基于顶驱作业的下套管装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于顶驱作业的下套管装置和方法，下套管装置包括锁定总成，锁定总成包括锁定芯轴、卡瓦、上凸轮套、下凸轮套，锁定芯轴具有沿轴向贯穿的中心孔，锁定芯轴的上端能与顶驱相连接；卡瓦套设在锁定芯轴外部，在卡瓦外部套设有套管；上凸轮套套接在锁定芯轴外部；下凸轮套套设在锁定芯轴外部，下凸轮套位于上凸轮套下方并且与卡瓦相连接；上凸轮套下端设有上凸轮，上凸轮下端设有上卡钩；下凸轮套上端设有下凸轮，下凸轮上端设有能与上卡钩相咬合的下卡钩。下套管方法采用上面的下套管装置，本发明的基于顶驱作业的下套管装置采用机械驱动，与液压驱动相比，具有结构简单、操作简易、可靠性高的优点。
【专利说明】基于顶驱作业的下套管装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于石油天然气钻井领域，尤其涉及一种用于下套管作业的基于顶驱作业的下套管装置及方法。
【背景技术】
[0002]顶驱作为一种先进装备已经广泛应用于石油钻机，顶驱的优势主要体现在钻柱的闻效钻进及有效解决钻进事故等方面。随着钻井装备技术的发展，顶驱的功能也在不断拓展。目前，相关科研单位已经研发了顶驱下套管装置，其可通过顶驱实现套管的旋扣、随时循环泥浆等功能，大大提高了套管的下放效率。
[0003]常用的顶驱下套管装置采用液压驱动，存在以下不足:
[0004]1、液压油容易泄漏，泄漏后会污染环境，液压油受环境因素影响(如温度等)较大；
[0005]2、液压管路及配套部件多(如液压控制阀、液压管线及液压泵等);
[0006]3、系统可靠性较差，例如，液压顶驱下套管装置需要在长时间液压作用下工作，造成密封件可靠性相对较差，如旋转密封；
[0007]4、安装拆卸时间较长，不易维护。
[0008]为解决现有顶驱下套管装置存在的上述缺陷，有必要设计一种完全机械驱动的基于顶驱作业的下套管装置
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种基于顶驱作业的下套管装置及方法，以解决现有的液压驱动顶驱下套管装置存在的上述缺陷。
[0010]为达到上述目的，本发明提出一种基于顶驱作业的下套管装置，包括锁定总成，所述锁定总成包括:锁定芯轴，具有沿轴向贯穿的中心孔；卡瓦，套设在所述锁定芯轴外部，在所述卡瓦外部套设套管；上凸轮套，套接在所述锁定芯轴外部；下凸轮套，套设在所述锁定芯轴外部，所述下凸轮套位于所述上凸轮套下方并且与所述卡瓦相连接；其中，
[0011]所述上凸轮套与所述下凸轮套通过相对转动，实现锁扣状态和脱扣状态的切换；在锁扣状态，所述上凸轮套与所述下凸轮套形成轴向上的卡接，并且能够在外力作用下实现轴向上的相对移动和周向上的相对转动；在脱扣状态，所述上凸轮套与所述下凸轮套通过轴向上的相对移动和周向上的相对转动脱离所述轴向上的卡接，形成轴向锁死和周向上的单向锁死，所述卡瓦卡紧所述套管。
[0012]如上所述的基于顶驱作业的下套管装置，其中，所述上凸轮套下端设有上凸轮，所述上凸轮下端设有上卡钩；所述下凸轮套上端设有下凸轮，所述下凸轮上端设有能与所述上卡钩相咬合的下卡钩；在锁扣状态，所述上凸轮套与所述下凸轮套通过所述上卡钩和所述下卡钩的咬合形成轴向上的卡接；在脱扣状态，所述上凸轮套与所述下凸轮套通过轴向上的相对移动和周向上的相对转动，使所述上卡钩与所述下卡钩脱离咬合，并且所述上凸轮的底面与所述下卡钩形成轴向锁死和周向上的单向锁死。
[0013]如上所述的基于顶驱作业的下套管装置，其中，所述上凸轮上还设有与所述上卡钩连接的旋扣斜面，所述旋扣斜面位于所述上凸轮的底面，所述上卡钩的底部端面还设有卸扣斜面；所述下凸轮的顶面还设有导向斜面，所述导向斜面斜向延伸到所述下卡钩的下部；所述下卡钩的顶端具有分别向两侧倾斜的能与所述旋扣斜面单向锁死的旋扣锁定斜面和能与所述卸扣斜面单向锁死的卸扣锁定斜面；
[0014]在锁扣状态，所述上卡钩与所述下卡钩相咬合，且所述导向斜面与所述卸扣斜面相贴合；
[0015]在脱扣状态，所述上卡钩在外力作用下沿所述导向斜面下滑，与所述下卡钩脱离咬合，所述旋扣斜面通过相对于所述旋扣锁定斜面向第一方向旋转与所述旋扣锁定斜面单向锁死，所述卸扣斜面通过相对于所述卸扣锁定斜面向第二方向旋转与所述卸扣锁定斜面单向锁死，所述第一方向与所述第二方向不同，且所述第一方向和所述第二方向为顺时针方向或逆时针方向。
[0016]如上所述的基于顶驱作业的下套管装置，其中，所述上凸轮及所述旋扣斜面为弧形，且均沿所述上凸轮套的圆周方向延伸，所述旋扣斜面沿逆时针方向逐渐向下倾斜，所述上卡钩连接在所述旋扣斜面的最低端，且所述上卡钩向所述上凸轮套的内侧弯折；
[0017]所述下凸轮为弧形，且沿所述下凸轮套的圆周方向延伸，所述导向斜面由所述下凸轮底端沿逆时针方向斜向上倾斜至所述下卡钩下部，所述旋扣锁定斜面由所述下卡钩顶端向右斜下方倾斜，所述卸扣锁定斜面由所述下卡钩顶端向左斜下方倾斜。
[0018]如上所述的基于顶驱作业的下套管装置，其中，所述上凸轮为两个且通过两个上豁口间隔设置，所述下凸轮为两个且通过两个下豁口间隔设置；
[0019]在锁扣状态，所述下凸轮伸入两个所述上凸轮之间的上豁口内，所述上凸轮伸入两个所述下凸轮之间的下豁口内，设于所述上凸轮上的两个所述上卡钩对应与设于所述下凸轮上的两个所述下卡钩相咬合；
[0020]在脱扣状态，所述上凸轮通过相对所述下凸轮转动，使所述下卡钩与第一个所述上凸轮的底面相锁定，或所述下卡钩与第二个所述上凸轮的底面相锁定。
[0021]如上所述的基于顶驱作业的下套管装置，其中，所述上凸轮套与所述下凸轮套之间压紧有弹簧；
