CN110359871A - 一种钻套管井内切断装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻套管井内切断装置及其使用方法，属于地质勘察设备技术领域。技术方案是：导向套（6）、主轴（7）和压缩弹簧（10）设置在管状结构内，导向套（6）固定在主轴上，主轴上套设有压缩弹簧（10）；主体（13）与管状结构的前端相连接，顶尖（14）通过主体（13）的前端开口***到主体（13）的刀头容纳腔（16）内，主轴的前端通过主体的后端开口进入到主体的刀头容纳腔内，刀头（12）后端通过销轴（11）与主轴（7）前端铰接，主体的侧壁上设有与刀头容纳腔相连通的刀头伸出口（17）。本发明的积极效果：可在钻孔中内任意位置对钻杆、套管进行切断作业，最大程度的回收钻孔内卡死的钻杆、套管，节约成本。

Description

一种钻套管井内切断装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种钻套管井内切断装置及其使用方法，属于地质勘察设备技术领域。

背景技术

在地质钻探施工时，遇到复杂、破碎地层时，需要下入套管，在钻孔完成时，外层套管经常被碎石卡死，有时钻孔突发事故，钻杆钻具卡死钻孔内。不能提出钻孔外回收，只能任由钻套管废置钻孔内，造成不必要的浪费及环境污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻套管井内切断装置及其使用方法，安装于钻杆柱底部，可由卡死钻套管的内部伸入，直到到达卡死位置，刀头伸出并切割卡死的钻套管，达到顺利回收上部钻套管的目的，避免不必要的浪费，解决背景技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种钻套管井内切断装置，包含压套、导向套、主轴、弹簧套、压缩弹簧、销轴、刀头、主体和顶尖，所述压套和弹簧套相连接，组成管状结构，导向套、主轴和压缩弹簧设置在管状结构内，导向套固定在主轴上，主轴上套设有压缩弹簧，压缩弹簧位于导向套和管状结构前端之间，导向套、主轴、压缩弹簧和管状结构组成活塞结构；主体与管状结构的前端相连接，主体为圆柱状结构，内部设有刀头容纳腔，主体前后两端均开口，并与刀头容纳腔相连通；顶尖通过主体的前端开口***到主体的刀头容纳腔内，主轴的前端通过主体的后端开口进入到主体的刀头容纳腔内，刀头设置在刀头容纳腔内，刀头后端通过销轴与主轴前端铰接，主体的侧壁上设有与刀头容纳腔相连通的刀头伸出口，刀头一侧与顶尖相接触，刀头另一侧与刀头容纳腔的内腔壁相接触。

所述主轴的内部设有长条状的泄流孔一，主轴前后两端的侧壁上分别设有泄流孔三和调压孔，泄流孔三和调压孔通过泄流孔一相连通，六角螺栓穿过六角螺母后进入到主轴的泄流孔一内，六角螺栓的侧壁与调压孔相接触；管状结构的前端设有泄流槽，泄流孔三通过泄流槽与主体的刀头容纳腔相连通。

所述导向套的侧壁上设有环形的到位保护槽，管状结构的侧壁上设有与到位保护槽相匹配的泄流孔二。

所述导向套侧壁上还设有环形密封槽，O型圈设置在环形密封槽内，导向套与弹簧套之间通过O型圈密封。

还包含圆螺母、前垫片和后垫片，前垫片和后垫片分别设置在导向套的两侧，前垫片通过设置在主轴上的圆螺母与导向套相紧固，后垫片设置在压缩弹簧和导向套之间。

所述前垫片和后垫片均为多个。

所述刀头的前端设有弧状倒角。

所述刀头伸出口为两个。

一种钻套管井内切断装置的使用方法，采用上述切断装置，步骤如下：

①在压套上端连接钢管一，使切割装置能够在需要切割的钢管二中下降，当切割装置到达钢管二需要割断的位置时，停止下降；

②用泥浆泵向钢管一内供水，导向套受压带动压缩弹簧压缩，主轴进入到刀头容纳腔内，水流通过调压孔、泄流孔一和泄流孔三进入到刀头容纳腔内，最后经刀头伸出口排出到钢管二和钻孔内；当钢管二或钻孔开始向上返水时，调整泥浆泵供水压力至0.5MPa左右，此时刀头从刀头伸出口伸出主体外，与钢管二内壁轻微接触；

