一种可分离连接短节及钻具

技术领域

本发明涉及钻具连接件技术领域，具体涉及一种可分离连接短节及钻具。

背景技术

在石油与天然气开发钻井过程中，由于地质结构的复杂性，以及井下工具组合、泥浆性能和钻井施工操作不合适等原因，可能会导致井下钻具无法旋转和上提，也就是出现卡钻的情况。常见的卡钻形式包括粘吸、坍塌、砂桥、泥包、落物和缩径卡钻等。

当出现卡钻情况，通常选择用较大的扭矩和上提拉力活动钻具，在卡钻不严重的情况下可以解卡；当活动钻具不能解卡时，可采用向井内泡油、盐水、泡酸或清水循环后再尝试活动解卡；当卡钻位置在随钻震击器以下，可以选择启动随钻震击器解卡。而当遇到严重卡钻、上述方法失效时，就必须采用倒扣套铣解卡，这种方法需要倒扣断开的地方位于卡点处越近越好；另外还可以采用爆炸送扣后倒扣套铣，即，将导爆索通过钻柱内送至卡点位置以上第一个接头处，爆炸后使得螺纹松开，倒扣起出上部钻具后套铣解卡。当以上所有措施都无效时，或者卡点较深，使用上述措施费时且下部遇卡钻具打捞经济效益不高时，或者上述措施会导致井眼情况恶化，此时可采用爆炸倒扣起出上部钻具，打水泥塞后侧钻。

发明内容

针对在钻井过程中卡钻时需要倒扣套铣解卡的技术问题，本发明提供了一种可分离连接短节及钻具，使得钻具在卡钻时，能够安全快速的将上部钻柱与遇卡的下部钻柱分离，以便于进行后续套铣作业。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种可分离连接短节，包括：第一连接头，为中通的结构，一端用于连接第一连接构件；第二连接头，为中通的结构，一端与所述第一连接头的另一端旋卡相连，另一端用于连接第二连接构件；芯轴，为中通的结构，一端设置有限位环，中部设有泄压孔，另一端设置有键凸，所述泄压孔连通所述芯轴的外侧和内腔，所述键凸沿所述芯轴轴向延伸；剪切销，穿设在所述第二连接头和所述芯轴侧壁；其中，在所述第一连接头和第二连接头相连的状态下，所述限位环位于所述第一连接头内、所述键凸同时与所述第一连接头和所述第二连接头相连；并且，在所述第一连接头内腔压力大于剪切压力时，所述剪切销断裂、所述限位环移动至所述第一连接头与所述第二连接头相连的一端内并限位、所述键凸与所述第一连接头的连接断开，且所述芯轴的内腔通过所述泄压孔与所述第一连接头的内腔连通。

需要说明的是，现有技术中，若钻柱为整体式或通过常规的连接方式相连，在钻具卡钻的情况下，钻柱螺纹松开的位置是无法确定的，直接反旋钻柱无法实现，只能启动随钻震击器或者采用地面震击器解卡；且当震击器无法解卡时，只能选择爆炸松扣，不仅操作复杂，而且无法精确控制爆炸点在螺纹位置，可能需要重复操作，操作时间长，容易导致井眼情况恶化。

而本发明提供的可分离连接短节，包括中通的第一连接头、第二连接头和芯轴，第一连接头和第二连接头的一端旋卡相连，使得第一连接头和第二连接头的轴向连接在一起，能够承受轴向拉力，且能够回旋拆卸，同时，芯轴一端的键凸同时连接第一连接头和第二连接头，使得第一连接头和第二连接头周向固定，能够传递周向扭矩，而第一连接头和第二连接头的另一端对应用于连接第一连接构件和第二连接构件，从而通过第一连接头和第二连接头连接钻具的上钻柱和下钻柱。其中，第一连接头、第二连接头和芯轴均为中通的结构，并不影响钻柱的整体功能性。

由于，在第一连接头内腔压力大于剪切压力时，剪切销断裂、限位环移动至第一连接头与第二连接头相连的一端内并限位、键凸与第一连接头的连接断开，且芯轴的内腔通过泄压孔与第一连接头的内腔连通，可在钻具卡钻时，可通过给第一连接头内腔加压，如通过上钻柱给第一连接头内腔投球以封堵芯轴，使得第一连接头内腔的液体压力升高，当大于剪切压力时，剪切销断裂、限位环向第二连接头移动，并限位在第一连接头与第二连接头相连的一端内，使得键凸与第一连接头的连接断开，而第一连接头内的液体通过泄压孔流入到芯轴内进行泄压，此时第一连接头和第二连接头间的周向约束断开，回旋第一连接头便可断开第一连接头和第二连接头的轴向约束，上拉第一连接头便可使得上钻针和下钻柱分离。并且，限位环限位在第一连接头内，通过第一连接头的上拉将芯轴完全带出钻井，使得无可移动件遗落井底。