[0022]在锁扣状态，所述弹簧处于压缩状态，且所述上凸轮套与所述下凸轮套通过所述弹簧实现轴向上的卡接。
[0023]如上所述的基于顶驱作业的下套管装置，其中，所述锁定芯轴上端套设有上连接套，所述上连接套连接在所述上凸轮套上方，所述弹簧套设于所述上凸轮套和所述下凸轮套的外部，且所述弹簧压紧在所述上连接套与所述下凸轮套之间。
[0024]如上所述的基于顶驱作业的下套管装置，其中，所述锁定芯轴与所述卡瓦之间套设有卡瓦座，所述卡瓦座与所述卡瓦固定连接，所述卡瓦座上方连接有卡瓦套，所述卡瓦套连接在所述下凸轮套下方，所述弹簧压紧在所述上连接套与所述卡瓦套之间。
[0025]如上所述的基于顶驱作业的下套管装置，其中，所述锁定芯轴的下端具有锥形外壁面，所述锥形外壁面的外径由上至下逐渐增大，所述卡瓦座具有与所述锥形外壁面相配合的锥形内壁面，且所述锥形内壁面的内径由上至下逐渐增大。
[0026]如上所述的基于顶驱作业的下套管装置，其中，所述弹簧外部套设有外套，所述外套外部套设有阻挡环，所述外套上端与所述上连接套相连接，所述阻挡环为槽型，所述弹簧压紧在所述外套与所述阻挡环之间，所述阻挡环、所述卡瓦套及所述下凸轮套相固定连接。
[0027]如上所述的基于顶驱作业的下套管装置，其中，所述下套管装置还包括顶驱，所述锁定芯轴的上端与所述顶驱相连接。
[0028]如上所述的基于顶驱作业的下套管装置，其中，所述下套管装置还包括设于所述锁定总成下方的密封总成，所述密封总成包括:密封芯轴，连接在所述锁定芯轴下方，所述密封芯轴的中心孔与所述锁定芯轴的中心孔相连通；密封胶塞，套设在所述密封芯轴外部。
[0029]本发明还提供一种基于顶驱作业的下套管方法，其中，所述下套管方法包括以下步骤:
[0030]步骤A，锁扣作业:下放顶驱，直至上凸轮套与下凸轮套形成轴向上的卡接；
[0031 ] 步骤B，脱扣作业:在步骤A后，继续下放顶驱，使所述上凸轮套与所述下凸轮套通过轴向上的相对移动和周向上的相对转动脱离所述轴向上的卡接；再上提顶驱，使所述上凸轮套与所述下凸轮套实现上下分离，同时卡瓦膨胀并卡紧套管；再旋转顶驱，使所述上凸轮套与所述下凸轮套形成轴向锁死和周向上的单向锁死；
[0032]步骤C，继续旋转顶驱实现对所述套管的转动。
[0033]如上所述的基于顶驱作业的下套管方法，其中，在锁扣作业中，所述上凸轮套与所述下凸轮套在轴向上的卡接，是通过所述上凸轮套的上卡钩与所述下凸轮套的下卡钩相咬合实现的。
[0034]如上所述的基于顶驱作业的下套管方法，其中，在脱扣作业中，通过继续下放顶驱使所述上凸轮套克服弹簧的回复力沿轴向向下移动，同时上卡钩沿下凸轮的导向斜面下滑、所述上凸轮套相对所述下凸轮套转动，上卡钩与下卡钩脱离咬合。
[0035]如上所述的基于顶驱作业的下套管方法，其中，所述上凸轮套与所述下凸轮套上下分离后，若向第一方向旋转顶驱，上凸轮的旋扣斜面与下卡钩的旋扣锁定斜面相锁死，继续向第一方向旋转顶驱，实现对套管的旋扣作业；若向第二方向旋转顶驱，上卡钩的卸扣斜面与下卡钩的卸扣锁定斜面相锁死，继续向第二方向旋转顶驱，实现对套管的卸扣作业，其中，第一方向与第二方向不同，且第一方向和第二方向为顺时针方向或逆时针方向。
[0036]如上所述的基于顶驱作业的下套管方法，其中，所述下套管方法还包括:
[0037]步骤D，下套管装置脱离作业:旋扣作业或卸扣作业后，反向旋转并下放顶驱，直至下套管装置与套管出现相对旋转，所述上凸轮套与所述下凸轮套相互重新咬合锁定，此时卡瓦的外径又处于最小状态，上提顶驱即可使下套管装置脱离套管。
[0038]如上所述的基于顶驱作业的下套管方法，其中，所述下套管方法具体包括如下步骤:
[0039]步骤S1:先将保护接头的下坐落孔坐在井口夹持套管的接箍上；
[0040]步骤S2:然后通过吊卡将所述套管悬持到井口，下放所述套管到所述保护接头的上坐落孔内，直至所述套管的丝扣下端面接触所述保护接头的隔板；
[0041]步骤S3:然后下放顶驱，下套管装置的密封总成先插入所述套管的内孔，直至阻挡环与所述套管的接箍上端面接触；此时所述上凸轮套与所述下凸轮套通过上凸轮套的上卡钩与下凸轮套的下卡钩相咬合实现初始锁紧；
[0042]步骤S4:继续下放顶驱，直至外套与所述阻挡环没有相对移动为止；
[0043]步骤S5:然后上提顶驱，所述上凸轮套与所述下凸轮套上下分离，实现解锁；
[0044]步骤S6:再顺时针旋转顶驱，直至所述旋扣斜面与所述旋扣锁定斜面机械锁死，所述卡瓦的卡瓦牙卡紧所述套管的内壁；
[0045]步骤S7:然后上提顶驱及所述套管，将所述保护接头取出；
[0046]步骤S8:然后下放顶驱及所述套管，与井口夹持套管旋扣、紧扣；
[0047]步骤S9:然后通过循环泥浆，松开动力卡瓦，下套管作业；
[0048]步骤SlO:将所述套管下放到井口，动力卡瓦夹持住所述套管；
[0049]步骤Sll:然后反向缓慢旋转并下放顶驱，直至下套管装置与所述套管出现相对旋转位置；
[0050]步骤S12:然后上提顶驱，所述上凸轮套与所述下凸轮套回到初始锁紧状态；
[0051]步骤S13:重复上述工序，直至作业结束。
[0052]本发明的基于顶驱作业的下套管装置及方法的特点和优点是:
[0053]1、本发明的下套管装置为机械驱动，通过控制上凸轮套和下凸轮套的轴向移动和周向的单向锁死，来实现对套管的旋扣作业和卸扣作业，与液压驱动相比，结构简单，操作简易，可靠性高，不会出现液压油泄漏的情况，克服了液压管路复杂、部件多的缺陷；
[0054]2、本发明的下套管装置通过上卡钩和下卡钩的咬合实现轴向的卡接，通过在下凸轮上设置导向斜面为上卡钩和下卡钩的咬合、以及脱离咬合提供导向，通过在上凸轮、上卡钩上分别设置旋扣斜面、卸扣斜面，以及对应在下卡钩上设置旋扣锁定斜面、卸扣锁定斜面，使上凸轮套旋转时与下凸轮套锁定，从而采用凸轮结构机械锁定的方式实现套管的夹持作业；
