CN203961862U - 一种防落井工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种防落井工具，其包括：具有油管内螺纹和燕尾槽锥面的上接头、可沿燕尾槽锥面相对移动的单向卡瓦、可推动单向卡瓦上行的卡瓦座、位于上接头下方的中间接头、桥接上接头和中间接头的心轴、上端连接中间接头且内部收容配重钢的外筒、上端与外筒连接的下接头、以及收容上述元件且与单向卡瓦选择性摩擦固定的套管。本实用新型能在上部管柱突然断裂急速下行时依靠失重和液体冲击迅速启动，快速支撑套管，并产生足够大的阻力，防止管柱继续下落导致工程事故，被广泛应用于水平井、大斜度井的管柱失控落井保护。

Description

一种防落井工具

技术领域

本实用新型涉及一种防落井工具。 

背景技术

随着油田开采技术的突飞猛进，水平井和大斜度井越来越多，因水平井和大斜度井在大斜度井段大修困难，因而对管柱的防落井要求越来越高，常规的锚定式防落井工具多为油管锚类工具，在生产管柱工作时就已锚定，使用中存在如下缺陷：1、在生产管柱工作时就已锚定，在一定程度上损伤了套管；2、其锚定机构在井下长时间工作后存在解卡困难或被卡死的风险；3、管柱断落后，其锚定机构易损伤并卡死，导致管柱无法提出。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于防止管柱落井的防落井工具，能在上部管柱突然断裂急速下行时利用失重原理和液体冲击迅速启动锚定支撑机构，快速支撑套管，并产生足够大的阻力，以防止管柱继续下落导致工程事故，被广泛应用于水平井、大斜度井的管柱失控落井保护。 

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种防落井工具，其包括具有油管内螺纹和燕尾槽锥面的上接头、可沿燕尾槽锥面相对移动的单向卡瓦、可推动单向卡瓦上行的卡瓦座、位于上接头下方的中间接头、桥接上接头和中间接头的心轴、上端连接中间接头且内部收容配重钢的外筒、上端与外筒连接的下接头、以及收容上述元件且与单向卡瓦选择性摩擦固定的套管。 

在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案： 

其进一步包括设置在心轴与卡瓦之间的防磨套、工具解卡时依靠弹力帮助卡瓦座和单向卡瓦复位的复位弹簧、和设置在心轴的上下螺纹连接处且防止螺纹退扣的稳钉，其中复位弹簧套在心轴上并位于卡瓦座内。 

所述中间接头内安装有防砂网和支撑杆，配重钢上安装有用于减小与外筒摩擦且可轴向运动的滚轮、和套设在其末端且提供轴向弹力的配重弹簧，而外筒内设置有固定配重弹簧的弹簧座、用于密封弹簧座和外筒内腔之间的O形圈、和用于将弹簧座与外筒之间暂时固定的活性剪钉，其中弹簧座坐于镂空的下接头上，支撑杆的一端抵靠复位弹簧上而另一端抵靠在配重钢上。 

其进一步包括设置在支撑杆和中间接头之间的防护套，其中单向卡瓦和 支撑杆的个数为三个以上，滚轮为两组以上。 

所述上接头、单向卡瓦、卡瓦座、心轴、防磨套、复位弹簧、支撑杆组成锚定支撑机构，而所述配重钢、配重弹簧、滚轮组成失重反馈机构，和所述中间接头上的防砂网、外筒、弹簧座、O形圈、活性剪钉、镂空的下接头组成液力辅助机构。 

