CN102877810B - 海洋深水钻井用套管挂和密封下放工具 - Google Patents

Abstract

一种适用于海洋深水钻井用的套管挂和密封下放工具，用于海洋深水钻井时套管挂和密封的下放并完成对密封总成的安装。主要包括心轴、下部工具体和上部工具体；下部工具体主要包括下部工具本体、销钉和锁块；上部工具体主要包括上体部件、下体部件、变通道活塞、液压辅助下放活塞、下压套筒、悬挂套筒和外部套筒。其中，心轴下部的Z型槽与下部工具本体通过销钉相配合，可实现三种配合位置，通过配合位置的改变使心轴上下移动，首先达到初始密封位置；下压套筒和液压辅助下放活塞连接，随液压辅助活塞一起下行，下行过程中下压套筒下压密封总成的锁紧套筒使密封总成的内锁环锁紧到套管挂中，完成密封的安装。

Description

海洋深水钻井用套管挂和密封下放工具

技术领域

本发明涉及海洋石油深水钻采技术领域。具体就是一种适用于海洋深水钻井使用的水下井口头套管挂和密封下放工具，能够进行套管挂和密封的下放，并完成密封总成在套管挂中的密封。

背景技术

目前，世界各国对能源的需求日益增加，陆地油气资源在大规模开发后日益枯竭远不能满足国家对能源的需求，石油勘探开发向海洋尤其是深海进军。水下井口头系统是深海钻井作业的基础，下放工具是海洋钻井中不可或缺的关键钻井设备，而水下井口头系统下放工具作为核心设备，其技术资料基本上处于保密状态，目前国内尚无自主研发的深水水下井口头下放工具。

发明内容

本发明的目的是：提供一种适用于海洋深水钻井用的套管挂和密封下放工具，能够在下入时完成密封总成在套管挂中的密封，实现下入过程安全、高效、低作业成本。

本发明采用的技术方案是：海洋深水钻井用套管挂和密封下放工具主要由心轴、下部工具体和上部工具体组成。

心轴上端通过螺纹连接上部工具体上体部件和下体部件，心轴下部的Z型槽与下部工具本体通过销钉连接，销钉沿Z型槽滑动可实现三种配合位置，通过配合位置的改变可使心轴上下移动，心轴下端通过螺纹与钻杆相连，心轴内部有液体流通通道。

下部工具体位于心轴末端，主要由下部工具本体、销钉和锁块组成，通过锁块来锁紧和释放套管挂，锁块的锁紧和释放通过销钉和Z型槽的配合来控制。

上部工具体由上体部件、下体部件、变通道活塞、液压辅助下放活塞、下压套筒、悬挂套筒和外部套筒组成。上部工具体上端通过螺纹与钻杆相连。

下体部件和悬挂套筒通过长连接螺钉连接在一起，悬挂套筒中有锁定销用来携带密封总成。

液压辅助下放活塞和下压套筒用短连接螺钉连接，下压套筒随液压辅助活塞一起下行，下压套筒底端与锁紧套筒上端接触。当液压辅助下放活塞下行时，下压套筒下压密封总成的锁紧套筒使密封总成的内锁环锁紧到套管挂中。

本发明采用销钉和Z型槽的配合来控制心轴的下放，更加简易，实现高效控制，另外，水下井口头和套管挂通常应用在高温、高压的环境中，现在多采用金属密封，但要求完成金属密封的力比较大，本发明用液压辅助下放活塞来提供所需的坐封力，能更好的满足要求。

附图说明

图1是密封前的结构示意图，此时，销钉相对于心轴的Z型槽处于Z型槽第一位置，锁块向外伸出将套管挂锁在下部工具体上。

图2是初始密封时的结构示意图，销钉相对于心轴的Z型槽处于Z型槽第二位置，密封为初始密封状态。

图3是密封后的结构示意图，此时，销钉相对于心轴的Z型槽处于Z型槽第三位置，密封总成的锁紧套筒将密封总成的内锁环锁紧到套管挂中，完成坐封。

图4为Z型槽的结构示意图。

图5为图2中A部分的局部放大图

附图序号说明：1-钻柱，2-下部工具本体，3-锁块，4-销钉，5-Z型槽，6-凹槽，7-套管挂，8-井口头，9-心轴，10-液体流通通道，11-变通道活塞，12-悬挂套筒，13-液体向下流通通道，14-外部套筒，15-液压辅助下放活塞，16-下压套筒，17-锁紧套筒，18-剪切销钉，19-锁定销，20-内锁环，21-金属对金属密封，22-上体部件，23-下体部件，24-Z型槽第一位置，25-Z型槽第二位置，26-Z型槽第三位置，27-密封总成，28-孔通道，29-长连接螺钉，30-短连接螺钉