[0055]3、本发明中的锁定芯轴与卡瓦座通过锥形面相配合，以使锁定芯轴沿轴向向上移动时，锥形面促使卡瓦膨胀卡紧套管内壁，实现对套管的控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0056]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中:
[0057]图1是本发明的基于顶驱作业的下套管装置的示意图；
[0058]图2是上凸轮套的上卡钩与下凸轮套的下卡钩相咬合的示意图；
[0059]图3是上凸轮套的上卡钩与下凸轮套的下卡钩脱离咬合的示意图；
[0060]图4是旋扣作业状态时旋扣斜面与旋扣锁定斜面相锁死的示意图；
[0061]图5是卸扣作业状态时卸扣斜面与卸扣锁定斜面相锁死的示意图；
[0062]图6是上凸轮套的上卡钩与下凸轮套的下卡钩恢复咬合状态的示意图；
[0063]图7是保护接头的示意图。
[0064]主要元件标号说明:
[0065]I锁定总成10锁定芯轴
[0066]11 卡瓦
[0067]111卡瓦座1111固定板
[0068]112卡瓦套113卡瓦座挡环
[0069]12上凸轮套
[0070]121上凸轮1211旋扣斜面
[0071]122上卡钩1221卸扣斜面1222上卡钩内侧面
[0072]13下凸轮套
[0073]131下凸轮1311导向斜面
[0074]132下卡钩
[0075]1321旋扣锁定斜面 1322卸扣锁定斜面 1323下卡钩内侧面
[0076]1324旋扣导向斜面
[0077]14弹簧15上连接套16外套
[0078]17阻挡环
[0079]2密封总成
[0080]20密封芯轴21固定环22挡环
[0081]23密封胶塞24胶塞固定套
[0082]3 套管
[0083]4保护接头
[0084]41隔板42上坐落孔43下坐落孔
[0085]5井口夹持套管
【具体实施方式】
[0086]如图1所述，本发明提供一种基于顶驱作业的下套管装置，该下套管装置包括锁定总成1，锁定总成I包括:锁定芯轴10，具有沿轴向贯穿的中心孔，锁定芯轴10的上端能与顶驱相连接；卡瓦11，套设在锁定芯轴10外部，在卡瓦11外部套设有套管3 ;上凸轮套12，套接在锁定芯轴10外部；下凸轮套13，套设在锁定芯轴10外部，下凸轮套13位于上凸轮套12下方并且与卡瓦11相连接；
[0087]其中，上凸轮套12下端设有上凸轮121，上凸轮121下端设有上卡钩122 ;下凸轮套13上端设有下凸轮131，下凸轮131上端设有能与上卡钩122相咬合的下卡钩132 ；
[0088]上凸轮121上还设有与上卡钩122连接的旋扣斜面1211，旋扣斜面1211位于上凸轮121的底面，上卡钩122的底部端面还设有卸扣斜面1221 ;下凸轮131的侧面还设有能与卸扣斜面1221相贴合的导向斜面1311，导向斜面1311斜向延伸到下卡钩132的下部；下卡钩132的顶端具有分别向两侧倾斜的能与旋扣斜面1211单向锁死的旋扣锁定斜面1321和能与卸扣斜面1221单向锁死的卸扣锁定斜面1322。
[0089]该实施例中的下套管装置的工作原理为:通过上凸轮套12与下凸轮套13的相对转动，上凸轮套121与下凸轮套131之间形成锁扣状态和脱扣状态的切换；具体是:
[0090]在锁扣状态，上凸轮套12与下凸轮套13通过上卡钩122和下卡钩132的咬合形成轴向上的卡接，导向斜面1311与卸扣斜面1221相贴合，并且能够在外力作用下实现轴向上的相对移动和周向上的相对转动；另外，在锁扣状态下，卡瓦11处于外径最小的状态，卡瓦11上的卡瓦牙未夹持套管3内壁；
[0091]在脱扣状态，上凸轮套12与下凸轮套13通过轴向上的相对移动和周向上的相对转动，使上卡钩122与下卡钩132脱离咬合脱离轴向上的卡接，并且上凸轮121的底面与下卡钩132形成轴向锁死和周向上的单向锁死，即上卡钩122在外力作用下沿导向斜面1311下滑，与下卡钩132脱离咬合，旋扣斜面1211通过相对于旋扣锁定斜面1321向第一方向旋转与旋扣锁定斜面1321单向锁死，卸扣斜面1221通过相对于卸扣锁定斜面1322向第二方向旋转与卸扣锁定斜面1322单向锁死，第一方向与第二方向不同，且第一方向和第二方向为顺时针方向或逆时针方向；另外，在脱扣状态下，卡瓦11膨胀且处于外径最大的状态，卡瓦11上的卡瓦牙卡紧套管3内壁，可进行旋扣作业或卸扣作业。
[0092]进一步地，上凸轮121及旋扣斜面1211为弧形，且均沿上凸轮套12的圆周方向延伸，旋扣斜面1211沿逆时针方向逐渐向下倾斜，上卡钩122连接在旋扣斜面1211的最低端，且上卡钩122向上凸轮套12的内侧弯折；下凸轮131为弧形，且沿下凸轮套13的圆周方向延伸，导向斜面1311由下凸轮131底端沿逆时针方向斜向上倾斜至下卡钩132下部，旋扣锁定斜面1321由下卡钩132顶端向右斜下方倾斜，卸扣锁定斜面1322由下卡钩132顶端向左斜下方倾斜。
[0093]因此，在脱扣状态，上凸轮套12在沿轴向向下的外力作用下沿导向斜面1311下滑，上卡钩122与下卡钩132脱离咬合；上凸轮套12与下凸轮套13上下分离后，顺时针旋转上凸轮套12 (下凸轮套13不动)，使旋扣锁定斜面1321与旋扣斜面1211单向锁死，即旋扣斜面1211通过相对于旋扣锁定斜面1321顺时针方向旋转单向锁死，顺时针旋转上凸轮套12 (下凸轮套13不动)，使卸扣锁定斜面1322与卸扣斜面1221单向锁死，即卸扣斜面1221通过相对于卸扣锁定斜面1322逆时针方向旋转单向锁死。