综上，本发明提供的可分离连接短节及钻具，使得钻具在卡钻时，能够安全快速的将上部钻柱与遇卡的下部钻柱分离，以便于进行后续套铣作业。

在一可选的实施方式中，所述第一连接头内顺次设置滑动腔、泄压腔和连接腔，所述滑动腔、所述泄压腔和所述连接腔依次连通且同轴设置；所述滑动腔内径与所述限位环外径适配，所述泄压腔内经大于所述限位环的外径，所述连接腔内径小于所述限位环的外径，且所述连接腔侧壁能够与所述键凸相连，以使得芯轴能够在第一连接头内液压的作用下剪断剪切销并向第二连接头移动，并通过连接腔的端部对芯轴上的限位环进行限位，通过泄压腔将滑动腔内的液体与芯轴的内腔连通而达到泄压的目的。

在一可选的实施方式中，所述第一连接头一端设置有卡接槽，所述卡接槽包括连通的轴向段和周向段，所述轴向段沿所述第一连接头轴向延伸，所述周向段沿所述第一连接头径向延伸；所述第二连接头一端内侧设置有卡凸，所述卡凸与所述卡接槽适配，且所述卡凸能够经所述轴向段滑入所述周向段内，以实现第一连接头和第二连接头的旋卡连接。

在一可选的实施方式中，所述卡接槽沿所述第一连接头周向均布有多个，以确保第一连接头和第二连接头轴向受力的均匀性。

在一可选的实施方式中，所述卡凸与所述第二连接头的本体一体成型或焊接在所述第二连接头上，在确保卡凸能够传递足够力矩同时，便于第二连接头的加工。

在一可选的实施方式中，所述第一连接头一端套设有弹性预紧件，所述弹性预紧件在所述第一连接头与所述第二连接头相连的状态下压缩，以使得第一连接头和第二连接头旋卡时轴向预紧，避免连接短节在移动或正常传递力矩的工作中产生松动而导致连接失效。

在一可选的实施方式中，所述第一连接头一端套设有限位挡部，所述限位挡部能够防止所述弹性预紧件与所述第一连接头分离，一方面能够避免在第一连接头和第二连接头还未连接时弹性预紧件从第一连接头滑落，而导致弹性预紧件漏装，另一方面能够避免第一连接头和第二连接头分离时弹性预紧件掉落在井内。

在一可选的实施方式中，所述键凸沿所述芯轴圆周均布有多个，以确保第一连接头和第二连接头在传递周向力矩时的平稳性。

在一可选的实施方式中，所述芯轴设置所述限位环的端部内孔为倒锥孔，以使得封堵球能够可靠的封堵芯轴上端。

第二方面，本发明提供了一种钻具，包括上钻柱和下钻柱，所述上钻柱通过上述的可分离连接短节与所述下钻柱相连，使得钻具在卡钻时，能够安全快速的将上部钻柱与遇卡的下部钻柱分离，以便于进行后续套铣作业。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供的可分离连接短节，包括中通的第一连接头、第二连接头和芯轴，第一连接头和第二连接头的一端旋卡相连，使得第一连接头和第二连接头的轴向连接在一起，能够承受轴向拉力，且能够回旋拆卸，芯轴一端的键凸同时连接第一连接头和第二连接头，使得第一连接头和第二连接头周向固定，能够传递周向扭矩，而第一连接头和第二连接头的另一端对应用于连接第一连接构件和第二连接构件，从而通过第一连接头和第二连接头连接钻具的上钻柱和下钻柱，且不影响钻柱的整体功能性，同时，在第一连接头内腔压力大于剪切压力时，剪切销断裂、限位环移动至第一连接头与第二连接头相连的一端内并限位、键凸与第一连接头的连接断开，且芯轴的内腔通过泄压孔与第一连接头的内腔连通，可在钻具卡钻时分离上钻针和下钻柱分离，从而快速的将上部钻柱与遇卡的下部钻柱分离，以便于进行后续套铣作业。

2、本发明提供的可分离连接短节，当第一连接头和第二连接头分离时，限位环限位在第一连接头内，通过第一连接头的上拉将芯轴完全带出，使得无可移动件遗落井底，避免对后续的操作造成影响。

3、本发明提供的可分离连接短节，结构简单紧凑，安全可靠，且制造成本低，对正常钻井作业无影响。

4、本发明提供的可分离连接短节，需要分离第一连接头和第二连接头时，只需给第一连接头内腔加压和正旋第一连接头即可，操作简单，且不存在震击和爆炸，安全性高，不影响井身结构。