具体实施方式

以下结合实施例以及附图对本发明作进一步的描述。

参阅图1和图4。下部工具体主要由下部工具本体2、销钉4和锁块3组成。下部工具本体2的下部径向向外伸出并携带多个锁块3，心轴9下端凸缘推着锁块3径向伸出与套管挂7内部的凹槽6配合，锁紧套管挂7。销钉4与心轴9外径上的Z型槽5配合，通过销钉4与Z型槽5可以使心轴9相对于下部工具体到达三种不同的位置。图1是心轴9相对于下部工具体处于最上端即销钉4处于Z型槽第一位置24时的状态。

参阅图2和图4。上提心轴9沿槽5的方向旋转使销钉4处于Z型槽第二位置25，此时心轴9相对于下部工具体2到达第二相对位置，即密封总成的初始密封位置。

参阅图2。上部工具体由上体部件22、下体部件23、变通道活塞11、液压辅助下放活塞15、下压套筒16、悬挂套筒12和外部套筒14组成。上体部件22上端通过螺纹与钻杆1相连。上体部件22和下体部件23通过螺纹与心轴9连接，下体部件23和悬挂套筒12通过长连接螺钉29连接，锁定销19与密封总成27配合，用来悬挂密封总成27，当心轴9下放时悬挂套筒12携带密封总成27随心轴9一起下行，到达初始密封位置，其中外部套筒14起到保护内部组件的作用。

参阅图3。变通道活塞11的上下运动可以控制液体流通通道10的打开和关闭。当密封总成27完成初始密封时，向变通道活塞11中掷入一阻塞镖(图中未画出)阻塞液体向下流通通道13，此时变通道活塞11在液体压力作用下向下运，液体流通通道10被打开，液压推动液压辅助下放活塞15下行。液压辅助活塞15通过短连接螺钉30与下压套筒16相连，套筒16下压密封总成27的锁紧套筒17，使锁紧套筒17剪断剪切销钉18继续下行将内锁环20压入套管挂7的槽中，从而使密封总成27锁入套管挂7中，完成最终坐封。

参阅图3，图5。锁定销19上开有孔通道28，当完成对套管挂7和密封总成27的下放后，打开防喷器闸板，液体通过孔通道28进入锁定销19内部，在液压的作用下锁定销19缩回，下放工具被释放。

参阅图1、图2、图3、图4、图5简述下放过程。在密封前，销钉4处Z型槽于第一位置24，此时心轴9下端凸缘推着锁块3径向伸出与套管挂7内部的凹槽6配合，将套管挂7锁紧，如图1。当套管挂7到达下放位置时，上提并旋转心轴9使销钉4处于Z型槽第二位置25，在销钉4到达Z型槽第二位置25的过程中，上部工具体随着心轴9向下运动，下部工具体坐在套管挂7上，保持原位置。悬挂套筒12携带的密封总成27也向下运动到达初始密封位置，如图2。之后投掷阻塞镖阻塞液体向下流通通道13，液压作用下使变通道活塞11向下运动，打开液体流通通道10，推动液压辅助下放活塞15下行，液压辅助活塞15推动密封总成27的锁紧套筒17将内锁环20压入套管挂7中，完成最终密封，如图3。完成最终密封后，上提并旋转心轴9，使销钉4到达Z型槽第三位置26，即回收位置。此时打开防喷器闸板，液压使锁定销19缩回，上提心轴9及可回收此海洋深水钻井用套管挂和密封下放工具。

Claims (1)

1.一种海洋深水钻井用水下井口头套管挂和密封下放工具，包括：心轴(9)、下部工具体和上部工具体；其特征在于：

下部工具体，包括：下部工具本体(2)、销钉(4)和锁块(3)；下部工具体位于心轴末端，通过锁块来锁紧和释放套管挂，锁块的锁紧和释放通过销钉和Z型槽的配合来控制；下部工具本体的下部径向向外伸出并携带多个锁块，心轴下端凸缘推着锁块径向伸出与套管挂内部的凹槽配合，锁紧套管挂；

上部工具体，包括：上体部件(22)、下体部件(23)、变通道活塞(11)、液压辅助下放活塞(15)、下压套筒(16)、悬挂套筒(12)和外部套筒(14)；上部工具体上端通过螺纹与钻杆相连；

心轴(9)上端通过螺纹连接上部工具本体，心轴下端通过螺纹与钻杆相连,心轴内部有液体流通通道；

心轴下部的Z型槽(5)与下部工具本体通过销钉(4)连接，销钉沿Z型槽滑动可实现三种配合位置，通过配合位置的改变可使心轴上下移动；销钉(4)与心轴(9)外径上的Z型槽(5)配合，通过销钉(4)与Z型槽(5)可以使心轴(9)相对于下部工具体到达三种不同的位置；

下体部件(23)和悬挂套筒(12)通过长连接螺钉(29)连接在一起，悬挂套筒(12)中有锁定销(19)，锁定销用来携带密封总成；

液压辅助下放活塞(15)和下压套筒(16)用短连接螺钉(30)连接，下压套筒(16)底端与锁紧套筒(17)上端接触。