本实用新型优点是： 

1、管柱正常生产时，不锚定套管，仅在管柱突然落井时才启动锚定，防止管柱继续下行，有效地保护了管柱和套管； 

2、失重、液力双重启动，机械结构简单，在井下长时间不会失效； 

3、在管柱失控落井时启动迅速，支撑可靠，容易解除锚定。 

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述： 

图1为本实用新型处于正常生产时的剖视图； 

图2为本实用新型处于失控急速落井时且位于液面以上的剖视图； 

图3为本实用新型处于失控急速落井时且位于液面以下的剖视图。 

具体实施方式

实施例：如图1-3所示，本实用新型提供了一种防落井工具的具体实施例，用于防止管柱落井，其中管柱是指位于防落井工具之上的全部油管及所有工具。本实用新型的防落井工具包括具有油管内螺纹和燕尾槽锥面的上接头1、收于燕尾槽锥面内且可沿燕尾槽锥面相对移动的单向卡瓦2、可推动单向卡瓦2上行的卡瓦座4、位于上接头1下方的中间接头9、桥接上接头1和中间接头9的心轴5、心轴5与单向卡瓦2之间安装的防磨套3、上端连接中间接头9且内部收容配重钢14的外筒13、上端与外筒13连接的下接头19、以及轴向套设在上接头1、中间接头9、外筒13、下接头19外侧且与上接头1的单向卡瓦2选择性摩擦固定的套管21。其中上接头1、中间接头9、和下接头19三者轴向连接并收容在套管21内。上接头1上部内建油管内螺纹并与上部管柱相连，下部外面加工有燕尾槽锥面，由上往下锥度逐渐变小，上接头1下部内腔经螺纹与心轴5相连；三个以上的单向卡瓦2上端卡于上接头1外的燕尾槽锥面内，外侧加工有单向的外齿22，使得外齿22与套管21摩擦时只允许单向卡瓦2向上相对移动，单向卡瓦2的下端卡于卡瓦座4的T形槽内；防磨套3位于心轴5与单向卡瓦2的间隙处并能防磨防垢，卡 

瓦座4下端经螺纹与并帽6相连，且卡瓦座4和并帽6之间的内腔容纳复位弹簧7；稳钉8设置在心轴5的上下螺纹连接处且防止螺纹退扣，以确保心轴5分别与上接头1、中间接头9可靠连接。心轴5下端经螺纹与中间接头9相连；中间接头9上具有三个以上圆周方向排列的轴向通道、3个以上圆周方向排列且轴向延伸的支撑杆11、设置在相应轴向通道内且三个以上的防砂网20、套设在支撑杆11上并提供防磨的保护套30、以及固定保护套30一端且与配重钢14相邻的压帽10，支撑杆11的一端与并帽6抵靠接触，中间接头9下端通过螺纹连接外筒13；配重钢14位于外筒13内腔，上端与支撑杆11的另一端接触，下端由配重弹簧15支撑，配重钢14上安装的滚轮12使配重钢14与外筒13之间的摩擦力很小；配重弹簧15坐于弹簧座16上，并支撑配重钢14的全部重力，且正常情况下压缩储备弹力；弹簧座16位于下接头19上，下井之前被活性剪钉18固定，弹簧座16外侧与外筒13内腔环形间隙由O形圈17密封；活性剪钉18穿过外筒13的剪钉孔23与弹簧座16固定，并在井下发生电化学腐蚀后失去对弹簧座16的束缚；下接头19经螺纹连接于外筒13下方并镂空。复位弹簧7位于配重弹簧15和单向卡瓦2的轴向方向之间。 

上接头1、单向卡瓦2、卡瓦座4、心轴5、防磨套3、复位弹簧7、支撑杆11组成锚定支撑机构，其中锚定支撑机构用于支撑套管以承受整个管柱的重量，且在正常情况下处于收缩待命状态。正常情况下，单向卡瓦2处于收缩状态；在管柱失控急速落井时，在重力反馈机构的作用下，单向卡瓦2被支撑杆11推动下沿燕尾槽锥面上行扩张外径，摩擦套管21内壁，单向卡瓦2上的单向的外齿22快速切入套管21内壁；上部管柱挤压上接头1使燕尾槽锥面迅速挤入单向卡瓦2，工具能迅速锚定，以阻止上部管柱继续下行。同时复位弹簧7被压缩，为工具解卡时推动卡瓦座4、单向卡瓦2下行复位作准备。上提上部管柱解卡时，失重反馈机构复位，复位弹簧7依靠自身被压缩的弹力伸张，从而依次推动支撑杆11、并帽6、卡瓦座4和单向卡瓦2下行，单向卡瓦2沿上接头1上的燕尾槽锥面下行，单向卡瓦2外径缩小，与套管21失去支撑，工具恢复初始状态。 

