一种丢手装置的制作方法

本发明涉及油田钻井技术领域，特别是涉及一种丢手装置。

背景技术：

丢手装置是油田钻井设备中应用比较广泛的一种装置。丢手装置用于向井内送入管串。丢手装置在携带管串抵达井内的预定位置后，需要通过完成丢手工作而将管串与丢手装置分离开。分离后的管串会被留在井内的预定位置。

根据本申请发明人的长期观察和研究，发现目前使用的丢手装置由于采用的锁止机构存在结构复杂、工作稳定性差以及容易脱离锁止状态的不足，尤其是在油井内钻井液等性能较差，液压丢手工具外部没有任何保护的情况下，钻井液等进行液压丢手内部产生固相沉淀和阻卡，从而影响各零部件的正常运动，从而经常会导致丢手工作失效，不能将管串和丢手装置顺利地分离开，这大大影响了丢手工作的施工进度，增加了丢手工作的时间成本和经济成本。同时，目前存在的液压丢手工具在组装过程中要求较高。现存的工具一般是作为分体结构运送至现场，在现场进行组装和工具的性能验证,需要耗费大量的时间,给现场的施工带来不便。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中锁止机构存在结构复杂、工作稳定性差以及容易脱离锁止状态的不足。

针对上述问题，本发明提出了一种丢手装置，其包括芯轴；第一锁扣件，固定套接在所述芯轴的外周向表面上；套筒，套接在所述芯轴的外周向表面上，可以沿所述芯轴的轴向方向移动；第一连接件，与所述套筒靠近所述第一锁扣件的一端可拆卸连接；第二锁扣件，与所述第一连接件靠近所述第一锁扣件的一端可拆卸连接；其中，当所述第一锁扣件与所述第二锁扣件配合后处于锁止状态时， 可以限制所述第一连接件以及所述套筒沿所述芯轴的轴向方向进行移动。

根据本发明的丢手装置的实施例，由第一锁扣件、第二锁扣件以及第一连接件组成本发明的丢手装置的锁止机构。该锁止机构的各构件结构简单，可选用的加工材料种类多，加工精度要求低，易于加工制造。当第一锁扣件与第二锁扣件完全配合后，可以使得彼此处于非常可靠稳定的锁止状态，难以脱离锁止状态。这样就保证了丢手工作的顺利进行，不会发生丢手失效的情况，提升了丢手装置的可靠性和稳定性。

在一个实施例中，所述第一锁扣件的外周向表面上设置有第一锁合部；所述第一连接件上设置有容纳所述第二锁扣件的容纳部，所述容纳部的内周向表面上设置有第二锁合部；所述第二锁扣件的外周向表面和内周向表面上分别设置有与所述第一锁合部相配合的第三锁合部和与所述第二锁合部相配合的第四锁合部。

在一个实施例中，所述第一锁扣件构造为圆环状结构；所述第二锁扣件构造为圆缺环状结构。

在一个实施例中，所述圆环状结构包括两个半圆环状结构。所述圆缺环状结构的缺口所对应的圆心角角度范围是大于等于20°且小于等于40°。优选地，缺口所对应的圆心角角度是30°。

在一个实施例中，所述第一锁合部、所述第二锁合部、所述第三锁合部以及所述第四锁合部被构造为沿所示芯轴的轴向方向间隔设置的环形凸起。

在一个实施例中，所述第一锁合部、所述第二锁合部、所述第三锁合部以及所述第四锁合部被构造为螺纹。

在一个实施例中，所述套筒的一端部的周向壁上间隔设置有多条条状开口槽以将该端部的周向壁分隔成多个弹性部，每个所述弹性部上靠近端面的周向表面上设置有径向延伸的凸起；所述丢手装置还包括扭矩接头，所述扭矩接头的内周向表面上设置有与所述凸起相配合的凹槽；所述凹槽沿所述扭矩接头的轴向尺寸大于所述凸起伸入所述凹槽部分的轴向尺寸，实现所述凸起在所述凹槽内作轴向方向的移动。

在一个实施例中，所述丢手装置还包括分别设置在所述芯轴两端并与所述芯轴可拆卸连接的上接头和下接头，所述上接头的外周向表面上套设有防护件；所述下接头套设有扭矩接头，所述扭矩接头与所述防护件之间设置有保护件，保护 件位于丢手装置的最外层，对内部的各个构件起到保护作用。

