CN110805405A - 内卡式钻杆打捞工具及其打捞方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内卡式钻杆打捞工具及其打捞方法，该工具包括从左到右同轴依次布设的外管、拧紧环、高低压三通阀、单作用液压缸、推力杆、芯轴、弹性卡爪组件和螺旋套筒。通过弹性卡爪卡紧钻杆接头内台阶实现打捞工具与断裂钻杆的快速连接；还具备解卡功能，通过高低压转换阀，可快速将打捞工具与断裂钻杆柱分离。该打捞工具及其打捞方法用于钻探过程中钻杆断裂或掉落等事故的快速打捞，改变了现有的打捞方式，解决了采用公锥或母锥造扣困难，打捞过程中钻杆易发生二次掉落等问题，具有使用方便、打捞成功率高等优点。

Description

内卡式钻杆打捞工具及其打捞方法

技术领域

本发明涉及钻探、钻井机械的技术领域，尤其涉及一种内卡式钻杆打捞工具及其打捞方法。

背景技术

钻探施工过程中，由于对地层情况认识不清、钻探工艺选择不当或者操作人员的操作失误等，经常发生钻孔孔内事故。当遇到钻杆断裂时，需要专用工具进行打捞处理。一般采用公锥从钻杆内孔进行造扣和打捞，或采用母锥从钻杆外壁进行造扣和打捞。如果遇到钻孔孔径较大的情况，钻杆断裂后，事故头靠在钻孔孔壁上，采用公锥或母锥无法找到事故源头从而给事故处理带来不便。对于一些硬度较大的钻杆接头，无法在钻杆断裂表面造扣，该类钻杆断裂后，无法利用公锥或母锥进行打捞。因此亟需研究一种钻杆打捞工具用于解决上述难题。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种内卡式钻杆打捞工具及其打捞方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内卡式钻杆打捞工具及其打捞方法，其使用方便、可靠性高；还能提供更好的解卡功能，能减少对断裂钻杆柱的损伤，避免孔内情况变得更复杂。

为解决上述问题，本发明公开了一种内卡式钻杆打捞工具，包括外管和螺旋套筒，所述螺旋套筒与外管的右端外壁固定连接，其特征在于：

所述外管和螺旋套筒内从左至右同轴依次设有高低压三通阀、单作用液压缸、推力杆和芯轴，所述高低压三通阀的顶部端面与单作用液压缸的底部端面连接，所述外管的内部凹槽设有限位单作用液压缸的第二台肩面，所述推力杆设置于外管的内部凹槽右端，且推力杆能沿外管的内部凹槽轴向移动，所述推力杆包含一圆盘面以及多根推杆，所述多根推杆从圆盘面的一端呈圆周间隔设置且向外延伸，所述圆盘面的另一端与单作用液压缸的缸头固定连接，所述芯轴的一端与外管固定连接，弹性卡爪组件设置于芯轴的外部，且弹性卡爪组件的尾部端与推杆伸出外管的端面相连。

其中：所述高低压三通阀包括腔体、外阀芯体、内阀芯体和第一弹簧，所述内阀芯体和第一弹簧设置于腔体内部，所述内阀芯体的一端设有容置第一弹簧一端的容置凹槽，所述第一弹簧的另一端抵靠于腔体的内端面，所述外阀芯体设置于腔体外部，且外阀芯体的一端通过腔体的通孔与内阀芯体的另一端固定连接。

其中：所述内阀芯体的外缘相对于通孔的位置为减缩状，从而在内阀芯体和通孔之间形成P口，所述腔体的内部设有T口和A口，所述T口和A口设置于腔体的周缘且贯通腔体内部和外部，所述内阀芯体设有在不同位置连通于A口的导通孔，从而通过控制内外阀芯体的位置，来导通或关闭P口和A口。

其中：所述腔体的外壁还设有泄流槽，所述泄流槽连通于T口。

其中：所述腔体的外缘设有至少一容置密封圈的密封凹槽。

其中：所述弹性卡爪组件包括弹性卡爪、螺纹固定环、第二弹簧和限位环，所述螺纹固定环、第二弹簧和限位环从左到右同轴依次设置于弹性卡爪的内部和芯轴的外缘之间，且螺纹固定环与弹性卡爪固定连接，螺纹固定环的内径与芯轴的外径有一定间隙，所述芯轴设有以限位台阶，以对限位环的轴向位置进行限位，螺纹固定环的内径与芯轴的外径有一定间隙，限位环的外径与弹性卡爪的内径有一定间隙，所述第二弹簧设置于螺纹固定环和限位环之间以便于弹性卡爪沿轴向移动以及弹性回复。

