CN110454082A - 一种螺杆钻具应急止动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺杆钻具应急止动装置，其技术方案是：包括止动放脱接头壳体、外缘水眼压盖、止动限位滑块、转子止动块、放脱止动螺母、螺杆转子防脱杆、固定销钉，上述外缘水眼压盖、止动限位滑块自上而下装配，并由销钉固定于止动防脱接头壳体内部上方，组成螺杆钻具应急止动装置的防脱止动上部结构，上述螺杆转子防脱杆内安装转子止动块，外部由防脱止动螺母连接固定，组成防脱止动下步结构。有益效果是：止动限位块与螺杆转子正常工作状态不接触，且止动限位滑块由销钉固定，触发止动限位装置作用须投入钢球并憋压，可靠性高；止动限位滑块布置外缘水眼，可以正常循环钻井液，不影响其他工况的进行，兼容性好，使用成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油螺杆钻具应急装置及方法，特别涉及一种螺杆钻具应急止动装置。
背景技术
在石油、天然气和地质钻探过程中，螺杆钻具是一种将钻井液的循环压降转换为旋转动能，并驱动钻头高速旋转的机械工具，广泛用于各类钻探开发的钻井施工中，已经成为一种常见、高效的钻井工具。但钻井过程中，时常会发生一些不可预知的井下复杂与故障，尤其是在钻头位置被卡住、不能转动而发生卡钻时，与钻头相连接的螺杆钻具本身可以空转，钻头却不能转动，给处理卡钻故障带来诸多不便，大量应急措施无法实现，延误处理时机或使处理时间大幅度延长，造成故障复杂化，产生较大的经济损失。
目前，钻井螺杆钻具均未设计应急止动装置，在钻头位置发生卡钻后，钻具旋转，只会造成螺杆钻具空转，钻头无法旋转，为解决钻头卡钻带来了诸多不便，大量应急措施无法实现，延误处理时机或使处理时间大幅度延长，造成故障复杂化，产生较大的经济损失。
发明内容
本发明的目的在于解决在钻井过程发生钻头遇卡时，螺杆钻具空转而无法处理卡钻的弊端，通过在螺杆钻具内加装一种螺杆钻具应急止动装置，解决钻头遇卡时，锁死螺杆钻具内部动力部分，使其无法空转，使钻头能够随钻具转动而转动，达到处理复杂、减少故障处理时间、减少经济损失的目的。
本发明提到的一种螺杆钻具应急止动装置，其技术方案是：包括止动放脱接头壳体（1）、外缘水眼压盖（16）、止动限位滑块（2）、转子止动块（3）、固定销钉（7）、脱止动螺母（4）、螺杆转子防脱杆（5），所述的外缘水眼压盖（16）、止动限位滑块（2）自上而下装配，并由固定销钉（7）固定于止动防脱接头壳体（1）内部上方，组成螺杆钻具应急止动装置的防脱止动上部结构；所述螺杆转子防脱杆（5）内安装转子止动块（3），外部由防脱止动螺母（4）连接固定，组成螺杆钻具应急止动装置的防脱止动下部结构；在未工作状态下，上述防脱止动上部结构与防脱止动下部结构间不接触，防脱止动下部结构自由转动；需要对螺杆进行止动时，投入钢球（6），防脱止动上部结构的水眼被堵死造成憋压，压力造成的剪切应力剪短固定销钉（7），使止动限位滑块（2）沿止动放脱接头壳体（1）的限位卡槽（14）下行，止动限位滑块（2）与防脱止动螺母（4）相啮合，使螺杆转子不能自由转动，起到止动螺杆转子的作用，使钻头能够随钻具转动而转动。
优选的，上述止动放脱接头壳体（1）内布置呈圆周状布置六条各呈60度的限位卡槽（14），上部卡槽略大于下部卡槽3-5mm，上部卡槽用于固定外缘水眼压盖（16），下部卡槽用于固定止动限位滑块（2）。
优选的，上述止动限位滑块（2）外缘呈圆周状布置四条各呈0度、60度、180度、240度的限位凸起（15）嵌入壳体的限位卡槽（14）内，并由固定销钉（7）固定在壳体内。
优选的，上述止动限位滑块（2）的外缘布置2个外缘水眼，呈180度对称分布，外缘水眼位置位于止动限位滑块（2）两呈120度的限位凸起（15）中间；止动限位滑块（2）的中部布置一个正六棱柱形水眼，在止动状态与转子止动块（3）上端的正六棱柱相啮合。
