CN111058789A - 一种井下液压倒扣装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下液压倒扣装置及方法，装置包括自上而下依次连接的防顶锚定器、防转锚定器、液压倒扣增力器、轴向推力转换器。所述轴向推力转换器包括滚珠丝杠。本发明通过滚珠丝杠将轴向推力高效转化为倒扣扭矩，克服了现有技术操作复杂、摩擦损耗大、输出扭矩小等缺点。
Description
技术领域
本发明涉及油田井下修井作业的倒扣打捞领域，具体地说是一种井下液压倒扣装置及方法。
背景技术
在油田生产作业过程中，经常会发生油管或钻杆等作业管柱遇卡的情况，这时就需要进行倒扣打捞。传统的倒扣打捞主要依靠大修设备，使用地面转盘提供动力，一方面需要使用反扣钻杆，比正扣钻杆费用高；另一方面，对于斜井、水平井等特殊井身结构，地面动力在向下传输的过程中损耗较大，最后作用于鱼顶的力很小，导致倒扣失败。因此，人们发明了液压倒扣器，以实现特殊井身结构内的倒扣作业，并降低成本。目前的液压倒扣器主要有两类：一是减速增扭，主要是液压马达与减速器组合，将液压马达的高速旋转通过减速器进行减速并增大扭矩，减速增扭后进行倒扣作业，但是该方法对地面泵车排量的控制要求较高，排量过低液压马达不工作，排量过高液压马达易憋钻，理想工作状态下输出扭矩亦十分有限；二是轨道换向，主要是通过换向轨道将轴向推力转换为倒扣扭矩，该方法的主要缺点是换向轨道为滑动摩擦，摩擦力损耗大，实际输出扭矩较小，并且单次扭转角度小，需设置防回转机构，增加了工具的复杂程度。尽管已出现多种液压倒扣器，但是由于存在上述诸多缺点，目前尚未见成熟应用。因此，需要研究一种操作简单、性能可靠、输出扭矩更大的液压倒扣工具，以解决特殊井身结构内倒扣作业的难题。
人们应用螺杆来做传动的历史其实不算很长，传统上的螺杆一直有定位不佳、易损害的情况。直到公元1898年人们首次尝试将钢珠置入螺帽及螺杆之间以滚动摩擦取代滑动摩擦，来改善其定位不佳及易损害的情况。1940年更将滚珠螺杆置于在汽车转向装置上，更为滚珠螺杆的应用上的巨大革命，并逐渐取代传统艾克姆螺杆(ACME)。直到近年来，滚珠螺杆已成为产业界使用最广的零组件之一。滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
申请号：201721273030.5，公开日2018-04-06公开了一种带引鞋的可倒扣式安全打捞筒，涉及油井打捞工具领域。一种带引鞋的可倒扣式安全打捞筒，包括筒体，所述筒体顶端设置接头，所述接头底端位于筒体内部，所述接头底端设置第一弹簧座，所述第一弹簧座底部设置压缩弹簧，所述压缩弹簧底端设置第二弹簧座，所述筒体内壁设置第一滑槽，所述第二弹簧座底部设置卡瓦，所述卡瓦靠近筒体内部一侧设置第一连接键，筒体底端设置内锥体，内锥体上设置夹紧机构，夹紧机构包括通孔，内锥体上设置第二滑槽，通孔内设置夹紧杆，夹紧杆上设置第二连接键，内锥体底端设置引鞋。本实用新型的有益效果在于：本实用新型结构简单，便于操作，能够紧固扣住打捞件，提高打捞效率。
