CN109505557A - 一种同时完成海底油井打捞和封井作业的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，包括用于传递扭矩和封井的芯轴组件；芯轴组件外设有用于打捞作业的卡瓦组件和卡锥组件；卡瓦组件与芯轴组件之间设有用于转换工作状态的离合装置。可减少反复起下钻的人工和能源消耗。也避免了因找不到井眼直接弃井，造成井内长时间累积的油汽返出井口对海洋造成污染，也可防止船只经过时碰撞到海底的废弃石油设施造成事故。本发明具有结构简单，制作成本低，运行可靠的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，属于海底钻探封井技术领域。
背景技术
随着海洋石油勘探开发向深水发展，人类对海洋环境保护力度增加，要求对废弃海洋石油设施进行弃井作业，弃井作业首先需要将井口设施及废井中上部一定深度的套管和导管从井内打捞上来，以防止过往船只经过井口时碰撞到海底的废弃石油设施和套管及导管造成事故。然后再通过灌浆设备将水泥浆注入废井内将废井封闭，以防止井下长时间累积的油汽涌出井口对海洋造成污染。
现有地面的封井作业通常是分两步进行的，第一步是通过切割和打捞设备将油井中的套管切断，与套管外的导管一起从油井内打捞出来。第二步采用灌浆设备将水泥浆注入废井内，完成封井作业。
现有地面使用的切割和打捞设备多采用液压***驱动设备的割刀或卡瓦。由于液压驱动***要求水眼直径不能太大，这样才能在钻杆内通过截面差在钻杆内形成一定的压力差，以确保切割和打捞设备的正常工作。由于现有设备钻杆内的水眼很小。水眼就是封时水泥浆的通道。封井时水泥浆在通过小水眼时，还未到达预定深度水泥浆就会凝固，导致无法再继续注入水泥浆，影响封井质量。因此采用现有地面封井设备只能采用两步封井方式。
两步封井方式不适用于海底封井作业。当切割完套管将套管和导管从废井中打捞出来时，海底的泥沙会很快将废井井口掩埋，当需要再进行封井作业时，很难找到原来的井口。如果遇到台风或者大浪时钻井平台需要回港躲避，回来后根本找不到原来的井口，只能选择放弃封井。这样井下长时间累积的油汽就有可能涌出井口对海洋造成污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，使该装置配合切割装置，可一次下钻完成将套管切断，并将套管和导管从井内打捞上来，在上提钻杆时，同时向井内注入水泥浆，完成封井作业，这不但可满足海底封井作业要求，也可大大提高提高海底封井作业效率，减小能源消耗，从而克服现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，包括用于传递扭矩和封井的芯轴组件；芯轴组件外设有用于打捞作业的卡瓦组件和卡锥组件；卡瓦组件与芯轴组件之间设有用于转换工作状态的离合装置。
前述装置中，所述芯轴组件为中空组件，封井作业的水泥浆由芯轴组件的中孔注入井内；芯轴组件包括由上至下通过旋转台阶螺纹首尾连接的上接头、中间筒和下接头；下接头与用于切割井下套管的割刀连接。
前述装置中，所述卡瓦组件位于上接头和中间筒的外圆面；卡瓦组件包括由上至下螺纹连接的J槽筒、调节筒、连接套、弹性套、扶正套和卡瓦；J槽筒内圆面下端和调节筒内圆面下端经耐磨环与中间筒外圆面滑动连接；调节筒外圆经内六角圆柱头螺钉与扶正套连接；弹性套外圆下端经内六角圆柱头螺钉与卡瓦固定连接。
前述装置中，所述卡锥组件位于下接头外圆面并经轴用弹性挡圈锁定在下接头上；卡锥组件包括轴承保护套，轴承保护套下端经圆锥滚子轴承、上端经耐磨环与下接头外圆面旋转连接，轴承保护套的上端面由轴用弹性挡圈轴向固定锁紧；轴承保护套外圆面经内六角圆柱头螺钉与卡瓦锥体固定连接。
前述装置中，所述离合装置包括设在上接头上的卡键和设在J槽筒上的J形槽；当卡键卡入J形槽时，芯轴组件在自重作用下使位于下接头11外圆的卡锥组件与卡瓦组件脱离，卡瓦组件上的卡瓦向内收缩放开井下的导管为非打捞状态；当通过旋转工具将卡键旋出J形槽内钩状部位，并上提钻具通过卡瓦锥体撑开卡瓦，使卡瓦卡入井下导管的卡槽中为打捞状态。
前述装置中，所述卡瓦组件的调节筒外圆设有3个以上用于调节定位环高度的调节槽；调节槽经固定销与定位环连接，内六角圆柱头螺钉和内六角平端紧定螺钉锁定。
前述装置中，定位环靠近连接套端面设有3个以上均布的防磨合金面。