[0094]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的基于顶驱作业的下套管装置及方法的【具体实施方式】、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过【具体实施方式】的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。其中，形容词性或副词性修饰语“水平”和“竖直”、“朝上”和“朝下”，或“顺时针”和“逆时针”的使用也仅是为了便于多组术语之间的相对参考，且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。相同的部件，采用相同的标号。
[0095]如图1所述，本发明提供一种基于顶驱作业的下套管装置，其为完全机械驱动的下套管装置，包括锁定总成I及密封总成2两部分，其中锁定总成I用于锁定套管3以进行套管下放，密封总成2用于实现泥浆循环过程的密封。
[0096]锁定总成I包括具有中心孔的锁定芯轴10以及由上至下依次套设于锁定芯轴10外部的上凸轮套12、与上凸轮套12配合的下凸轮套13、卡瓦11，其中，卡瓦11的外壁面上具有卡瓦牙，锁定芯轴10的中心孔的上端加工有锥扣，锁定芯轴10可通过锥扣与顶驱的中心管连接，锁定芯轴10的中心孔作为泥浆循环的通道。上凸轮套12与下凸轮套13例如为侧向具有豁口(缺口)的套筒形状。上凸轮套12与下凸轮套13之间还压紧有弹簧14，且上凸轮套12与下凸轮套13通过弹簧14实现轴向上的卡接。
[0097]锁定芯轴10的上端还套设有上连接套15，上连接套15连接在上凸轮套12上方，上连接套15与锁定芯轴10之间通过花键相连接，具体是，上连接套15的下端具有环形内凸台和环形外凸台，环形内凸台由上连接套15的内壁向内延伸形成，环形内凸台的内壁面具有内花键，锁定芯轴10的外壁上对应该内花键设有外花键，锁定芯轴10的外花键与上连接套15的内花键相配合，用于传递扭矩；环形外凸台由上连接套15的外壁向外延伸形成；弹簧14套设于上凸轮套12和下凸轮套13的外部，且弹簧14压紧在上连接套15与下凸轮套13之间。
[0098]上凸轮套12套接在锁定芯轴10外部，并位于上连接套15下方，上凸轮套12的上部为环形套体，上凸轮套12的下部设有两个向下延伸且沿圆周方向延伸的上凸轮121，上凸轮121为弧形，或者说上凸轮121在水平方向的投影为环形或弧形，两个上凸轮121通过两个上豁口间隔设置，即两个上凸轮121相对并间隔设置；两个上凸轮121的下端分别设有一个上卡钩122，如图4、图5、图6所示，上卡钩122在侧向或主视方向的投影为钩状，上卡钩122在水平方向的投影例如为弧形。其中:
[0099]旋扣斜面1211:上凸轮121的底面为旋扣斜面1211，旋扣斜面1211为弧形或水平投影为环形，即旋扣斜面1211沿上凸轮套12的圆周方向延伸，且旋扣斜面1211沿逆时针方向逐渐向下倾斜，其为与水平面形成一定倾角(大于零度)的斜面，因此，旋扣斜面1211具有一个最高点和一个最低点，旋扣斜面1211的最高点与上凸轮套12顶端的距离小于旋扣斜面1211上其它任意点与上凸轮套12顶端的距离，旋扣斜面1211的最低点与上凸轮套12顶端的距离大于旋扣斜面1211上其它任意点与上凸轮套12顶端的距离，当上凸轮套12向顺时针方向旋转时，旋扣斜面1211能用于锁定下凸轮套13 ；
[0100]卸扣斜面1221:为上卡钩122底部的外侧的端面，上卡钩122连接在旋扣斜面1211的最低端，是由旋扣斜面1211的最低点的一端向上凸轮套12的内侧弯折并向斜上方延伸形成，卸扣斜面1221位于上卡钩122的外侧，且卸扣斜面1221自旋扣斜面1211的最低点向上凸轮套12的内侧的斜上方延伸，即卸扣斜面1221与上卡钩122的延伸方向相一致，当上凸轮套12向逆时针方向旋转时，卸扣斜面1221能用于锁定下凸轮套13 ；
[0101]上卡钩内侧面1222:位于上卡钩122的内侧，与卸扣斜面1221相对设置，即上卡钩内侧面1222与卸扣斜面1221分别位于上卡钩122的内、外两侧。
[0102]下凸轮套13套设于锁定芯轴10外部，并位于上凸轮套12下方，下凸轮套13的下部为环形套体，下凸轮套13的上部设有两个向上延伸且沿圆周方向延伸的下凸轮131，下凸轮131在水平方向的投影例如为环形或弧形，两个下凸轮131通过两个下豁口间隔设置，即两个下凸轮131相对并间隔设置，两个下凸轮131能对应伸入两个上凸轮121之间的上豁口内，两个上凸轮121能对应伸入两个下凸轮131之间的下豁口内，从主视图上看，下凸轮131的左、右两侧均为斜面，因此下凸轮131的主视图呈梯形状；两个下凸轮131的上端分别设有一个下卡钩132，如图2、图3所示，下卡钩132在侧向或主视方向的投影为倒钩状，如图4、图5、图6所示，下卡钩132在水平方向的投影例如为弧形，当下凸轮131伸入两个上凸轮121之间时，设于上凸轮121上的两个上卡钩122对应与设于下凸轮131上的两个下卡钩132相咬合，形成卡接(锁扣状态)；上凸轮121通过相对下凸轮131转动，使下卡钩132与第一个上凸轮121的底面相锁定，或下卡钩132与第二个上凸轮121的底面相锁定(脱扣状态)。其中:
[0103]下卡钩内侧面1323:位于下卡钩132内侧，当上卡钩122与下卡钩132相咬合时，上卡钩内侧面1222与下卡钩内侧面1323相贴合，即上卡钩122与下卡钩132通过内卡接咬合；
