CN118065799A - 一种井下钻头打捞工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井下钻头打捞工具，包括与钻杆连接的主体部件，所述主体部件的下部构成为三角柱段，所述三角柱段的三个侧面的每个侧面上均通过键槽滑动安装有一个刀具，所述三角柱段内部中空，且设置有可受驱动在三角柱段内部上下滑动的三角柱，所述三角柱的三个侧面均固定有垂直于该侧面且径向外伸的推动销；所述推动销伸出至三角柱段的外侧，伸入刀具内侧面的倾斜销槽内部；所述三角柱带动所述推动销向下滑动时，所述推动销沿所述倾斜销槽移动并带动所述刀具沿所述三角柱段的侧面径向向外移动；本发明的钻头打捞工具，不需要大范围对钻井进行扩径，常态下保持为与钻头近似的外径轮廓，采用钻杆带动工具进出钻井都更为方便。

Description

一种井下钻头打捞工具

技术领域

本发明涉及钻井辅助设备技术领域，具体涉及一种井下钻头打捞工具。

背景技术

建筑钻孔灌注以及矿井开采等钻孔施工过程中，经常会发生钻头脱落、钻头与钻杆连接断裂等现象导致钻头脱落在井下，尤其是硬岩层、岩土混杂等复杂地质条件下，钻头在钻进时振动剧烈、跳动幅度大，钻头与钻杆的连接螺栓更容易疲劳断裂，其不仅仅导致钻头简单脱落在井底，往往还伴随着卡钻事故发生，无法直接钩出钻头，大幅增大了打捞难度。打捞钻头往往耗费数日乃至更久，无法及时打捞出，不仅延误工期，若钻井无法继续钻进，可能导致钻井完全报废，经济损失巨大。

发明内容

基于上述技术现状，本发明的目的在于提供一种井下钻头打捞工具，依托卡钻事故中套铣打捞方法设计了本发明的钻头打捞工具，但不需要大范围对钻井进行扩径，常态下保持为与钻头近似的外径轮廓，因此采用钻杆带动工具进出钻井都更为方便。

本发明采用的技术方案如下：一种井下钻头打捞工具，包括与钻杆连接的主体部件，所述主体部件的下部构成为三角柱段，所述三角柱段的三个侧面的每个侧面上均通过键槽滑动安装有一个刀具，所述刀具沿所述三角柱段的侧面可左右滑动；

所述三角柱段内部中空，且设置有可受驱动在三角柱段内部上下滑动的三角柱，所述三角柱的三个侧面均固定有垂直于该侧面且径向外伸的推动销；所述三角柱段的三个侧面上均开设有一个竖向销孔，所述推动销穿过所述竖向销孔伸出至三角柱段的外侧；

所述刀具的内侧面上开设有倾斜销槽，所述倾斜销槽从上到下且从径向外侧朝向径向内侧倾斜延伸，所述推动销伸入所述倾斜销槽内部；所述三角柱带动所述推动销向下滑动时，所述推动销沿所述倾斜销槽移动并带动所述刀具沿所述三角柱段的侧面径向向外移动。

所述主体部件的上部为圆柱段，所述圆柱段与所述三角柱段之间设置有连接螺纹，所述连接螺纹用于与钻杆底部的内螺纹固定连接，优选的，所述连接螺纹设置为锥形外螺纹，以与钻杆底部内壁的锥形内螺纹配合连接。

所述主体部件内部安装有液压缸结构，所述液压缸结构包括液压缸体和活塞杆，所述液压缸体固定安装在所述主体部件内部，所述活塞杆一端伸入所述液压缸体内、另一端与所述三角柱固定在一起，液压驱动活塞杆动作以带动所述三角柱滑动。具体的，所述主体部件的内部空间由上部的圆柱腔和下部的三角柱筒构成，圆柱腔和三角柱筒之间由台阶面过渡连接，在所述台阶面上开设有多个螺栓孔，所述液压缸体下端具有法兰环，法兰环上也开设螺栓孔，通过螺栓将法兰环固定在所述台阶面上，以将液压缸体固定安装在主体部件内部空间；所述三角柱筒内径轮廓尺寸和所述三角柱的外轮廓尺寸适配，所述竖向销孔沿轴向延伸且穿透所述三角柱筒的壁面。

所述三角柱段的每个侧面上均设置有上下水平并排的两个滑动键，所述刀具的内侧面上开设有上下水平并排的两个滑动槽，两个滑动键与两个滑动槽形成键槽配合限制所述刀具能够沿所述三角柱段的侧面水平横向滑动。其中，所述竖向销孔在两个滑动键之间沿轴向延伸，所述倾斜销槽在两个滑动槽之间倾斜延伸。

