一種防落井工具的制作方法
【專利摘要】本實用新型揭示了一種防落井工具，其包括：具有油管內(nèi)螺紋和燕尾槽錐面的上接頭、可沿燕尾槽錐面相對移動的單向卡瓦、可推動單向卡瓦上行的卡瓦座、位于上接頭下方的中間接頭、橋接上接頭和中間接頭的心軸、上端連接中間接頭且內(nèi)部收容配重鋼的外筒、上端與外筒連接的下接頭、以及收容上述元件且與單向卡瓦選擇性摩擦固定的套管。本實用新型能在上部管柱突然斷裂急速下行時依靠失重和液體沖擊迅速啟動，快速支撐套管，并產(chǎn)生足夠大的阻力，防止管柱繼續(xù)下落導(dǎo)致工程事故，被廣泛應(yīng)用于水平井、大斜度井的管柱失控落井保護(hù)。
【專利說明】
一種防落井工具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種防落井工具。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著油田開采技術(shù)的突飛猛進(jìn)，水平井和大斜度井越來越多，因水平井和大斜度井在大斜度井段大修困難，因而對管柱的防落井要求越來越高，常規(guī)的錨定式防落井工具多為油管錨類工具，在生產(chǎn)管柱工作時就已錨定，使用中存在如下缺陷:1、在生產(chǎn)管柱工作時就已錨定，在一定程度上損傷了套管；2、其錨定機構(gòu)在井下長時間工作后存在解卡困難或被卡死的風(fēng)險；3、管柱斷落后，其錨定機構(gòu)易損傷并卡死，導(dǎo)致管柱無法提出。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的是提供一種用于防止管柱落井的防落井工具，能在上部管柱突然斷裂急速下行時利用失重原理和液體沖擊迅速啟動錨定支撐機構(gòu)，快速支撐套管，并產(chǎn)生足夠大的阻力，以防止管柱繼續(xù)下落導(dǎo)致工程事故，被廣泛應(yīng)用于水平井、大斜度井的管柱失控落井保護(hù)。
[0004]為達(dá)到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:一種防落井工具，其包括具有油管內(nèi)螺紋和燕尾槽錐面的上接頭、可沿燕尾槽錐面相對移動的單向卡瓦、可推動單向卡瓦上行的卡瓦座、位于上接頭下方的中間接頭、橋接上接頭和中間接頭的心軸、上端連接中間接頭且內(nèi)部收容配重鋼的外筒、上端與外筒連接的下接頭、以及收容上述元件且與單向卡瓦選擇性摩擦固定的套管。
[0005]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步包括如下附屬技術(shù)方案:
[0006]其進(jìn)一步包括設(shè)置在心軸與卡瓦之間的防磨套、工具解卡時依靠彈力幫助卡瓦座和單向卡瓦復(fù)位的復(fù)位彈簧、和設(shè)置在心軸的上下螺紋連接處且防止螺紋退扣的穩(wěn)釘，其中復(fù)位彈簧套在心軸上并位于卡瓦座內(nèi)。
[0007]所述中間接頭內(nèi)安裝有防砂網(wǎng)和支撐桿，配重鋼上安裝有用于減小與外筒摩擦且可軸向運動的滾輪、和套設(shè)在其末端且提供軸向彈力的配重彈簧，而外筒內(nèi)設(shè)置有固定配重彈簧的彈簧座、用于密封彈簧座和外筒內(nèi)腔之間的O形圈、和用于將彈簧座與外筒之間暫時固定的活性剪釘，其中彈簧座坐于鏤空的下接頭上，支撐桿的一端抵靠復(fù)位彈簧上而另一端抵靠在配重鋼上。