[0104]导向斜面1311:下凸轮131的顶面设有导向斜面1311，导向斜面1311与下凸轮131的外壁面相邻并相互垂直，导向斜面1311由下凸轮131底端沿逆时针方向斜向上倾斜至下卡钩132下部，或者说导向斜面1311自下凸轮套13的环形套体的顶面向右斜上方(沿逆时针方向斜向上)倾斜，当上卡钩122与下卡钩132相咬合时，导向斜面1311与卸扣斜面1221相贴合，当下压上凸轮套12时，上卡钩122能沿导向斜面1311下滑，同时上凸轮套12沿顺时针方向转动，使上卡钩122与下卡钩132脱离咬合，导向斜面1311为上卡钩122与下卡钩132脱离咬合以及实现咬合提供导向；
[0105]旋扣锁定斜面1321及卸扣锁定斜面1322:下卡钩132设于下凸轮131的顶端，下卡钩132的顶端两侧对应设有旋扣锁定斜面1321和卸扣锁定斜面1322，旋扣锁定斜面1321和卸扣锁定斜面1322相交于下卡钩132的最高点，并从下卡钩132的最高点分别向两侧倾斜或延伸，或者说旋扣锁定斜面1321和卸扣锁定斜面1322分别由下卡钩132的顶端向右斜下方和左斜下方倾斜、延伸；卸扣斜面1221与下卡钩内侧面1323相对设置，旋扣斜面1211及卸扣斜面1221能对应与旋扣锁定斜面1321及卸扣锁定斜面1322配合锁死，以使上凸轮套12锁定下凸轮套13，具体是，使下凸轮套13固定不动，当上凸轮套12顺时针旋转时，旋扣斜面1211可与下卡钩132的旋扣锁定斜面1321配合并锁死，以进行旋扣作业，其中，若旋扣斜面1211相对于水平面的倾斜角度与旋扣锁定斜面1321相对于水平面的倾斜角度相同，二者锁死时为面接触，若旋扣斜面1211相对于水平面的倾斜角度与旋扣锁定斜面1321相对于水平面的倾斜角度不同，二者锁死时为线接触，在实施时，优选面接触，以增加锁定状态的稳固性；当上凸轮套12逆时针旋转时，卸扣斜面1221可与下卡钩132的卸扣锁定斜面1322配合并锁死，以进行卸扣作业，换句话说，下卡钩132的旋扣锁定斜面1321与上卡钩122的旋扣斜面1211、以及下卡钩132的卸扣锁定斜面1322与上凸轮121的卸扣斜面1221为外卡接锁定。
[0106]旋扣导向斜面1324:旋扣导向斜面1324设于下卡钩132的顶部侧面，与旋扣锁定斜面1321相邻，从图3上看，旋扣导向斜面1324位于旋扣锁定斜面1321的右侧，旋扣导向斜面1324自其与旋扣锁定斜面1321的连接处向右斜下方倾斜或延伸，在进行旋扣作业时，起到导向作用，即在顺时针旋转上凸轮套12时，可为旋扣斜面1211提供导向，将其导向至与旋扣锁定斜面1321相配合锁定。
[0107]如图1所示，上凸轮套12与下凸轮套13均套设在锁定芯轴10外部，上凸轮套12与锁定芯轴10相连接，例如上凸轮套12的内壁设有内螺纹，锁定芯轴10对应设有外螺纹，上凸轮套12与锁定芯轴10螺接在一起；上连接套15固定连接在上凸轮套12上方；上凸轮套12与下凸轮套13的外部还套设有外套16，外套16上端与上连接套15相连接，即外套16的上端向内延伸形成环形止挡部，环形止挡部的顶端抵靠上连接套15的环形外凸台，并通过螺栓固定连接，环形止挡部的内壁与上凸轮套12的外壁相贴靠，使得外套16与上凸轮套12和下凸轮套13之间形成能容置弹簧14的弹簧槽；另外，外套16外部套设有阻挡环17，阻挡环17为槽型，弹簧14抵靠并压紧在外套16的环形止挡部与阻挡环17之间，阻挡环17的外缘呈环形，并包覆在外套16外部，可采用螺钉将阻挡环17固定在下凸轮套13下方。弹簧14套设于上凸轮套12和下凸轮套13的外部，当上卡钩122与下卡钩132咬合时，弹簧14处于压缩状态，并且通过弹簧14的回复力的顶推作用使上卡钩122与下卡钩132处于咬紧、卡紧状态，当上卡钩122与下卡钩132脱离咬合时，通过克服弹簧14的回复力使上凸轮套12与下凸轮套13脱离所述轴向上的卡接。
[0108]再如图1所示，锁定芯轴10的下端外壁具有锥形外壁面，且锥形外壁面的上端外径小于下端外径，即锥形外壁面的外径由上至下逐渐增大，锁定芯轴10的锥形外壁面与卡瓦11之间套设有卡瓦座111，卡瓦座111与卡瓦11固定连接，可采用螺钉从径向将卡瓦11和卡瓦座111固定在一起，卡瓦座111的内壁对应锁定芯轴10的该锥形外壁面设有锥形内壁面，且锥形内壁面的上端内径小于下端内径，即锥形内壁面的内径由上至下逐渐增大，以与锥形外壁面相配合，在本实施例中，锁定芯轴10的锥形外壁面具有3个，且沿锁定芯轴10的轴向排列，相应地，卡瓦11的锥形内壁面也具有3个，并与锥形外壁面——对应配合在一起。当锁定芯轴10向上移动时，锥形外壁面的下端(外径较大的一端)逐渐靠近锥形内壁面的上端(内径较小的一端)，从而使卡瓦11膨胀。
[0109]优选地，锥形外壁面和锥形内壁面的锥度为1:3。
[0110]在卡瓦座111上方还连接有套设于锁定芯轴10外部的卡瓦套112，卡瓦套112的下端具有经缩径形成的(向内凹设的)台阶，卡瓦座挡环113抵靠在台阶下端，采用螺钉从径向将卡瓦座挡环113与卡瓦套112固定在一起,卡瓦座111的顶部向上凸伸形成固定板1111，可为环形固定板，固定板1111伸入并固定在卡瓦套112与卡瓦座挡环113之间，具体是，卡瓦座挡环113作为挡板,将卡瓦座111的固定板1111的径向位移限制住，固定板1111的轴向位移已由机械结构限制，这样即可将固定板1111固定；卡瓦套112连接在下凸轮套13下方，卡瓦套112的上端与下凸轮套13和阻挡环17相固定连接，例如可采用内六角螺钉将阻挡环17、卡瓦套112、下凸轮套13依次穿接固定。
[0111]如图2至图6所示，通过下压、上提、旋转顶驱，上凸轮套12和下凸轮套13之间的位置关系变化如下:
[0112](I)初始状态时，弹簧14处于压缩状态，在弹簧14回复力的顶推作用下，上卡钩122与下卡钩132咬合、内卡紧在一起，卸扣斜面1221与导向斜面1311相贴合，上卡钩内侧面1222与下卡钩内侧面1323相贴合，上凸轮套12与下凸轮套13的整体高度最小，如图2所示，锁定芯轴10与卡瓦座111完全匹配，卡瓦11的外径最小；