③在地面用钻机缓慢旋转钢管一，带动切割装置慢慢旋转，刀头与钢管二之间形成相对运动，刀头开始切割钢管二，此时由于刚开始切割，刀头的运行不平稳，一定要慢速旋转；当刀头切进去钢管二内壁一部分，切割装置运行平稳后，调整泥浆泵的供水压力至1-2MPa，提高钢管一的转速，进行快速切割；

④当钢管二被割断时，管状结构的内腔通过导向套侧壁上的到位保护槽与泄流孔二联通，管状结构内的水流通过到位保护槽与泄流孔二泄出到钢管二内，经钢管二内腔返回地面；此时泥浆泵供水压力降到最小，可停止泥浆泵，待孔内压力稳定时，用钢管一将切割装置提出，再将割断的钢管二取出，即完成操作。

所述调压孔有4个或6个，交错分布在主轴侧壁上，所有调压孔的中心不处于主轴同一圆周截面上，拧动六角螺栓可以微小的调节调压孔的过流面积，平稳调节压力。

本发明工作时，钻探泥浆从管状结构的后端开口处进入到管状结构内，钻探泥浆推动导向套和主轴向前移动（类似活塞运动），同时带动刀头从刀头伸出口伸出，钻机驱动切断装置整体旋转，为刀头提供动力，刀头切割卡死的钻套管，切割完成后，当压力消失,导向套通过压缩弹簧的弹力向后移动，同时带动主轴向后移动，刀头回收到刀头容纳腔内，最后取出切断装置，对上部钻套管进行回收。

本发明的积极效果：可在钻孔中内任意位置对钻杆、套管进行切断作业，最大程度的回收钻孔内卡死的钻杆、套管，节约成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明使用状态示意图；

图3为本发明压套内部剖视放大图；

图中：压套1、六角螺栓2、六角螺母3、圆螺母4、前垫片5、导向套6、主轴7、O型圈8、弹簧套9、压缩弹簧10、销轴11、刀头12、主体13、顶尖14、后垫片15、刀头容纳腔16、刀头伸出口17、钢管一18、钢管二19、钻孔20、到位保护槽A、调压孔B、泄流孔一C、泄流孔二D、泄流槽E、泄流孔三F。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

一种钻套管井内切断装置，包含压套1、导向套6、主轴7、弹簧套9、压缩弹簧10、销轴11、刀头12、主体13和顶尖14，所述压套1和弹簧套9相连接，组成管状结构，导向套6、主轴7和压缩弹簧10设置在管状结构内，导向套6固定在主轴7上，主轴7上套设有压缩弹簧10，压缩弹簧10位于导向套6和管状结构前端之间，导向套6、主轴7、压缩弹簧10和管状结构组成活塞结构；主体13与管状结构的前端相连接，主体13为圆柱状结构，内部设有刀头容纳腔16，主体13前后两端均开口，并与刀头容纳腔16相连通；顶尖14通过主体13的前端开口***到主体13的刀头容纳腔16内，主轴7的前端通过主体13的后端开口进入到主体13的刀头容纳腔16内，刀头12设置在刀头容纳腔16内，刀头12后端通过销轴11与主轴7前端铰接，主体13的侧壁上设有与刀头容纳腔相连通的刀头伸出口17，刀头12一侧与顶尖14相接触，刀头12另一侧与刀头容纳腔16的内腔壁相接触。

所述主轴7的内部设有长条状的泄流孔一C，主轴7前后两端的侧壁上分别设有泄流孔三F和调压孔B，泄流孔三F和调压孔B通过泄流孔一C相连通，六角螺栓2穿过六角螺母3后进入到主轴7的泄流孔一C内，六角螺栓的侧壁与调压孔B相接触；管状结构的前端设有泄流槽E，泄流孔三F通过泄流槽E与主体13的刀头容纳腔相连通。

