CN110359871A - 一种钻套管井内切断装置及其使用方法 - Google Patents
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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
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。
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2019
- 2019-08-30 CN CN201910814905.5A patent/CN110359871B/zh active Active
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