在一个实施例中，所述丢手装置还包括与所述下接头可拆卸连接的球座。

在一个实施例中，所述丢手装置还包括设置在所述下接头与所述球座之间的第二连接件。

根据本发明的丢手装置的实施例，由第一锁扣件、第二锁扣件以及第一连接件组成本发明的丢手装置的锁止机构。该锁止机构的各构件结构简单，可选用的加工材料种类多，加工精度要求低，易于加工制造。当第一锁扣件与第二锁扣件完全配合后，可以使得彼此处于非常可靠稳定的锁止状态，难以脱离锁止状态。这样就保证了丢手工作的顺利进行，不会发生丢手失效的情况，提升了丢手装置的可靠性和稳定性。另外，球座与丢手装置的下接头相连接，在完成丢手工作后，可以一并将球座从井内提出，这样，就避免了现有技术中的丢手装置在完成丢手工作后还需钻除留在井内的球座，简化了丢手工作的步骤，提高了丢手工作的效率。本发明丢手装置中回收后的球座还可以再次利用，从而节约了施工成本。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明的丢手装置的实施例的结构示意图。

图2是本发明的丢手机构的实施例的结构示意图。

图3是本发明的扭矩套的实施例的结构示意图。

图4是图2中A处的局部放大示意图。

图5是图2中B处的局部放大示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了本发明的丢手装置的实施例的结构。图2示意性地显示了本发明的丢手机构的结构。

如图1所示，本发明的丢手装置的实施例，其主要包括丢手机构、保护结构 和可提出式球座。其中，丢手机构包括芯轴11、上接头12、下接头13、锁止机构、液缸14、套筒15、扭矩套16以及扭矩接头17。保护结构包括保护件18和防护件19，其中，在一个实施例中，保护件18是保护筒，防护件19是防砂帽。球座包括球座外壳20、球座体21以及球座下接头22。

丢手装置用于将尾管串或者筛管串下入到井底位置。钻杆连接到上接头12的一端，以用于将整个丢手装置送入井底。扭矩接头17上连接有尾管串或者筛管串。保护结构可以对丢手机构起到保护作用，防止井内的污物进入丢手装置而影响丢手机构的丢手性能和效果。丢手装置完成丢手后，可以将球座从井内提出，而不会将球座留在井底留待完井后再将球座钻除。这样，可以循环多次使用球座，并且不再需要钻具钻除球座，从而节省了物料成本，也提高了施工工作效率。

向井底送入管串(尾管串或者筛管串)的过程是，首先完成整个丢手装置的组装。然后将钻杆与丢手装置的上接头12相连接，将管串与扭矩接头17相连接。钻杆携带安装有管串的丢手装置下放到井内，当下放到井内合适的位置后，停止下放，丢手装置进入丢手工作阶段。

在液缸14轴向移动的方向上设置有套筒15，套筒15的一端的周向壁上设置有多条沿轴向方向延伸的条状开口槽。条状开口槽将套筒15的一端分隔成多个弹性部。弹性部可以实现径向方向的弹性变形。弹性部靠近端部的位置设置有沿径向朝向外侧延伸的凸起151。每个独立设置的凸起151可以卡插到设置在扭矩接头17的内表面上的凹槽171内，使得套筒15可以挂载住扭矩接头17，保证套筒15与扭矩接头17的连接状态。同时，在扭矩接头17处于受拉状态时，下接头13与套筒15的凸起151相接触并对凸起151起到支撑作用。凸起151的一个端面与下接头13的端面之间的距离为L3(如图5所示)，其中L1大于L3。下接头13可以在径向方向对凸起151起到抵压作用，防止在受到拉力作用下凸起151发生径向收缩，从扭矩接头17的凹槽171内脱出。