[0008]其進(jìn)一步包括設(shè)置在支撐桿和中間接頭之間的防護(hù)套，其中單向卡瓦和支撐桿的個數(shù)為三個以上，滾輪為兩組以上。
[0009]所述上接頭、單向卡瓦、卡瓦座、心軸、防磨套、復(fù)位彈簧、支撐桿組成錨定支撐機構(gòu)，而所述配重鋼、配重彈簧、滾輪組成失重反饋機構(gòu)，和所述中間接頭上的防砂網(wǎng)、外筒、彈簧座、O形圈、活性剪釘、鏤空的下接頭組成液力輔助機構(gòu)。
[0010]本實用新型優(yōu)點是:
[0011]1、管柱正常生產(chǎn)時，不錨定套管，僅在管柱突然落井時才啟動錨定，防止管柱繼續(xù)下行，有效地保護(hù)了管柱和套管；
[0012]2、失重、液力雙重啟動，機械結(jié)構(gòu)簡單，在井下長時間不會失效；
[0013]3、在管柱失控落井時啟動迅速，支撐可靠，容易解除錨定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步描述:
[0015]圖1為本實用新型處于正常生產(chǎn)時的剖視圖；
[0016]圖2為本實用新型處于失控急速落井時且位于液面以上的剖視圖；
[0017]圖3為本實用新型處于失控急速落井時且位于液面以下的剖視圖。

【具體實施方式】
[0018]實施例:如圖1-3所示，本實用新型提供了一種防落井工具的具體實施例，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。本實用新型的防落井工具包括具有油管內(nèi)螺紋和燕尾槽錐面的上接頭1、收于燕尾槽錐面內(nèi)且可沿燕尾槽錐面相對移動的單向卡瓦2、可推動單向卡瓦2上行的卡瓦座4、位于上接頭I下方的中間接頭9、橋接上接頭I和中間接頭9的心軸5、心軸5與單向卡瓦2之間安裝的防磨套3、上端連接中間接頭9且內(nèi)部收容配重鋼14的外筒13、上端與外筒13連接的下接頭19、以及軸向套設(shè)在上接頭1、中間接頭9、外筒13、下接頭19外側(cè)且與上接頭I的單向卡瓦2選擇性摩擦固定的套管21。其中上接頭1、中間接頭9、和下接頭19三者軸向連接并收容在套管21內(nèi)。上接頭I上部內(nèi)建油管內(nèi)螺紋并與上部管柱相連，下部外面加工有燕尾槽錐面，由上往下錐度逐漸變小，上接頭I下部內(nèi)腔經(jīng)螺紋與心軸5相連；三個以上的單向卡瓦2上端卡于上接頭I外的燕尾槽錐面內(nèi)，外側(cè)加工有單向的外齒22，使得外齒22與套管21摩擦?xí)r只允許單向卡瓦2向上相對移動，單向卡瓦2的下端卡于卡瓦座4的T形槽內(nèi)；防磨套3位于心軸5與單向卡瓦2的間隙處并能防磨防垢,卡
[0019]瓦座4下端經(jīng)螺紋與并帽6相連，且卡瓦座4和并帽6之間的內(nèi)腔容納復(fù)位彈簧
7;穩(wěn)釘8設(shè)置在心軸5的上下螺紋連接處且防止螺紋退扣，以確保心軸5分別與上接頭1、中間接頭9可靠連接。心軸5下端經(jīng)螺紋與中間接頭9相連；中間接頭9上具有三個以上圓周方向排列的軸向通道、3個以上圓周方向排列且軸向延伸的支撐桿11、設(shè)置在相應(yīng)軸向通道內(nèi)且三個以上的防砂網(wǎng)20、套設(shè)在支撐桿11上并提供防磨的保護(hù)套30、以及固定保護(hù)套30 —端且與配重鋼14相鄰的壓帽10，支撐桿11的一端與并帽6抵靠接觸，中間接頭9下端通過螺紋連接外筒13 ;配重鋼14位于外筒13內(nèi)腔，上端與支撐桿11的另一端接觸，下端由配重彈簧15支撐，配重鋼14上安裝的滾輪12使配重鋼14與外筒13之間的摩擦力很?。