[0113](2)当下压顶驱时，锁定芯轴10带动上凸轮套12沿轴向向下移动，上卡钩122沿导向斜面1311下滑，同时上凸轮121与下凸轮131向相互远离的方向转动，使上卡钩122与下卡钩132脱离咬合，如图3所示；
[0114](3)再上提顶驱，上凸轮套12与下凸轮套13上下分离开，同时顶驱会带动锁定芯轴10向上移动，锁定芯轴10的锥形外壁面使卡瓦座111的锥形内壁面膨胀，促使卡瓦11外凸，卡瓦牙咬紧(卡紧)套管3内壁；
[0115](4)然后顺时针旋转顶驱，锁定芯轴10带动上凸轮套12顺时针旋转，上凸轮121的旋扣斜面1211与下卡钩132的旋扣锁定斜面1321相卡合，继续顺时针旋转顶驱旋转直至上凸轮套12无法转动，此时旋扣斜面1211与旋扣锁定斜面1321机械锁死(或卡死)，旋扣斜面1211与旋扣锁定斜面1321之间是相互挤压的关系，即旋扣斜面1211与旋扣锁定斜面1321相互施加压力，下卡钩132与上凸轮121通过外卡接锁定在一起，如图4所示，进而将锁定芯轴10、卡瓦11及套管3锁定在一起，使其在顶驱顺时针转动时能沿周向同步转动，实现旋扣作业；
[0116](5)若需进行卸扣作业，再逆时针旋转顶驱，锁定芯轴10带动上凸轮套12逆时针旋转，旋扣斜面1211与旋扣锁定斜面1321脱离卡合状态后，上凸轮121的卸扣斜面1221与下凸轮131的卸扣锁定斜面1322相卡合，继续逆时针旋转顶驱直至上凸轮套12无法转动，此时卸扣斜面1221与卸扣锁定斜面1322机械锁死(或卡死)，卸扣斜面1221与卸扣锁定斜面1322之间是相互挤压的关系，即卸扣斜面1221与卸扣锁定斜面1322之间相互施加压力，下卡钩132与上卡钩122通过外卡接锁定在一起，如图5所示，进而将锁定芯轴10、卡瓦11及套管3锁定在一起，使其在顶驱逆时针转动时能沿周向同步转动，实现卸扣作业；
[0117](6)最后反方向缓慢旋转并下放上凸轮套12，上卡钩122又与下卡钩132重新咬合在一起，如图6所示，弹簧14重新处于压缩状态，锁定芯轴10与卡瓦座111完全匹配，卡瓦11外径回到最小状态，卡瓦牙脱离对套管3内壁的咬合。
[0118]再如图1所示，本发明的下套管装置还包括连接在锁定总成I下方的密封总成2，密封总成2包括连接在锁定芯轴10下方的密封芯轴20、套设在密封芯轴20外部的密封胶塞23和胶塞固定套24，其中，密封芯轴20与锁定芯轴10的中心孔相连通，二者同轴心且中心孔直径也相同，密封芯轴20与锁定芯轴10例如相螺纹连接在一起，在密封芯轴20与锁定芯轴10连接处的外部还套设有固定环21。
[0119]密封胶塞23套设在密封芯轴20的外部，密封胶塞23上方还抵靠有挡环22，挡环22套设在密封芯轴20外部且抵靠在密封芯轴20外壁上的环形凸台下方，胶塞固定套24套设在密封芯轴20外部且位于密封胶塞23下方，胶塞固定套24与密封芯轴20相螺纹连接，用以将位于胶塞固定套24上方的密封胶塞23固定。
[0120]在下放套管3时，需要使用保护接头4，如图7所示，保护接头4的内腔由隔板41分隔为上部的上坐落孔42和下部的下坐落孔43，上坐落孔42和下坐落孔43分别用于坐落两个待旋扣的套管。
[0121]本发明还提供一种基于顶驱作业的下套管方法，包括以下步骤:
[0122]步骤A，锁扣作业:下放顶驱，直至上凸轮套12与下凸轮套13形成轴向上的卡接；
[0123]步骤B，脱扣作业:在步骤A后，继续下放顶驱，使上凸轮套12与下凸轮套13通过轴向上的相对移动和周向上的相对转动脱离轴向上的卡接；再上提顶驱，使上凸轮套12与下凸轮套13实现上下分离，同时卡瓦11膨胀并卡紧套管3 ;旋转顶驱，使上凸轮套12与下凸轮套13形成轴向锁死和周向上的单向锁死；
[0124]步骤C:继续旋转顶驱实现对套管3的转动。
[0125]其中，在锁扣作业中，上凸轮套12与下凸轮套13在轴向上的卡接，是通过上凸轮套12的上卡钩122与下凸轮套13的下卡钩132相咬合实现的。
[0126]另外，在脱扣作业中，通过继续下放顶驱使上凸轮套12克服弹簧14的回复力沿轴向向下移动，同时上卡钩122沿下凸轮131的导向斜面下滑、上凸轮套12相对下凸轮套13转动，上卡钩122与下卡钩132脱离咬合。
[0127]进一步地，在脱扣作业中，上凸轮套12与下凸轮套13上下分离后，若向第一方向旋转顶驱，上凸轮121的旋扣斜面1211与下卡钩132的旋扣锁定斜面1321相锁死，继续向第一方向旋转顶驱，实现对套管3的旋扣作业；若向第二方向旋转顶驱，上卡钩122的卸扣斜面1221与下卡钩132的卸扣锁定斜面1322相锁死，继续向第二方向旋转顶驱，实现对套管3的卸扣作业，其中，第一方向与第二方向不同，且第一方向和第二方向为顺时针方向或逆时针方向。
[0128]另外，上述下套管方法还包括步骤D，下套管装置脱离作业:旋扣作业或卸扣作业后，反向旋转并下放顶驱，直至下套管装置与套管3出现相对旋转，上凸轮套12与下凸轮套13重新咬合锁定，此时卡瓦11的外径又处于最小状态，上提顶驱即可使下套管装置脱离套管3。
[0129]以下详细说明采用本发明的下套管装置下放套管的具体操作步骤:
[0130]步骤1:坐落套管。将保护接头4的下坐落孔43坐在井口夹持套管5的接箍上，采用常规作业方式，通过吊卡将套管3悬持到井口，下放套管3到保护接头4的上坐落孔42内，直至套管3的丝扣下端面接触保护接头4的隔板41。
[0131]步骤2:坐落基于顶驱作业的下套管装置。将锁定芯轴10与顶驱的中心管螺纹连接在一起，下放顶驱，下套管装置的密封总成2先插入套管3内，继续下放顶驱直至阻挡环17与套管3的接箍上端面接触；此时上卡钩122与下卡钩132咬合在一起，卡瓦11的外径处于最小状态。
