CN111706279A - 一种可液压和机械释放的坐封工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可液压和机械释放的坐封工具，属于油气井井下作业工具领域。该坐封工具包括芯轴、坐封短节、上接头和球座短节接头；上接头的一端安装有坐封短节，上接头内螺纹安装有保护套，保护套端头一侧的坐封短节内螺纹安装有芯轴，芯轴与坐封短节之间安装有锁块，锁块一侧、坐封短节端头的芯轴上装有活塞，该坐封工具可重复多次使用，活塞外筒是通过分离环与坐封短接的台阶固定，在保养时，直接将外筒压帽之间固定的紧定螺钉拆卸掉，即可实现操作。与传统通过螺纹连接固定活塞外筒相比，可防止在保养工具时，反复的拆卸对连接螺纹造成磨损，造成零件不能使用的问题，且操作简单，增加了坐封工具的可靠性。

Description

一种可液压和机械释放的坐封工具

技术领域

本发明涉及一种可液压和机械释放的坐封工具，属于油气井井下作业工具领域。

背景技术

在油气井井下作业中；顶部封隔器作为砾石充填防砂管柱的重要部分之一，在砾石充填防砂作业中，起到悬挂井筒工具及封隔油气层的作用；顶部封隔器在下入过程中不能提前坐封，遇阻、遇卡后能采取上提、下放、旋转等方式处理解决；顶部封隔器坐封后，坐封工具要能顺利脱手，为后续砾石充填作业提供流体通道；坐封工具可重复使用，并便于组装维修、保养。但目前与顶部封隔器配套的坐封工具存在以下不足：1、只能机械释放或液压释放，方式单一，且可靠性差；2、在管柱下入时不能有效传递扭矩；3、没有防止顶部封隔器提前坐封的机构，且遇卡后易提前坐封；4、结构不合理，维修、保养难度大、成本高。这些因素极大影响施工效率及可靠性，适应性差。因此有必要对其进行改进。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种在油气井井下作业中可有效防止顶部的封隔器提前坐封；并通过与顶部的封隔器配合，把钻杆扭矩传递到顶部封隔器及以下管柱的可液压和机械释放的坐封工具。

本发明的技术方案是：

一种可液压和机械释放的坐封工具，包括芯轴、坐封短节、上接头和球座短节接头；其特征在于：上接头的一端安装有坐封短节，坐封短节上装有活塞外筒，活塞外筒端头的坐封短节上安装有外筒压帽，上接头内螺纹安装有保护套，有保护套的一端延伸至坐封短节内；保护套端头一侧的坐封短节内螺纹安装有芯轴，芯轴与坐封短节之间安装有锁块，锁块一侧、坐封短节端头的芯轴上装有活塞，活塞一侧的芯轴上装有活塞延伸筒；活塞延伸筒和芯轴的一端延伸至活塞外筒的外端，延伸至活塞外筒外端的活塞延伸筒端头圆周上通过丢手销钉安装有坐封滑套，坐封滑套端头的芯轴上通过卷皮销和弹簧装有承载凸耳和弹性夹头，卷皮销一侧的芯轴上装有剪切外套；剪切外套一侧的芯轴上通过卡瓦支环和卡片弹簧安装有卡瓦，卡瓦一侧的芯轴上装有剪切释放套和释放棘爪，延伸至活塞延伸筒外端的芯轴端口螺纹安装有定位短节，定位短节端头螺纹安装有球座短节。

球座短节由球座短节接头、内冲套管、内冲管短节、密封芯轴和下短节构成，球座短节接头内螺纹安装有内冲套管，内冲套管内活动安装有内冲管短节，内冲管短节上设置有密封芯轴和下短节，密封芯轴一端与内冲套管螺纹连接，密封芯轴另一端与下短节螺纹连接；密封芯轴的圆周上设置有充填孔，充填孔与内冲管短节和密封芯轴、下短节之间的环空连通。

