CN108533189B - 一种连续油管管柱液压断裂装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种连续油管管柱液压断裂装置，其上管柱下端设置有多个孔道，相邻两列孔道交错设置，每个孔道内设置有球；下接头的内壁设置有凹穴，上管柱插入到下接头中，上管柱的孔道与下接头的凹穴一一对应；夹头下端与支撑活塞螺纹连接，夹头和支撑活塞位于上管柱与下接头形成的腔体内，夹头和支撑活塞通过各自的中心流道相通，夹头上部分有夹头爪，每个夹头爪的上端形成卡肩，夹头通过卡肩卡在上管柱的凸台上，支撑活塞的活塞肩头卡在上管柱下端口处；支撑活塞外壁设置滑槽，每个滑槽上设置凹坑，当活塞肩头向下运动到下接头台肩处时，滑槽上的凹坑与上管柱的孔道一一对应。本发明能够承受反复的震动冲击而不会过早分离，夹头不会过早失效。

Description

一种连续油管管柱液压断裂装置

技术领域：

本发明涉及油气井井下装置，具体涉及一种连续油管管柱液压断裂装置。

背景技术：

在钻井过程中，钻井完成或者油气生产井被废除后，为了将下部不需要的连续油管与上部分开，通常需要从连续油管柱上拆下工具或者废弃管柱，将其留在井筒中。在井筒作业期间，工具可能会卡在井眼内，需要将上部的连续油管管柱移除，以便在井筒内可以用打捞设备重新进入井眼，捞取卡住的工具。因此，必须使用连续油管断开装置。

连续油管断开装置有很多种，许多工具的断开装置采用剪切销和夹头进行断开连续油管管柱。这些工具的缺点包括剪切销容易过早失效，而且在组装与拆卸的过程中夹头经常断裂。一些液压断开装置使用活塞或球来产生工具断开所需要的压力，断开连续油管管柱之后，球会留在工具底部，留在底部的球会影响正常的液体循环和后续操作。因此，需要一种具有改进的活塞和夹头结构的液压断裂分离装置，该装置可以安装在连续油管管线上，需要时断开下部工具或钻具，解决上述的问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种连续油管管柱液压断裂装置，这种连续油管管柱液压断裂装置用于解决现有技术中连续油管断开装置的剪切销容易过早失效，在组装与拆卸的过程中夹头经常断裂的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种连续油管管柱液压断裂装置包括上管柱、下接头、支撑活塞、夹头，上管柱外壁有密封槽，上管柱外壁的花键槽位于密封槽之上，上管柱下端设置有多个孔道，相邻两列孔道交错设置，每个孔道内设置有球；下接头上端口设置花键，下接头的内壁设置有凹穴，上管柱密封槽之下的部分插入到下接头中，上管柱的孔道与下接头的凹穴一一对应；夹头下端与支撑活塞螺纹连接，夹头和支撑活塞位于上管柱与下接头形成的腔体内，夹头和支撑活塞通过各自的中心流道相通，夹头上部分具有通过多个裂口槽产生的夹头爪，每个夹头爪的上端形成卡肩，夹头通过卡肩卡在上管柱内壁的凸台上，支撑活塞的活塞肩头卡在上管柱下端口处；支撑活塞外壁沿长度方向设置滑槽，滑槽的数量与上管柱孔道的列数相同且一一对应，，每个滑槽上设置凹坑，相邻两个滑槽上的凹坑交错设置，当活塞肩头向下运动到下接头台肩处时，滑槽上的凹坑与上管柱的孔道一一对应。