5、本发明提供的钻具，上钻柱通过上述的可分离连接短节与下钻柱相连，使得钻具在卡钻时，能够安全快速的将上部钻柱与遇卡的下部钻柱分离，以便于进行后续套铣作业。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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。

在附图中：

图1为本发明实施例可分离连接短节的结构示意图；

图2为本发明实施例第一连接头的结构示意图；

图3为图1的A-A面结构示意图；

图4为本发明实施例第二连接头的结构示意图；

图5为本发明实施例连接芯轴的结构示意图；

图6为图1的B-B面结构示意图；

图7为本发明实施例可分离连接短节在投球剪切后的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

10-第一连接头，11-滑动腔，12-泄压腔，13-连接腔，14-卡接槽，14a-轴向段，14b-周向段，15-弹性预紧件，16-限位挡部；

20-第二连接头，21-卡凸；

30-芯轴，31-限位环，32-泄压孔，33-键凸；

40-剪切销。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请实施例的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“横向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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申请的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“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。

需要说明的是，现有技术中，若钻柱为整体式或通过常规的连接方式相连，在钻具卡钻的情况下，钻柱螺纹松开的位置是无法确定的，直接反旋钻柱无法实现，只能启动随钻震击器或者采用地面震击器解卡；且当震击器无法解卡时，只能选择爆炸松扣，不仅操作复杂，而且无法精确控制爆炸点在螺纹位置，可能需要重复操作，操作时间长，容易导致井眼情况恶化。有鉴于此，本实施例提供了一种可分离连接短节及钻具，具体如下：

实施例1

结合图1，本实施例提供了一种可分离连接短节，包括：第一连接头10，为中通的结构，一端用于连接第一连接构件；第二连接头20，为中通的结构，一端与所述第一连接头10的另一端旋卡相连，另一端用于连接第二连接构件；芯轴30，为中通的结构，一端设置有限位环31，中部设有泄压孔32，另一端设置有键凸33，所述泄压孔32连通所述芯轴30的外侧和内腔，所述键凸33沿所述芯轴30轴向延伸；剪切销40，穿设在所述第二连接头20和所述芯轴30侧壁；其中，在所述第一连接头10和第二连接头20相连的状态下，所述限位环31位于所述第一连接头10内、所述键凸33同时与所述第一连接头10和所述第二连接头20相连；并且，在所述第一连接头10内腔压力大于剪切压力时，所述剪切销40断裂、所述限位环31移动至所述第一连接头10与所述第二连接头20相连的一端内并限位、所述键凸33与所述第一连接头10的连接断开，且所述芯轴30的内腔通过所述泄压孔32与所述第一连接头10的内腔连通。

结合图2具体来说，所述第一连接头10内顺次设置滑动腔11、泄压腔12和连接腔13，所述滑动腔11、所述泄压腔12和所述连接腔13依次连通且同轴设置；所述滑动腔11内径与所述限位环31外径适配，所述泄压腔12内经大于所述限位环31的外径，所述连接腔13内径小于所述限位环31的外径，且所述连接腔13侧壁能够与所述键凸33相连。以使得芯轴30能够在第一连接头10内液压的作用下剪断剪切销40并向第二连接头20移动，并通过连接腔13的端部对芯轴30上的限位环31进行限位，通过泄压腔12将滑动腔11内的液体与芯轴30的内腔连通而达到泄压的目的。

其中，泄压腔12的长度应当大于限位环31的长度，连接腔13截面的形状应当与芯轴30设置键凸33的一段截面形状适配。

继续结合图2，所述第一连接头10一端设置有卡接槽14，所述卡接槽14包括连通的轴向段14a和周向段14b，所述轴向段14a沿所述第一连接头10轴向延伸，所述周向段14b沿所述第一连接头10径向延伸；所述第二连接头20一端内侧设置有卡凸21，所述卡凸21与所述卡接槽14适配，且所述卡凸21能够经所述轴向段14a滑入所述周向段14b内，以实现第一连接头10和第二连接头20的旋卡连接(反旋)。

具体来讲，轴向段14a可以直接沿第一连接头10的轴向贯通第一连接头10的侧壁设置、周向段14b可以沿第一连接头10的周向设置成贯通的环槽，只需使得卡凸21能够经轴向段14a进入到周向段14b内，以通过周向段14b的侧壁对卡凸21进行轴向限位即可。在本实施例中，轴向段14a仅延伸至周向段14b的上侧壁、周向段14b仅延伸一小段，使得卡接槽14呈L型，以便于第一连接头10和第二连接头20的快速连接和拆卸。

