CN108571302A - 卡钻预防装置 - Google Patents

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薛占峰
侯乃贺
魏辽
赵晨熙
戴文潮
朱玉杰
朱和明
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Abstract

本发明涉及一种卡钻预防装置，其包括芯轴，套设在所述芯轴的外侧的外管柱，以及设置在所述芯轴和所述外管柱之间的配合件，在第一状态下，所述配合件与所述芯轴和所述外管柱在轴向上固定配合，以使所述芯轴和所述外管柱能在轴向方向上固定，在第二状态下，所述配合件与所述芯轴和所述外管柱中的至少一个滑动配合，以使所述芯轴和所述外管柱能在轴向方向上相对移动。通过这种卡钻预防装置能避免卡钻的发生，并因此能避免因卡钻而带来的不利影响。

Description

卡钻预防装置
技术领域
本发明涉及油田井下工具技术领域，特别是涉及一种卡钻预防装置。
背景技术
在井下作业过程中，下入井内的管柱(管串)常常会遇到油(水)井出砂、结垢等因素的影响，从而为管柱的移动带来阻力。在阻力非常大的时候，管柱很容易卡死在井内。这就是本领域常说的“卡钻”。
在现有技术中，通常在遇到卡钻时，以震击器在井内产生振动，以解除卡钻。然而，这种解除卡钻的方式成功率较低，这为后续的井下作业带来了很大阻碍。同时，震击器产生的震动容易导致管柱受损甚至断裂，或导致地层受到破坏，并由此容易产生更为严重的事故。
因此，需要一种能避免因卡钻而带来不利影响的装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种卡钻预防装置。通过这种卡钻预防装置能避免卡钻的发生，并因此能避免因卡钻而带来的不利影响。
根据本发明，提出了一种卡钻预防装置，其包括芯轴，套设在所述芯轴的外侧的外管柱，以及设置在所述芯轴和所述外管柱之间的配合件，在第一状态下，所述配合件与所述芯轴和所述外管柱在轴向上固定配合，以使所述芯轴和所述外管柱能在轴向方向上固定，在第二状态下，所述配合件与所述芯轴和所述外管柱中的至少一个滑动配合，以使所述芯轴和所述外管柱能在轴向方向上相对移动。
在井下管柱顺利活动的时候，外管柱不受到阻碍，卡钻预防装置处于第一状态。在外管柱受到阻碍而变得活动困难的时候，可以使卡钻预防装置处于第二状态。此时，外管柱与芯轴之间会出现轴向上的相对移动。这种相对移动能够被作业人员通过工具(例如，井口悬重表)观测到。在观测到后，作业人员能主动对井内情况进行调整，从而能避免外管柱卡死在井内，即能避免卡钻现象的发生。由此，能通过卡钻预防装置来避免卡钻带来的不利影响。
在一个实施例中，在所述外管柱的内壁上构造有容纳槽，在第一状态下，所述配合件的外端容纳于所述容纳槽内，在第二状态下，所述配合件的外端脱出所述容纳槽。
在一个实施例中，所述配合件构造成能在径向上变形，在第一状态下，所述配合件的外端的径向尺寸大到足以容纳于所述容纳槽内，在第二状态下，所述配合件的径向尺寸小到足以脱出所述容纳槽。
在一个实施例中，所述配合件构造为卡接环，所述卡接环的外端构造有配合斜面，所述外管柱与所述配合斜面接触配合，通过所述外管柱与所述配合斜面之间的挤压，所述卡接环能径向收缩。
在一个实施例中，所述卡接环为非封闭环。
在一个实施例中，在所述芯轴的外壁上构造有径向向外延伸的卡接部，所述卡接部延伸到所述配合件的端部处并与所述配合件的端部卡接配合。
在一个实施例中，在所述外管柱的内壁上径向向内延伸形成限位部，所述限位部与所述卡接部间隔式相对。
在一个实施例中，在所述限位部与所述卡接部之间设置有缓冲体。
在一个实施例中，所述缓冲体为弹簧，所述弹簧连接在所述限位部与所述卡接部之间。
在一个实施例中，在所述芯轴的外壁上径向向外延伸形成挡块，在所述外管柱的内壁上形成与所述挡块配合的、沿轴线方向延伸的凹槽。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在井下管柱顺利活动的时候，外管柱不受到阻碍，卡钻预防装置处于第一状态。在外管柱受到阻碍而变得活动困难的时候，可以使卡钻预防装置处于第二状态。此时，外管柱与芯轴之间会出现轴向上的相对移动。这种相对移动能够被作业人员通过工具(例如，井口悬重表)观测到。在观测到后，作业人员能主动对井内情况进行调整，从而能避免外管柱卡死在井内，即能避免卡钻现象的发生。由此，能通过卡钻预防装置来避免卡钻带来的不利影响。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是根据本发明的卡钻预防装置处于第一状态下的一个实施例的结构示意图；