所述导向套6的侧壁上设有环形的到位保护槽A，管状结构的侧壁上设有与到位保护槽A相匹配的泄流孔二D。

所述导向套6侧壁上还设有环形密封槽，O型圈8设置在环形密封槽内，导向套6与弹簧套9之间通过O型圈8密封。

还包含圆螺母4、前垫片5和后垫片15，前垫片5和后垫片15分别设置在导向套6的两侧，前垫片5通过设置在主轴7上的圆螺母4与导向套6相紧固，后垫片15设置在压缩弹簧10和导向套6之间。

所述前垫片5和后垫片15的数量至少为一个。

所述刀头12的前端设有弧状倒角。

所述刀头伸出口17为两个。

一种钻套管井内切断装置的使用方法，采用上述切断装置，步骤如下：

①在压套1上端连接钢管一18，使切断装置能够在需要切割的钢管二19中下降，当切断装置到达钢管二19需要割断的位置时，停止下降；

②用泥浆泵向钢管一18内供水，导向套6受压带动压缩弹簧10压缩，主轴7进入到刀头容纳腔16内，水流通过调压孔B、泄流孔一C和泄流孔三F进入到刀头容纳腔16内，最后经刀头伸出口17排出到钢管二19和钻孔20内；当钢管二19或钻孔20开始向上返水时，调整泥浆泵供水压力至0.5MPa左右，此时刀头12从刀头伸出口17伸出主体13外，与钢管二19内壁轻微接触；

③在地面用钻机缓慢旋转钢管一18，带动切断装置慢慢旋转，刀头12与钢管二19之间形成相对运动，刀头12开始切割钢管二19，此时由于刚开始切割，刀头的运行不平稳，一定要慢速旋转；当刀头12切进去钢管二19内壁一部分，切断装置运行平稳后，调整泥浆泵的供水压力至1-2MPa，提高钢管一18的转速，进行快速切割；

④当钢管二19被割断时，管状结构的内腔通过导向套6侧壁上的到位保护槽A与泄流孔二D联通，管状结构内的水流通过到位保护槽A与泄流孔二D泄出到钢管二19内，经钢管二19内腔返回地面；此时泥浆泵供水压力降到最小，可停止泥浆泵，待钻孔20内压力稳定时，用钢管一18将切断装置提出，再将割断的钢管二19取出，即完成操作。

所述调压孔B有4个或6个，交错分布在主轴7侧壁上，所有调压孔B的中心不处于主轴7同一圆周截面上，拧动六角螺栓2可以微小的调节调压孔B的过流面积，平稳调节压力。

在本实施例中，结合附图1，刀头由销轴铰接在主轴前端，可随着主轴上下移动。在主轴向下移动时，顶尖迫使刀头围绕销轴旋转，使刀尖探出主体，完成对钻套管的切割。当主轴向上移动时，主体内刀头容纳腔的内腔壁迫使刀头回收，令刀头藏于主体的刀头容纳腔内，方便本发明在需要割开的钻套管腔内移动。刀头和主轴向下移动是由钻探泥浆推动活塞结构实现的。当导向套6到达管状结构的前端，到位保护槽A与泄流孔二D相连通，钻探泥浆沿到位保护槽A经泄流孔二D泄出，液力减小,导向套6和主轴7向后小幅移动，使刀头停止继续伸出，保护刀头。刀头和主轴向上移动是由压缩弹簧的弹力推动实现的。钻探泥浆推动导向套移动同时压紧压缩弹簧，储存机械能，当液力消失, 压缩弹簧推动导向套带动主轴和刀头收回。

所述主体13为前后两端均开口的圆柱状结构，在其内部沿圆周方向上设置两个相连通的刀头容纳腔16，刀头容纳腔16与主体前后两端的开口相连通，刀头容纳腔16与主体后端的开口位置相连接的内腔壁为倾斜设置的，刀头12与倾斜设置的内腔壁相接触。刀头12与主轴7由销轴11连接成整体，实现运动由主轴7到刀头的传导；主体前端开口为安装孔，用于组装顶尖14，阻挡刀头12与主轴7直线移动，促使刀头12绕销轴旋转，实现刀头12张开的动作；主体后端依次连接弹簧套9和压套1，组成钻套管井内切断装置的主体结构。