在丢手工作阶段，首先丢手装置进入下压状态，钻杆促动上接头12，上接头12带动芯轴11以及保护件18下行距离L1，该操作主要为了将下接头13下压，凸起151在扭矩接头17的凹槽171内也下行L1，保持与下接头13的接触。之后向丢手装置内投入憋压球。憋压球与球座体21配合后就可以实现憋压功能。然后向丢手装置内泵入带有压力的液体，在憋压球的憋压作用下，液体会从设置在芯轴11上的出流孔进入到液缸14与芯轴11配合后形成的空腔内。在液体压力 的作用下，液缸14会受到一个沿芯轴11轴向方向的推动力，该推动力达到一定值后可以将液缸14与芯轴11之间设置的剪切销钉23剪断。脱离剪切销钉23限位的液缸14可以沿芯轴11的轴向方向移动。

液缸14位于套筒15和芯轴11之间。液缸14继续移动时会抵压到套筒15，首先推动套筒15移动L1距离，从而套筒15上的凸起151与下接头13脱离接触，凸起151失去径向支撑。在液体压力的作用下，液缸14对套筒15施加的轴向推动力也变得越来越大。当这个推动力达到一定值时，可以将套筒15上设置的凸起151从扭矩接头17的凹槽171内拉出来，使得凸起151脱离与凹槽171的配合，从而套筒15将扭矩接头17释放。当套筒15继续被液缸14推动沿轴向移动时，套筒15的弹性部会发生径向收缩以进入套接在套筒15外周的扭矩套16的中心孔，同时锁止机构进入锁止状态。待锁止机构完成对套筒15的锁止后，完成整个丢手工作，套筒15不再沿芯轴11的轴向继续移动。锁止机构可以防止套筒15再次进入与扭矩接头17的连接状态而影响丢手工作的效率。

以上描述的通过液体压力推动套筒15与扭矩接头17脱离的丢手方式称为液压丢手。当液压丢手的丢手方式失效时，本发明的丢手装置还可以启动机械丢手的丢手方式，以接替液压丢手的丢手方式继续完成丢手工作。

机械丢手的丢手工作过程主要是通过上接头12、扭矩套16、套筒15以及扭矩接头17之间的配合来完成的。上接头12的一端的周向表面上设置有二级台阶扭矩齿，相邻两个台阶扭矩齿之间形成为扭矩槽。扭矩套16的一端设置有与上接头12设置的二级台阶扭矩齿相同的二级台阶扭矩齿。

如图2以及图3所示，常态下，上接头12的第一级扭矩齿的齿端面抵靠在扭矩套16的第二级扭矩齿29的齿端面上，上接头12的第二级扭矩齿的齿端面抵靠在扭矩套16的第一级扭矩齿28的齿端面上，扭矩套16通过剪切销钉23连接到上接头12上。当需要启用机械丢手的丢手方式时，对上接头12施加转动力来剪断剪切销钉23，然后将上接头12围绕芯轴11的轴线继续转动一个角度，使得上接头12的第一级扭矩齿的齿端面与扭矩套16的第二级扭矩齿29的齿端面完全脱离接触状态，上接头12的第二级扭矩齿的齿端面与扭矩套16的第一级扭矩齿28的齿端面完全脱离接触状态。这时，再促动上接头12沿芯轴11的轴向方向朝向靠近扭矩套16的方向移动。上接头12的轴向移动促动芯轴11的轴向移动并最终可以促使丢手机构的锁止机构进入锁止状态。

锁止机构进入锁止状态后，实现套筒15与芯轴11的同步移动。然后，再促动上接头12沿芯轴11的轴向方向朝向远离扭矩接头17的方向移动，上接头12的移动通过芯轴11的传递最终使得套筒15进行同步移动。套筒15的移动可以将套筒15的弹性部上设置的凸起151从扭矩接头17上设置的凹槽171内拉出来，从而实现套筒15对扭矩接头17的释放，完成对扭矩接头17的丢手工作。

本发明的丢手装置可以用液压丢手或者机械丢手两种不同的丢手方式完成丢手工作，大大提升了丢手装置顺利完成丢手工作的可靠性。

完成丢手工作后，继续加大丢手装置内的液体压力，进而促使球座体21剪断设置在球座体21与球座外壳20之间的剪切销钉23，然后球座体21就会与球座下接头22相接触。这样，丢手装置内的液体可以通过球座外壳20上设置的循环孔排放出去，实现井内循环。最终，除将丢手装置的保护筒、扭矩接头17以及管串留在井底之外，丢手装置的其余各构件将被全部收回，丢手后实现井内管串的全通径，提高了施工效率。