慌渲貜椈?5坐于彈簧座16上，并支撐配重鋼14的全部重力，且正常情況下壓縮儲備彈力；彈簧座16位于下接頭19上，下井之前被活性剪釘18固定，彈簧座16外側(cè)與外筒13內(nèi)腔環(huán)形間隙由O形圈17密封；活性剪釘18穿過外筒13的剪釘孔23與彈簧座16固定，并在井下發(fā)生電化學(xué)腐蝕后失去對彈簧座16的束縛；下接頭19經(jīng)螺紋連接于外筒13下方并鏤空。復(fù)位彈簧7位于配重彈簧15和單向卡瓦2的軸向方向之間。
[0020]上接頭1、單向卡瓦2、卡瓦座4、心軸5、防磨套3、復(fù)位彈簧7、支撐桿11組成錨定支撐機構(gòu)，其中錨定支撐機構(gòu)用于支撐套管以承受整個管柱的重量，且在正常情況下處于收縮待命狀態(tài)。正常情況下，單向卡瓦2處于收縮狀態(tài)；在管柱失控急速落井時，在重力反饋機構(gòu)的作用下，單向卡瓦2被支撐桿11推動下沿燕尾槽錐面上行擴張外徑，摩擦套管21內(nèi)壁，單向卡瓦2上的單向的外齒22快速切入套管21內(nèi)壁；上部管柱擠壓上接頭I使燕尾槽錐面迅速擠入單向卡瓦2，工具能迅速錨定，以阻止上部管柱繼續(xù)下行。同時復(fù)位彈簧7被壓縮，為工具解卡時推動卡瓦座4、單向卡瓦2下行復(fù)位作準(zhǔn)備。上提上部管柱解卡時，失重反饋機構(gòu)復(fù)位，復(fù)位彈簧7依靠自身被壓縮的彈力伸張，從而依次推動支撐桿11、并帽6、卡瓦座4和單向卡瓦2下行，單向卡瓦2沿上接頭I上的燕尾槽錐面下行，單向卡瓦2外徑縮小，與套管21失去支撐，工具恢復(fù)初始狀態(tài)。
[0021]配重鋼14、配重彈簧15、滾輪12組成失重反饋機構(gòu)，其中失重反饋機構(gòu)用于響應(yīng)管柱的運動狀態(tài)，并在管柱失控達(dá)到一定程度時，利用失重原理啟動錨定支撐機構(gòu)。在正常情況下，配重鋼14的全部重力由配重彈簧15支撐，配重彈簧15被壓縮并儲蓄大小為配重鋼14全部重力的彈力；在管柱失控急速落井時，配重鋼14作類似自由落體運動而產(chǎn)生失重現(xiàn)象，重力減?。慌渲貜椈?5內(nèi)部儲蓄的彈力不會因為失重而減小，但壓縮彈簧的阻力(即配重鋼14的重力)減小，配重彈簧15因釋放內(nèi)部儲蓄的彈力而伸張，繼而推動配重鋼14上行，以啟動錨定支撐機構(gòu)，支撐套管21，阻止上部管柱繼續(xù)下行。上提上部管柱解卡或管柱完全制動時，配重鋼14失重現(xiàn)象消失，其全部重力重新作用于配重彈簧15上，失重反饋機構(gòu)完全復(fù)位。
[0022]中間接頭9上的防砂網(wǎng)20、外筒13、彈簧座16、O形圈17、活性剪釘18、鏤空的下接頭19組成液力輔助機構(gòu)，其中液力輔助機構(gòu)用于管柱在液體中失控時，利用液力沖擊原理啟動錨定支撐機構(gòu)，并作為失重反饋機構(gòu)的有效補充。活性剪釘18的目的是暫時屏蔽液力輔助機構(gòu)的功能，使工具在下井過程中不會因液力沖擊而啟動支撐套管21。下井時彈簧座16被活性剪釘18固定，經(jīng)過一段時間后，活性剪釘18因化學(xué)活性強于外筒13和彈簧座16，發(fā)生電化學(xué)腐蝕而被破壞，對彈簧座16失去束縛，液力輔助機構(gòu)恢復(fù)，處于待命狀態(tài)。