配重钢14、配重弹簧15、滚轮12组成失重反馈机构，其中失重反馈机构用于响应管柱的运动状态，并在管柱失控达到一定程度时，利用失重原理启动锚定支撑机构。在正常情况下，配重钢14的全部重力由配重弹簧15支 撑，配重弹簧15被压缩并储蓄大小为配重钢14全部重力的弹力；在管柱失控急速落井时，配重钢14作类似自由落体运动而产生失重现象，重力减小；配重弹簧15内部储蓄的弹力不会因为失重而减小，但压缩弹簧的阻力(即配重钢14的重力)减小，配重弹簧15因释放内部储蓄的弹力而伸张，继而推动配重钢14上行，以启动锚定支撑机构，支撑套管21，阻止上部管柱继续下行。上提上部管柱解卡或管柱完全制动时，配重钢14失重现象消失，其全部重力重新作用于配重弹簧15上，失重反馈机构完全复位。 

中间接头9上的防砂网20、外筒13、弹簧座16、O形圈17、活性剪钉18、镂空的下接头19组成液力辅助机构，其中液力辅助机构用于管柱在液体中失控时，利用液力冲击原理启动锚定支撑机构，并作为失重反馈机构的有效补充。活性剪钉18的目的是暂时屏蔽液力辅助机构的功能，使工具在下井过程中不会因液力冲击而启动支撑套管21。下井时弹簧座16被活性剪钉18固定，经过一段时间后，活性剪钉18因化学活性强于外筒13和弹簧座16，发生电化学腐蚀而被破坏，对弹簧座16失去束缚，液力辅助机构恢复，处于待命状态。正常情况下，轴向通道中的防砂网20能穿过液体，可以平衡弹簧座16上下的压力，并保持配重钢14的活动空间的干净，弹簧座16处于静止状态；在管柱失控急速落井时，外筒13与套管21之间液体流动受阻，弹簧座16下部的流体内压升高，升高的流体内压推动弹簧座16上行以降低该压力，继而通过失重反馈机构作用于锚定支撑机构，最终使锚定支撑机构启动，支撑套管21，阻止上部管柱继续下行。液力辅助机构作为失重反馈机构的有效补充，使得失重反馈机构在液体中更加灵敏。上提管柱或管柱完全制动后，液体流动不再受阻，内压恢复，液力辅助机构也完全复位。 

如图2所示，在管柱失控急速落井时，若工具在液面以上，则配重钢14产生失重，配重弹簧15因阻力减小而伸长推动配重钢14、支撑杆11、卡瓦座4上行，最终推动单向卡瓦2上行扩径支撑套管21，同时复位弹簧7被压缩，为工具解卡时推动卡瓦座4、单向卡瓦2下行复位作准备。上提管柱解卡时，配重钢14失重消失，配重钢14下行，配重钢14重力重新作用于配重弹簧15上，复位弹簧7依靠自身被压缩的弹力伸张，从而依次推动支撑杆11、并帽6、卡瓦座4和单向卡瓦12下行，单向卡瓦2沿上接头1上的燕尾槽锥面下行，外径缩小，与套管21失去支撑，工具恢复初始状态。 

如图3所示，在管柱失控急速落井时，若工具在液面以下，则外筒13与套管21之间间隙的节流作用，而在弹簧座16底部产生冲击压力，该冲击 压力推动弹簧座16上行以释放该压力，继而推动配重弹簧15、配重钢14、支撑杆11、卡瓦座4上行，最终推动单向卡瓦2上行扩径支撑套管21，并提供足够大的阻力，防止失控管柱继续下行。同时复位弹簧7被压缩，为工具解卡时推动卡瓦座4、单向卡瓦2下行复位作准备。在液面以下，失重和液体冲击效应是同时存在的，工具的两种启动机制也是共同作用的。 

