一种双保险的井口装置防磨套和取送工具

技术领域

本发明涉及石油机械、钻采设备的辅助工具。

背景技术

井口装置中的套管头是石油、天然气钻采井口设备中的基础部件，承担着固定井位、引导钻机打井、悬挂井下套管和联接井口其它采油或采气部件的作用。由于在钻井作业过程中，钻头、钻杆、套管和其它井下工具等钢铁大件，均要经过套管头的精密内腔孔进出，或在其中工作；加之钻井过程中的泥浆、砂石和钻屑等作用，磨擦、碰撞所造成的机械损伤在所难免。另外，在通过井口装置中的油管头进行压裂作业时，成千上万方超高压力的含砂压裂液，也会对油管头内的精密内腔孔产生强烈地磨损。为了不影响后续的套管或油管悬挂器的安装、配合和密封，因此，在作业过程中，都会使用防磨套对套管头和油管头的精密内腔孔进行保护。

目前使用的井口装置防磨套和取送工具，都是在防磨套的内孔壁上方加工一道环形凹槽，在环形凹槽内焊一块限位板；在环形凹槽至上口处，对称地开有数个让卡扣销进出的轴向凹槽。在取送工具插入端的外圆周上，均布一圈数个固定的卡扣销。使用时，将取送工具与钻杆用螺纹联接，用取送工具上的数个固定卡扣销，对准防磨套上口处的数个轴向凹槽插入到环形凹槽中，旋转到限位板处停止；用钻杆吊起防磨套，安装到套管头或油管头的内腔孔中，再旋转钻杆和取送工具，让均布的卡扣销从均布的轴向凹槽中滑出，升起钻杆、拆下取送工具，便可进行钻井或压裂作业。当需要取出防磨套、安装悬挂器的时候，则需要重新在钻杆下端联接取送工具，将其伸入到套管头或油管头内腔的防磨套中，旋转钻杆和取送工具，用均布的卡扣销通过均布的轴向凹槽，进入到防磨套的环形凹槽内，旋转碰到限位板时停止，再用钻杆将取送工具和防磨套一起拉出套管头或油管头的内腔孔。其优点是结构简单、造价较低。

但随着世界上浅层、易采油气资源开采殆尽，人类开始大规模地开采深层、难采的油气资源。随着钻采技术的发展，油气井越钻越深，钻杆的长度就越来越长、晃动的幅度就越来越大，而且在套管头防磨套中工作的时间就越来越长；加之深入井下的套管数量越来越多，对套管头防磨套的磨损就成倍的增加；当一个数千米的深井钻完时，其套管头的防磨套经常被磨损得面目全非。另外，在压裂作业结束时，含砂压裂液对油管头内防磨套的磨损量也是令人震惊。而以前常规的防磨套和取送工具，一是多采用三个轴向凹槽和三个卡扣销取送，容易失稳；二是承受卡扣销抓取力的环形凹槽多位于防磨套的上口处，是磨损的重灾区；三是防磨套的槽深和卡扣销的长度都十分有限，在严重磨损后极易丧失其取出功能。当防磨套因磨损严重而无法取出时，就成为设备事故，影响下一步钻有作业，会造成较大的经济损失。

发明内容

本发明在于针对上述问题，采用新的结构设计，以保证快速、安全地取出磨损严重的防磨套，以防止设备事故的发生。

本发明由防磨套和取送工具组合而成，其特色之处是：在防磨套内两个不同直径圆柱孔的中上方，各切有一道环形凹槽；在上下两道环形凹槽之间，是两个不同直径圆柱孔的过渡大倒角；上道环形凹槽内焊一块限位板，在环形凹槽至防磨套上口处，对称地开有数个轴向凹槽；下道环形凹槽在其圆周壁的上方，加工有数个均布的螺纹通孔；在取送工具主体的中上部、两段外径较粗的圆周上，各均布着一层卡扣销：上层是固定卡扣销，下层是可伸缩的弹性卡扣销。在均布的卡扣销之间，还对称地加工有数道轴向的刮砂槽；且固定卡扣销和弹性卡扣销的数量均为3～4个，其具体数量均与防磨套上口处均布的轴向凹槽数量相对应。

由于本发明是在现有的常规防磨套和取送工具结构的基础上，在其防磨套内增加了一道环形凹槽和数个螺纹通孔，在取送工具上增加了一排可伸缩的弹性卡扣销；因此，既可以用常规的“固定卡扣销与带限位板和轴向凹槽的环形凹槽相配合”的方法，安装和取出防磨套；也可以用取送工具上可伸缩的弹性卡扣销，直接插入到下道环形凹槽中，自动卡紧和快速地取出防磨套。由于下道环形凹槽位于防磨套中间部位，很少被磨损；加之下道环形凹槽较深和弹性卡扣销较长，可以有效的扣紧抓牢；另外，下道环形凹槽上没有数个作为通道进出的轴向凹槽，故不存在失稳滑脱的危险；其具有的双重取出防磨套的功能，提高了设备操作的安全性，使其更适合在深井、水平井和压裂钻采作业中使用。

附图说明

图1为本发明上下各四个卡扣销的取送工具总体结构半剖视示意图；

图2为图1中A-A处取送工具中均布的弹性卡扣销径向剖视示意图；

图3为本发明有四个轴向凹槽的防磨套总体结构全剖视示意图。

图中零部件标号所示的名称如下：

1、取送工具主体，2、固定卡扣销，3、紧定螺钉，4、弹性卡扣销，5、弹簧，6、刮砂槽，7、限位螺钉，8、防磨套，9、限位板，10、螺纹通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1、图2、图3中，本发明由新结构的防磨套和取送工具组合而成，一个取送工具部件，可以配套若干个同规格型号的防磨套零件使用。