正常情況下，軸向通道中的防砂網(wǎng)20能穿過液體，可以平衡彈簧座16上下的壓力，并保持配重鋼14的活動空間的干凈，彈簧座16處于靜止?fàn)顟B(tài)；在管柱失控急速落井時，外筒13與套管21之間液體流動受阻，彈簧座16下部的流體內(nèi)壓升高，升高的流體內(nèi)壓推動彈簧座16上行以降低該壓力，繼而通過失重反饋機構(gòu)作用于錨定支撐機構(gòu)，最終使錨定支撐機構(gòu)啟動，支撐套管21，阻止上部管柱繼續(xù)下行。液力輔助機構(gòu)作為失重反饋機構(gòu)的有效補充，使得失重反饋機構(gòu)在液體中更加靈敏。上提管柱或管柱完全制動后，液體流動不再受阻，內(nèi)壓恢復(fù)，液力輔助機構(gòu)也完全復(fù)位。
[0023]如圖2所示，在管柱失控急速落井時，若工具在液面以上，則配重鋼14產(chǎn)生失重，配重彈簧15因阻力減小而伸長推動配重鋼14、支撐桿11、卡瓦座4上行，最終推動單向卡瓦2上行擴徑支撐套管21，同時復(fù)位彈簧7被壓縮，為工具解卡時推動卡瓦座4、單向卡瓦2下行復(fù)位作準(zhǔn)備。上提管柱解卡時，配重鋼14失重消失，配重鋼14下行，配重鋼14重力重新作用于配重彈簧15上，復(fù)位彈簧7依靠自身被壓縮的彈力伸張，從而依次推動支撐桿
11、并帽6、卡瓦座4和單向卡瓦12下行，單向卡瓦2沿上接頭I上的燕尾槽錐面下行，外徑縮小，與套管21失去支撐，工具恢復(fù)初始狀態(tài)。
[0024]如圖3所示，在管柱失控急速落井時，若工具在液面以下，則外筒13與套管21之間間隙的節(jié)流作用，而在彈簧座16底部產(chǎn)生沖擊壓力，該沖擊壓力推動彈簧座16上行以釋放該壓力，繼而推動配重彈簧15、配重鋼14、支撐桿11、卡瓦座4上行，最終推動單向卡瓦2上行擴徑支撐套管21，并提供足夠大的阻力，防止失控管柱繼續(xù)下行。同時復(fù)位彈簧7被壓縮，為工具解卡時推動卡瓦座4、單向卡瓦2下行復(fù)位作準(zhǔn)備。在液面以下，失重和液體沖擊效應(yīng)是同時存在的，工具的兩種啟動機制也是共同作用的。
[0025]本實用新型利用失重原理來防止管柱落井，其基本原理是:利用物體作類似自由落體運動時的失重特性、壓縮彈簧的固有特性來應(yīng)急啟動專門的支撐機構(gòu)，以阻止失控物體的繼續(xù)下落。而失重特性是指一定質(zhì)量的物體以一定的加速度向下作類似自由落體運動時，對支撐它的物體壓力將減小，減小的數(shù)值與加速度相關(guān)。壓縮彈簧的固有特性是指給定的彈簧，其儲蓄的彈力只與本身的變形量(拉伸或壓縮)有關(guān)，而與本身是否失重?zé)o關(guān)。另外一旦液體流動受阻時，會導(dǎo)致其內(nèi)部壓力升高，通過液力輔助也可以對失重進(jìn)行補充。
[0026]還需要注意的是，這里的“上”、“下”只是為了便于描述本實用新型而定義的示例性方向，如圖1-3所示，紙面左側(cè)方向為“上”，紙面右側(cè)方向為“下”，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本實用新型的基礎(chǔ)上可以理解，也可以其它方式定義“上”、“下”等方向，同樣落入本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0027]本實用新型優(yōu)點是:
[0028]1、管柱正常生產(chǎn)時，防落井工具不錨定套管，僅在管柱突然落井時才啟動錨定，有效地保護(hù)了套管；
[0029]2、失重、液力雙重啟動，機械結(jié)構(gòu)簡單，在井下長時間不會失效；
