卡瓦安装在悬挂液缸的凹槽中，锥体与卡瓦用燕尾槽结构连接；在防卡瓦回缩机构中，包含锁环、锁环定位套、定位钉和锁套；锁环定位套用定位钉连接在本体上，锁环用定位钉与锁环定位套链接，锁套上端用螺纹连接在悬挂液缸的最下端，锁套的下端用剪钉与扶正环机构连接；在球座中，包含球座公母接头、球座上盖、钢球和球座筛体，球座公母接头与球座上盖用螺纹连接，球座筛体用剪钉与球座上盖的下端连接，钢球设置在球座筛体上；在浮箍中，浮箍包含浮箍公母接头、浮箍上盖、浮箍筛体、半球阀芯和弹簧，浮箍公母接头与浮箍上盖用螺纹连接，半球阀芯用弹簧与浮箍筛体连接，浮箍筛体螺纹连接在浮箍上盖的下端；在钻绞式浮鞋中，破岩的浮鞋胎体用螺纹连接在上述浮箍下端，PDC牙齿用钎焊与浮鞋胎体连接，PDC牙齿是用PDC聚晶金刚石复合片。

扶正环机构包括扶正环、卡簧B和下压帽，下压帽用螺纹连接在扶正环的下端，卡簧B安装在下压帽与扶正环之间，扶正环和下压帽用卡簧B安装在本体上。大胶塞用螺纹连接在下中心管的下端，小胶塞与压塞液、泥浆按先后顺序依次注入，开泵，小胶塞与大胶塞碰压形成一体固井

本发明与现有技术比较，具有以下有益效果：(1)本发明保证了尾管下入时候能够通过旋转解阻和坐挂之后继续旋转施工，采用了以液压丢手为主、机械丢手为辅的双保险结构，丢手可靠；(2)本旋转尾管悬挂器的防卡瓦回缩机构，提高了悬挂的可靠度，旋转尾管悬挂器配合钻绞式浮鞋，能够实现尾管钻井以及消除多余岩屑，有利于尾管顺利下到设计位置。

附图说明:

图1为本发明旋转尾管悬挂器的结构示意图：

图中：1—上接头，2—扭矩套，3—上压帽，4—丢手剪钉，5—弹性爪，6—卡簧A，7—丢手液缸，8—上中心管，9—双母接头，10—密封外壳，11—下中心管，12—密封芯子，13—轴承，14—锥体，15—卡瓦，16—本体，17—悬挂液缸，18—锁环定位套，19—定位钉，20—锁环，21—锁套，22—液缸剪钉，23—扶正环，24—卡簧B，25—下压帽，26—球座公母接头，27—球座上盖，28—球座筛体，29—浮箍公母接头，30—浮箍上盖，31—半球阀芯，32—浮箍筛体，33—浮鞋胎体，34—PDC牙齿,35—大胶塞，36—弹簧，37—扶正环机构。

图2为本发明防卡瓦回缩机构的结构示意图。

图3为本发明球座的结构示意图。

图4为本发明浮箍的结构示意图。

图5为本发明钻绞式浮鞋的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

所述的上接头1的花键轴与扭矩套2上端的啮合齿嵌合，扭矩套2的下端啮合齿与密封外壳10上端的啮合齿相互嵌入，上中心管8与上接头1用TBG管螺纹连接，上压帽3、丢手剪钉4、弹性爪5、卡簧A6、丢手液缸7从上往下依次安装在上中心管8上，上压帽3螺纹连接在弹性爪5的上端，卡簧A6安装在上压帽3与弹性爪5之间，弹性爪5的下端用双母接头9上的微台阶支撑且卡在密封外壳10的凹槽中，双母接头9的上下端分别与上中心管8、下中心管11螺纹连接，密封芯子12用卡块嵌入密封外壳10的下凹槽中，轴承13安装在锥体14与密封外壳10之间，密封外壳10、锥体14和本体16从上往下依次用螺纹连接，卡瓦15的下端被悬挂液缸17支撑并用燕尾槽结构卡在锥体14内，悬挂液缸17套装在本体16上，悬挂液缸17的下端与锁套21螺纹连接并用定位螺钉固定；防卡瓦回缩机构包括锁环定位套18、定位钉19、锁环20和锁套21，锁环定位套18用定位钉19连接在本体16上，锁套21上端与悬挂液缸17用螺纹连接，锁套21的下端用剪钉与扶正环机构37连接；球座主要包括球座公母接头26、球座上盖27、球座筛体28，球座公母接头26与球座上盖27用螺纹连接，球座筛体28用剪钉与球座上盖27连接；浮箍包括浮箍公母接头29、浮箍上盖30、半球阀芯31、浮箍筛体32和弹簧36，浮箍公母接头29和浮箍上盖30用螺纹连接，半球阀芯31安装在浮箍上盖30和浮箍筛体32之间，半球阀芯31下端安装有弹簧36，浮箍上盖30和浮箍筛体32用螺纹连接；钻绞式浮鞋包括浮箍、浮鞋胎体33和PDC牙齿34，浮鞋胎体33用螺纹连接在浮箍的下部，PDC牙齿34用钎焊焊接在浮鞋胎体33的四瓣尾翼上。