优选的，上述外缘水眼压盖（16）座外缘呈圆周状布置6条各呈60度的限位凸起（15）嵌入壳体的限位卡槽（14）内，座于止动限位滑块（2）上方，压盖下方嵌入止动限位滑块（2）的外缘水眼，外缘水眼压盖（16）上方设置卡簧（12）。
优选的，上述防脱止动螺母（4）为正六棱柱形，每个棱边布置有1个圆弧形凹槽，每个圆弧形凹槽的圆心—防脱止动螺母（4）轴心的连线与相邻防脱止动螺母（4）棱边—防脱止动螺母（4）轴心连线的夹角呈60度。
优选的，上述防脱止动螺母（4）的内部布置有丝扣，防脱止动螺母（4）通过上端丝扣与转子止动块（3）连接，防脱止动螺母（4）通过下端丝扣与螺杆转子防脱杆（5）连接，且防脱止动螺母（4）顶端内部布置有凹槽，用于放置卡簧（12）。
优选的，上述转子止动块（3），其上端为六棱柱体，中间为带丝扣圆柱体，下端为六棱柱体；且上端六棱体的最大直径略小或等于中间圆柱体的丝扣直径，中间圆柱体的丝扣直径略小或等于下端六棱柱体对边距。
优选的，上述中间圆柱体丝扣顶端设置有凹槽，凹槽内装有卡簧（12），用于限制转子止动块（3）与防脱止动螺母（4）活动。
优选的，上述螺杆转子防脱杆（5），其下部与螺杆转子相连接，顶部外侧通过丝扣与防脱止动螺母（4）相连接，顶部内侧为正六棱柱形凹槽，凹槽内放置转子止动块（3）。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
第一：需要对螺杆进行止动时，投入钢球，上部结构水眼被堵死造成憋压，压力造成的剪切应力剪短固定销钉，使止动限位滑块沿防脱接头壳体内的六条凹槽下行，止动限位滑块通过4条限位凸起与防脱止动螺母卡槽相啮合，制动限位滑块的六棱型水眼与螺杆转子防脱杆的六棱柱相啮合，使螺杆转子不能自由转动，起到止动螺杆转子的作用，使钻头能够随钻具转动而转动，达到处理复杂、减少故障处理时间、减少经济损失的目的；
第二：该螺杆钻具应急止动装置的止动限位块与螺杆转子正常工作状态不接触，且止动限位滑块由固定销钉固定，触发止动限位装置作用须投入钢球并憋压，可靠性高；
第三：该螺杆钻具应急止动装置的止动限位滑块呈180度布置2个外缘水眼，可以正常循环钻井液，不影响其他工况的进行，兼容性好；
第四：该螺杆钻具应急止动装置的限位装置触发后对螺杆转子、螺杆定子无损伤，可取出后，更换固定销钉再次重复使用，无其他易损件，使用成本低。
附图说明
图1是本发明在未止动工作状态的剖面结构示意图；
图2是本发明在止动工作状态的剖面结构示意图；
图3是本发明在图1中A-A水平面的剖面图；
图4是本发明在图1中B-B水平面的剖面图；
图5是本发明在图1中C-C水平面的剖面图；
图6是本发明在图1中D-D水平面的剖面图；
图7是本发明在图1中E-E水平面的剖面图；
图8是本发明在图2中F-F水平面的剖面图；
图9是本发明在图2中G-G水平面的剖面图；
上图中：止动放脱接头壳体1、止动限位滑块2、转子止动块3、固定销钉7、脱止动螺母4、螺杆转子防脱杆5、钢球6、固定螺栓8、球座9、六棱形水眼10、限位凹槽11、卡簧12、循环通道13、限位卡槽14、限位凸起15、外缘水眼压盖16、水眼压盖卡簧17。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，参照附图1，本发明提到的螺杆钻具应急止动装置，包括止动放脱接头壳体1、外缘水眼压盖16、止动限位滑块2、转子止动块3、固定销钉7、脱止动螺母4、螺杆转子防脱杆5。上述外缘水眼压盖16、止动限位滑块2自上而下装配，并由固定销钉7固定于止动防脱接头壳体内部上方，组成螺杆钻具应急止动装置的防脱止动上部结构。上述螺杆转子防脱杆5内安装转子止动块3，外部由防脱止动螺母4连接固定，组成螺杆钻具应急止动装置的防脱止动下部结构。