前述装置中，所述J槽筒、调节筒、连接套与弹性套的螺纹连接处均设有内六角平端紧定螺钉。
前述装置中，所述卡瓦的前端为带凸台的圆柱结构，凸台两端设有引导角和圆弧过渡；凸台的形状与待打捞导管的卡槽形状和尺寸对应；卡瓦为系列件，根据待打捞导管的卡槽形状和尺寸选择使用；卡瓦与弹性套的连接处设有燕尾结构。
前述装置中，所述下接头和轴承保护套上均设有为圆锥滚子轴承加注润滑油的油孔，油孔孔口设有和油堵总成；所述圆锥滚子轴承两端的轴承保护套与下接头的连接处均设有密封圈。
由于采用了上述技术方案，本发明的卡瓦工作过程采用卡键与J形槽配合的纯机械驱动方式替代了现有技术的液压驱动方式，从而大大的扩大了水泥浆通道的通流量，可减缓水泥浆在通道内的凝固时间。从而与海底切割封井装置配合可以一次下钻同时完成海底油井的套管切割，套管和导管的打捞，以及油井的封井作业。与现有技术相比，解决了起钻后海底泥沙掩埋井眼，再次下钻进行封井作业时很难找到之前的井眼或无法找到井眼的技术问题。本发明结构简单，经济实用，可减少反复起下钻的人工和能源消耗。也避免了因找不到井眼直接弃井，造成井内长时间累积的油汽返出井口对海洋造成污染，也可防止船只经过时碰撞到海底的废弃石油设施造成事故。本发明具有结构简单，制作成本低，运行可靠的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是调节筒与定位环的连接结构示意图；
图3是定位环的底面结构示意图。
图中标记为：1-上接头、2-J槽筒、3-中间筒、4-耐磨环、5-调节筒、6-定位环、7-连接套、8-弹性套、9-扶正套、10-卡瓦、11-下接头、12-轴承保护套、13-卡瓦锥体、14-圆锥滚子轴承、15-内六角平端紧定螺钉、16-固定销、17-内六角圆柱头螺钉、18-轴用弹性挡圈，19-油堵总成、20-密封圈、21-卡键、22-J形槽、23-防磨合金面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，如图1至图3所示，包括用于传递扭矩和封井的芯轴组件；芯轴组件外设有用于打捞作业的卡瓦组件和卡锥组件；卡瓦组件与芯轴组件之间设有用于转换工作状态的离合装置。芯轴组件为中空组件，封井作业的水泥浆由芯轴组件的中孔注入井内；芯轴组件包括由上至下通过旋转台阶螺纹首尾连接的上接头1、中间筒3和下接头11；下接头11与用于切割井下套管的割刀连接。卡瓦组件位于上接头1和中间筒3的外圆面；卡瓦组件包括由上至下螺纹连接的J槽筒2、调节筒5、连接套7、弹性套8、扶正套9和卡瓦10；J槽筒2内圆面下端和调节筒5内圆面下端经耐磨环4与中间筒3外圆面滑动连接；调节筒5外圆经内六角圆柱头螺钉17与扶正套9连接；弹性套8外圆下端经内六角圆柱头螺钉17与卡瓦10固定连接。所述卡锥组件位于下接头11外圆面并经轴用弹性挡圈18锁定在下接头11上；卡锥组件包括轴承保护套12，轴承保护套12下端经圆锥滚子轴承14，上端经耐磨环4与下接头11外圆面旋转连接；轴承保护套12外圆面经内六角圆柱头螺钉17与卡瓦锥体12固定连接。所述离合装置包括设在上接头1上的卡键21和设在J槽筒2上的J形槽22；当卡键21卡入J形槽22时，芯轴组件在自重作用下使位于下接头11外圆的卡锥组件与卡瓦组件脱离，卡瓦组件上的卡瓦10向内收缩放开井下的导管为非打捞状态；当通过旋转工具将卡键21旋出J形槽22内钩状部位，并上提钻具通过卡瓦锥体13撑开卡瓦10，使卡瓦10卡入井下导管的卡槽中为打捞状态。卡瓦组件的调节筒5外圆设有3个以上用于调节定位环6高度的调节槽；调节槽经固定销16与定位环6连接，内六角圆柱头螺钉17和内六角平端紧定螺钉15锁定；定位环6靠近连接套7端面设有3个以上均布的防磨合金面23；J槽筒2、调节筒5、连接套7与弹性套8的螺纹连接处均设有内六角平端紧定螺钉15。卡瓦10的前端为带凸台的圆柱结构，凸台两端设有引导角和圆弧过渡；凸台的形状与待打捞导管的卡槽形状和尺寸对应；卡瓦10为系列件，根据待打捞导管的卡槽形状和尺寸选择使用；卡瓦10与弹性套8的连接处设有燕尾结构。下接头11和轴承保护套12上均设有为圆锥滚子轴承14加注润滑油的油孔，油孔孔口设有和油堵总成19。圆锥滚子轴承14两端的轴承保护套12与下接头11的连接处均设有密封圈20。
实施例