在下尾管之前首先应进行通井、洗井、泥浆预处理作业。本发明上接头1与钻杆相连接，本体16下部用TBG管螺纹与尾管连接，尾管的下端依次用螺纹连接球座、浮箍和钻绞式浮鞋，整个管柱连接完成之后下入到设计位置，本发明的正常工作情况是在井口投入钢球，待其落在球座上时，开泵憋压9—10MPa，此时悬挂液缸17剪钉剪断，悬挂液缸17推动卡瓦15上行，卡瓦15吃入套管内壁，稳压5—7分钟，下放钻柱，直至指示表读数减小后稳定无增加，表明尾管悬挂成功，然后继续憋压至13-16MPa，液压丢手机构的剪钉剪断，此时液缸推动弹性爪5上行，卡簧A6卡入上中心管的凹槽中，实现弹性爪5和双母接头9的永久分开，继续加压，憋通球座建立循环。最后固井时，按照隔离液、泥浆、隔离液、小胶塞、压塞液、泥浆的先后顺序依次注入，开泵，小胶塞与大胶塞35碰压形成一体固井，水泥顶替完成之后候凝48小时，接着上提钻柱2米，开泵循环，清除多余水泥。

如果下尾管的过程中在裸眼段遇阻，可以通过所述液压丢手机构来解阻，具体实施方式：通过转盘驱动方钻杆带动下部尾管串以低于15r/min的速度旋转尾管，并释放一定吨位的大钩载荷，在液缸剪钉被剪断的排量范围内，开泵循环，这样的方式就能解除管柱与裸眼段之间由摩擦阻力引起的正弦屈曲和自锁现象，同时尾管管柱配合钻绞式浮鞋可以再次破岩，消除因地层不稳定而造成的裸眼井径塌陷和岩屑的堆积。

本发明还包括一种防卡瓦回缩机构，具体应用工况是：在预判悬挂器坐挂是否成功的过程中往往需要上提下放尾管管柱，这样会导致卡瓦发生松动、回缩的现象，本机构通过锁环20和锁套21之间的相互作用，限制了卡瓦只有一个自由度方向，即只能上行而无法回缩，这种结构有效的提高了尾管悬挂器悬挂的可靠度。

本发明还设置有一种机械丢手装置，在液压丢手失效的情况下，通过左转30°,剪断机械丢手剪钉，并下压钻柱4吨，使上中心管8的凹槽与卡簧A6连接在一起，这样弹性爪5就会和双母接头9永久分离，实现紧急丢手。

Claims (3)

1.一种防卡瓦回缩的机械液压双作用旋转尾管悬挂器，是由上接头、丢手机构、悬挂机构、防卡瓦回缩机构、双母接头、球座、钻绞式浮鞋和大胶塞组成，其特征在于：丢手机构包括液压丢手机构和机械丢手机构，其液压丢手机构由丢手剪钉(4)、丢手液缸(7)、上压帽(3)、卡簧A(6)、弹性爪(5)和上中心管(8)构成，丢手液缸(7)安装在上中心管(8)上，弹性爪(5)套装在丢手液缸(7)上，上压帽(3)螺纹连接在弹性爪(5)的上端，卡簧A(6)安装在上压帽(3)与弹性爪(5)之间，弹性爪(5)的下端设有凸起卡块，弹性爪(5)用双母接头(9)上的微台阶支撑且卡在密封外壳(10)的凹槽中，上压帽(3)用丢手剪钉(4)与扭矩套(2)连接，上压帽(3)、弹性爪(5)、丢手液缸(7)从上到下依次安装在上中心管(8)上；其机械丢手机构由上接头(1)、扭矩套(2)、上中心管(8)、双母接头(9)和密封外壳(10)构成，上接头(1)的花键轴与扭矩套(2)上端的啮合齿嵌合，扭矩套(2)的下端啮合齿与密封外壳(10)上端的啮合齿相互嵌入，上中心管(8)与上接头(1)用TBG管螺纹连接，双母接头(9)的上端与上中心管(8)螺纹连接，双母接头(9)的下端与下中心管(11)螺纹连接；在悬挂机构中，密封芯子(12)用卡块嵌入密封外壳(10)的下凹槽中，轴承(13)安装在锥体(14)与密封外壳(10)之间，锥体(14)的上端用螺纹连接在密封外壳(10)的下端，锥体(14)的下端用螺纹连接在本体(16)的上端，卡瓦(15)安装在悬挂液缸(17)的凹槽中，锥体(14)与卡瓦(15)用燕尾槽结构连接；在防卡瓦回缩机构中，锁环定位套(18)用定位钉(19)连接在本体(16)上，锁环(20)用定位钉(19)与锁环定位套(18)连接，锁套(21)上端用螺纹连接在悬挂液缸(17)的最下端，锁套(21)的下端用剪钉与扶正环机构(37)连接；在球座中，球座公母接头(26)与球座上盖(27)用螺纹连接，球座筛体(28)用剪钉与球座上盖(27)的下端连接，钢球设置在球座筛体(28)上；在浮箍中，浮箍公母接头(29)与浮箍上盖(30)用螺纹连接，半球阀芯(31)用弹簧(36)与浮箍筛体(32)连接，浮箍筛体(32)螺纹连接在浮箍上盖(30)的下端；在钻绞式浮鞋中，破岩的浮鞋胎体(33)用螺纹连接在上述浮箍下端，PDC牙齿(34)用钎焊与浮鞋胎体(33)连接。

2.根据权利要求1所述的旋转尾管悬挂器，其特征是：所述扶正环机构(37)包含扶正环(23)、卡簧B(24)和下压帽(25)，下压帽(25)用螺纹连接在扶正环(23)的下端，卡簧B(24)安装在下压帽(25)与扶正环(23)之间，扶正环(23)和下压帽(25)用卡簧B(24)安装在本体(16)上。

3.根据权利要求1所述的旋转尾管悬挂器，其特征是：大胶塞(35)用螺纹连接在下中心管(11)的下端。