所述的定位短节通过剪切销钉与卡瓦支环连接。

所述的剪切释放套的一端与释放棘爪接触连接，剪切释放套的另一端通过剪切销钉与剪切外套连接。

所述的释放棘爪上装有剪切棘爪，释放棘爪与芯轴通过连接键滑动连接。

所述的剪切外套通过剪切销钉与剪切释放套连接。

所述的弹性夹头端头设置有凸块，弹性夹头通过凸块与活塞延伸筒相互卡接。

所述的坐封滑套一端通过紧定螺钉安装有滑套压帽，坐封滑套通过剪切销钉与活塞延伸筒连接。

所述的保护套上径向设置有打压孔，坐封短节的内壁凸台上设置有传压孔，传压孔与打压孔连通。

所述的坐封短节端头圆周上设置有限位凸起，活塞外筒通过销钉与外筒压帽连接；外筒压帽内活塞外筒端头的坐封短节上卡装有分离环，分离环配合限位凸起对活塞外筒进行轴向限位。

所述的上接头与坐封短节之间螺纹连接，上接头与坐封短节之间通难过紧定螺钉连接固定。

所述的芯轴与定位短节之间通过紧定螺钉连接固定；定位短节与球座短节接头之间通过紧定螺钉连接固定。

本发明的有益效果在于：

1）、两种脱手方式，坐封工具坐封完成后，继续向油管泵入压力使卡瓦释放间隙留出，同时卡瓦处安装卡瓦弹簧，借助弹簧自身的回弹力，更加有利于卡瓦回落，即实现液压脱手，如若遇见某种因素导致卡瓦没有顺利的回落；此时还可采用正旋管柱的方式实现工具机械脱手。

2）、上接头内部采用衬套式设计，有助于在变径处防砂时流体对芯轴的冲蚀保护，对工具起一定的保护作用，增加工具耐用及可靠性。

3）、可以有效的传递扭矩，当管柱下入过程中，如若管柱遇阻、遇卡。可以通过旋转管柱，对工具的位置进行调整，提高了管柱顺利到位的成功率。

4）、具有防止提前坐封的功能，承载凸耳的设计，在工具的启动销钉未剪断时，承载凸耳的凸台固定住坐封滑套，使之不能移动，巧妙的避免了该工具因某些因素提前坐封。

5）、后期维修保养简单，可靠性强，为防砂时提供充填和反循环通道。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中的A处放大结构示意图；

图3为图1中的B处放大结构示意图；

图4为图1中的C处放大结构示意图；

图5为图1中的D处放大结构示意图；

图6为图1中A-A向截面结构示意图；

图7为图1中B-B向截面结构示意图；

图8为图1中C-C向截面结构示意图；

图9为图1中D-D向截面结构示意图；

图10为本发明下井状态示意图；

图11为坐封顶部封隔器的示意图；

图12液压丢手的示意图；

图13机械丢手的示意图。

图中：1、上接头，2、保护套，3、坐封短节，4、外筒压帽，5、分离环，6、活塞外筒，7、锁块，8、活塞，9、活塞延伸筒，10、滑套压帽，11、坐封滑套，12、弹性夹头，13、剪切销钉B，14、承载凸耳，15、弹簧，16、芯轴，17、剪切外套，18、剪切释放套，19、释放棘爪，20、剪切棘爪，21、卡片弹簧，22、卡瓦，23、卡瓦支环，24、定位短节，25、球座短节接头，26、限位凸起，27、紧定销钉，28、紧定螺钉A，29、紧定螺钉B，30、剪切销钉A，31、丢手销钉，32、剪切销钉C，33、憋压球，34、传压孔，35、打压孔，36、卷皮销，37、紧定螺钉C，38、紧定螺钉D，39、坐封接头，40、坐封套，41、上连接套，42、剪切销钉D，43、内冲套管，44、、内冲管短节，45、密封芯轴，46、下短节，47、充填孔。