本发明的同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，如图1所示，包括芯轴组件，芯轴组件由上接头1，中间筒3，下接头11组成，上接头1上设有卡键21，卡键21与J槽筒2的J型槽22配合使用。芯轴组件用于传递来自地面的扭矩，并将扭矩传递到芯轴组件下部的割刀，用于切割井下的套管。上述零件均采用石油工具专用的旋转台阶螺纹连接为一体，石油工具专用的旋转台阶螺纹旋转时抗扭，打捞时抗拉。芯轴组件为中空部件，可以作为注入水泥浆的通道。井下的导管和套管是连接为一体的，本例的装置可以用卡瓦紧紧的卡在导管的卡槽内，通过割刀割断套管，然后将切割处以上的套管和导管一起打捞出井。芯轴组件外套有卡瓦组件和卡锥组件，卡瓦组件由J槽筒2，调节筒5，定位环6，连接套7，弹性套8，扶正套9、卡瓦10、组成。卡瓦组件和卡锥组件与芯轴组件之间设有起支撑和防磨作用的耐磨环4和涂有润滑油的滚动接触的圆锥滚子轴承14，避免金属与金属之间的摩擦，从而减小摩擦阻力，保证芯轴组件旋转时芯轴组件之间的螺纹受扭，并确保卡瓦组件和卡锥组件与芯轴组件之间无卡滞，无障碍地旋转。卡瓦组件中J槽筒2与调节筒5、调节筒5与连接套7、连接套7与弹性套8之间通过螺纹连接为一体，构成卡瓦组件的主体结构，上述所有连接螺纹均设有防止芯轴组件旋转时卡瓦组件之间的螺纹受力退扣作用的内六角平端紧定螺钉15。调节筒5中部外圆上设置有3个以上调节槽，靠近连接套7端外部设有定位环6，连接套7与定位环6之间通过内六角平端紧定螺钉15、固定销16和内六角圆柱头螺钉17固定在调节筒5上。扶正套9通过内六角圆柱头螺钉17与连接套7连接一体，扶正套9的外径与导管内径匹配，在导管内壁处扶正本装置的作用。
如图3所示，定位环6靠近连接套7端面设有3个以上均布的防磨合金面23，本装置在使用时，防磨合金面坐落在井下导管的上端面。本装置在下井前根据工况，可以通过调节筒5上的调节槽和定位环6来调节本装置需要卡入导管内卡槽的位置。调节方法是卸掉定位环6与调节筒5连接用的内六角平端紧定螺钉15和内六角圆柱头螺钉17，打出固定销16即可调节，调好后在装回固定销16和螺钉。
弹性套8的一端通过螺纹和内六角平端紧定螺钉15与连接套7连接，另一端通过内六角圆柱头螺钉17和燕尾结构与可更换的3块以上的卡瓦10连接一起；弹性套7为开槽的弹性材料制作的具有足够弹性的零件，上面的卡瓦10为分辨式，3辨以上，可根据导管卡槽的尺寸更换；卡瓦的前端是一段光圆柱并代引导角和圆弧过渡，本装置的卡瓦与常用的打捞矛或打捞筒的卡瓦区别在于，本装置的卡瓦为光的卡键式，卡入导管的卡槽内，常规卡瓦为带齿结构放入不带槽的工具内孔使用。轴承保护套12一端带台阶，轴承保护套12内孔用于安放轴承，轴承保护套12将圆锥滚子轴承14固定在下接头11上端；轴承保护套12另一端带2个以上的螺钉孔的小台阶和引导卡瓦进入的锥面过渡的外圆台阶面，分辨式卡瓦锥体13通过同一轴线上的2个以上螺钉固定在轴承保护套12上；轴承保护套12锥面端内孔设有台阶孔，用于安放耐磨环4并安放于下接头11上，耐磨环4外端面通过轴用弹性挡圈18把轴承保护套12和圆锥滚子轴承14固定在下接头11上，此处与下接头11接触的耐磨环4和圆锥滚子轴承11保证了芯轴组件下接头11在旋转时，轴承保护套2及其他外部件不旋转。下接头11和轴承保护套12上均设有为圆锥滚子轴承14加注润滑油的油孔和油堵总成19。
本发明的工作原理说明如下：
本装置连接割刀一起使用，用于割、捞、注水泥过程中的打捞，本装置下入导管后卡瓦会进入导管的卡槽内卡住导管。钻柱在旋转过程中芯轴组件旋转，卡瓦组件保持静止，既可捞住导管又不影响割刀的切割。
非打捞状态：上接头1的卡键21卡入J槽筒2的J型槽22内的钩状部位时，卡瓦10与卡瓦锥体13脱开。
打捞状态：旋转工具使上接头1的卡键21旋出J槽筒2的J型槽22内钩状部位时，上提钻具，钻具上行，卡瓦锥体13进入卡瓦10撑开卡瓦10 ，使卡瓦10卡入导管的卡槽中，可以让芯轴组件自由旋转，待下部割刀割断套管后就可以上提钻具打捞起套管和导套，之前或同时下注水泥浆封井。
采用现有的装置进行封井作业，从切割、打捞到注水泥完成至少需要21小时，其中一次起下钻时间至少需要3小时，本装置每封一口井可以节约一次起下钻和寻找井眼的时间，至少可以节约3小时和一次起下钻的人工和能源消耗。
Claims (10)
