CN108222874B - 一种井下开孔工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下开孔工具，包括从上到下依次连接的上短节、中短节和下短节，上短节靠近上部的内壁通过卡块套装有上心轴套，上心轴套中套装有上心轴，上心轴下方设置有下心轴，上短节靠近下部的内壁套装有锁紧套；中短节下部外周设置有主卡块，主卡块上端面与锁紧套下端面顶紧接触；下短节靠近上部通过剪切销悬挂有下心轴；下短节靠近中部外圆周设置有定位块，定位块上端面通过定位销定位，下短节靠近下部设置有开孔机构。本发明的装置，通过设置坐放卡块及剪切销，实现井下开孔的四大基本动作：坐放、锁紧、定位、开孔，结构简单巧妙，动作安全可靠，能够有效刺穿井下安全阀薄壁，实现可靠开孔。
Description
技术领域
本发明属于油气开采设备技术领域，涉及一种井下开孔工具。
背景技术
井下安全阀是陆上及海洋油气田完井生产管柱上安装的井下安全系统之一。井下安全阀的主要作用是在发生火警、井喷、管线破裂等紧急情况时，能够及时关闭生产管柱，以阻止安全环保事故的发展或进一步扩大。国内法律法规要求所有的海上油气井和陆上部分高危高产油气井必须安装井下安全阀。
由于井下安全阀的使用范围广，数量大，使用过程中常出现各种故障导致失效，如果起出生产管串进行更换，非常费时费力。如果不更换但又需要保证安全生产需要，就需要在井下安全阀内通径中下入一种井下开孔工具，用于在原安全阀控制通道上开孔，连通原安全阀和二级安全阀的液控通道，在保证生产不中断的同时保障油气井的安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种井下开孔工具，解决了现有技术在生产管柱中的井下安全阀失效后，难以及时排除故障，无法保证生产安全的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种井下开孔工具，包括从上到下依次连接的上短节、中短节和下短节，上短节靠近上部的内壁通过卡块套装有上心轴套，上心轴套中套装有上心轴，上心轴下方设置有下心轴，上短节靠近下部的内壁套装有锁紧套；
中短节下部外周设置有主卡块，主卡块上端面与锁紧套下端面顶紧接触；
下短节靠近上部通过剪切销悬挂有下心轴；下短节靠近中部外圆周设置有定位块，定位块上端面通过定位销定位，下短节靠近下部设置有开孔机构。
本发明的井下开孔工具，其特征还在于：
所述的上心轴下端与下心轴初始状态时不接触，上心轴下端与下心轴工作状态时顶紧接触。
所述的上短节靠近下部的内壁设置有限位螺钉。
所述的开孔机构的结构是，在下短节靠近下部开有一个径向孔，该径向孔中滑动设置有一个刃块，该径向孔的外沿为凹槽结构，凹槽中通过沉头螺钉固定有盖板，在刃块与盖板之间设置有弹簧。
所述的下心轴下部与刃块的接触面采用曲线斜面形状。
所述的上短节与中短节、中短节与下短节之间各自通过螺纹连接，每个连接处均设置有两道密封圈和一道金属锥面密封。
所述的上短节下部外圆周设置有坐放型面，与井下安全阀内圆相应的型面配合实现坐放，上短节上端面设置有连接型面，用于向上连接钢丝作业工具。
本发明的有益效果是，当原井下安全阀失效后，用于在原井下安全阀控制通道侧壁开孔，并且在开孔后回收开孔工具，重新下入一个二级安全阀，通过坐放锁块悬挂在原井下安全阀内通道上，控制液由原控制管线进入原井下安全阀，然后进入二级安全阀控制通道中，从而再次实现井下安全控制。通过设置坐放卡块及剪切销，实现井下开孔的四大基本动作：坐放、锁紧、定位、开孔，结构简单巧妙，动作安全可靠；经过动力学优化设计的开孔工具能够有效刺穿安全阀薄壁，达到可靠开孔的目的。具体包括以下方面：
1)通过机械方式开孔，可靠性和安全性大大提高；
2)开孔方式高效，一次震击就可开孔，然后下入新的二级安全阀，提供有效的开启和关闭阀门，保证油气井的连续性生产；