具体实施方式

该可液压和机械释放的坐封工具包括芯轴16、坐封短节3、上接头1和球座短节接头25。上接头1的一端安装有坐封短节3，上接头1与坐封短节3之间螺纹连接，上接头1与坐封短节3之间并通过紧定螺钉A36连接固定,以进行周向限位；同时，上接头1与坐封短节3之间设置有密封圈，以保证上接头1与坐封短节3之间的密封。坐封短节3上装有活塞外筒6，活塞外筒6的一端呈敞口状，以便于装配；活塞外筒6的另一端呈收口状。活塞外筒6端头的坐封短节3上安装有外筒压帽4，外筒压帽4通过紧定销钉27与活塞外筒6连接。

坐封短节3端头圆周上设置有限位凸起26，坐封短节3与活塞外筒6之间通过限位凸起26与活塞外筒6的收口端面配合相互卡合连接。外筒压帽4内的活塞外筒6端头的坐封短节3上卡装有分离环5，分离环5两端分别与外筒压帽4和活塞外筒6接触连接，分离环5配合限位凸起26对活塞外筒6进行轴向限位。坐封短节3与活塞外筒6之间设置有密封圈，以保证坐封短节3与活塞外筒6之间的密封性。

上接头1内螺纹安装有保护套2，上接头1与保护套2之间设置有密封圈，以保证上接头1与保护套2之间的密封性。工作时，保护套2可防止上接头1直接与井内流体接触产生冲蚀效应，以对上接头1起到保护作用。保护套2的一端延伸至坐封短节3内；保护套2端头的坐封短节3内螺纹安装有芯轴16，芯轴16为阶梯变径管状体；芯轴16的外表圆周上设置有多个因变径形成的凸起。芯轴16与坐封短节3之间插装有锁块7，以对芯轴16和坐封短节3之间进行相互周向限位。

锁块7一侧的芯轴16上装有活塞8，活塞8与芯轴16和活塞外筒6之间分别设置有密封圈，以保证活塞8与芯轴16和活塞外筒6之间的密封性。活塞8一侧的芯轴16上装有活塞延伸筒9；活塞延伸筒9的一端延伸至活塞外筒6的外端，芯轴16的一端延伸至活塞延伸筒9外端。

锁块7另一侧的坐封短节3内壁凸台上设置有传压孔34，上接头1的端面与坐封短节3的内壁凸台端面之间设置有过流间隙，保护套2上径向设置有打压孔35，传压孔34经过流间隙与打压孔35连通。活塞8与传压孔34的一端端口接触连接。

延伸至活塞外筒6外端的活塞延伸筒9端头圆周上通过丢手销钉31安装有坐封滑套11，坐封滑套11一端通过紧定螺钉B29安装有滑套压帽10，活塞延伸筒9端头通过剪切销钉A30与芯轴16连接。

坐封滑套11和活塞延伸筒9端头的芯轴16上通过卷皮销34和弹簧15安装有承载凸耳14和弹性夹头12，弹性夹头12的端头设置有凸块，与凸块对应的芯轴16上设置有卡槽，弹性夹头12通过活塞延伸筒9的配合与卡槽相互卡接。

卷皮销36一侧的芯轴16上装有剪切外套17；剪切外套17一侧的芯轴16上通过卡瓦支环23和卡片弹簧21安装有卡瓦22，卡瓦22一侧的芯轴16上装有剪切释放套18和释放棘爪19，释放棘爪19上装有剪切棘爪20，释放棘爪19与芯轴16通过连接键轴向滑动连接。剪切释放套18的一端与释放棘爪19接触连接，剪切释放套18的另一端通过剪切销钉C32与剪切外套17连接。释放棘爪19与芯轴16之间设置有剪切销钉D42，以避免提前压缩卡瓦支环23导致卡瓦22回缩。