申请号：201320809228.6，公开日2014-05-07公开了一种油水井液压倒扣打捞器，包括上接头、套筒、下接头、多根连接弹簧、弹簧座、多个倒扣牙槽及多个倒扣牙；上接头、套筒及下接头从上到下同轴设置；上接头与套筒螺纹连接，下接头与套筒螺纹连接；多个倒扣牙槽分别设置在套筒的外壁上，套筒的外壁上均匀分布有六排倒扣牙槽；多个倒扣牙的一端对应设置在多个倒扣牙槽内，倒扣牙的外端凸出在套筒的外部；多根连接弹簧的一端分别与倒扣牙槽的一端对应连接，多根弹簧的另一端分别与上接头的下端连接，多根弹簧均匀分布在弹簧座内。本实用新型能快速完成倒扣作业，倒扣和打捞的过程平稳，负载能力高，有助于打捞作业，减少作业难度，提高打捞效率和油水井生产率。
申请号：200620113591.4，公开日2007-09-12一种用于打捞油、气、水井井内落物的多功能水力退出式防掉倒扣捞矛,包括中心管、中心杆、打捞牙、导向喷嘴、倒扣传力键、增力弹簧、投入式芯子等,活塞下部与打捞牙连接,导引头与中心杆连接,中心杆上安装有倒扣传力键,中心杆与活塞之间装有增力弹簧,投入式芯子安装在中心杆的上部,既适用于普通直井,也适用于定向井,特别适用于水平井。用于正常落物的“打捞”、“倒扣”,在打捞较轻落物时还具有防掉功能,当需要时可水力憋压退出。
以上公开文件均与本发明技术方案不相同，发明构思上也没有任何具有技术启示的技术特征。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井下液压倒扣装置及方法，通过滚珠丝杠将轴向推力高效转化为倒扣扭矩，克服了现有技术操作复杂、摩擦损耗大、输出扭矩小等缺点。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种井下液压倒扣装置，包括自上而下依次连接的防顶锚定器、防转锚定器、液压倒扣增力器、轴向推力转换器。
所述轴向推力转换器包括滚珠丝杠，所述滚珠丝杠包括丝杆、螺母套、第二上接头、第二下接头，所述丝杆配合安装在螺母套内，丝杆和螺母套相连接的螺纹中安装滚珠，所述丝杆上端连接第二上接头，螺母套下端连接第二下接头。
所述液压倒扣增力器包括三级串接的增力机构、球座、第一上接头、第一下接头，最上方的增力机构上端连接第一上接头，最下方的增力机构下端连接第一下接头，所述球座安装在第一下接头内部。
所述增力机构包括中心管、接箍、增力活塞、外筒，所述中心管下端与接箍相连，所述接箍外部装有外筒和增力活塞，所述外筒下端与增力活塞相连。
所述接箍开设径向贯通的传压孔，外筒开设径向贯通的泄压孔。
所述防顶锚定器外壁设置外凸的横向锚牙，防转锚定器外壁设置外凸的纵向锚牙。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种井下液压倒扣方法，包括以下步骤：
步骤一，地面检查并组装井下液压倒扣工艺管柱，管柱组合自下而上为打捞工具、井下液压倒扣装置、油管或钻杆；
步骤二，将井下液压倒扣工艺管柱下至鱼顶，并捞住落鱼；
步骤三，地面打压，液压通过油管或钻杆传递至井下液压倒扣装置，防顶锚定器和防转锚定器锚定于套管内壁，防止液压倒扣增力器上顶和旋转，液压倒扣增力器产生轴向推力，轴向推力转换器将轴向推力转换为倒扣扭矩，进而带动打捞工具旋转，实现落鱼的倒扣；
步骤四，液压倒扣增力器的增力活塞走完一个行程后，通过外筒上的泄压孔泄压，地面压力突降，工作人员得知一个行程走完，上提管柱，检查落鱼是否倒开，如果没有倒开，则重复步骤三，直至落鱼倒开。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明实施例的井下液压倒扣装置及方法，适用于井下倒扣作业，尤其适合斜井、水平井等特殊井身结构内的倒扣作业。本发明实施例中，液压倒扣增力器将液压力转化为轴向推力，与液压马达相比，不需要持续泵液，操作方便；本发明实施例中，轴向推力转换器采用滚珠丝杠的原理将轴向推力转换为倒扣扭矩，与现有的轨道换向类倒扣工具相比，本发明摩擦损耗小，输出扭矩大，单次旋转圈数多。因此，与其他液压倒扣工具相比，本发明实施例结构简单，操作方便，性能可靠，倒扣效率高。