1.一种同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，包括用于传递扭矩和封井的芯轴组件；其特征在于：芯轴组件外设有用于打捞作业的卡瓦组件和卡锥组件；卡瓦组件与芯轴组件之间设有用于转换工作状态的离合装置。
2.根据权利要求1所述同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，其特征在于：所述芯轴组件为中空组件，封井作业的水泥浆由芯轴组件的中孔注入井内；芯轴组件包括由上至下通过旋转台阶螺纹首尾连接的上接头（1）、中间筒（3）和下接头（11）；下接头（11）与用于切割井下套管的割刀连接。
3.根据权利要求2所述同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，其特征在于：所述卡瓦组件位于上接头（1）和中间筒（3）的外圆面；卡瓦组件包括由上至下螺纹连接的J槽筒（2）、调节筒（5）、连接套（7）、弹性套（8）、扶正套（9）和卡瓦（10）；J槽筒（2）内圆面下端和调节筒（5）内圆面下端经耐磨环（4）与中间筒（3）外圆面滑动连接；调节筒（5）外圆经内六角圆柱头螺钉（17）与扶正套（9）连接；弹性套（8）外圆下端经内六角圆柱头螺钉（17）与卡瓦（10）固定连接。
4.根据权利要求2所述同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，其特征在于：所述卡锥组件位于下接头（11）外圆面并经轴用弹性挡圈（18）锁定在下接头（11）上；卡锥组件包括轴承保护套（12），轴承保护套（12）下端经圆锥滚子轴承（14）、上端经耐磨环（4）与下接头（11）外圆面旋转连接，轴承保护套（12）上端面由轴用弹性挡圈（18）轴向固定锁紧；轴承保护套（12）外圆面经内六角圆柱头螺钉（17）与卡瓦锥体（12）固定连接。
5.根据权利要求2所述同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，其特征在于：所述离合装置包括设在上接头（1）上的卡键（21）和设在J槽筒（2）上的J形槽（22）；当卡键（21）卡入J形槽（22）时，芯轴组件在自重作用下使位于下接头11外圆的卡锥组件与卡瓦组件脱离，卡瓦组件上的卡瓦（10）向内收缩放开井下的导管为非打捞状态；当通过旋转工具将卡键（21）旋出J形槽（22）内钩状部位，并上提钻具通过卡瓦锥体（13）撑开卡瓦（10），使卡瓦（10）卡入井下导管的卡槽中为打捞状态。
6.根据权利要求3所述同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，其特征在于：所述卡瓦组件的调节筒（5）外圆设有3个以上用于调节定位环（6）高度的调节槽；调节槽经固定销（16）与定位环（6）连接、并通过内六角圆柱头螺钉（17）和内六角平端紧定螺钉（15）锁定。
7.根据权利要求6所述同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，其特征在于：定位环（6）靠近连接套（7）端面设有3个以上均布的防磨合金面（23）。
8.根据权利要求3所述同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，其特征在于：所述J槽筒（2）、调节筒（5）、连接套（7）与弹性套（8）的螺纹连接处均设有内六角平端紧定螺钉（15）。
9.根据权利要求5所述同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，其特征在于：所述卡瓦（10）的前端为带凸台的圆柱结构，凸台两端设有引导角和圆弧过渡；凸台的形状与待打捞导管的卡槽形状和尺寸对应；卡瓦（10）为系列件，根据待打捞导管的卡槽形状和尺寸选择使用；卡瓦（10）与弹性套（8）的连接处设有燕尾结构。
10.根据权利要求4所述同时完成海底油井打捞和封井作业的装置，其特征在于：所述下接头（11）和轴承保护套（12）上均设有为圆锥滚子轴承（14）加注润滑油的油孔，油孔孔口设有和油堵总成（19）；所述圆锥滚子轴承（14）两端的轴承保护套（12）与下接头（11）的连接处均设有密封圈（20）。
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