延伸至活塞延伸筒9外端的芯轴16端头螺纹安装有定位短节24，定位短节24端头螺纹安装有球座短节，定位短节24一端通过紧定螺钉C37与芯轴16连接，定位短节24另一端通过紧定螺钉D38与球座短节连接；定位短节24通过剪切销钉B13与卡瓦支环23连接。球座短节由球座短节接头25、内冲套管43、内冲管短节44、密封芯轴45和下短节46构成，球座短节接头25上螺纹安装有内冲套管43，内冲套管43内活动安装有内冲管短节44，内冲管短节44上设置有密封芯轴45和下短节46，密封芯轴45一端与内冲套管43螺纹连接，密封芯轴45另一端与下短节46螺纹连接；密封芯轴45的圆周上设置有充填孔47，充填孔47与内冲管短节44和密封芯轴45、下短节46之间的环空连通。

该坐封工具工作时，配合顶部封隔器和内冲管套43、内冲管短节44、密封芯轴45、下短节46等形成工具管串；并通过钻柱下至油气井的预定位置，下井过程中，顶部封隔器套装在该坐封工具上；其中；该坐封工具的承载凸耳14位于顶部封隔器的坐封接头39与顶部封隔器的坐封套40之间的卡槽内，该坐封工具的卡瓦22与顶部封隔器的上连接头41呈咬合状态（均为下井装配时形成），从而使该坐封工具与顶部封隔器之间固定，防止两者之间的滑脱。该坐封工具安其工作性能可分为防提前坐封机构、扭矩传输机构、坐封机构和丢手机构四部分。

防提前坐封机构：

由弹性夹头12、承载凸耳14、弹簧15、卷皮销34构成；

弹簧15和承载凸耳14嵌入在弹性夹头12的窗口中，卷皮销34压住弹簧15同时对承载凸耳14限位，弹性夹头12位于芯轴16的外圆上，且前后端内孔斜面和芯轴16外面斜面处贴合固定住，从而使承载凸耳14固定住坐封套40，使之受外力时不能移动，达到防止顶部封隔器提前坐封的目的。

扭矩传输机构：

由上接头1、坐封短接3、锁块7、芯轴16、释放棘爪19、剪切棘爪20和紧定螺钉A36构成；坐封短接3与上接头1螺纹连接，并通过紧定螺钉A36固定，坐封短接3与芯轴16螺纹连接，通过锁块7固定，防止在上端施加扭矩时，使得芯轴16与坐封短接3之间的螺纹越拧越紧，在保养时拆卸困难。释放棘爪19与芯轴16、剪切棘爪20采用键与键槽式卡位式固定，剪切棘爪19上的键与芯轴16的卡槽限位，从而达到传扭的目的。

坐封机构：

由上接头1、保护套2、坐封短接3、活塞外筒6、活塞8、活塞延伸筒9、坐封滑套11、弹性夹头12、承载凸耳14、弹簧15，芯轴16、剪切外套17、定位短接24、球座短接25、憋压球33、剪切销钉C 32、剪切销钉B29，丢手销钉31和紧定螺钉B29构成。上接头1通过螺纹和紧定螺钉A28与坐封短接3连接固定，上接头1与保护套2螺纹连接。在防砂时，上接头1变径处，通过保护套2可防止上接头1直接与井内流体接触产生冲蚀效应，对上接头1起到保护作用。

丢手机构：

由剪切释放套18、释放棘爪19、剪切棘爪20、卡瓦簧片21、卡瓦22、卡瓦支环23、剪切销钉A30、丢手销钉31（剪切销钉）构成。

当工具管串上的顶部封隔器完成坐封后，继续泵入压力，坐封滑套11不再发生位移，由于坐封滑套11与活塞延伸筒9之间通过丢手销钉31固定，继续泵入压力丢手销钉31被剪断，坐封滑套11与坐封延伸筒9脱离连接，实现工具液压脱手。