弹簧套9内装有导向套6和压缩弹簧10。导向套6上设有环形密封槽和到位保护槽A，环形密封槽上装有O型圈8，实现导向套6与弹簧套9之间的密封。导向套6两端各装有数目不等的前垫片5和后垫片15，可调整前垫片5和后垫片15数目的多少，调整到位保护槽A与刀头12停止伸出主体13动作之间的相互位置关系。导向套6、前垫片5和后垫片15通过圆螺母4和压缩弹簧10夹紧于主轴7上，使其合成一个整体。

主轴7后端设有六角螺栓2和六角螺母3，可根据需要对刀头探出张力进行调节，调节六角螺栓2，改变调压孔B过流面积大小，使部分高压钻探泥浆通过调压孔B、泄流孔一C和泄流孔三F，沿泄流槽E经刀头容纳腔16排出，调整钻探泥浆通过切断装置的流量大小，改变钻探泥浆对导向套6的压力，进而改变刀头12进给切削力的大小，保证切割施工安全及刀头使用寿命。

本实施例的使用方法：

1、在压套1上端连接钢管一18，使本发明切断装置能够在需要切割的钢管二19中下降，当切断装置到达钢管二19需要割断的位置时，停止下降。

2、用泥浆泵向钢管一18内供水，当钢管二19或钻孔20在地面的部分开始返水时，调整泥浆泵供水压力至0.5MPa左右。此时刀头12伸出主体13，与钢管二19内壁轻微接触。

3、在地面用钻机缓慢旋转钢管一18，带动切断装置慢慢旋转，刀头12与钢管二19之间形成相对运动，刀头12开始切割钢管二19，此时由于刚开始切割，刀头的运行不平稳，一定要慢速旋转。当刀头12切进去钢管二19内壁一部分，切断装置运行平稳后，调整泥浆泵的供水压力至1-2MPa，提高钢管一的转速，进行快速切割。

4、考虑到刀头12切割时，切断装置未处于钢管二19的中心的可能性较大，刀头12的最大张开尺寸设计比钢管二19的外径大10mm。

5、调压孔B有4个或6个，所有调压孔B中心不处于同一圆周截面上，六角螺栓2拧动调节压力时可以微小的调节调压孔B的过流面积，平稳调节压力。

6、当钢管二19被割断时，导向套6侧壁上的到位保护槽A与弹簧套9的弹簧腔联通，水流经泄流孔二D泄出，经钢管二19内腔返回地面。此时泥浆泵供水压力降到最小，可停泵待钻孔20内压力稳定时，用钢管一18将切断装置提出。

Claims (9)

1.一种钻套管井内切断装置，其特征在于：包含压套（1）、导向套（6）、主轴（7）、弹簧套（9）、压缩弹簧（10）、销轴（11）、刀头（12）、主体（13）和顶尖（14），所述压套（1）和弹簧套（9）相连接，组成管状结构，导向套（6）、主轴（7）和压缩弹簧（10）设置在管状结构内，导向套（6）固定在主轴（7）上，主轴（7）上套设有压缩弹簧（10），压缩弹簧（10）位于导向套（6）和管状结构前端之间，导向套（6）、主轴（7）、压缩弹簧（10）和管状结构组成活塞结构；主体（13）与管状结构的前端相连接，主体（13）为圆柱状结构，内部设有刀头容纳腔（16），主体（13）前后两端均开口，并与刀头容纳腔（16）相连通；顶尖（14）通过主体（13）的前端开口***到主体（13）的刀头容纳腔（16）内，主轴（7）的前端通过主体（13）的后端开口进入到主体（13）的刀头容纳腔（16）内，刀头（12）设置在刀头容纳腔（16）内，刀头（12）后端通过销轴（11）与主轴（7）前端铰接，主体（13）的侧壁上设有与刀头容纳腔相连通的刀头伸出口（17），刀头（12）一侧与顶尖（14）相接触，刀头（12）另一侧与刀头容纳腔（16）的内腔壁相接触。