上述方案中上管柱中的孔道一共有八列，每列有两个孔道；下接头的凹穴一共有八列，每列有两个凹穴；支撑活塞外壁有八条滑槽，每条滑槽有两个凹坑。

上述方案中夹头有六个夹头爪。

上述方案中上管柱外壁的密封槽内安装密封圈，上管柱与下接头通过密封圈密封。

上述方案中夹头下部有内螺纹，支撑活塞上部有外螺纹，支撑活塞旋入夹头内。

上述方案中夹头外壁有密封槽，密封槽内安装密封圈，夹头与上接头通过该密封圈密封。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明夹头简单地将支撑活塞保持在一定位置，从而不像现有技术一些液压断开装置那样依赖于剪切螺纹，现有技术中重复的载荷增加了剪切螺纹磨损和撕裂以及过早分离，本发明夹头的使用使得液压断开装置能够承受反复的震动冲击而不会过早分离。

2、本发明夹头不必为了组装和拆卸装置而折叠。现有技术中大多数液压分离装置使用的夹头必须折叠以便组装和拆卸工具，每次振动时，应力作用都会破坏夹头，重复的振动可能会导致夹头开裂，导致夹头过早失效，本发明解决了夹头过早失效的问题。

附图说明

图1是本发明的正视图；

图2是本发明的剖面视图；

图3是上管柱正视图；

图4是上管柱剖面视图；

图5是下接头正视图；

图6是下接头剖面视图；

图7是支撑活塞正视图；

图8是夹头正视图；

图9是夹头剖面图；

图10是夹头与支撑活塞的连接示意图；

图11是工具投入球后示意图；

图12是支撑活塞向下运移示意图；

图13是上管柱与下接头断开示意图。

图中：1上管柱 2下接头 3花键槽 4花键 5密封槽 6支撑活塞 7夹头 8孔道 9凹穴 10夹头爪 11卡肩 12滑槽 13凹坑 14活塞肩头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

结合图1-图9所示，这种连续油管管柱液压断裂装置包括上管柱1、下接头2、支撑活塞6、夹头7，参阅图3、图4，上管柱1外壁有密封槽5，上管柱1外壁的花键槽3位于密封槽5之上，上管柱1下端设置有多个孔道8，相邻两列孔道8交错设置，每个孔道8内设置有球；参阅图5、图6，下接头2上端口设置花键4，下接头2的内壁设置有凹穴9，上管柱1密封槽5之下的部分插入到下接头2中，上管柱1的孔道8与下接头2的凹穴9一一对应，能够限制球运移；上管柱1与下接头2通过花键4连接，在旋转过程中，靠这种结构传递扭矩。上管柱1外壁的密封槽5内安装密封圈，上管柱1与下接头2通过密封圈密封。上管柱1和下接头2具有相通的孔道8，其分别与管柱的流体孔道连通。密封圈防止流体通过花键槽3与花键4进入或离开。

夹头7下部有内螺纹，支撑活塞6上部有外螺纹，支撑活塞6旋入夹头7内，参阅图10，夹头7下端与支撑活塞6螺纹连接，夹头7和支撑活塞6位于上管柱1与下接头2形成的腔体内，夹头7和支撑活塞6通过各自的中心流道相通，参阅图8、图9，夹头7上部分具有通过多个裂口槽产生的夹头爪10，每个夹头爪10的上端形成卡肩11，夹头7通过卡肩11卡在上管柱1内壁的凸台上，支撑活塞6的活塞肩头14卡在上管柱1下端口处，通过支撑活塞6的活塞肩头14与夹头7的卡肩11被限制在上管柱1内。支撑活塞6和夹头7与上管柱1和下接头2轴向对齐。夹头7外壁有密封槽5，密封槽5内安装密封圈，夹头7与上接头通过该密封圈密封。

参阅图7，支撑活塞6外壁沿长度方向设置滑槽12，滑槽12的数量与上管柱1孔道8的列数相同且一一对应，每个滑槽12上设置凹坑13，相邻两个滑槽12上的凹坑13交错设置，凹坑13与滑槽12为位于下接头2凹穴9内的球向内缩回提供空间。当活塞肩头14向下运动到下接头2台肩处时，滑槽12上的凹坑13与上管柱1的孔道8一一对应。正常安装的状态下，支撑活塞6的凹坑13在上管柱1孔道8上部，投入的球体会留在夹头7内，堵住液体向下运移，从而推动支撑活塞6，当支撑活塞6的凹坑13与在上管柱1孔道8内的球体相对应时，球体离开下接头2的凹穴9，下接头2脱落。

