一种机械胀缩内卡式夹持装置及方法

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种机械胀缩内卡式夹持装置及方法。

背景技术

石油钻井领域，套管是用于支撑油、气井井壁的钢管。在常规钻井过程中，打好裸眼井后，将套管放置在其预定深度，在套管和井壁之间注水泥以封隔油气水层加固井壁。而在使用套管钻井时，套管将代替钻杆对钻头施加扭矩和钻压，实现钻头旋转与钻进，整个过程不再使用钻杆、钻铤等，大大提高作业效率，节约钻井成本，为油气田开发带来显著经济效益。

套管夹持工具作为套管钻井作业中的关键工具，可以悬持套管，实现套管之间有效且快速的连接，降低套管丝扣损坏的风险，同时可以用于解决下套管的难题。

目前国内市场上开发的套管夹持器有机械式和液压式，机械式套管夹持器因其解卡困难，操作效率低，存在一定的安全隐患。液压式套管夹持器夹持能力不够，耗时长，且容易损伤套管内壁，难以满足现场作业需求。

本发明涉及的机械胀缩内卡式套管加持工具通过解决现有套管夹持器存在的问题，改善套管夹持器性能，能够更好的满足现场作业需求，对增强市场竞争实力有着重要意义，对油田实现低成本开发有重要价值。

现有技术中亟需一种机械胀缩内卡式夹持装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种机械胀缩内卡式夹持装置及方法，该装置主要由芯轴、剖分法兰组、锁紧隔套装置、棘轮、被动凸轮环、启动磨擦板、棱锥套、开叉法兰套、牙瓦板、T型键、端板法兰、铜套、安全挡板、密封托板、碗装密封、隔套、导向头、防磨喷嘴、开关扳手、棘爪、棘轮、复位弹簧组成。该技术方案使得套管作业更加安全、便捷、高效。

本发明的实施例是这样实现的：

一方面，本发明的实施例中提供了一种机械胀缩内卡式夹持装置，包括驱动机构、夹持机构、导向机构和密封机构；

所述的驱动机构由锁紧隔套装置、棘轮、被动凸轮环组成；

所述的夹持机构由棱锥套、开叉法兰套、牙瓦板、T型键组成；

所述的导向机构为导向头，其下的锥形结构用于实现引导工具套入套管内。

所述的密封机构由密封托板和碗装密封组成。防止工具内水、油介质相互渗漏。

进一步，所述锁紧隔套装置主要由开关扳手、棘爪、复位弹簧、连接套组成，开关扳手均布在连接套外侧，棘爪分别置于开关扳手下方，复位弹簧一端与连接套相连，另一端与棘爪相连。通过往复扳动锁紧隔套装置上的开关扳手来控制与其相连的棘爪，当棘爪卡在棘轮上时，可以带动芯轴旋转，进而触发棱锥套、牙瓦板产生轴向向下、向上运动，实现对套管的胀缩动作。

进一步，所述牙瓦板均布在开叉法兰套外侧，牙瓦板内侧为锥形棱齿且附有键槽，棱锥套置于开叉法兰套内部，棱锥套下部锥形棱齿与牙瓦板内测通过T型键相连，可以使牙瓦板在棱锥套上只有轴向运动，实现限向功能。

