CN117948063B - 一种石油工具抓放装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油钻井技术领域，提供了一种石油工具抓放装置。该装置由悬挂短接、定位环、恢复弹簧、推力轴承、滑动销钉、约束套和悬挂球等部件组成。悬挂短接顶部设有螺纹，可与石油井架连接；上半部设有销钉槽，用于固定定位环；中部安装有恢复弹簧，下部安装有推力轴承；定位环具有定位销孔，用于与滑动销钉配合以实现定位功能；约束套为外壁光滑的圆柱，内部设有销钉孔，用于固定滑动销钉以及与悬挂球配合以实现约束功能。该装置能够有效抓取和释放石油工具，提高了操作的便捷性和效率。

Description

一种石油工具抓放装置

技术领域

本发明涉及石油勘探技术领域，具体是一种石油工具抓放装置。

背景技术

石油勘探钻井或者其他施工中，井下的施工工具有时使用电缆钢丝绳（中间有电缆外边包裹钢丝的复合式钢缆）配合地面绞车进行工具的下放或回收。目前石油抓放装置分为三种，一是利用地面的液压管线设计的液压抓放装置；二是利用电缆钢丝绳设计的电动抓放装置；三是纯机械结构的人力抓放装置。

在第一种和第二种方式中，需要地面配套大量的液压或者电控设备，在野外工作环境中，液压管线和电路及配套控制设备长期暴露在外，很容易老化失效，并且在有限的作业空间内，设备体积大线缆多，挤占了其他设备的安装空间。目前第三种纯机械抓放设备，需要现场三名以上工人分别使用抓取装置、锁定装置、解锁装置，手动完成，设备复杂，自动化程度低，费时费力，人工成本高，安全性差。

因此，针对上述问题提出一种石油工具抓放装置。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述一种石油工具抓放装置由井口提升装置，工具抓放总成两部分组成；所述井口提升装置上部通过石油井架提升设备连接，可以随提升设备的上下移动，实现井口提升装置提升和下放；所述上工具抓放总成上部与井口提升装置固定连接，下部设有机械装置可以抓取和释放石油工具；所述上工具抓放总成从上至下依次由悬挂短接，定位环，恢复弹簧，推力轴承，滑动销钉，约束套，悬挂球等组成；所述悬挂短接上部安装有定位环，中间套装有恢复弹簧，恢复弹簧上端面与定位环相连，下部安装有推力轴承，推力轴承下部与约束套连接，约束套外圆安装有滑动销钉，悬挂短接下部外圆设有曲线轨道和球座孔，滑动销钉端部设置在曲线轨道内，悬挂球设置在球座孔内。

优先的，悬挂短接采用上细下粗的阶梯型圆筒状设计，顶部设有螺纹，上半部配备销钉槽，中部为光滑的圆柱，底部则呈现直径略大的台肩，表面设有轨道，而轨道下方则设置有球座孔。

优先的，定位环为圆环状，其侧壁钻有轴线与圆环轴线垂直且不重合的定位销孔，定位销孔对称分布在轴线两侧，其轴线与定位环内壁相切，靠近定位环中心位置，定位销孔呈半孔状。

优先的，约束套为外壁光滑的圆柱，内部孔道由多段圆弧组成的圆筒状，下部圆周方向均匀分布着6个销钉孔，内孔通过三段圆弧一和三段圆弧二间隔设置，形成圆滑过渡连接。其中，三个销钉孔位于圆弧一的中点，另外三个位于圆弧二的中点。

优先的，悬挂短接顶部的螺纹与井口提升装置螺纹相匹配连接，上半部的销钉槽与定位环的定位销孔相配合，通过定位销进行固定连接。中部光滑的圆柱部分套装有恢复弹簧，恢复弹簧下部安装有推力轴承，推力轴承下部通过悬挂短接中下部的台肩定位。悬挂短接下部套装有约束套，约束套上部与推力轴承下部接触。圆弧一处的三个销钉孔中安装有滑动销钉，可沿曲线轨道移动，圆弧二处的三个销钉孔不设任何部件。悬挂短接下部的球座孔呈内小外大阶梯型通孔，孔内安装有悬挂球，孔径最小处，悬挂球直径为通孔直径的4/5。