图2是图1中的卡钻预防装置的一部分的局部放大图；
图3是根据本发明的卡钻预防装置处于第二状态下的一个实施例的结构示意图；
图4是图3中的卡钻预防装置的一部分的局部放大图；
图5是根据本发明的卡钻预防装置中的配合件的一个实施例的结构示意图；
图6是根据本发明的卡钻预防装置中的挡块的一个实施例的结构示意图；
图7是根据本发明的卡钻预防装置中的凹槽的一个实施例的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1示意性地显示了根据本发明的卡钻预防装置1的结构。卡钻预防装置1包括芯轴10和套设在芯轴10外侧的外管柱20。芯轴10和外管柱20之间本身不存在连接关系。卡钻预防装置1还包括设置在芯轴10与外管柱20之间的配合件30。该配合件30能够实现芯轴10与外管柱20之间的相对固定和相对自由。
例如，如图2所示，在芯轴10的外壁上径向向外延伸形成卡接部11。配合件30可与卡接部11卡接配合，以使配合件不能朝向该卡接部11所在的方向相对于芯轴10移动。优选地，在配合件30的上游处和下游处均设置有卡接部11的情况下，可令配合件30在轴向方向上与芯轴固定。
同时，可在外管柱20的内壁上设置有容纳槽21。配合件30可处于该容纳槽21内，以实现其相对于外管柱20在轴向方向上固定。另外，配合件30也可脱出该容纳槽21，以允许配合件30能相对于外管柱20在轴向方向上自由。
图5示意性地显示了配合件30的一个实施例。其中，配合件30为卡接环，其外部端面31与外管柱20的容纳槽21的相应端面配合，而其内部端面32与芯轴10的卡接部11配合。由此，卡接环的外端与外管柱20的容纳槽21卡接配合，而卡接环的内端与芯轴10的卡接部卡接配合。通过上述结构，即可实现卡接环与外管柱20和芯轴10之间的卡接固定。
卡接环是可径向变形的。例如，卡接环的外径可变大到进入卡接环伸入到容纳槽21内并卡接在容纳槽21内，或者卡接环的外径可缩小到允许卡接环脱离容纳槽21。这例如可通过卡接环的厚度变化来实现。或者，这可通过卡接环的环体的收缩或扩张来实现。优选地，如图5所示，卡接环为非封闭环，即构造有在轴向上贯通的豁口。如此一来，当卡接环受到径向外力时，其能以豁口缩小的方式进行收缩变形以减小其外径。
优选地，该卡接环可由65Mn和/或60Si2MnA等弹簧钢材料制成。
如图5所示，可优选地将外部端面31设置成配合斜面。当外管柱20有相对于卡接环和芯轴10的相对运动倾向时，外管柱20的容纳槽21会对卡接环产生一定的挤压力。由于该挤压力是作用在配合斜面上的，因此其一方面具有沿轴向方向的分力，另一方面还具有沿径向方向的分力。在该挤压力大到一定程度时，沿径向方向的分力会促使卡接环收缩，从而使卡接环能脱出容纳槽21。同时，沿轴向方向的分力会推动卡接环与容纳槽21错开，从而接下来，即使该挤压力变小或消失，卡接环也不会立刻回到容纳槽21内。由此，实现了卡接环不再与外管柱20在轴向上固定。
应当理解的是，外管柱20的容纳槽21的与该配合斜面接触配合的端面也优选地构造为斜面。这样一来，容纳槽21的端面能够与配合斜面贴合配合，这种配合方式的引导作用较强，稳定性较强。
另外，如图1所示，在外管柱20的内壁上还径向向内延伸形成限位部，该限位部与芯轴上的卡接部相对间隔开，从而为芯轴10与外管柱20之间的移动限定了移动范围。由此，外管柱20能相对于芯轴10在轴向方向上上移动直到卡接部与限位部接触为止，从而避免了外管柱20与芯轴10非预期地脱离。
优选地，在卡接部与限位部之间设置有缓冲体，例如为弹簧。由此，在卡接部与限位部相向移动时，可通过缓冲体使该移动变得缓慢。由此，避免了部件之间的冲击。另外，例如为弹簧的该缓冲体还能与限位部和卡接部连接。由此，当限位部与卡接部相背移动时，可通过弹簧使该移动变得缓慢。另外，此时的弹簧还有利于限位部与卡接部回位到初始的距离，由此进一步起到了限位的作用。
此外，还可在芯轴10的外壁上设置径向向外凸出的挡块12，如图6所示。同时，在外管柱20的内侧设置与该挡块12对应的凹槽22。该凹槽22优选地在轴向方向上延伸，如图7所示。当挡块12处于凹槽22内时，芯轴10和外管柱20不能发生相对转动。反过来说，此时，芯轴10能带动外管柱20一同转动。