优选的，所述滑动键为T型滑动键，所述滑动槽为T型滑动槽。

进一步的，所述刀具包括安装部和从安装部一体式向下延伸的延伸段，所述倾斜销槽和所述滑动槽均开设在所述安装部的内表面；所述安装部和延伸段的其中一侧部上下对齐且厚度逐渐减薄形成切削刃，所述安装部和延伸段的另一侧部由安装部的底部朝内切除形成切除部，使得所述安装部的宽度大于所述延伸段的宽度。进一步的，所述延伸段的底端线是具有螺旋倾角的螺旋线段，使得所述切削刃位于延伸段最底端的角呈锐角状态，方便刀具朝下钻进，所述螺旋倾角在3°～15°之间。

另外，所述刀具的外周壁均布螺旋槽，所述螺旋槽从形成切削刃的侧边向另一侧边螺旋向上延伸，在刀具旋转时，切削刃旋转逐渐切除井壁以使得刀具径向外扩，切碎的岩块及土壤在刀具旋转过程中沿刀具外周壁的螺旋槽向上运输。

使用时，通过钻杆将钻头打捞工具下入井底，在临近卡钻位置的上方，钻头打捞工具借助液压缸的推力使其刀具半径外扩至可覆盖钻头的位置，即仅在钻井的井下卡钻位置处的小区段内对钻井进行扩径，然后旋转下钻以将被卡钻头周边的岩块等粉碎清除，使得钻头从被卡位置暴露出来，然后借助钩具或者在钻头打捞工具底部设计钩锁直接将被卡钻头钩出钻井。在将钻头打捞工具退出钻井时，卸掉液压力或者反向推动活塞杆位于液压缸体内的活塞，将刀具重新恢复为收拢状态，可以解决钻井井壁内径对套铣打捞工具尺寸的限制。

本发明技术方案的优势在于：

钻头打捞工具下井时，刀具保持为收拢状态，其轮廓外径完全可以适应钻井内径，方便钻头打捞工具的送进和退出，工作时，借助液压力推动刀具外扩，其一边旋转一边逐步对极小区段的钻井进行扩径，在工作量更小的情况下可以完成被卡钻头的套铣，可以解决钻头脱落，尤其是钻头被卡在井底的事故中的钻头打捞任务。

附图说明

图1是钻井卡钻事故简易示图；

图2是本发明井下钻头打捞工具的工作状态示意图；

图3是本发明井下钻头打捞工具的常态示意图；

图4是本发明井下钻头打捞工具的扩径工作状态示意图；

图5是本发明井下钻头打捞工具的结构爆炸示意图；

图6是本发明井下钻头打捞工具在去除刀具后的结构拆分示意图；

图7是本发明井下钻头打捞工具的主体部件内部空间俯视图；

图8是本发明井下钻头打捞工具的刀具与推动销配合状态示意图；

图中：1、钻井，2、钻头，3、钻杆，4、钻头打捞工具，5、主体部件，6、连接螺纹，7、刀具，8、三角柱段，9、液压缸体，10、活塞杆，11、三角柱，12、T型滑动键，13、推动销，14、竖向销孔，15、三角柱筒，16、螺栓孔，17、倾斜销槽，18、T型滑动槽。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

钻头在钻进硬岩层、钻透大岩块，或遇到井壁坍塌时，此类事故时钻头并非简单脱落在井底，往往还是嵌入在岩块中或者被碎石、土壤覆盖，无法直接通过钻杆下入钩具将钻头钩出，打捞卡钻钻头的常用方式之一是套铣打捞，为时间将钻头包裹在打捞工具中，套铣打捞工具的外径往往是大于钻头轮廓外径的，使其在下入工具和取出工具时较为困扰，参见图1和图2，通过简易图的方式首先展示了本发明设计的打捞工具的施工状态，参见图2，通过钻杆3将钻头打捞工具4下入井底，在临近卡钻位置的上方，钻头打捞工具4借助液压缸的推力使其刀具半径外扩至可覆盖钻头的位置，即仅在钻井的井下卡钻位置处的小区段内对钻井进行扩径，然后旋转下钻以将被卡钻头周边的岩块等粉碎清除，使得钻头从被卡位置暴露出来，然后借助钩具或者在钻头打捞工具4底部设计钩锁直接将被卡钻头钩出钻井。

为实现上述钻头打捞过程，下面详细介绍本发明的钻头打捞工具4的具体结构。

图3和图4分别是本发明井下钻头打捞工具的常态示意图和本发明井下钻头打捞工具的扩径工作状态示意图；常态下，钻头打捞工具4处于刀具收缩状态，其轮廓外径和钻头的轮廓外径相近，方便通过钻杆将钻头打捞工具4下入井底，在临近卡钻位置的上方时，借助液压缸对刀具7施加径向外扩的推力，使得刀具7沿其安装键切向滑动而实现外径扩张，扩张过程中，钻头打捞工具4的刀具一边旋转一边向外滑动，井壁的岩土被刀具7侧边切齿逐渐挖处，且碎屑岩刀具7外周面的螺旋型槽向上输送至刀具7上方最终沿钻杆运输出井外。在钻头打捞工具4的刀具7扩张完成后，参见图2，再由钻杆驱动刀具7向下钻进，将钻头嵌入位置周边的阻碍物粉碎清除，解除钻头2的打捞阻力，当然，根据钻井底部地质情况，若井壁岩土质地相对松软，钻头打捞工具4则可以一边下钻一边外扩，最终将钻头2的位置露出。