其中：所述芯轴的头部外缘设有一双圆锥面，所述双圆锥面包含中间的顶端和位于顶端两侧的圆锥面，且所述顶端外侧的圆锥面上均匀设置有若干保径条和若干第一合金片，用于切削断裂钻杆处的毛刺等。

其中：所述弹性卡爪上设有包覆所述芯轴的顶端内侧圆锥面的弹性卡爪片，所述弹性卡爪片上设有多个倒刺，所述多个倒刺沿轴向间隔设置于弹性卡爪片的周缘。

其中：所述螺旋套筒包括螺旋叶片、3根导向杆、导向环和若干第二合金片，所述导向杆与螺旋叶片的轴向外直径固定连接，所述导向环与导向杆的右端固定连接，导向环的内径圆周上均匀设置有若干第二合金片。

还公开了一种内卡式钻杆打捞工具的打捞方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：首先将内卡式钻杆打捞工具送至钻杆发生断裂或掉落处，利用螺旋套筒将孔口打捞钻杆柱的中心轴线与孔底断裂钻杆柱的中心轴线对正，钻机的动力头正转，利用螺旋套筒打磨断裂钻杆端的毛刺边，钻机的动力头前进，将内卡式钻杆打捞工具的芯轴送入孔底断裂钻杆柱的孔内；

步骤二：然后通入低压水，低压水进入单作用液压缸的活塞腔内，推动推力杆向右运动，在推力杆的推力作用下，弹性卡爪组件沿轴向向右运动并张开，断开低压水，单作用液压缸始终保持低压，然后缓慢提升孔口钻杆柱，弹性卡爪片与断裂钻杆内壁的台阶面接触，则内卡式钻杆打捞工具卡紧断裂钻杆的内壁台阶面；钻机动力头后退，提升钻杆柱，实现打捞孔底断裂钻杆。

通过上述结构可知，本发明的内卡式钻杆打捞工具及其打捞方法具有如下效果：

1、具有使用方便、可靠性高等优点；

2、还具备解卡功能，若孔内情况复杂，可以快速将打捞工具提出孔外，防止事故恶化，减少损失。

3、与公锥或母锥打捞工具相比，内卡式钻杆打捞工具无须造扣，因此在打捞过程中可以显著减少对断裂钻杆柱的损伤，及避免孔内情况变得更复杂。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的内卡式钻杆打捞工具的整体结构示意图。

图2显示了本发明弹性卡爪张开时的整体结构示意图。

图3显示了本发明的推力杆结构示意图。

图4显示了本发明的弹性卡爪结构示意图。

图5显示了本发明的高低压三通阀结构示意图。

附图标记：

1-外管，2-螺旋套筒，3-拧紧环，4-腔体，5-单作用液压缸、6-推力杆，7-弹性卡爪，8-芯轴，10-高低压三通阀，11-外阀芯体，12-内阀芯体，13-第一弹簧，14-密封圈，21-螺旋叶片，22-导向杆，24-导向环，23-第二合金片，31-第一合金片，32-保径条，40-弹性卡爪组件，41-螺纹固定环，42-第二弹簧，43-限位环；1-2-泄流孔，1-3-钻杆连接螺纹；4-1-T口，4-2-A口，4-4-泄流槽，4-5-P口；6-1-圆盘面，6-2推杆；7-1-弹性卡爪片，7-2-倒刺；8-2-双圆锥面。