具体为：

工具管串及套装在该该坐封工具上的顶部封隔器下入到预定位置坐封顶部封隔器时；向球座短接内投入树脂材质的憋压球33（坐封球），使工具管上部油管形成憋压，继续泵入压力，这一过程中，高压钻井液经打压孔35、保护套2与坐封短节3之间的间隙进入传压孔34并作用至活塞8的端面上，进而作用至活塞延伸筒9上，当压力达到工具启动值时，剪切销钉A30被剪断，活塞8推动活塞延伸筒9向下运行，此时，活塞延伸筒9的端头在弹性夹头12上滑动，活塞延伸筒9的端头对弹性夹头12端头的凸块压迫状态解除。弹性夹头12端头的凸块由芯轴16上设置的卡槽内退出，弹性夹头12与卡槽的卡接状态解除，防止提前坐封机构被释放，当活塞延伸筒9的端头与弹性夹头12一侧端面接触时，由此整体推动弹性夹头12向下运行。这一过程中，承载凸耳14由顶部封隔器的坐封接头39与顶部封隔器的坐封套40之间的卡槽内退出。由于活塞延伸筒9通过丢手销钉31与坐封滑套11固定，活塞延伸筒9推动弹性夹头12向下运行的同时，坐封滑套11与顶部封隔器的坐封接头39接触，由此经坐封接头39推动顶部封隔器的坐封套40向下运行，这一过程中，活塞延伸筒9经弹性夹头12推动剪切外套17向下运行，此时，剪切外套17与剪切释放套18连接的剪切销钉C32被剪断，剪切外套17沿剪切释放套18下行；坐封套40挤压顶部封隔器上的胶筒；顶部封隔器开始坐封，当剪切外套17经剪切棘爪20挤压卡瓦22、顶部封隔器的胶桶被坐封套40完全挤压时，顶部封隔器完成坐封。

顶部封隔器完成坐封后，继续泵入压力，当压力升至丢手压力时。活塞延伸筒9与坐封滑套11之间的丢手销钉31被剪断，此时，坐封滑套11不在下行。活塞延伸筒9继续推着弹性夹头12、剪切外套17、剪切释放套18，释放棘爪19向下移动。当剪切棘爪20上的键滑出释放棘爪19键槽时，剪切销钉D42被剪断；扭矩传输机构被释放。随着释放棘爪19的继续下行，通过释放棘爪19推动卡瓦支环23移动，剪切销钉B13被剪断，卡瓦支环23与卡瓦22之间的支撑凸块相互移位，由此卡瓦22的下落空隙留出，被挤压的卡片弹簧21得到释放，带动卡瓦22径向回缩落入卡瓦支环23支撑凸块之间的槽内，卡瓦22的卡瓦齿与顶部封隔器的上连接头41的卡齿的咬合状态分离，上提该坐封工具，即可实现液压脱（丢）手。

该坐封工具的卡瓦22与顶部封隔器的上连接头41之间的咬合状态（连接螺纹）采用左旋螺纹，如若液压脱手因某些因素，导致卡瓦22与上连接头41间的螺纹没有顺利脱离时，可直接正旋该坐封工具，从而使卡瓦22的卡瓦齿与顶部封隔器的上连接头41的卡齿的咬合状态分离，实现机械脱手。

该坐封工具作为井下工具的一种，可重复多次使用，活塞外筒6是通过分离环5与坐封短接3的台阶固定，在保养时，直接将外筒压帽4之间固定的紧定螺钉27拆卸掉，即可实现检修保养操作。与传统通过螺纹连接固定活塞外筒6相比，可防止在保养工具时，反复的拆卸对连接螺纹造成磨损，造成零件不能使用的问题，且操作简单，增加了坐封工具的可靠性。

Claims (10)