所述钻头打捞工具4包括主体部件5，三个刀具7呈圆周阵列的方式可滑动的安装在主体部件5的下部位置处，三个刀具7合拢在一起时，参见图3，钻头打捞工具4的轮廓外径处于正常状态，通过液压缸可推动三个刀具7径向向外滑动从而扩张为图4所示的扩径状态。所述主体部件5的外周部上还设置有连接螺纹6，用于将钻头打捞工具4与钻杆3连接安装，所述连接螺纹6优选设置为锥形外螺纹，以与钻杆底部内壁的锥形内螺纹配合连接。

图5是本发明井下钻头打捞工具的结构爆炸示意图，图6是本发明井下钻头打捞工具在去除刀具后的结构拆分示意图，参见图5、图6，所述主体部件5的上部是方便与钻杆套接的圆柱段，主体部件5的下部构成为三角柱段8，所述连接螺纹6分布在所述圆柱段和三角柱段8之间的区段外周部；所述三角柱段8的三个侧面上，每个侧面用于安装一个刀具7，如图6所示，三角柱段8的侧面上固定焊接或一体式成型有滑动键，图6所示实施例中为截面呈“T”型的T型滑动键12，所述T型滑动键12限制刀具7仅能沿其横向滑动而无法脱离出三角柱段8的侧面，优选的，在每个侧面上均设置有上下水平并排的两个滑动键，以增强刀具7工作时的结构稳定性，在每个侧面上且位于上下并排的两个滑动键之间还设置有竖向销孔14，所述竖向销孔14穿透三角柱段8的壁面。

所述主体部件5的内部空间内安装有液压缸结构，包括液压缸体9，活塞杆10和三角柱11，所述活塞杆10和三角柱11可以一体式铸成，也可以焊接固定，活塞杆10的一端伸入液压缸体9内，受液压缸体9内液压油驱动使得活塞杆10运动，且活塞杆10带动位于其外端部的三角柱11一体式移动；当然，所述活塞杆10伸入液压缸体9内的端部可以设置活塞，活塞杆10直径与液压缸体9下端开口内径适配，且小于活塞的直径，在液压缸体内对活塞两个端面施加液压力可以主动实现活塞杆10的上下移动。所述三角柱11的三个侧面的每个侧面上均固定有垂直于该侧面且径向外伸的推动销13，三角柱11容纳在主体部件5的三角柱段8内部空间中且在该内部空间中上下滑动，所述推动销13从三角柱段8的竖向销孔14伸出至外部，在活塞杆10带动三角柱11上下滑动时，所述推动销13沿所述竖向销孔14上下滑动。

参见图7，是本发明井下钻头打捞工具的主体部件内部空间俯视图，所述主体部件5的内部空间由上部的圆柱腔和下部的三角柱筒15构成，圆柱腔和三角柱筒15之间由台阶面过渡连接，在所述台阶面上开设有多个螺栓孔16，其用于通过螺栓将液压缸体9固定安装在主体部件5的内部；所述三角柱筒15内径轮廓尺寸和所述三角柱11的外轮廓尺寸适配，三角柱11在三角柱筒15内上下滑动。

图8是本发明井下钻头打捞工具的刀具与推动销配合状态示意图，结合图8对本发明的钻头打捞工具4的刀具7动作过程进一步介绍。每一个刀具7的内侧面均为平面，在刀具7的内侧面上开设有横向延伸的滑动槽，为配合图6实施例，滑动槽也采用横截面呈T型的T型滑动槽18，且T型滑动槽18也设置有上下并排的两个，分别对应三角柱段8的侧面上的两个T型滑动键12，在两个T型滑动键12之间开设有倾斜销槽17，所述倾斜销槽17在从上到下的方位上从径向外侧朝向径向内侧倾斜延伸，所述T型滑动键12与T型滑动槽18配合安装时，所述推动销13伸出所述竖向销孔14后容纳进所述倾斜销槽17内部，活塞杆10推动三角柱11向下滑动时，推动销13从倾斜销槽17的顶端向下滑动，从而带动刀具7沿T型滑动键12径向向外滑动，完成刀具7的扩径过程。