3)通过坐放、悬挂、定位，然后再实施开孔，实现可靠精确开孔；
4)下心轴下端采用特殊设计的曲线斜面结构，摒弃了传统的直斜面，更加有利于刃块刺穿井下安全阀本体薄弱处。
附图说明
图1是本发明开孔工具在海洋油气开采领域的应用示意图；
图2是本发明开孔工具坐放在井下安全阀中的示意图；
图3是本发明开孔工具的剖面结构示意图；
图4是图3中的I处局部放大结构示意图；
图5是本发明下心轴3下部的结构示意图；
图6是本发明开孔工具24在开孔过程中的受力分析图；
图7是本发明开孔工具在下放过程中的锁紧状态示意图；
图8是本发明开孔工具在下放过程中的定位状态示意图；
图9是本发明开孔工具在下放到位后的开孔状态示意图。
图中，1.上心轴，2.上心轴套，3.下心轴，4.卡套，5.上短节，6.锁紧套，7.中短节，8.主卡块，9.下短节，10.定位块，11.盖板，12.刃块，13.弹簧，14.限位螺钉，15.剪切销，16.定位销，17.沉头螺钉，21.水下卧式采油树，22.控制管线，23.井下安全阀，24.开孔工具，25.生产管柱，26.钢丝作业工具。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的井下开孔工具，在以下文字说明及附图显示中，简称为开孔工具24。
参照图1、图2，是本发明开孔工具应用在海洋油气开采领域的示意图，水下卧式采油树21坐放于海底井口装置上，带着生产管柱25的油管悬挂器坐放于水下卧式采油树21内部，井下安全阀23安装于生产管柱25的管串中，构成管串的一部分，井下安全阀23的控制管线22向上接入水下卧式采油树21内部的水下控制模块中，由海面平台统一进行控制。当井下安全阀23失效后，在原井下安全阀23内通道中通过钢丝作业工具26下入开孔工具24进行开孔作业，待钻通原井下安全阀23内的液控通道后，重新下入一个二级安全阀，保证继续安全生产。
本发明的开孔工具24安装在钢丝作业工具26下端，下入井下安全阀23中到位后，开孔工具24外圆周的坐放型面坐放在井下安全阀23内圆相应的型面上，实现两者的定位。
参照图3，本发明开孔工具24的结构是，包括从上到下依次连接的上短节5、中短节7和下短节9，上短节5靠近上部的内壁通过卡块4套装有上心轴套2，上心轴套2中套装有上心轴1，上心轴1下方设置有下心轴3，上心轴1下端与下心轴3初始状态时不接触(预留有间隔)，上心轴1下端与下心轴3工作状态时顶紧接触；上短节5靠近下部的内壁套装有锁紧套6；上短节5靠近下部的内壁设置有限位螺钉14，限位螺钉14对锁紧套6限位，使锁紧套6随着上心轴套2一起运动；
中短节7下部外周设置有主卡块8，主卡块8上端面与锁紧套6下端面顶紧接触；主卡块8不变形但能够在锁紧套6向下挤压时沿径向向外移动；
下短节9靠近上部通过剪切销15悬挂有下心轴3；下短节9靠近中部外圆周设置有定位块10，定位块10上端面通过定位销16定位，定位块10向下运动进入井下安全阀23中对应卡槽，进而实现开孔工具24的定位；下短节9靠近下部设置有开孔机构；开孔机构的具体位置是在下短节9靠近下部开有一个径向孔，该径向孔中滑动设置有一个刃块12，该径向孔的外沿为凹槽结构，凹槽中通过沉头螺钉17固定有盖板11，在刃块12与盖板11之间设置有弹簧13，用于刃块12向内复位；
上短节5下部外圆周设置有坐放型面，与井下安全阀23内圆相应的型面配合实现坐放，上短节5与主卡块8一起实现开孔工具24的悬挂可靠；上短节5上端面设置有连接型面，用于向上连接钢丝作业工具26。
上短节5、中短节7和下短节9三部分组成壳体部分，上短节5与中短节7、中短节7与下短节9之间各自通过螺纹连接，每个连接处均设置有两道密封圈和一道金属锥面密封，三部分紧密连接组成一个整体，不仅能保证可靠的密封性能，还能有效隔阻环空压力。