优先的，曲线轨道呈波浪型，上升到最高点为波峰，下降到最低点为波谷，一个波峰和一个波谷构成一个周期，每个周期围绕约束套旋转60°，6个周期刚好绕约束套旋转一周。曲线轨道的上升路径和下降路径斜率不同，外力将约束套上提，恢复弹簧使约束套下降，约束套随之旋转60°。

优先的，恢复弹簧安装后处于压缩状态，逐步压紧推力轴承和约束套。滑动销钉位于曲线轨道下位，约束套的圆弧二对准悬挂球，悬挂球不突出悬挂短接内部。石油工具上端可以进入悬挂短接内部，悬挂短接继续下压，约束套被压上移，滑动销钉到达曲线轨道上位，滑动销钉停止上移。在恢复弹簧的作用下开始下移，直到曲线轨道下位，约束套旋转了60°，约束套的圆弧一与悬挂球对应，悬挂球被挤压进入悬挂短接内壁的1/3处，导致悬挂短接内径变小，石油工具在自重的作用下被锁住。重复以上动作，可释放石油工具。

本发明的有益之处在于：

1.纯机械装置，机构简单，安全可靠，没有配套控制设备，占用空间小，避免了管线和电缆老化风险，降低了电气、液压控制系统维护成本。

2.利用环形滑道和球悬挂装置，实现对石油井下工具的抓取和释放循环进行，实现了利用一个装置在井架平台抓取、释放，一个工人可操作，省时省力，节省人工。

附图说明

图1为图2中A的抓取状态放大图；

图2为本发明中石油工具抓放装置使用中在井架平台的位置示意图；

图3为图2中A的释放状态放大图；

图4为本发明中球悬挂短接结构示意图；

图5为本发明中定位环结构示意图；

图6为本发明中约束环结构示意图。

图中：101、石油井架；102、井口提升装置；103、工具抓放总成；104、石油工具；01、悬挂短接；02、定位环；03、恢复弹簧；04、推力轴承；05、滑动销钉；06、约束套；07、悬挂球；08、螺纹；09、销钉槽；10、曲线轨道；11、球座孔；12、轨道上位；13、轨道下位；14、定位销孔；15、圆弧一；16、圆弧二；17、销钉孔

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1－图6，本发明提供的石油工具抓放装置主要包括井口提升装置102工具抓放总成103，井口提升装置102通过连接到石油井架101上，可以随着井架的上下移动而上下移动，工具抓放总成103的上部与井口提升装置102固定连接，下部设有机械装置，用于抓取和释放石油工具104。

工具抓放总成由悬挂短接01、定位环02、恢复弹簧03、推力轴承04、滑动销钉05、约束套06和悬挂球07等组成。

参照图1，悬挂短接01上部安装有定位环02，中间套装有恢复弹簧03，恢复弹簧03上端面与定位环02相连，下部安装有推力轴承04，推力轴承04下部与约束套06连接，约束套06外圆安装有滑动销钉05，悬挂短接01下部外圆设有曲线轨道10和球座孔11，滑动销钉05端部设置在曲线轨道10内，悬挂球07设置在球座孔11内。

悬挂短接01的顶部设有螺纹08，可与井口提升装置的相应结构相匹配连接。悬挂短接01的上半部具有销钉槽09，用于固定定位环02。悬挂短接01的中部安装有恢复弹簧03，其下部安装有推力轴承04。推力轴承04下部与约束套06上部接触。

定位环02为圆环状，两侧设有定位销孔14，悬挂短接01上部设有销钉槽09，定位环02套装在悬挂短接01上，定位销孔14与销钉槽09对齐，定位销孔14中插入定位销，中间位置定位销一半在定位销孔14中，一半在销钉槽09中，起到圆柱键连接的效果，实现悬挂短接01与定位环02之间的定位功能。约束套06为外壁光滑的圆柱，内部设有销钉孔17，用于固定滑动销钉05以及与悬挂球07，以实现约束功能。

在实际使用中，石油工具104可由工具抓放总成103抓取并固定，随后在需要释放时，通过机械装置操作，使得工具抓放总成103释放石油工具104。

参考图2，确保石油井架101处于合适的位置，并且井口提升装置102与工具抓放总成103连接牢固。当需要抓取石油工具104时，操作人员通过控制机械装置，使悬挂短接01的各部件协调运动。