参见图8及图3，所述刀具7包括贴附在三角柱段侧表面的安装部和从安装部轴向下延的延伸段，安装部的宽度较大，所述T型滑动槽18以及倾斜销槽17均开设在安装部的内表面，较大的宽度使得倾斜销槽17延伸覆盖的宽度也较大，从而使得刀具7具备更大的径向扩径幅度，所述延伸段的宽度较窄，多个刀具7的延伸段呈指状围拢在一起，延伸段的轴心空间用于在向下钻进时容纳被卡的钻头。

参见图3、图4，每个刀具7的安装部和延伸段为一体式结构，在安装部的底部朝内切除一部分以形成宽度变窄的延伸段，整个刀具7的厚度为中间厚、两侧窄，尤其是刀具7的切除部的相对侧厚度减薄形成切削刃，在刀具7旋转时，切削刃旋转逐渐切除井壁以使得刀具7径向外扩，切碎的岩块及土壤在刀具7旋转过程中沿刀具7外周壁的螺旋槽向上运输。所述延伸段的底端线是具有螺旋倾角的螺旋线段，使得切削刃位于延伸段的最底端成为锐角状态，方便刀具7朝下钻进。延伸段底端的倾角可以设置为与刀具7外周壁螺旋槽的倾角相同，优选在3°-15°之间。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种等效结构或等效流程的修改或变形，或直接或间接运用到其他相关的技术领域，仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种井下钻头打捞工具，其特征在于，包括与钻杆连接的主体部件，所述主体部件的下部构成为三角柱段，所述三角柱段的三个侧面的每个侧面上均通过键槽滑动安装有一个刀具，所述刀具沿所述三角柱段的侧面可左右滑动；

所述三角柱段内部中空，且设置有可受驱动在三角柱段内部上下滑动的三角柱，所述三角柱的三个侧面均固定有垂直于该侧面且径向外伸的推动销；所述三角柱段的三个侧面上均开设有一个竖向销孔，所述推动销穿过所述竖向销孔伸出至三角柱段的外侧；

所述刀具的内侧面上开设有倾斜销槽，所述倾斜销槽从上到下且从径向外侧朝向径向内侧倾斜延伸，所述推动销伸入所述倾斜销槽内部；所述三角柱带动所述推动销向下滑动时，所述推动销沿所述倾斜销槽移动并带动所述刀具沿所述三角柱段的侧面径向向外移动。

2.根据权利要求1所述的井下钻头打捞工具，其特征还在于，所述主体部件的上部为圆柱段，所述圆柱段与所述三角柱段之间设置有连接螺纹，所述连接螺纹用于与钻杆底部的内螺纹固定连接。

3.根据权利要求1所述的井下钻头打捞工具，其特征还在于，所述主体部件内部安装有液压缸结构，所述液压缸结构包括液压缸体和活塞杆，所述液压缸体固定安装在所述主体部件内部，所述活塞杆一端伸入所述液压缸体内、另一端与所述三角柱固定在一起，液压驱动活塞杆动作以带动所述三角柱滑动。

4.根据权利要求3所述的井下钻头打捞工具，其特征还在于，所述主体部件的内部空间由上部的圆柱腔和下部的三角柱筒构成，圆柱腔和三角柱筒之间由台阶面过渡连接，在所述台阶面上开设有多个螺栓孔；所述三角柱筒内径轮廓尺寸和所述三角柱的外轮廓尺寸适配，所述竖向销孔穿透所述三角柱筒的壁面。

5.根据权利要求1或3所述的井下钻头打捞工具，其特征还在于，所述三角柱段的每个侧面上均设置有上下水平并排的两个滑动键，所述刀具的内侧面上开设有上下水平并排的两个滑动槽，两个滑动键与两个滑动槽形成键槽配合限制所述刀具能够沿所述三角柱段的侧面水平横向滑动。

6.根据权利要求5所述的井下钻头打捞工具，其特征还在于，所述滑动键为T型滑动键，所述滑动槽为T型滑动槽。

7.根据权利要求5所述的井下钻头打捞工具，其特征还在于，所述刀具包括安装部和从安装部一体式向下延伸的延伸段，所述倾斜销槽和所述滑动槽均开设在所述安装部的内表面；所述安装部和延伸段的其中一侧部上下对齐且厚度逐渐减薄形成切削刃，所述安装部和延伸段的另一侧部由安装部的底部朝内切除形成切除部，使得所述安装部的宽度大于所述延伸段的宽度。

8.根据权利要求7所述的井下钻头打捞工具，其特征还在于，所述延伸段的底端线是具有螺旋倾角的螺旋线段，使得所述切削刃位于延伸段最底端的角呈锐角状态，所述螺旋倾角在3°～15°之间。

9.根据权利要求7或8所述的井下钻头打捞工具，其特征还在于，所述刀具的外周壁均布螺旋槽，所述螺旋槽从形成切削刃的侧边向另一侧边螺旋向上延伸。