具体实施方式

参见图1和2，显示了本发明的内卡式钻杆打捞工具。

所述内卡式钻杆打捞工具包括从左到右同轴依次布设的外管1和螺旋套筒2，所述螺旋套筒2与外管1的右端外壁固定连接。所述外管1和螺旋套筒2内从左至右同轴依次设有拧紧环3、高低压三通阀10、单作用液压缸5、推力杆6和芯轴8，所述拧紧环3、高低压三通阀10和单作用液压缸5从左到右依次设置于外管1的内部凹槽，所述外管1的内部凹槽的最左端设有钻杆连接螺纹1-3，所述钻杆连接螺纹1-3的左侧设有供拧紧环3螺旋固定的内螺纹，所述拧紧环3通过外管1内部凹槽的第一台肩面对高低压三通阀10和单作用液压缸5进行轴向固定，所述高低压三通阀10的顶部端面与单作用液压缸5的底部端面连接，且两者的端面连接处设有橡胶密封圈，且所述外管1的内部凹槽设有限位单作用液压缸5的第二台肩面，所述推力杆6设置于外管1的内部凹槽右端，且推力杆6可外管1的内部凹槽轴向移动，同时参见图3，所述推力杆6包含一圆盘面6-1以及多根推杆6-2，所述多根推杆6-2从圆盘面6-1的一端呈圆周间隔设置且向外延伸，所述外管1的右端设有多个分别供推杆6-2伸出的通孔，所述圆盘面6-1的另一端与单作用液压缸5的缸头固定连接，从而在单作用液压缸5的缸头伸缩时，所述推力杆6能进行相应的伸缩操作，并能从外管1的通孔向外伸出和缩回。

所述芯轴8的一端与外管1的右端轴心位置固定连接，弹性卡爪组件40设置于芯轴8的外部，且弹性卡爪组件40的尾部端与推杆6-2伸出外管1的端面相连，由此，通过高低压三通阀10和单作用液压缸5的液压伸缩作用，实现推力杆6和弹性卡爪组件40的伸缩，所述弹性卡爪组件40在芯轴8上以及螺旋套筒内的伸缩运动，实现打捞功能。

参见图5，所述高低压三通阀10包括腔体4、外阀芯体11、内阀芯体12、密封圈14和第一弹簧13，所述内阀芯体12和第一弹簧13设置于腔体4内部，所述内阀芯体12的一端设有容置第一弹簧13一端的容置凹槽，所述第一弹簧13的另一端抵靠于腔体4的内端面，所述外阀芯体11设置于腔体4外部，且外阀芯体11的一端通过腔体4的通孔与内阀芯体12的另一端固定连接，所述内阀芯体12的外缘相对于通孔的位置为减缩状，从而在内阀芯体12和通孔之间形成P口4-5，所述腔体4的外缘设有至少一容置密封圈14的密封凹槽。在装配高低压三通阀10时，先将内阀芯体12和第一弹簧13安装在腔体4的内部，然后再将外阀芯体11和内阀芯体12固定连接。密封圈14设置于腔体4的外壁上。所述腔体4的内部设有T口4-1和A口4-2，所述T口4-1和A口4-2设置于腔体4的周缘且贯通腔体4内部和外部，所述内阀芯体12设有可在不同位置连通于A口4-2的导通孔，如图所示，所述导通孔贯通于内阀芯体12的密封凹槽的周壁，从而通过控制内外阀芯体的位置，来导通或关闭P口4-5和A口4-2。所述腔体4的外壁还设有泄流槽4-4，所述泄流槽4-4连通于T口4-1，从而使得高低压三通阀10的T口4-1方向可在径向任意方向安装。当断开低压水后，在第一弹簧13的作用下，内外阀芯体快速左移关闭P口4-5，使得单作用液压缸5的活塞腔内始终保持低压，锁死弹性卡爪，避免其沿轴向向左移动，增加打捞工具的可靠性。

参见图1、图2和4，所述弹性卡爪组件40包括弹性卡爪7、螺纹固定环41、第二弹簧42和限位环43，所述螺纹固定环41、第二弹簧42和限位环43从左到右同轴依次设置于弹性卡爪7的内部和芯轴8的外缘之间，且螺纹固定环41与弹性卡爪7固定连接，螺纹固定环41的内径与芯轴8的外径有一定间隙，所述芯轴8设有以限位台阶，以对限位环43的轴向位置进行限位，限位环43的外径与弹性卡爪7的内径有一定间隙，所述第二弹簧42设置于螺纹固定环41和限位环43之间以便于弹性卡爪7沿轴向移动以及弹性回复。

参见图1和图2，所述芯轴8的头部外缘设有一双圆锥面8-2，如图所示，所述双圆锥面8-2包含中间的顶端和位于顶端两侧的圆锥面，且所述顶端外侧的圆锥面上均匀设置有若干保径条32和若干第一合金片31，用于切削断裂钻杆处的毛刺等，所述芯轴8头部的端面中心轴芯设有内六方孔。