其中，止动放脱接头壳体1内布置呈圆周状布置六条各呈60度的限位卡槽14，上部卡槽略大于下部卡槽3-5mm，上部卡槽用于固定外缘水眼压盖16，下部卡槽用于固定止动限位滑块2；止动限位滑块2外缘呈圆周状布置四条各呈0度、60度、180度、240度的限位凸起15嵌入壳体的限位卡槽14内，并由固定销钉7固定在壳体内。
止动限位滑块2的外缘布置2个外缘水眼，呈180度对称分布，外缘水眼位置位于止动限位滑块2两呈120度的限位凸起15中间；止动限位滑块2的中部布置一个正六棱柱形水眼，在止动状态与转子止动块3上端的正六棱柱相啮合。
外缘水眼压盖16座外缘呈圆周状布置6条各呈60度的限位凸起15嵌入壳体的限位卡槽14内，座于止动限位滑块2上方，压盖下方嵌入止动限位滑块2的外缘水眼，外缘水眼压盖16上方设置卡簧12。
固定销钉7为具有一定强度的固定销钉7，尾部用固定螺栓8顶住，固定销钉7能在一定压力下被剪断。
防脱止动螺母4为正六棱柱形，每个棱边布置有1个圆弧形凹槽，每个圆弧形凹槽的圆心—防脱止动螺母4轴心的连线与相邻防脱止动螺母4棱边—防脱止动螺母4轴心连线的夹角呈60度。
防脱止动螺母4的内部布置有丝扣，防脱止动螺母4通过上端丝扣与转子止动块3连接，防脱止动螺母4通过下端丝扣与螺杆转子防脱杆5连接，且防脱止动螺母4顶端内部布置有凹槽，用于放置卡簧12。
转子止动块3，其上端为六棱柱体，中间为带丝扣圆柱体，下端为六棱柱体；且上端六棱体的最大直径略小或等于中间圆柱体的丝扣直径，中间圆柱体的丝扣直径略小或等于下端六棱柱体对边距。
中间圆柱体丝扣顶端设置有凹槽，凹槽内装有卡簧12，用于限制转子止动块3与防脱止动螺母4活动。
螺杆转子防脱杆5，其下部与螺杆转子相连接，顶部外侧通过丝扣与防脱止动螺母4相连接，顶部内侧为正六棱柱形凹槽，凹槽内放置转子止动块3。
本发明提到的螺杆钻具应急止动装置，使用时，参照图1、图3、图4、图5、图6、图7，在未工作状态下，上部结构与下部结构间不接触，下部结构自由转动；
参照图2、图8、图9，在需要对螺杆进行止动时，投入钢球6，钢球进入球座9，防脱止动上部结构的水眼被堵死，继续使用钻井泵打入钻井液，由于球座部位循环通道被堵死，造成憋压，压力作用在止动限位滑块上的固定销钉上形成剪切应力，当达到并超过固定销钉7的强度时，剪切应力剪断固定销钉7，使止动限位滑块2沿止动放脱接头壳体1的限位卡槽14下行；当止动限位滑块2沿止动放脱接头壳体1的限位卡槽14下行至防脱止动螺母4处时，止动限位滑块2上4条限位凸起15与防脱止动螺母4限位凹槽11相啮合，同时止动限位滑块2的中部布置的正六棱柱形水眼，与转子止动块3上端的正六棱柱相啮合使螺杆转子不能自由转动，起到止动螺杆转子的作用，使钻头能够随钻具转动而转动。
本发明的技术优势在于：第一：该螺杆钻具应急止动装置的止动限位块与螺杆转子正常工作状态不接触，且止动限位滑块由销钉固定，触发止动限位装置作用须投入钢球并憋压，可靠性高。第二：该螺杆钻具应急止动装置的止动限位滑块呈180度布置2个外缘水眼，可以正常循环钻井液，不影响其他工况的进行，兼容性好。第三：该螺杆钻具应急止动装置的限位装置触发后对螺杆转子、螺杆定子无损伤，可取出后，更换销钉再次重复使用，无其他易损件，使用成本低。
实施例2，本发明提到的螺杆钻具应急止动装置，与实施例1不同之处是：
止动放脱接头壳体1内布置呈圆周状布置多条均匀分布的限位卡槽14，上部卡槽略大于下部卡槽3-5mm，上部卡槽用于固定外缘水眼压盖16，下部卡槽用于固定止动限位滑块2；止动限位滑块2外缘呈圆周状布置多条配合的限位凸起15嵌入壳体的限位卡槽14内，并由固定销钉7固定在壳体内。
止动限位滑块2的外缘布置多个外缘水眼，对称分布，外缘水眼位置位于止动限位滑块2的限位凸起15中间；止动限位滑块2的中部布置一个正六棱柱形水眼，在止动状态与转子止动块3上端的正六棱柱相啮合。
外缘水眼压盖16座外缘呈圆周状布置多条限位凸起15嵌入壳体的限位卡槽14内，座于止动限位滑块2上方，压盖下方嵌入止动限位滑块2的外缘水眼，外缘水眼压盖16上方设置卡簧12。