本实用新型利用失重原理来防止管柱落井，其基本原理是：利用物体作类似自由落体运动时的失重特性、压缩弹簧的固有特性来应急启动专门的支撑机构，以阻止失控物体的继续下落。而失重特性是指一定质量的物体以一定的加速度向下作类似自由落体运动时，对支撑它的物体压力将减小，减小的数值与加速度相关。压缩弹簧的固有特性是指给定的弹簧，其储蓄的弹力只与本身的变形量(拉伸或压缩)有关，而与本身是否失重无关。另外一旦液体流动受阻时，会导致其内部压力升高，通过液力辅助也可以对失重进行补充。 

还需要注意的是，这里的“上”、“下”只是为了便于描述本实用新型而定义的示例性方向，如图1-3所示，纸面左侧方向为“上”，纸面右侧方向为“下”，当然，本领域技术人员在本实用新型的基础上可以理解，也可以其它方式定义“上”、“下”等方向，同样落入本实用新型的保护范围之内。 

本实用新型优点是： 

1、管柱正常生产时，防落井工具不锚定套管，仅在管柱突然落井时才启动锚定，有效地保护了套管； 

2、失重、液力双重启动，机械结构简单，在井下长时间不会失效； 

3、在管柱失控落井时启动迅速，支撑可靠，容易解除锚定。 

当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种防落井工具，其特征在于其包括：具有油管内螺纹和燕尾槽锥面的上接头(1)、可沿燕尾槽锥面相对移动的单向卡瓦(2)、可推动单向卡瓦(2)上行的卡瓦座(4)、位于上接头(1)下方的中间接头(9)、桥接上接头(1)和中间接头(9)之间的心轴(5)、上端连接中间接头(9)且内部收容配重钢(14)的外筒(13)、上端与外筒(13)连接的下接头(19)、以及收容上述元件且与单向卡瓦(2)选择性摩擦固定的套管(21)。

2.根据权利要求1所述的一种防落井工具，其特征在于：其进一步包括设置在心轴(5)与单向卡瓦(2)之间的防磨套(3)、工具解卡时依靠弹力帮助卡瓦座(4)和单向卡瓦(2)复位的复位弹簧(7)、和设置在心轴(5)的上下螺纹连接处且防止螺纹退扣的稳钉(8)，其中复位弹簧(7)套在心轴(5)上并位于卡瓦座(4)内。

3.根据权利要求2所述的一种防落井工具，其特征在于：所述中间接头(9)内安装有防砂网(20)和支撑杆(11)，配重钢(14)上安装有用于减小与外筒(13)摩擦且可轴向移动的滚轮(12)、和套设在其末端并提供轴向弹力的配重弹簧(15)，而外筒(13)内设置有固定配重弹簧(15)的弹簧座(16)、用于密封弹簧座(16)和外筒(13)内腔之间的O形圈(17)、和用于将弹簧座(16)与外筒(13)之间暂时固定的活性剪钉(18)，其中弹簧座(16)坐于镂空的下接头(19)上，支撑杆(11)的一端抵靠复位弹簧(7)上而另一端抵靠在配重钢(14)上。

4.根据权利要求3所述的一种防落井工具，其特征在于：其进一步包括设置在支撑杆(11)和中间接头(9)之间的防护套(30)，其中单向卡瓦(2)和支撑杆(11)的个数为三个以上，滚轮(12)为两组以上。

5.根据权利要求4所述的一种防落井工具，其特征在于：所述上接头(1)、单向卡瓦(2)、卡瓦座(4)、心轴(5)、防磨套(3)、复位弹簧(7)、支撑杆(11)组成锚定支撑机构；而所述配重钢(14)、配重弹簧(15)、滚轮(12)组成失重反馈机构；和所述中间接头(9)上的防砂网(20)、外筒(13)、弹簧座(16)、O形圈(17)、活性剪钉(18)、镂空的下接头(19)组成液力辅助机构。