参见图4，所述弹性卡爪7上设有包覆所述芯轴的顶端内侧圆锥面的弹性卡爪片弹性卡爪片7-1，所述弹性卡爪片7-1上设有多个倒刺7-2，所述多个倒刺7-2沿轴向间隔设置于弹性卡爪片7-1的周缘，从而通过倒刺7-2、双圆锥面、保径条32和第一合金片31的相互配合使用，在弹性卡爪片7-1进行伸缩时，使得打捞工具与断裂钻杆连接更为安全、可靠；因此该打捞工具也能用于钻具的打捞，适用更为广泛。

参见图1，所述螺旋套筒2包括螺旋叶片21、3根导向杆22、导向环24和若干第二合金片23，所述导向杆22与螺旋叶片21的轴向外直径固定连接，所述导向环24与导向杆22的右端固定连接，导向环24的内径圆周上均匀设置有若干第二合金片23。

本发明还提供了一种内卡式钻杆打捞工具的打捞方法，包括以下步骤：

步骤一：首先将内卡式钻杆打捞工具送至钻杆发生断裂或掉落处，利用螺旋套筒2前端的V型斜面将孔口打捞钻杆柱的中心轴线与孔底断裂钻杆柱的中心轴线对正，钻机的动力头正转，利用螺旋套筒2右端的第二合金片23及芯轴8右端的保径条32和第一合金片31打磨断裂钻杆端的毛刺边，钻机的动力头前进，将内卡式钻杆打捞工具的芯轴8送入孔底断裂钻杆柱的孔内。

步骤二：然后通入低压水，在压力作用下，内阀芯体12向右运动，低压水通过P口4-5和A4-2口进入单作用液压缸5的活塞腔内，推动推力杆6向右运动，在推力杆6的推力作用下，第二弹簧42压缩，弹性卡爪组件40沿轴向向右运动，弹性卡爪片7-1在芯轴8头部端的圆锥面8-2的挤压作用下张开，断开低压水，在第一弹簧13的复位作用下，高低压三通阀10的P口4-5关闭，单作用液压缸5的活塞腔内始终保持低压。最后缓慢提升孔口钻杆柱，弹性卡爪片7-1上的倒刺7-2与断裂钻杆内壁的台阶面接触，则内卡式钻杆打捞工具卡紧断裂钻杆的内壁台阶面；钻机动力头后退，提升钻杆柱，实现打捞孔底断裂钻杆。

步骤三：若内卡式钻杆打捞工具卡紧钻杆内壁后，无法提升钻杆柱，则需将内卡式钻杆打捞工具与孔底钻杆柱分离，即解卡。首先在动力头前进一定距离，使得弹性卡爪片7-1上的倒刺7-2与钻杆内壁的台阶面分离，并留有一定的间隙。然后通入高压水，在压力作用下，外阀芯体11向右运动，使得高低压三通阀10的P口4-5关闭，此时高低压三通阀10的A口4-2与T口4-1导通，单作用液压缸5活塞腔内的低压水依次经过T口4-1、泄流槽4-4和泄流孔1-2泄流到钻孔中，单作用液压缸5复位。在第二弹簧42的作用下，在第二弹簧42的弹力作用下，弹性卡爪7沿轴向向左运动，弹性卡爪片7-1收缩，提升钻杆柱，将内卡式钻杆打捞工具解卡。最后断开高压水，并将打捞钻杆柱依次提升至孔外。

由此，本发明的打捞工具具有使用方便、打捞成功率高的优点；还具备解卡功能，通过高低压转换阀，可快速将打捞工具与断裂钻杆柱分离，防止事故恶化，减少损失。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (10)

1.一种内卡式钻杆打捞工具，包括外管和螺旋套筒，所述螺旋套筒与外管的右端外壁固定连接，其特征在于：

所述外管和螺旋套筒内从左至右同轴依次设有高低压三通阀、单作用液压缸、推力杆和芯轴，所述高低压三通阀的顶部端面与单作用液压缸的底部端面连接，所述外管的内部凹槽设有限位单作用液压缸的第二台肩面，所述推力杆设置于外管的内部凹槽右端，且推力杆能沿外管的内部凹槽轴向移动，所述推力杆包含一圆盘面以及多根推杆，所述多根推杆从圆盘面的一端呈圆周间隔设置且向外延伸，所述圆盘面的另一端与单作用液压缸的缸头固定连接，所述芯轴的一端与外管固定连接，弹性卡爪组件设置于芯轴的外部，且弹性卡爪组件的尾部端与推杆伸出外管的端面相连。