实施例3，本发明提到的螺杆钻具应急止动装置，与实施例2不同之处是：止动限位滑块2的中部布置一个水眼，在止动状态与转子止动块3上端的结构相配合。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种螺杆钻具应急止动装置，其特征是：包括止动放脱接头壳体（1）、外缘水眼压盖（16）、止动限位滑块（2）、转子止动块（3）、固定销钉（7）、脱止动螺母（4）、螺杆转子防脱杆（5），所述的外缘水眼压盖（16）、止动限位滑块（2）自上而下装配，并由固定销钉（7）固定于止动防脱接头壳体（1）内部上方，组成螺杆钻具应急止动装置的防脱止动上部结构；所述螺杆转子防脱杆（5）内安装转子止动块（3），外部由防脱止动螺母（4）连接固定，组成螺杆钻具应急止动装置的防脱止动下部结构；在未工作状态下，上述防脱止动上部结构与防脱止动下部结构间不接触，防脱止动下部结构自由转动；需要对螺杆进行止动时，投入钢球（6），防脱止动上部结构的水眼被堵死造成憋压，压力造成的剪切应力剪短固定销钉（7），使止动限位滑块（2）沿止动放脱接头壳体（1）的限位卡槽（14）下行，止动限位滑块（2）与防脱止动螺母（4）相啮合，使螺杆转子不能自由转动，起到止动螺杆转子的作用，使钻头能够随钻具转动而转动。
2.根据权利要求1所述的螺杆钻具应急止动装置，其特征是：所述止动放脱接头壳体（1）内布置呈圆周状布置六条各呈60度的限位卡槽（14），上部卡槽略大于下部卡槽3-5mm，上部卡槽用于固定外缘水眼压盖（16），下部卡槽用于固定止动限位滑块（2）。
3.根据权利要求1所述的螺杆钻具应急止动装置，其特征是：所述止动限位滑块（2）外缘呈圆周状布置四条各呈0度、60度、180度、240度的限位凸起（15）嵌入壳体的限位卡槽（14）内，并由固定销钉（7）固定在壳体内。
4.根据权利要求3所述的螺杆钻具应急止动装置，其特征是：所述止动限位滑块（2）的外缘布置2个外缘水眼，呈180度对称分布，外缘水眼位置位于止动限位滑块（2）两呈120度的限位凸起（15）中间；止动限位滑块（2）的中部布置一个正六棱柱形水眼，在止动状态与转子止动块（3）上端的正六棱柱相啮合。
5.根据权利要求1所述的螺杆钻具应急止动装置，其特征是：所述外缘水眼压盖（16）座外缘呈圆周状布置6条各呈60度的限位凸起（15）嵌入壳体的限位卡槽（14）内，座于止动限位滑块（2）上方，压盖下方嵌入止动限位滑块（2）的外缘水眼，外缘水眼压盖（16）上方设置卡簧（12）。
6.根据权利要求1所述的螺杆钻具应急止动装置，其特征是：所述防脱止动螺母（4）为正六棱柱形，每个棱边布置有1个圆弧形凹槽，每个圆弧形凹槽的圆心—防脱止动螺母（4）轴心的连线与相邻防脱止动螺母（4）棱边—防脱止动螺母（4）轴心连线的夹角呈60度。
7.根据权利要求6所述的螺杆钻具应急止动装置，其特征是：所述防脱止动螺母（4）的内部布置有丝扣，防脱止动螺母（4）通过上端丝扣与转子止动块（3）连接，防脱止动螺母（4）通过下端丝扣与螺杆转子防脱杆（5）连接，且防脱止动螺母（4）顶端内部布置有凹槽，用于放置卡簧（12）。
8.根据权利要求1所述的螺杆钻具应急止动装置，其特征是：所述转子止动块（3），其上端为六棱柱体，中间为带丝扣圆柱体，下端为六棱柱体；且上端六棱体的最大直径略小或等于中间圆柱体的丝扣直径，中间圆柱体的丝扣直径略小或等于下端六棱柱体对边距。
9.根据权利要求8所述的螺杆钻具应急止动装置，其特征是：所述中间圆柱体丝扣顶端设置有凹槽，凹槽内装有卡簧（12），用于限制转子止动块（3）与防脱止动螺母（4）活动。
10.根据权利要求1所述的螺杆钻具应急止动装置，其特征是：所述螺杆转子防脱杆（5），其下部与螺杆转子相连接，顶部外侧通过丝扣与防脱止动螺母（4）相连接，顶部内侧为正六棱柱形凹槽，凹槽内放置转子止动块（3）。
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