附图说明
图1为本发明实施例中井下液压倒扣装置示意图；
图2为液压倒扣增力器示意图；
图3为轴向推力转换器示意图。
图中：防顶锚定器1、防转锚定器2、液压倒扣增力器3、轴向推力转换器4；
上接头3.1、第一级中心管3.2，第二级中心管3.6，第三级中心管3.10、第一级外筒3.3，第二级外筒3.7，第三级外筒3.11、第一级接箍3.4,第二级接箍3.8,第三级接箍3.12、第一级增力活塞3.5，第二级增力活塞3.9，第三级增力活塞3.13、钢球3.14、球座3.15、下接头3.16；
上接头4.1、丝杆4.2、螺母套4.3、下接头4.4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种井下液压倒扣装置，包括自上而下依次连接的防顶锚定器1、防转锚定器2、液压倒扣增力器3、轴向推力转换器4。
所述轴向推力转换器包括滚珠丝杠，所述滚珠丝杠包括丝杆4.2、螺母套4.3、上接头4.1、下接头4.4，所述丝杆配合安装在螺母套内，丝杆和螺母套相连接的螺纹中安装滚珠，所述丝杆上端连接上接头，螺母套下端连接下接头。
所述液压倒扣增力器包括三级串接的增力机构、球座3.15、上接头3.1、下接头3.16，最上方的增力机构上端连接上接头3.1，最下方的增力机构下端连接下接头3.16，所述球座3.15安装在下接头3.16内部。
所述增力机构包括中心管、接箍、增力活塞、外筒，所述中心管下端与接箍相连，所述接箍外部装有外筒和增力活塞，所述外筒下端与增力活塞相连。所述接箍开设径向贯通的传压孔，外筒开设径向贯通的泄压孔。三级串接的增力机构即所述液压倒扣增力器具体来讲如下，第一级中心管3.2下端与第一级接箍3.4上端连接，第一级接箍3.4外部装有第一级外筒3.3和第一级增力活塞3.5，第一级外筒3.3下端与第一级增力活塞3.5上端连接；第一级接箍3.4下端与第二级中心管3.6上端连接，第一级增力活塞3.5下端与第二级外筒3.7上端连接；第二级中心管3.6下端与第二级接箍3.8上端连接，第二级接箍3.8外部装有第二级外筒3.7和第二级增力活塞3.9，第二级外筒3.7下端与第二级增力活塞3.9上端连接；第二级接箍3.8下端与第三级中心管3.10上端连接，第二级增力活塞3.9下端与第三级外筒3.11上端连接；第三级中心管3.10下端与第三级接箍3.12上端连接，第三级接箍3.12外部装有第三级外筒3.11和第三级增力活塞3.13，第三级外筒3.11下端与第三级增力活塞3.13上端连接。
接箍3.4、3.8、3.12开设径向贯通的传压孔，外筒3.3、3.7、3.11开设径向贯通的泄压孔。
防顶锚定器1和防转锚定器2分别起到防止下部管柱上顶和旋转的作用。
具体实施时，油管内起压后，防顶锚定器和防转锚定器锚定于套管内壁。防顶锚定器的锚牙条纹沿周向方向，可防止防顶锚定器下部管柱的上顶力继续向上传导；防转锚定器的锚牙条纹沿轴向方向，可防止防转锚定器下部管柱的卸扣扭矩继续向上传导。