参照图4，下心轴3、刃块12、弹簧13、盖板11以及沉头螺钉17一起组成开孔机构，下心轴3向下移动，通过斜面挤压即可推动刃块12向外径向移动，以便刺穿原井下安全阀23的内壁，在刺穿后下心轴3向上移动弹簧13保证了刃块12能够复位收回，以便回收本发明的开孔工具24。
参照图5，是本发明下心轴3下部截面结构示意图，参照图6，是开孔工具24在开孔过程中的受力分析图。下心轴3下部与刃块12的接触面采用曲线斜面形状，使得下心轴3施加在刃块12的分力与开孔过程受力分析图6相吻合，即下心轴3向下顶动刃块12径向移动的前半段需要较大的挤压力，刃块12径向移动的中段用力平稳，刃块12径向移动的后段又需要较大挤压力，然后到峰值后下降。
本发明开孔工具24的下放开孔工作过程及原理是，
1)受钢丝作业工具26作用力，上心轴1下行，通过卡块4与上心轴套2一起下行，直到上心轴1进入上短节5中的卡槽里，同时推动锁紧套6下行，锁紧套6再向下推动主卡块8进入井下安全阀23本体型面中，从而实现开孔工具24的锁紧，见图7；
2)上心轴1继续下行，带动下短节9和定位块10下行，直到上心轴1下端面贴合下心轴3上端面，然后旋转开孔工具24，使定位块10卡在井下安全阀23本体相应卡槽中，进而实现开孔工具24的定位，并保证位置固定，见图8；
3)然后震击上心轴1，上心轴1向下冲击下心轴3，使下心轴3剪断剪切销15，下心轴3继续向下移动推动刃块12径向向外移动刺穿井下安全阀23内壁薄弱处，从而实现对井下安全阀23液控通道的开孔，见图9。
4)最后反方向旋转开孔工具24，使定位块10退出井下安全阀23本体相应卡槽中，进而实现开孔工具24的开锁；钢丝作业工具26继续上提，使得开孔工具24彻底退出原井下安全阀23内的液控通道，重新下入一个二级安全阀，保证能够继续实现安全生产。
Claims (6)
1.一种井下开孔工具，其特征在于：包括从上到下依次连接的上短节(5)、中短节(7)和下短节(9)，上短节(5)靠近上部的内壁通过卡块(4)套装有上心轴套(2)，上心轴套(2)中套装有上心轴(1)，上心轴(1)下方设置有下心轴(3)，上短节(5)靠近下部的内壁套装有锁紧套(6)；
中短节(7)下部外周设置有主卡块(8)，主卡块(8)上端面与锁紧套(6)下端面顶紧接触；
下短节(9)靠近上部通过剪切销(15)悬挂有下心轴(3)；下短节(9)靠近中部外圆周设置有定位块(10)，定位块(10)上端面通过定位销(16)定位，下短节(9)靠近下部设置有开孔机构；
所述的开孔机构的结构是，在下短节(9)靠近下部开有一个径向孔，该径向孔中滑动设置有一个刃块(12)，该径向孔的外沿为凹槽结构，凹槽中通过沉头螺钉(17)固定有盖板(11)，在刃块(12)与盖板(11)之间设置有弹簧(13)。
2.根据权利要求1所述的井下开孔工具，其特征在于：所述的上心轴(1)下端与下心轴(3)初始状态时不接触，上心轴(1)下端与下心轴(3)工作状态时顶紧接触。
3.根据权利要求1所述的井下开孔工具，其特征在于：所述的上短节(5)靠近下部的内壁设置有限位螺钉(14)。
4.根据权利要求1所述的井下开孔工具，其特征在于：所述的下心轴(3)下部与刃块(12)的接触面采用曲线斜面形状。
5.根据权利要求1所述的井下开孔工具，其特征在于：所述的上短节(5)与中短节(7)、中短节(7)与下短节(9)之间各自通过螺纹连接，每个连接处均设置有两道密封圈和一道金属锥面密封。
6.根据权利要求1所述的井下开孔工具，其特征在于：所述的上短节(5)下部外圆周设置有坐放型面，与井下安全阀(23)内圆相应的型面配合实现坐放，上短节(5)上端面设置有连接型面，用于向上连接钢丝作业工具(26)。
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