[0030]3、在管柱失控落井時啟動迅速，支撐可靠，容易解除錨定。
[0031]當(dāng)然上述實施例只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實用新型主要技術(shù)方案的精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種防落井工具，其特征在于其包括:具有油管內(nèi)螺紋和燕尾槽錐面的上接頭(I)、可沿燕尾槽錐面相對移動的單向卡瓦(2)、可推動單向卡瓦(2)上行的卡瓦座(4)、位于上接頭(I)下方的中間接頭(9)、橋接上接頭(I)和中間接頭(9)之間的心軸(5)、上端連接中間接頭(9)且內(nèi)部收容配重鋼(14)的外筒(13)、上端與外筒(13)連接的下接頭(19)、以及收容上述元件且與單向卡瓦(2)選擇性摩擦固定的套管(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防落井工具，其特征在于:其進(jìn)一步包括設(shè)置在心軸(5)與單向卡瓦(2)之間的防磨套(3)、工具解卡時依靠彈力幫助卡瓦座(4)和單向卡瓦(2)復(fù)位的復(fù)位彈簧(7)、和設(shè)置在心軸(5)的上下螺紋連接處且防止螺紋退扣的穩(wěn)釘(8)，其中復(fù)位彈簧(7)套在心軸(5)上并位于卡瓦座(4)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種防落井工具，其特征在于:所述中間接頭(9)內(nèi)安裝有防砂網(wǎng)(20)和支撐桿(11)，配重鋼(14)上安裝有用于減小與外筒(13)摩擦且可軸向移動的滾輪(12)、和套設(shè)在其末端并提供軸向彈力的配重彈簧(15)，而外筒(13)內(nèi)設(shè)置有固定配重彈簧(15)的彈簧座(16)、用于密封彈簧座(16)和外筒(13)內(nèi)腔之間的O形圈(17)、和用于將彈簧座(16)與外筒(13)之間暫時固定的活性剪釘(18)，其中彈簧座(16)坐于鏤空的下接頭(19)上，支撐桿(11)的一端抵靠復(fù)位彈簧(7)上而另一端抵靠在配重鋼(14)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種防落井工具，其特征在于:其進(jìn)一步包括設(shè)置在支撐桿(11)和中間接頭(9)之間的防護(hù)套(30)，其中單向卡瓦⑵和支撐桿(11)的個數(shù)為三個以上，滾輪(12)為兩組以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種防落井工具，其特征在于:所述上接頭(I)、單向卡瓦(2)、卡瓦座(4)、心軸(5)、防磨套(3)、復(fù)位彈簧(7)、支撐桿(11)組成錨定支撐機構(gòu)；而所述配重鋼(14)、配重彈簧(15)、滾輪(12)組成失重反饋機構(gòu)；和所述中間接頭(9)上的防砂網(wǎng)(20)、外筒(13)、彈簧座(16)、0形圈(17)、活性剪釘(18)、鏤空的下接頭(19)組成液力輔助機構(gòu)。
【文檔編號】E21B23/00GK203961862SQ201420327894
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】魯延瑞, 劉彬, 涂學(xué)萬, 向蓉, 陳漢, 付陽秋, 李惠明, 任建科 申請人:金湖縣支點石油科技有限責(zé)任公司