1.一种可液压和机械释放的坐封工具，包括芯轴（16）、坐封短节（3）、上接头（1）和球座短节接头（25）；其特征在于：上接头（1）的一端安装有坐封短节（3），坐封短节（3）上装有活塞外筒（6），活塞外筒（6）端头的坐封短节（3）上安装有外筒压帽（4），上接头（1）内螺纹安装有保护套（2），有保护套（2）的一端延伸至坐封短节（3）内；保护套（2）端头一侧的坐封短节（3）内螺纹安装有芯轴（16），芯轴（16）与坐封短节（3）之间安装有锁块（7），锁块（7）一侧、坐封短节（3）端头的芯轴（16）上装有活塞（8），活塞（8）一侧的芯轴（16）上装有活塞延伸筒（9）；活塞延伸筒（9）和芯轴（16）的一端延伸至活塞外筒（6）的外端，延伸至活塞外筒（6）外端的活塞延伸筒（9）端头圆周上通过丢手销钉（31）安装有坐封滑套（11），坐封滑套（11）端头的芯轴（16）上通过卷皮销（36）和弹簧（15）装有承载凸耳（14）和弹性夹头（12），卷皮销（36）一侧的芯轴（16）上装有剪切外套（17）；剪切外套（17）一侧的芯轴（16）上通过卡瓦支环（23）和卡片弹簧（21）安装有卡瓦（22），卡瓦（22）一侧的芯轴（16）上装有剪切释放套（18）和释放棘爪（19），延伸至活塞延伸筒（9）外端的芯轴（16）端口螺纹安装有定位短节（24），定位短节（24）端头螺纹安装有球座短节接头（25）。

2.根据权利要求1所述的一种可液压和机械释放的坐封工具，其特征在于：所述的定位短节（24）通过剪切销钉B（13）与卡瓦支环（23）连接。

3.根据权利要求1所述的一种可液压和机械释放的坐封工具，其特征在于：所述的剪切释放套（18）的一端与释放棘爪（19）接触连接，剪切释放套（18）的另一端通过剪切销钉C（32）与剪切外套（17）连接。

4.根据权利要求3所述的一种可液压和机械释放的坐封工具，其特征在于：所述的释放棘爪（19）上装有剪切棘爪（20），释放棘爪（19）与芯轴（16）通过连接键滑动连接。

5.根据权利要求1所述的一种可液压和机械释放的坐封工具，其特征在于：所述的弹性夹头（12）端头设置有凸块，弹性夹头（12）通过凸块与活塞延伸筒（9）相互卡接。

6.根据权利要求1所述的一种可液压和机械释放的坐封工具，其特征在于：所述的坐封滑套（11）一端通过紧定螺钉B（29）安装有滑套压帽（10），坐封滑套（11）通过丢手销钉（31）与活塞延伸筒（9）连接。

7.根据权利要求1所述的一种可液压和机械释放的坐封工具，其特征在于：所述的保护套（2）上径向设置有打压孔（35），坐封短节（3）的内壁凸台上设置有传压孔（34），传压孔（34）与打压孔（35）连通。

8.根据权利要求7所述的一种可液压和机械释放的坐封工具，其特征在于：所述的坐封短节（3）端头圆周上设置有限位凸起（26），活塞外筒（6）通过紧定销钉（27）与外筒压帽（4）连接；外筒压帽（4）内活塞外筒（6）端头的坐封短节（3）上卡装有分离环（5），分离环（5）配合限位凸起（26）对活塞外筒（6）进行轴向限位。

9.根据权利要求1所述的一种可液压和机械释放的坐封工具，其特征在于：所述的上接头（1）与坐封短节（3）之间螺纹连接，上接头（1）与坐封短节（3）之间通过紧定螺钉A（28）连接固定，以进行周向限位。

10.根据权利要求1所述的一种可液压和机械释放的坐封工具，其特征在于：所述的芯轴（16）与定位短节（24）之间通过紧定螺钉C（37）连接固定；定位短节（24）与球座短节接头（25）之间通过紧定螺钉D（38）连接固定。

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