[0132]步骤3:旋扣作业。具体步骤如下:
[0133](a)继续下放顶驱，直至外套16与阻挡环17没有相对移动为止，在此过程中，上卡钩122沿下卡钩132的导向斜面1311下滑，同时弹簧14被压缩，当外套16与阻挡环17没有相对移动时，说明上卡钩122已下滑至导向斜面1311的底端，上卡钩122与下卡钩132脱离咬合；
[0134](b)上提顶驱，锁定芯轴10和上凸轮套12均向上移动，锁定芯轴10相对于卡瓦座111上移，卡瓦11膨胀，卡瓦牙外凸并夹持套管3的内壁，使得套管3固定在卡瓦11外部；当锁定芯轴10在锥形外壁面的限制下无法继续向上移动时，上凸轮套12也恰好上移至与下凸轮套13上下分离，即上凸轮套12和下凸轮套13解锁(解除锁扣状态)；
[0135](c)顺时针旋转顶驱，上凸轮套12也顺时针旋转，直至旋扣斜面1211与旋扣锁定斜面1321机械锁死，上凸轮套12与下凸轮套13也锁定在一起；
[0136](d)上提顶驱及套管3，将保护接头4取出；
[0137](e)下放顶驱及套管3，继续顺时针旋转顶驱，即可将套管3与井口夹持套管5旋扣、紧扣，从而完成旋扣作业。
[0138]步骤4:下套管作业。将套管3与井口夹持套管5旋扣后，循环泥浆，松开动力卡瓦(动力卡瓦位于井口，用来旋持已下入井的套管)，进行正常的下套管作业，将套管3下放到井口，动力卡瓦夹持住套管3。
[0139]若需进行卸扣作业，例如，套管遇阻无法下放到设计位置需要提出套管3，此时需要卸扣，继续执行以下步骤5:
[0140]步骤5:卸扣作业。逆时针旋转顶驱，上凸轮套12也逆时针旋转,直至卸扣斜面1221与卸扣锁定斜面1322机械锁死，上凸轮套12与下凸轮套13也锁定在一起，继续逆时针旋转顶驱，即可将套管3与井口夹持套管5卸扣，从而完成卸扣作业。
[0141]步骤6:管柱脱离作业。反向缓慢旋转并下放顶驱，直至套管下放工具与套管3出现相对旋转位置，此时锁定芯轴10的锥形外壁面与卡瓦座111的锥形内壁面回到初始的配合状态，卡瓦11的外径又处于最小状态，卡瓦牙脱离对套管3内壁的夹持，上提顶驱，上卡钩122与下卡钩132重新咬合在一起，上凸轮套12与下凸轮套13回到初始的锁定状态。
[0142]步骤7:重复上述工序，直至作业结束。
[0143]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
【权利要求】
1.一种基于顶驱作业的下套管装置，其特征在于，所述下套管装置包括锁定总成，所述锁定总成包括: 锁定芯轴，具有沿轴向贯穿的中心孔； 卡瓦，套设在所述锁定芯轴外部，在所述卡瓦外部套设套管； 上凸轮套，套接在所述锁定芯轴外部； 下凸轮套，套设在所述锁定芯轴外部，所述下凸轮套位于所述上凸轮套下方并且与所述卡瓦相连接； 其中，所述上凸轮套与所述下凸轮套通过相对转动，实现锁扣状态和脱扣状态的切换； 在锁扣状态，所述上凸轮套与所述下凸轮套形成轴向上的卡接，并且能够在外力作用下实现轴向上的相对移动和周向上的相对转动； 在脱扣状态，所述上凸轮套与所述下凸轮套通过轴向上的相对移动和周向上的相对转动脱离所述轴向上的卡接，形成轴向锁死和周向上的单向锁死，所述卡瓦卡紧所述套管。
2.如权利要求1所述的基于顶驱作业的下套管装置，其特征在于，所述上凸轮套下端设有上凸轮，所述上凸轮下端设有上卡钩； 所述下凸轮套上端设有下凸轮，所述下凸轮上端设有能与所述上卡钩相咬合的下卡钩； 在锁扣状态，所述上凸轮套与所述下凸轮套通过所述上卡钩和所述下卡钩的咬合形成轴向上的卡接； 在脱扣状态，所述上凸轮套与所述下凸轮套通过轴向上的相对移动和周向上的相对转动，使所述上卡钩与所述下卡钩脱离咬合，并且所述上凸轮的底面与所述下卡钩形成轴向锁死和周向上的单向锁死。
3.如权利要求2所述的基于顶驱作业的下套管装置，其特征在于，所述上凸轮上还设有与所述上卡钩连接的旋扣斜面，所述旋扣斜面位于所述上凸轮的底面，所述上卡钩的底部端面还设有卸扣斜面； 所述下凸轮的顶面还设有导向斜面，所述导向斜面斜向延伸到所述下卡钩的下部；所述下卡钩的顶端具有分别向两侧倾斜的能与所述旋扣斜面单向锁死的旋扣锁定斜面和能与所述卸扣斜面单向锁死的卸扣锁定斜面； 在锁扣状态，所述上卡钩与所述下卡钩相咬合，且所述导向斜面与所述卸扣斜面相贴合； 在脱扣状态，所述上卡钩在外力作用下沿所述导向斜面下滑，与所述下卡钩脱离咬合，所述旋扣斜面通过相对于所述旋扣锁定斜面向第一方向旋转与所述旋扣锁定斜面单向锁死，所述卸扣斜面通过相对于所述卸扣锁定斜面向第二方向旋转与所述卸扣锁定斜面单向锁死，所述第一方向与所述第二方向不同，且所述第一方向和所述第二方向为顺时针方向或逆时针方向。
4.如权利要求3所述的基于顶驱作业的下套管装置，其特征在于，所述上凸轮及所述旋扣斜面为弧形，且均沿所述上凸轮套的圆周方向延伸，所述旋扣斜面沿逆时针方向逐渐向下倾斜，所述上卡钩连接在所述旋扣斜面的最低端，且所述上卡钩向所述上凸轮套的内侧弯折； 所述下凸轮为弧形，且沿所述下凸轮套的圆周方向延伸，所述导向斜面由所述下凸轮底端沿逆时针方向斜向上倾斜至所述下卡钩下部，所述旋扣锁定斜面由所述下卡钩顶端向右斜下方倾斜，所述卸扣锁定斜面由所述下卡钩顶端向左斜下方倾斜。
5.如权利要求2至4任一项所述的基于顶驱作业的下套管装置，其特征在于，所述上凸轮为两个且通过两个上豁口间隔设置，所述下凸轮为两个且通过两个下豁口间隔设置； 在锁扣状态，所述下凸轮伸入两个所述上凸轮之间的上豁口内，所述上凸轮伸入两个所述下凸轮之间的下豁口内，设于所述上凸轮上的两个所述上卡钩对应与设于所述下凸轮上的两个所述下卡钩相咬合； 在脱扣状态，所述上凸轮通过相对所述下凸轮转动，使所述下卡钩与第一个所述上凸轮的底面相锁定，或所述下卡钩与第二个所述上凸轮的底面相锁定。