2.根据权利要求1所述的一种钻套管井内切断装置，其特征在于：所述主轴（7）的内部设有长条状的泄流孔一（C），主轴（7）前后两端的侧壁上分别设有泄流孔三（F）和调压孔（B），泄流孔三（F）和调压孔（B）通过泄流孔一（C）相连通，六角螺栓（2）穿过六角螺母（3）后进入到主轴（7）的泄流孔一（C）内，六角螺栓的侧壁与调压孔（B）相接触；管状结构的前端设有泄流槽（E），泄流孔三（F）通过泄流槽（E）与主体（13）的刀头容纳腔相连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种钻套管井内切断装置，其特征在于：所述导向套（6）的侧壁上设有环形的到位保护槽（A），管状结构的侧壁上设有与到位保护槽（A）相匹配的泄流孔二（D）。

4.根据权利要求3所述的一种钻套管井内切断装置，其特征在于：所述导向套（6）侧壁上还设有环形凹槽，O型圈（8）设置在环形凹槽内，导向套（6）与弹簧套（9）之间通过O型圈（8）密封。

5.根据权利要求1或2所述的一种钻套管井内切断装置，其特征在于：还包含圆螺母（4）、前垫片（5）和后垫片（15），前垫片（5）和后垫片（15）分别设置在导向套（6）的两侧，前垫片（5）通过设置在主轴（7）上的圆螺母（4）与导向套（6）相紧固，后垫片（15）设置在压缩弹簧（10）和导向套（6）之间。

6.根据权利要求5所述的一种钻套管井内切断装置，其特征在于：所述前垫片（5）和后垫片（15）的数量至少为一个。

7.根据权利要求1或2所述的一种钻套管井内切断装置，其特征在于：所述刀头（12）的前端设有弧状倒角。

8.一种钻套管井内切断装置的使用方法，采用权利要求1-7任意一项所限定的切断装置，其特征在于如下步骤：

①在压套（1）上端连接钢管一（18），使切断装置能够在需要切割的钢管二（19）中下降，当切断装置到达钢管二（19）需要割断的位置时，停止下降；

②用泥浆泵向钢管一（18）内供水，导向套（6）受压带动压缩弹簧（10）压缩，主轴（7）进入到刀头容纳腔（16）内，水流通过调压孔（B）、泄流孔一（C）和泄流孔三（F）进入到刀头容纳腔（16）内，最后经刀头伸出口（17）排出到钢管二（19）和钻孔（20）内；当钢管二（19）或钻孔（20）开始向上返水时，调整泥浆泵供水压力至0.5MPa左右，此时刀头（12）从刀头伸出口（17）伸出主体（13）外，与钢管二（19）内壁轻微接触；

③在地面用钻机缓慢旋转钢管一（18），带动切断装置慢慢旋转，刀头（12）与钢管二（19）之间形成相对运动，刀头（12）开始切割钢管二（19），此时由于刚开始切割，刀头的运行不平稳，一定要慢速旋转；当刀头（12）切进去钢管二（19）内壁一部分，切断装置运行平稳后，调整泥浆泵的供水压力至1-2MPa，提高钢管一（18）的转速，进行快速切割；

④当钢管二（19）被割断时，管状结构的内腔通过导向套（6）侧壁上的到位保护槽（A）与泄流孔二（D）联通，管状结构内的水流通过到位保护槽（A）与泄流孔二（D）泄出到钢管二（19）内，经钢管二（19）内腔返回地面；此时泥浆泵供水压力降到最小，可停止泥浆泵，待钻孔（20）内压力稳定时，用钢管一（18）将切断装置提出，再将割断的钢管二（19）取出，即完成操作。

9.根据权利要求8所述的一种钻套管井内切断装置的使用方法，其特征在于：所述调压孔（B）有四个或六个，交错分布在主轴（7）侧壁上，所有调压孔（B）的中心不处于同一圆周截面上，拧动六角螺栓（2）可以微小的调节调压孔（B）的过流面积，平稳调节压力。