图1、图2中，取送工具部件，由取送工具主体1、固定卡扣销2、紧定螺钉3、弹性卡扣销4、弹簧5、限位螺钉7六种零件所组成。取送工具主体1，是一个上粗下细、外径逐级缩小的空心圆柱体零件；在其上下贯通的中心孔上下端，各加工有一个大直径的锥形螺纹孔和上下退刀槽，用与钻杆相联接。在取送工具主体1上部外径最粗的圆柱体上方的圆周上，均布着数个盲孔，在数个盲孔中各装一个固定卡扣销2；在数个盲孔的上方至取送工具主体1的上端面，分别加工有一个带凹坑的螺纹孔，在带凹坑的螺纹孔内，各装一根卡住固定卡扣销2凹槽的紧定螺钉3，防其脱落。在取送工具主体1中部外径第二粗的圆柱体的圆周上，均布着数个盲孔，在数个盲孔中各装一个带弹簧5的弹性卡扣销4；在数个盲孔的一侧，分别加工有一个带凹坑的螺纹孔，在带凹坑的螺纹孔内，各装一根插入弹性卡扣销4限位槽内的限位螺钉7，防其旋转和脱落。取送工具主体1的下部，是外径较细的光滑圆柱体。在取送工具主体1的中上部、两段外径较粗的圆周上，在均布的固定卡扣销2及弹性卡扣销4之间，还对称地加工有数道轴向的刮砂槽6，刮砂槽6的数量与固定卡扣销2或弹性卡扣销4的数量相同，以便于泥沙排放、防止卡阻。

安装在取送工具主体1上均布的固定卡扣销2和弹性卡扣销4，上下对应，其上下两销的轴线位于同一垂直平面上；且固定卡扣销2和弹性卡扣销4的数量均为3～4个，其具体数量均与防磨套8上口处均布的轴向凹槽数量相对应；对于大直径的防磨套，采用4个卡扣销均布的结构，具有更高的可靠性。固定卡扣销2，外端是带倒角的直径较大的扁平圆柱体，内端是带倒角的直径较小的圆柱体，在直径较小的圆柱体上，切有一道用紧定螺钉3锁定的凹槽。弹性卡扣销4为一同直径的圆柱体，其外端加工有一个到达中心线的斜面，其内端加工有一个安装弹簧5的盲孔；在其圆柱体的一侧，加工有一道与轴线平行的封闭式半圆头限位槽，与垂直相对的限位螺钉7配合，限定其轴向移动距离和外端斜面的方向。

图3中，防磨套8为一的空心圆柱体零件，其中心是有两大直径、三大倒角的台阶通孔。在台阶通孔的上方是直径最大的圆柱孔，孔的上边是30°～45°的大倒角，以便于取送工具的进入；孔的中部加工有上道环形凹槽，在环形凹槽的上方至防磨套8的上口边，均布着数个与之相通、槽宽相等的轴向凹槽，以便取送工具上均布的固定卡扣销2进出槽中；另外，在任意一个轴向凹槽右侧的环形凹槽中，焊有一块扁铁做的限位板9，以便于进入的固定卡扣销2旋转定位。在台阶通孔的下方是直径次之的圆柱孔，孔的上边是两个不同圆柱孔之间的过渡性大倒角，用与取送工具上弹性卡扣销4的斜面配合，产生轴向分力压缩弹簧5；过渡性大倒角的下方加工有下道环形凹槽，在此环形凹槽的圆周壁上方，加工有数个螺纹通孔10，以便于用限定长度的螺钉压缩弹性卡扣销4，使防磨套8与取送工具分离；下道环形凹槽的下方，是光滑的孔壁和底边大倒角。防磨套8的外表面，是两个直径差距很小的圆柱体，上面的圆柱体是直径较大、精度较高的配合面，下面的圆柱体是直径较小、精度较差的非接触面；在上面圆柱体与中心孔内的下道环形凹槽相对应的部位，切有一道较宽的凹槽，以防止因配合面积太大造成的诸多不适；在其外表面的上下两边、两个直径的圆柱体交接处和较宽的凹槽两边，均加工成倒角，以便于清除毛刺和拆装。

本发明使用时，将取送工具主体1下方的锥形螺纹孔与钻杆联接，用固定卡扣销2连接防磨套8的上道环形凹槽，按常规的方法将防磨套8安装到套管头或油管头的内腔孔中，进行钻采作业。而取出防磨套8的方法有两种：一是使用常规的方法取出防磨套8，即将固定卡扣销2向下安装，与带限位板9和轴向凹槽的上道环形凹槽相配合，取出防磨套8，再用手旋转、让其轴向凹槽与固定卡扣销2对正后分离。二是将取送工具主体1上方的锥形螺纹孔与钻杆联接，将弹性卡扣销4向下，直接插入到防磨套8的下道环形凹槽中，自动卡紧取出防磨套8，再用数个定长的螺钉拧入到下道环形凹槽侧壁上的螺纹通孔10中，压缩弹性卡扣销4后使两者分离。在此过程中，取送工具上方的固定卡扣销2与防磨套8的上口边配合，起到限定插入深度和轴向定位的作用。