液压倒扣增力器3是用于提供轴向推力的工具，图2为液压倒扣增力器示意图。如图2所示本发明实施例中液压倒扣增力器可以包括：上接头3.1，上接头3.1与第一级中心管3.2上端连接，第一级中心管3.2下端与第一级接箍3.4上端连接，第一级接箍3.4外部装有第一级外筒3.3和第一级增力活塞3.5，第一级外筒3.3下端与第一级增力活塞3.5上端连接；第一级接箍3.4下端与第二级中心管3.6上端连接，第一级增力活塞3.5下端与第二级外筒3.7上端连接；第二级中心管3.6下端与第二级接箍3.8上端连接，第二级接箍3.8外部装有第二级外筒3.7和第二级增力活塞3.9，第二级外筒3.7下端与第二级增力活塞3.9上端连接；第二级接箍3.8下端与第三级中心管3.10上端连接，第二级增力活塞3.9下端与第三级外筒3.11上端连接；第三级中心管3.10下端与第三级接箍3.12上端连接，第三级接箍3.12外部装有第三级外筒3.11和第三级增力活塞3.13，第三级外筒3.11下端与第三级增力活塞3.13上端连接。第三级增力活塞3.13下端与下接头3.16连接，下接头3.16内部设有球座3.15，球座中心通道上端口被投放钢球3.14。中心管3.2、3.6、3.10，外筒3.3、3.7、3.11，接箍3.4、3.8、3.12，增力活塞3.5、3.9、3.13合称为增力机构，液压倒扣增力器共包含三级增力机构。
具体实施时，高速流动的液体从中心管进入，推动钢球坐落于球座上，憋起压力，高压液体从接箍的传压孔进入接箍和增力活塞之间，接箍固定在中心杆上保持不动，液压力推动增力活塞向下移动，增力活塞连带外筒向下移动，外筒连带下接头向下移动，将轴向推力传递至轴向推力转换器。外筒上的泄压孔越过接箍后，高压液体通过泄压孔释放，实现泄压，完成一个工作行程。
轴向推力转换器4是将轴向推力转换为倒扣扭矩的工具，图3为轴向推力转换器示意图。如图3所示本发明实施例中轴向推力转换器可以包括：上接头4.1，上接头4.1与丝杆4.2连接，丝杆4.2与螺母套4.3连接，螺母套4.3内部装有滚珠，螺母套4.3下端与下接头4.4连接。丝杆4.2与螺母套4.3合称为滚珠丝杠，其可将丝杆的轴向运动转换为螺母套的旋转运动。
所述防顶锚定器和防转锚定器锚定于套管内壁，防止液压倒扣增力器上顶和旋转。所述液压倒扣增力器将液压力转化为轴向推力，所述轴向推力转换器将轴向推力转换为倒扣扭矩，实现倒扣作业。
具体实施时，液压倒扣增力器产生的轴向推力经由上接头传递至丝杆，丝杆的轴向推力利用滚珠丝杠的原理转换为螺母套的倒扣扭矩，倒扣扭矩经由下接头传递至打捞工具。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种井下液压倒扣方法，本发明实施例中井下液压倒扣方法可以包括以下步骤：
1)地面检查并组装井下液压倒扣工艺管柱，管柱组合自下而上为打捞工具、井下液压倒扣装置、油管或钻杆；
2)将井下液压倒扣工艺管柱下至鱼顶，并捞住落鱼；
3)地面打压，液压通过油管或钻杆传递至井下液压倒扣装置，防顶锚定器和防转锚定器锚定于套管内壁，防止液压倒扣增力器上顶和旋转，液压倒扣增力器产生轴向推力，轴向推力转换器将轴向推力转换为倒扣扭矩，进而带动打捞工具旋转，实现落鱼的倒扣。
4)液压倒扣增力器的增力活塞走完一个行程后，通过外筒上的泄压孔泄压，地面压力突降，工作人员得知一个行程走完，上提管柱，检查落鱼是否倒开，如果没有倒开，则重复步骤3)直至落鱼倒开。
具体实施时，高速流动的液体从油管或钻杆进入液压倒扣增力器的中心管，推动钢球坐落于球座上，憋起压力。