进一步，牙瓦板上留有注油孔，在牙瓦板与棱锥套之间注润滑油，通过棱锥套的轴向运动推出、拉回牙瓦板，实现套管的胀紧和松开的目的。

进一步，所述牙瓦板设有外表面滚花用于增大与套管管壁的摩擦力。

进一步，所述开关扳手的数量为2个。

进一步，所述棘爪的数量为2个。

进一步，所述牙瓦板的数量为6个。

另一方面，本发明的实施例中提供了一种机械胀缩内卡式夹持装置的操作方法，包括以下步骤：

包括以下步骤：

步骤1、初始状态时，复位弹簧受拉，开关扳手下的突角顶上棘爪上的突角，棘爪与棘轮分离；棱锥套在牙瓦板上方；

步骤2、将工具置于套管内，扳动开关扳手，使开关扳手下的突角脱离棘爪上的突角，此时棘爪受复位弹簧弹力下落到棘轮上，卡住棘轮；旋转工具，棘爪棘轮带动芯轴旋转，芯轴与棱锥套之间为螺纹连接，当芯轴旋转时，带动棱锥套旋转并沿轴向向下运动，通过T型键与棱锥套相连的牙瓦板受棱锥套的推力径向胀卡到套管内壁，实现工具对套管的夹持动作；

步骤3、反向扳动开关扳手，使开关扳手下的突角顶上棘爪上的突角，回到初始状态，棘爪被顶翘起，与棘轮脱离，棘轮棘爪之间无相对运动，此时工具与所夹持套管同时旋转，完成套管与套管的对扣动作；

步骤4、再次扳动开关扳手，反向旋转工具，使得棱锥套沿轴向向上运动，牙瓦板沿径向收回至初始状态，实现工具与套管的解卡动作。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：

本发明提供了一种机械胀缩内卡式夹持装置和方法，形成一种机械胀缩内卡式夹持工具与方法，克服现有技术的不足，能够有效夹持套管，解卡方便快捷，安全性高，提高作业效率，节约作业成本；

本发明的技术方案形成的夹持工具在不损伤套管内壁的前提下，仅需通过开关扳手即可实现对套管的夹持和解卡，实现高效、便捷、安全。

本发明设计的工具在不损伤套管内壁的前提下，可以实现对套管管柱的上提、下放、套管对扣、下套管作业等功能，适合推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的涉及的机械胀缩内卡式夹持工具实施例的结构示意图。

图2为本发明涉及的锁紧隔套装置中开关扳手和棘轮棘爪的结构示意图。

图中：1.芯轴；2.剖分法兰组；3.锁紧隔套装置；4.棘轮；5.被动凸轮环；6.启动磨擦板；7.棱锥套；8.开叉法兰套；9.牙瓦板；10.T型键；11.端板法兰；12.铜套；13.安全挡板；14.密封托板；15.碗装密封；16.隔套；17.导向头；18.防磨喷嘴；19.开关扳手；20.棘爪；21.棘轮；22.复位弹簧。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。

请参照图1至图2，本发明提供一种机械胀缩内卡式夹持装置，该装置主要由芯轴1，剖分法兰组2，锁紧隔套装置3，棘轮4，被动凸轮环5，启动磨擦板6，棱锥套7，开叉法兰套8，牙瓦板9，T型键10，端板法兰11，铜套12安全挡板13，密封托板14，碗装密封15，隔套16，导向头17，防磨喷嘴18，开关扳手19，棘爪20，棘轮21，复位弹簧22组成。

工作时，将工具置于套管内，扳动开关扳手19，使开关扳手19下的突角脱离棘爪20上的突角，此时棘爪20受复位弹簧22的拉力下落卡到棘轮21上，旋转工具，棘爪20棘轮21带动芯轴1旋转，芯轴1与棱锥套7之间为螺纹连接，当芯轴1旋转时，带动棱锥套7旋转并沿轴向向下运动，推动牙瓦板9径向胀卡到套管内壁至胀紧，此时工具夹持住套管，可以实现对套管的上提和下放。再反向扳动开关扳手19，使开关扳手19下的突角顶上棘爪20上的突角，复位弹簧22受拉，棘爪20被顶翘起，与棘轮21脱离，此时棱锥套7与牙瓦板9之间不再随工具旋转而发生相对位移，而工具与所夹持套管可以同时旋转，完成套管与套管的对扣动作。最后，再次扳动开关扳手19，反向旋转工具，使得棱锥套7沿轴向向上运动，牙瓦板9沿径向收回至初始状态，实现工具与套管的解卡动作。重复上述步骤，完成作业。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。