结合图3，所述卡接槽14沿所述第一连接头10周向均布有多个，以确保第一连接头10和第二连接头20轴向受力的均匀性。对于卡接槽14和卡凸21的数量，可以是3个或4个，甚至更多，为便于描述，在实施例中仅设置2个。

另外，所述卡凸21与所述第二连接头20的本体一体成型或焊接在所述第二连接头20上，在确保卡凸21能够传递足够力矩同时，便于第二连接头20的加工。

再次结合图1，所述第一连接头10一端套设有弹性预紧件15，所述弹性预紧件15在所述第一连接头10与所述第二连接头20相连的状态下压缩，以使得第一连接头10和第二连接头20旋卡时轴向预紧，避免连接短节在移动或正常传递力矩的工作中产生松动而导致连接失效。对于弹性预紧件15可以是套设在第一连接头10端部的蝶形弹簧、柱形弹簧、弹簧垫片、波纹垫片等。

在此基础上，所述第一连接头10一端套设有限位挡部16，所述限位挡部16能够防止所述弹性预紧件15与所述第一连接头10分离，一方面能够避免在第一连接头10和第二连接头20还未连接时弹性预紧件15从第一连接头10滑落，而导致弹性预紧件15漏装，另一方面能够避免第一连接头10和第二连接头20分离时弹性预紧件15掉落在钻井内。

结合图4，应当理解的是，对于第二连接头20，其中部同样设置有与键凸33适配的键槽。

结合图5，所述芯轴30设置所述限位环31的端部内孔为倒锥孔，以使得封堵球能够可靠的封堵芯轴30上端。

结合图6，所述键凸33沿所述芯轴30圆周均布有多个，以确保第一连接头10和第二连接头20在传递周向力矩时的平稳性。通常情况下，直接将芯轴30的一端制成花键轴。

综上，本发明提供的可分离连接短节，第一连接头10和第二连接头20的一端旋卡相连(反旋)，使得第一连接头10和第二连接头20的轴向连接在一起，能够承受轴向拉力，且能够回旋拆卸，同时，芯轴30一端的键凸33同时连接第一连接头10和第二连接头20，使得第一连接头10和第二连接头20周向固定，能够传递周向扭矩，而第一连接头10和第二连接头20的另一端对应用于连接第一连接构件和第二连接构件，从而通过第一连接头10和第二连接头20连接钻具的上钻柱和下钻柱。而第一连接头10、第二连接头20和芯轴30均为中通的结构，并不影响钻柱的整体功能性。

由于，在第一连接头10内腔压力大于剪切压力时，剪切销40断裂、限位环31移动至第一连接头10与第二连接头20相连的一端内并限位、键凸33与第一连接头10的连接断开，且芯轴30的内腔通过泄压孔32与第一连接头10的内腔连通，可在钻具卡钻时，可通过给第一连接头10内腔加压，如通过上钻柱给第一连接头10内腔投球以封堵芯轴30，使得第一连接头10内腔的液体压力升高。

结合图7，当第一连接头10内腔的液体压力大于剪切压力时，剪切销40断裂、限位环31向第二连接头20移动，并限位在第一连接头10与第二连接头20相连的一端内，使得键凸33与第一连接头10的连接断开，而第一连接头10内的液体通过泄压孔32流入到芯轴30内进行泄压，此时第一连接头10和第二连接头20间的周向约束断开，回旋(正旋)第一连接头10便可断开第一连接头10和第二连接头20的轴向约束，上拉第一连接头10便可使得上钻针和下钻柱分离。并且，限位环31限位在第一连接头10内，通过第一连接头10的上拉将芯轴30、封堵的球体和弹性预紧件15完全带出钻井，使得无可移动件遗落井底。

因此，本实施例提供的可分离连接短节及钻具，使得钻具在卡钻时，能够安全快速的将上部钻柱与遇卡的下部钻柱分离，以便于进行后续套铣作业。具有结构简单紧凑，安全可靠的特点，且制造成本低，对正常钻井作业无影响。并且需要分离第一连接头10和第二连接头20时，只需给第一连接头10内腔加压和回旋第一连接头10即可，操作简单，且不存在震击和爆炸，安全性高，不影响井身结构。

实施例2

本实施例提供了一种钻具，包括上钻柱和下钻柱，所述上钻柱通过实施例记载的可分离连接短节与所述下钻柱相连，使得钻具在卡钻时，能够安全快速的将上部钻柱与遇卡的下部钻柱分离，且无移动件遗落井底，以便于进行后续套铣作业。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，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。