6.如权利要求1至4任一项所述的基于顶驱作业的下套管装置，其特征在于，所述上凸轮套与所述下凸轮套之间压紧有弹簧； 在锁扣状态，所述弹簧处于压缩状态，且所述上凸轮套与所述下凸轮套通过所述弹簧实现轴向上的卡接。
7.如权利要求6所述的基于顶驱作业的下套管装置，其特征在于，所述锁定芯轴上端套设有上连接套，所述上连接套连接在所述上凸轮套上方，所述弹簧套设于所述上凸轮套和所述下凸轮套的外部，且所述弹簧压紧在所述上连接套与所述下凸轮套之间。
8.如权利要求7所述的基于顶驱作业的下套管装置，其特征在于，所述锁定芯轴与所述卡瓦之间套设有卡瓦座，所述卡瓦座与所述卡瓦固定连接，所述卡瓦座上方连接有卡瓦套，所述卡瓦套连接在所述下凸轮套下方，所述弹簧压紧在所述上连接套与所述卡瓦套之间。
9.如权利要求8所述的基于顶驱作业的下套管装置，其特征在于，所述锁定芯轴的下端具有锥形外壁面，所述锥形外壁面的外径由上至下逐渐增大，所述卡瓦座具有与所述锥形外壁面相配合的锥形内壁面，且所述锥形内壁面的内径由上至下逐渐增大。
10.如权利要求8所述的基于顶驱作业的下套管装置，其特征在于，所述弹簧外部套设有外套，所述外套外部套设有阻挡环，所述外套上端与所述上连接套相连接，所述阻挡环为槽型，所述弹簧压紧在所述外套与所述阻挡环之间，所述阻挡环、所述卡瓦套及所述下凸轮套相固定连接。
11.如权利要求1所述的基于顶驱作业的下套管装置，其特征在于，所述下套管装置还包括顶驱，所述锁定芯轴的上端与所述顶驱相连接。
12.如权利要求1所述的基于顶驱作业的下套管装置，其特征在于，所述下套管装置还包括设于所述锁定总成下方的密封总成，所述密封总成包括: 密封芯轴，连接在所述锁定芯轴下方，所述密封芯轴的中心孔与所述锁定芯轴的中心孔相连通； 密封胶塞，套设在所述密封芯轴外部。
13.一种基于顶驱作业的下套管方法，其特征在于，所述下套管方法包括以下步骤: 步骤A，锁扣作业:下放顶驱，直至上凸轮套与下凸轮套形成轴向上的卡接； 步骤B，脱扣作业:在步骤A后，继续下放顶驱，使所述上凸轮套与所述下凸轮套通过轴向上的相对移动和周向上的相对转动脱离所述轴向上的卡接；再上提顶驱，使所述上凸轮套与所述下凸轮套实现上下分离，同时卡瓦膨胀并卡紧套管；再旋转顶驱，使所述上凸轮套与所述下凸轮套形成轴向锁死和周向上的单向锁死； 步骤C，继续旋转顶驱实现对所述套管的转动。
14.如权利要求13所述的基于顶驱作业的下套管方法，其特征在于，在锁扣作业中，所述上凸轮套与所述下凸轮套在轴向上的卡接，是通过所述上凸轮套的上卡钩与所述下凸轮套的下卡钩相咬合实现的。
15.如权利要求13所述的基于顶驱作业的下套管方法，其特征在于，在脱扣作业中，通过继续下放顶驱使所述上凸轮套克服弹簧的回复力沿轴向向下移动，同时上卡钩沿下凸轮的导向斜面下滑、所述上凸轮套相对所述下凸轮套转动，上卡钩与下卡钩脱离咬合。
16.如权利要求13所述的基于顶驱作业的下套管方法，其特征在于，所述上凸轮套与所述下凸轮套上下分离后，若向第一方向旋转顶驱，上凸轮的旋扣斜面与下卡钩的旋扣锁定斜面相锁死，继续向第一方向旋转顶驱，实现对套管的旋扣作业；若向第二方向旋转顶驱，上卡钩的卸扣斜面与下卡钩的卸扣锁定斜面相锁死，继续向第二方向旋转顶驱，实现对套管的卸扣作业，其中，第一方向与第二方向不同，且第一方向和第二方向为顺时针方向或逆时针方向。
17.如权利要求16所述的基于顶驱作业的下套管方法，其特征在于，所述下套管方法还包括: 步骤D，下套管装置脱离作业:旋扣作业或卸扣作业后，反向旋转并下放顶驱，直至下套管装置与套管出现相对旋转，所述上凸轮套与所述下凸轮套相互重新咬合锁定，此时卡瓦的外径又处于最小状态，上提顶驱即可使下套管装置脱离套管。
18.如权利要求13所述的基于顶驱作业的下套管方法，其特征在于，所述下套管方法具体包括如下步骤: 步骤S1:先将保护接头的下坐落孔坐在井口夹持套管的接箍上； 步骤S2:然后通过吊卡将所述套管悬持到井口，下放所述套管到所述保护接头的上坐落孔内，直至所述套管的丝扣下端面接触所述保护接头的隔板； 步骤S3:然后下放顶驱，下套管装置的密封总成先插入所述套管的内孔，直至阻挡环与所述套管的接箍上端面接触；此时所述上凸轮套与所述下凸轮套通过上凸轮套的上卡钩与下凸轮套的下卡钩相咬合实现初始锁紧； 步骤S4:继续下放顶驱，直至外套与所述阻挡环没有相对移动为止； 步骤S5:然后上提顶驱，所述上凸轮套与所述下凸轮套上下分离，实现解锁； 步骤S6:再顺时针旋转顶驱，直至所述旋扣斜面与所述旋扣锁定斜面机械锁死，所述卡瓦的卡瓦牙卡紧所述套管的内壁； 步骤S7:然后上提顶驱及所述套管，将所述保护接头取出； 步骤S8:然后下放顶驱及所述套管，与井口夹持套管旋扣、紧扣； 步骤S9:然后通过循环泥浆，松开动力卡瓦，下套管作业； 步骤SlO:将所述套管下放到井口，动力卡瓦夹持住所述套管； 步骤Sll:然后反向缓慢旋转并下放顶驱，直至下套管装置与所述套管出现相对旋转位置； 步骤S12:然后上提顶驱，所述上凸轮套与所述下凸轮套回到初始锁紧状态；
步骤S13:重复上述工序，直至作业结束。
【文档编号】E21B7/20GK104234627SQ201410475177
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】韩飞, 王力, 李雪辉, 任荣权, 王宏伟, 郑万江, 阳文发, 纪友哲, 郭慧娟, 耿莉, 朱英杰, 杨磊, 范应璞, 于永亮, 张士彬, 刘洋 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院