具体实施时，油管或钻杆内起压后，防顶锚定器和防转锚定器锚定于套管内壁。防顶锚定器的锚牙条纹沿周向方向，可防止防顶锚定器下部管柱的上顶力继续向上传导；防转锚定器的锚牙条纹沿轴向方向，可防止防转锚定器下部管柱的卸扣扭矩继续向上传导。
具体实施时，高压液体作用于液压倒扣增力器的增力活塞上产生轴向推力，中心管不动，外筒和下接头向下移动，将轴向推力传递至轴向推力转换器。
具体实施时，液压倒扣增力器产生的轴向推力经由上接头传递至丝杆，丝杆的轴向推力利用滚珠丝杠的原理转换为螺母套的倒扣扭矩，倒扣扭矩经由下接头传递至打捞工具，实现落鱼的倒扣作业。
综上所述，本发明实施例的井下液压倒扣装置及方法，采用滚珠丝杠的原理设计了轴向推力转换器，可将液压倒扣增力器的轴向推力转换为倒扣扭矩。与现有的液压倒扣器相比，该装置摩擦损耗小，转换效率高，输出扭矩大；单个行程内倒扣圈数多，无需设置防回转机构，结构简单，倒扣效率高；装置起压后，无需循环泵液，液压力平稳可控，操作方便。本发明依靠液压驱动进行井下倒扣作业，尤其适合斜井、水平井等特殊井身结构内的倒扣作业，装置结构简单，操作方便，适合小修作业，成本低，具有广阔的应用前景。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种井下液压倒扣装置，其特征在于，包括自上而下依次连接的防顶锚定器、防转锚定器、液压倒扣增力器、轴向推力转换器。
2.根据权利要求1所述的一种井下液压倒扣装置，其特征在于，所述轴向推力转换器包括滚珠丝杠，所述滚珠丝杠包括丝杆、螺母套、第二上接头、第二下接头，所述丝杆配合安装在螺母套内，丝杆和螺母套相连接的螺纹中安装滚珠，所述丝杆上端连接第二上接头，螺母套下端连接第二下接头。
3.根据权利要求1或2所述的一种井下液压倒扣装置，其特征在于，所述液压倒扣增力器包括三级串接的增力机构、球座、第一上接头、第一下接头，最上方的增力机构上端连接第一上接头，最下方的增力机构下端连接第一下接头，所述球座安装在第一下接头内部。
4.根据权利要求3所述的一种井下液压倒扣装置，其特征在于，所述增力机构包括中心管、接箍、增力活塞、外筒，所述中心管下端与接箍相连，所述接箍外部装有外筒和增力活塞，所述外筒下端与增力活塞相连。
5.根据权利要求4所述的一种井下液压倒扣装置，其特征在于，所述接箍开设径向贯通的传压孔，外筒开设径向贯通的泄压孔。
6.根据权利要求1或2所述的一种井下液压倒扣装置，其特征在于，所述防顶锚定器外壁设置外凸的横向锚牙，防转锚定器外壁设置外凸的纵向锚牙。
7.一种井下液压倒扣方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，地面检查并组装井下液压倒扣工艺管柱，管柱组合自下而上为打捞工具、井下液压倒扣装置、油管或钻杆；
步骤二，将井下液压倒扣工艺管柱下至鱼顶，并捞住落鱼；
步骤三，地面打压，液压通过油管或钻杆传递至井下液压倒扣装置，防顶锚定器和防转锚定器锚定于套管内壁，防止液压倒扣增力器上顶和旋转，液压倒扣增力器产生轴向推力，轴向推力转换器将轴向推力转换为倒扣扭矩，进而带动打捞工具旋转，实现落鱼的倒扣；
步骤四，液压倒扣增力器的增力活塞走完一个行程后，通过外筒上的泄压孔泄压，地面压力突降，工作人员得知一个行程走完，上提管柱，检查落鱼是否倒开，如果没有倒开，则重复步骤三，直至落鱼倒开。
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