参考图3，此时约束套圆弧二16对应悬挂球07，圆弧二16内径较大，为悬挂球07从球座孔11中脱出提供了空间，石油工具104下移将悬挂球07从球座孔11中挤入约束套圆弧二16中，石油工具104处于释放状态。

参考图4，悬挂短接01整体采用上细下粗的阶梯型圆筒状设计，这种设计使得在提供足够强度的同时，尽可能减轻了其重量，从而有利于操作和运输；通过顶部螺纹08，可以与井口提升装置进行可靠连接，确保了装置的稳固性和安全性；上半部配备销钉槽09，与定位环02的定位销孔相配合，通过定位销进行固定连接，从而确保了石油工具的稳固抓取和释放；中部为光滑的圆柱，套装有恢复弹簧03和推力轴承04，恢复弹簧03处于压缩状态，能够提供稳定的回弹力，而推力轴承04则提供了顺畅的轴向移动；底部呈现直径略大的台肩，表面设有曲线轨道，而轨道下方设置有球座孔，这些设计使得装置能够顺畅地移动和旋转，确保了抓取和释放过程的顺利进行；曲线轨道10的设计呈波浪型，上升到最高点波峰为轨道上位12，下降到最低点波谷为轨道下位13，每个周期围绕约束套06旋转了60°，6个周期恰好围绕约束套06旋转一周，曲线轨道10的上升路径和下降路径斜率不同，外力将约束套06上提，恢复弹簧03使约束套06下降，约束套06旋转60°通过周期性的波峰与波谷的转换实现对石油工具的提升和下放。

参考图3-图6，恢复弹簧03可存在拉伸和压缩两种状态，恢复弹簧03被压缩以提供所需的恢复力，这样的设计使得装置在工作时能够快速、有效地恢复原状，确保装置的稳定性和可靠性；随着恢复弹簧03的压缩，其释放的弹力逐渐传递给推力轴承04和约束套06，使它们逐渐受到压紧，这种顺序压紧的设计确保了装置在运行过程中的稳定性，提高了其工作效率和可靠性；滑动销钉05的初始位置在曲线轨道的最低点轨道下位13，为后续运动做好准备，这种位置的选择确保了装置在开始工作时的稳定性和安全性；约束套06的圆弧二16对准悬挂球07，悬挂球07不突出悬挂短接01确保了悬挂球在装置内部不会突出，保持了装置的整体平衡和稳定性。

工作原理：本发明提出了一种石油工具抓放装置。该装置采用了一种新型的自动化机械结构，能够实现对施工工具的抓取和释放，从而减少了对液压或电控设备的依赖，降低了设备的复杂性和体积，提高了操作的便捷性和安全性；本发明提供的石油工具抓放装置主要包括井口提升装置102和工具抓放总成103，井口提升装置102上部固定连接到石油井架101上，通过滑轮等机构井口提升装置102可以按照需要上下移动，工具抓放总成103的上部与井口提升装置102固定连接，下部设有机械装置，用于抓取和释放石油工具104；石油工具104固定在钻台上需要被抓取送入井底时，悬挂短接01下压，约束套06被压上移，滑动销钉05到达曲线轨道上位12，达到最高位置时滑动销钉05停止上移，这时悬挂短接01上提，滑动销钉05在恢复弹簧03的弹力作用下，开始沿着曲线轨道下降，直到曲线轨道下位13，约束套06在滑动销钉05的带动下，旋转了60°，这时约束套圆弧一15对应悬挂球07，约束套的圆弧一15内径较小，悬挂球07随着约束套的运动被挤压进入球座孔11，并突出悬挂短接01内壁1/3，悬挂短接01继续上提，石油工具104在自重的作用下被锁住，并提起，这时石油工具104可以被下入到井底或者提起转移摆放；如果需要释放，悬挂短接01重复以上下压上提动作，约束套06继续旋转60°，约束套圆弧二16对应悬挂球07，圆弧二16内径较大，为悬挂球07从球座孔11中脱出提供了空间，这时悬挂短接01上提，石油工具104在自重作用下下移，将悬挂球07从球座孔11中挤入约束套圆弧二16中，石油工具104处于释放状态。约束套06上下运动一次，本装置更换一个抓取或者释放状态，循环往复可实现石油工具的抓取和释放。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种石油工具抓放装置，其特征在于：由井口提升装置（102）、工具抓放总成（103）两部分组成；