本实施方式中上管柱1中的孔道8一共有八列，每列有两个孔道8；下接头2的凹穴9一共有八列，每列有两个凹穴9；支撑活塞6外壁有八条滑槽12，每条滑槽12有两个凹坑13。夹头7有六个夹头爪10。孔道8可以允许球在内部，这些球可以在下接头2的凹穴9中，也可以在支撑活塞6的凹坑13内，并且可以在滑槽12上下移动。球被安装在孔道8内，球由于受到支撑活塞6与下接头2内壁的压紧，可以防止下接头2与上管柱1分离，并且有助于将扭矩从上管柱1传递到下部。

夹头7将支撑活塞6保持在一定的位置，以便将球牢固地压入下接头2中的凹穴9中，由此使装置整体保持连接。夹头7简单地将活塞组件保持在一定位置，从而不像现有技术中一些液压断开装置那样依赖于剪切螺纹。现有技术中许多液压分离装置中的夹头必须用作夹紧件，以作为拉伸承载部件。当拉伸载荷施加到由这些断开装置断开的连续油管柱上时，所施加的拉伸载荷必须通过夹头部件传递，因此，在正常的井筒作业期间，例如当管柱震动时，现有技术中这些装置的夹头受到施加在它们上的反复的拉伸载荷，并且这些重复的载荷增加了这些断开装置的磨损和撕裂以及过早分离的风险，因为该液压断开装置不利用夹头作为承载构件。

下接头2中凹穴9以交错的方向示出，但是它们可以是任何方向的，每行有任意数量的凹坑13。为了清楚起见，仅示出了所选数量的凹穴9和与凹穴方向。

图8-9显示了液压断开装置的夹头7，夹头7的下部为筒体，下端口处有内螺纹，夹头7的上部由多个裂口槽产生夹头爪10。当本发明内部投入适当大小的球时，夹头爪10会由于压力的作用向中心聚缩。图7、图8中所给的为6个夹头爪10，可以适当增加夹头爪10的数量，通过改变夹头爪10的长度与厚度可以改变驱动断裂的压力，很明显当夹头爪10数量越多，越薄，所需驱动活塞的压力会越小。图10为由夹头7与支撑活塞6构成的活塞组件整体，夹头爪10的卡肩11将支撑活塞6限制在上管柱1内。当支撑活塞6将下部钻柱向下推动时，由于夹头爪10对上接头产生压力，从而增大它们之间的摩擦力，从而支撑活塞6不会掉落，投入的球也不会掉落。现有技术中的液压分离装置，仅利用螺纹将活塞组件保持在固定，本发明中夹头7的使用使得液压断开装置能够承受反复的震动冲击而不会过早分离。夹头7的另一个优点是夹头7不必为了组装和拆卸装置而折叠。现有技术中大多数液压分离装置使用的夹头必须折叠以便组装和拆卸工具。每次振动时，应力作用都会破坏夹头，而这种重复的振动可能会导致夹头开裂，导致夹头过早失效。

为了组装本发明，首先将球放入上管柱1的孔道8中，在所有的球就位之后，将支撑活塞6插入上管柱1的下端，支撑活塞6的滑槽12与球的凸部相对，继续插入，直到活塞肩头14抵靠上管柱1的下端口。然后将夹头7从上管柱1的上部入口插入，并与支撑活塞6上端螺纹连接。支撑活塞6必须向下重新定位，使得球在孔道8完全缩回。在插入夹头7时，加上密封圈，保持密封。将组装的三部分一起插入下接头2，一直向下接头2推，直到不能推为止。此时，球在孔道8中，球的一侧在凹穴9中，另一侧收到支撑活塞6的侧壁的压力，此时，液压断开装置完成连接。夹头7下部通过螺纹被支撑活塞6固定。夹头7上部由卡肩11限制，支撑活塞6被活塞肩头14与夹头7限制，下接头2被球限制，防止下部结构脱落，在连接下接头2时，需要在上管柱1密封槽5内加上密封圈。