下面将结合图1到图4对卡钻预防装置1的工作过程进行详细描述。
在初始状态下，如图1所示，配合件30(即，卡接环)处于容纳槽21内。同时，该卡接环的上游端和下游端与芯轴10上的卡接部11相配合。由此，实现了芯轴10与外管柱20之间的固定。此时，卡钻预防装置1处于第一状态下。
当外管柱20受到阻力时，外管柱20会产生相对于芯轴10和卡接环沿轴向移动的趋势。该趋势会促使外管柱20的容纳槽21与卡接环的外部端面31发生挤压。在挤压力达到一定程度时，卡接环径向向内收缩以致能脱离出容纳槽21。此时，外管柱20不再与卡接环卡接，并能相对于卡接环和芯轴10沿轴向移动至图3所示的状态。
在图3所示的状态(即，第二状态)下，芯轴10和卡接环能相对于外管柱20沿轴向移动，并在移动的过程中，受到缓冲体(即，弹簧)40的缓冲和限制。作业人员可通过观察到井口处的悬重表出现压力波动而得知芯轴10和外管柱20正在进行相对移动，并由此得之外管柱20受到较大的阻力。此时，可通过上提芯轴10而小幅度提动外管柱20，或者通过旋转芯轴10而同时转动外管柱20。通过这些手段，能允许外管柱20不再受到较大的阻力，并能继续向更深的井内下入。由此，在外管柱20卡死之前，提前发现受阻的问题，并解决该受阻的问题。由此，能避免卡钻现象的发生，并因此能避免因卡钻而带来的不利影响。
在进一步下入的过程中，可向下游推动芯轴10使其和卡接环相对于外管柱20沿轴向移动直至卡接环与容纳槽21对齐。此时，卡接环能进入到容纳槽21内并与容纳槽21卡接。由此又回到了图1所显示的状态。此时，外管柱20与芯轴10固定。
在后续的作业中，如果外管柱20又受到较大的阻力，则卡接环能再次从容纳槽21内脱离，以便于再次避免卡钻现象的发生。
在本文中，“上游”指的是接近井口的方向，而相对地，“下游”指的是接近井底的方向。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种卡钻预防装置，其包括芯轴，套设在所述芯轴的外侧的外管柱，以及设置在所述芯轴和所述外管柱之间的配合件，
在第一状态下，所述配合件与所述芯轴和所述外管柱在轴向上固定配合，以使所述芯轴和所述外管柱能在轴向方向上固定，
在第二状态下，所述配合件与所述芯轴和所述外管柱中的至少一个滑动配合，以使所述芯轴和所述外管柱能在轴向方向上相对移动。
2.根据权利要求1所述的卡钻预防装置，其特征在于，在所述外管柱的内壁上构造有容纳槽，
在第一状态下，所述配合件的外端容纳于所述容纳槽内，
在第二状态下，所述配合件的外端脱出所述容纳槽。
3.根据权利要求2所述的卡钻预防装置，其特征在于，所述配合件构造成能在径向上变形，
在第一状态下，所述配合件的外端的径向尺寸大到足以容纳于所述容纳槽内，
在第二状态下，所述配合件的径向尺寸小到足以脱出所述容纳槽。
4.根据权利要求3所述的卡钻预防装置，其特征在于，所述配合件构造为卡接环，所述卡接环的外端构造有配合斜面，所述外管柱与所述配合斜面接触配合，
通过所述外管柱与所述配合斜面之间的挤压，所述卡接环能径向收缩。
5.根据权利要求4所述的卡钻预防装置，其特征在于，所述卡接环为非封闭环。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的卡钻预防装置，其特征在于，在所述芯轴的外壁上构造有径向向外延伸的卡接部，所述卡接部延伸到所述配合件的端部处并与所述配合件的端部卡接配合。
7.根据权利要求6所述的卡钻预防装置，其特征在于，在所述外管柱的内壁上径向向内延伸形成限位部，所述限位部与所述卡接部间隔式相对。
8.根据权利要求7所述的卡钻预防装置，其特征在于，在所述限位部与所述卡接部之间设置有缓冲体。
9.根据权利要求8所述的卡钻预防装置，其特征在于，所述缓冲体为弹簧，所述弹簧连接在所述限位部与所述卡接部之间。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的卡钻预防装置，其特征在于，在所述芯轴的外壁上径向向外延伸形成挡块，在所述外管柱的内壁上形成与所述挡块配合的、沿轴线方向延伸的凹槽。
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