所述井口提升装置（102）上部通过石油井架（101）提升设备连接，能够随提升设备的上下移动，实现井口提升装置（102）提升和下放；

所述工具抓放总成（103）上部与井口提升装置（102）固定连接，下部设有机械装置能够抓取和释放石油工具（104）；所述工具抓放总成（103）从上至下依次由悬挂短接（01）；定位环（02）；恢复弹簧（03）；推力轴承（04）；滑动销钉（05）；约束套（06）；悬挂球（07）组成；

所述悬挂短接（01）上部安装有定位环（02），中间套装有恢复弹簧（03），恢复弹簧（03）上端面与定位环（02）相连，下部安装有推力轴承（04），推力轴承（04）下部与约束套（06）连接，约束套（06）外圆安装有滑动销钉（05），悬挂短接（01）下部外圆设有曲线轨道（10）和球座孔（11），滑动销钉（05）端部设置在曲线轨道（10）内，悬挂球（07）设置在球座孔（11）内；

所述悬挂短接（01）呈上细下粗的阶梯型圆筒状，上端设有螺纹（08），上半部设有销钉槽（09），中部为光滑的圆柱，圆柱下面是直径略大的台肩，下半部表面设有曲线轨道（10），曲线轨道（10）下部设有球座孔（11）；

所述定位环（02）为圆环状，其侧壁钻有轴线与圆环轴线垂直，且不相交的定位销孔（14），定位销孔（14）对称分布在轴线两侧，其轴线与定位环（02）内壁相切，靠近定位环（02）中心位置，定位销孔（14）呈半孔状；

所述约束套（06）为外壁光滑的圆柱，内孔由多段圆弧组成的圆筒状，其下部圆周方向均布设有6个销钉孔（17），内孔通过三段圆弧一（15）和三段圆弧二（16）间隔分布，圆滑过渡连接而成，其中三个销钉孔（17）设在圆弧一（15）中点，另外三个销钉孔（17）设在圆弧二（16）中点；

所述悬挂短接（01）上部螺纹（08）与井口提升装置（102）螺纹配合连接，上半部销钉槽（09）与定位环（02）的定位销孔（14）配合，通过定位销固定连接，中部光滑的圆柱处装有恢复弹簧（03），恢复弹簧（03）下部安装有推力轴承（04），推力轴承（04）下部通过悬挂短接（01）中下部台肩定位；

所述悬挂短接（01）下部套装有约束套（06），约束套（06）上部与推力轴承（04）下部接触，其圆弧一（15）处的三个销钉孔（17）中安装有滑动销钉（05），滑动销钉（05）端部与曲线轨道（10）配合，滑动销钉（05）能够沿曲线轨道（10）移动，圆弧二（16）处的三个销钉孔（17）不安装任何东西；

所述悬挂短接（01）下部球座孔（11）呈内小外大阶梯型通孔，孔内安装有悬挂球（07），内部最小孔径是悬挂球（07）直径的4/5；

所述曲线轨道（10）呈波浪型，上升到最大为波峰，下降到最低为波谷，一个波峰和一个波谷为一个周期，每个周期围绕约束套（06）旋转了60°，6个周期恰好围绕约束套（06）旋转一周，曲线轨道（10）的上升路径和下降路径斜率不同，外力将约束套（06）上提，恢复弹簧（03）使约束套（06）下降，约束套（06）旋转60°；

所述恢复弹簧（03）安装好后处于压缩状态，推力轴承（04）、约束套（06）被恢复弹簧（03）依次压紧，滑动销钉(05)处于曲线轨道下位（13），约束套（06）的圆弧二（16）对准悬挂球（07），悬挂球不突出悬挂短接（01）内部，石油工具（104）上端能够进入悬挂短接（01）内部，悬挂短接（01）继续下压，约束套（06）被压上移，滑动销钉（05）到达曲线轨道上位（12），滑动销钉（05）停止上移，在恢复弹簧（03）作用下开始下移，直到曲线轨道下位（13），约束套（06）旋转了60°，约束套（06）圆弧一（15）对应悬挂球（07），悬挂球（07）被挤压突入悬挂短接（01）内壁1/3，悬挂短接（01）内通径变小，石油工具（104）在自重的作用下被锁住，重复以上动作，石油工具（104）能够被释放。