本发明使用时通过下接头2与下部有中心孔的管柱相连，中心孔与本发明流道相通，本发明下面可以是钻具组合。用于将钻具组合与上部管柱相连。上接头与上部管柱相连，可以通过上部管柱向下输送液体。

图11-13是本发明从连续油管柱脱离的顺序。当操作员希望断开连续油管柱时，从上管柱1投入适合大小的球体，球坐落在夹头7的凹槽处，如图11，此时球堵住了液体流通的孔道。此时泵的压力会增大，直到由流体压力产生的压力克服将活塞组件保持在适当位置的夹头7所产生的力，由于液体产生的压力使得球推动支撑活塞6向下运移，这时由于球的作用，夹头7的夹头爪10被向中心聚拢，此时的卡肩11不会再限制支撑活塞6的向下运移，液体的压力推动着支撑活塞6向下运移，如图12，此时支撑活塞6的凹坑13与上接头的孔道8对应，球不再受到支撑活塞6的压力，不再限制在下接头2的凹穴9中，由于重力作用下接头2及下部连接的钻具组合或者管柱将会掉落，如图13。

下部断开之后活塞组件不会掉落到井下，可以被提升到井上，更换原件可以继续使用。

Claims (5)

1.一种连续油管管柱液压断裂装置，其特征在于：这种连续油管管柱液压断裂装置包括上管柱（1）、下接头（2）、支撑活塞（6）、夹头（7），上管柱（1）外壁有密封槽（5），上管柱（1）外壁的花键槽（3）位于密封槽（5）之上，上管柱（1）下端设置有多个孔道（8），相邻两列孔道（8）交错设置，每个孔道（8）内设置有球；下接头（2）上端口设置花键（4），下接头（2）的内壁设置有凹穴（9），上管柱（1）密封槽（5）之下的部分插入到下接头（2）中，上管柱（1）的孔道（8）与下接头（2）的凹穴（9）一一对应；夹头（7）下端与支撑活塞（6）螺纹连接，夹头（7）和支撑活塞（6）位于上管柱（1）与下接头（2）形成的腔体内，夹头（7）和支撑活塞（6）通过各自的中心流道相通，夹头（7）上部分具有通过多个裂口槽产生的夹头爪（10），每个夹头爪（10）的上端形成卡肩（11），夹头（7）通过卡肩（11）卡在上管柱（1）内壁的凸台上，支撑活塞（6）的活塞肩头（14）卡在上管柱（1）下端口处；支撑活塞（6）外壁沿长度方向设置滑槽（12），滑槽（12）的数量与上管柱（1）孔道（8）的列数相同且一一对应，每个滑槽（12）上设置凹坑（13），相邻两个滑槽（12）上的凹坑（13）交错设置，当活塞肩头（14）向下运动到下接头（2）台肩处时，滑槽（12）上的凹坑（13）与上管柱（1）的孔道（8）一一对应。

2.根据权利要求1所述的连续油管管柱液压断裂装置，其特征在于：所述的上管柱（1）中的孔道（8）一共有八列，每列有两个孔道（8）；下接头（2）的凹穴（9）一共有八列，每列有两个凹穴（9）；支撑活塞（6）外壁有八条滑槽（12），每条滑槽（12）有两个凹坑（13）。

3.根据权利要求2所述的连续油管管柱液压断裂装置，其特征在于：所述的夹头（7）有六个夹头爪（10）。

4.根据权利要求3所述的连续油管管柱液压断裂装置，其特征在于：所述的上管柱（1）外壁的密封槽（5）内安装密封圈，上管柱（1）与下接头（2）通过密封圈密封。

5.根据权利要求4所述的连续油管管柱液压断裂装置，其特征在于：所述的夹头（7）下部有内螺纹，支撑活塞（6）上部有外螺纹，支撑活塞（6）旋入夹头（7）内。