2.如权利要求1所述的内卡式钻杆打捞工具，其特征在于：所述高低压三通阀包括腔体、外阀芯体、内阀芯体和第一弹簧，所述内阀芯体和第一弹簧设置于腔体内部，所述内阀芯体的一端设有容置第一弹簧一端的容置凹槽，所述第一弹簧的另一端抵靠于腔体的内端面，所述外阀芯体设置于腔体外部，且外阀芯体的一端通过腔体的通孔与内阀芯体的另一端固定连接。

3.如权利要求2所述的内卡式钻杆打捞工具，其特征在于：所述内阀芯体的外缘相对于通孔的位置为减缩状，从而在内阀芯体和通孔之间形成P口，所述腔体的内部设有T口和A口，所述T口和A口设置于腔体的周缘且贯通腔体内部和外部，所述内阀芯体设有在不同位置连通于A口的导通孔，从而通过控制内外阀芯体的位置，来导通或关闭P口和A口。

4.如权利要求3所述的内卡式钻杆打捞工具，其特征在于：所述腔体的外壁还设有泄流槽，所述泄流槽连通于T口。

5.如权利要求2所述的内卡式钻杆打捞工具，其特征在于：所述腔体的外缘设有至少一容置密封圈的密封凹槽。

6.如权利要求1-5中任一所述的内卡式钻杆打捞工具，其特征在于：所述弹性卡爪组件包括弹性卡爪、螺纹固定环、第二弹簧和限位环，所述螺纹固定环、第二弹簧和限位环从左到右同轴依次设置于弹性卡爪的内部和芯轴的外缘之间，且螺纹固定环与弹性卡爪固定连接，螺纹固定环的内径与芯轴的外径有一定间隙，所述芯轴设有以限位台阶，以对限位环的轴向位置进行限位，螺纹固定环的内径与芯轴的外径有一定间隙，限位环的外径与弹性卡爪的内径有一定间隙，所述第二弹簧设置于螺纹固定环和限位环之间以便于弹性卡爪沿轴向移动以及弹性回复。

7.如权利要求1-5中任一所述的内卡式钻杆打捞工具，其特征在于：所述芯轴的头部外缘设有一双圆锥面，所述双圆锥面包含中间的顶端和位于顶端两侧的圆锥面，且所述顶端外侧的圆锥面上均匀设置有若干保径条和若干第一合金片，用于切削断裂钻杆处的毛刺等。

8.如权利要求7所述的内卡式钻杆打捞工具，其特征在于：所述弹性卡爪上设有包覆所述芯轴的顶端内侧圆锥面的弹性卡爪片，所述弹性卡爪片上设有多个倒刺，所述多个倒刺沿轴向间隔设置于弹性卡爪片的周缘。

9.如权利要求1-5中任一所述的内卡式钻杆打捞工具，其特征在于：所述螺旋套筒包括螺旋叶片、3根导向杆、导向环和若干第二合金片，所述导向杆与螺旋叶片的轴向外直径固定连接，所述导向环与导向杆的右端固定连接，导向环的内径圆周上均匀设置有若干第二合金片。

10.一种内卡式钻杆打捞工具的打捞方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：首先将权利要求1-9中任一所述的内卡式钻杆打捞工具送至钻杆发生断裂或掉落处，利用螺旋套筒将孔口打捞钻杆柱的中心轴线与孔底断裂钻杆柱的中心轴线对正，钻机的动力头正转，利用螺旋套筒打磨断裂钻杆端的毛刺边，钻机的动力头前进，将内卡式钻杆打捞工具的芯轴送入孔底断裂钻杆柱的孔内；

步骤二：然后通入低压水，低压水进入单作用液压缸的活塞腔内，推动推力杆向右运动，在推力杆的推力作用下，弹性卡爪组件沿轴向向右运动并张开，断开低压水，单作用液压缸始终保持低压，然后缓慢提升孔口钻杆柱，弹性卡爪片与断裂钻杆内壁的台阶面接触，则内卡式钻杆打捞工具卡紧断裂钻杆的内壁台阶面；钻机动力头后退，提升钻杆柱，实现打捞孔底断裂钻杆。

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