如图2以及图4所示，锁止机构包括第一锁扣件24、第二锁扣件25以及第一连接件26。其中，第一锁扣件24套设在芯轴11的外周表面上。第一锁扣件24的外周周向表面上设置有第一锁合部。第一连接件26上设置有第二锁合部。第二锁扣件25的内周向表面上和外周向表面上分别设置有与第一锁合部相锁合的第三锁合部以及与第二锁合部相锁合的第四锁合部。

第一连接件26上设置有容纳第二锁扣件25的容纳部。将第二锁扣件25安装到第一连接件26的容纳部后，第二锁合部与第四锁合部会相互锁合以完成第二锁扣件25与第一连接件26的组装。这样，第一连接件26的移动可以促动第二锁扣件25的移动。第一连接件26与套筒15相连接，当套筒15促动第一连接件26沿芯轴11的轴向方向朝向固定连接在芯轴11上的第一锁扣件24移动时，第一连接件26会带动第二锁扣件25靠近第一锁扣件24。当第二锁扣件25在第一连接件26的推动下与第一锁扣件24发生接触后，第二锁扣件25的第三锁合部与第一锁扣件24的第一锁合部会进入锁合状态。在第一锁扣件24与第二锁扣件25完成锁合后，就实现套筒15随着芯轴11的移动而移动。

在一个实施例中，第一锁扣件24是锁定环。第二锁扣件25是卡簧。第一连接件26是卡簧套。第一锁合部是间隔地设置在锁定环外周表面上的多个环形凸 起。该环形凸起的纵截面呈倒刺状的锯齿型，即凸起沿径向延伸的方向与自身轴线呈一定角度。第三锁合部是与第一锁合部相配合的环形凸起。第二锁合部与第四锁合部也是相配合的环形凸起，该环形凸起的纵截面也呈倒刺状的锯齿型。当第一锁扣件24与第二锁扣件25相配合时，第一锁合部的环形凸起与第三锁合部的环形凸起反向咬合在一起，这就保证第二锁扣件25难以脱离与第一锁扣件24的配合状态。

卡簧安装到卡簧套内后，第二锁合部的环形凸起与第四锁合部的环形凸起相互咬合在一起，使得卡簧不能从卡簧套内脱落，同时卡簧套与卡簧之间可以通过咬合后的环形凸起传递载荷。第二锁合部的两个环形凸起形成沟槽。第四锁合部的环形凸起沟槽之间形成有游动间隙，这样，卡簧可以在卡簧套的容纳部内作轴向或者径向的游动。在卡簧与锁定环配合时，锁定环会促使卡簧发生径向变形，以使得卡簧上设置的环形凸起越过锁定环上设置的环形凸起而最终实现彼此之间的咬合，因此，该游动间隙的径向尺寸需满足卡簧发生径向变形的径向变形量，以为卡簧提供顺利完成径向扩张的空间。

在一个实施例中，锁定环是一个套接在芯轴11的外周表面上的整体的圆环状结构。锁定环套接到合适位置后，在锁定环的两侧分别设置止动件(比如止动挡片、止动螺钉或者止动销)以将锁定环固定在芯轴11的合适位置处。优选地，锁定环为两个半圆环结构。芯轴11上设置有容纳该锁定环的环形槽。安装固定锁定环时，首先将两个半圆环结构放置到芯轴11上的环形槽内，然后使用定位螺钉将每个半圆环结构固定在芯轴11上。这样，锁定环就受到环形槽的限位，不能沿芯轴11的轴向方向发生移动。

在一个实施例中，卡簧是一个圆缺环状结构。这样，卡簧就具有了弹性变形性能，当卡簧受到指向轴线的径向力时，可以发生径向收缩变形，作用力消失后，卡簧又可以回复原径向尺寸。将卡簧安装到卡簧套内时，对卡簧施加外力以使其发生径向收缩变形，直至卡簧可以插入到卡簧套的容纳部。然后撤去外力，卡簧在弹性回复力的作用下回复原状，从而设置在卡簧上的环形凸起可以与卡簧套上设置的环形凸起衔接在一起，完成卡簧在卡簧套内的安装。优选地，卡簧是一个缺口所对应的圆心角为30°的圆缺环。

在一个实施例中，第一锁合部、第二锁合部、第三锁合部以及第四锁合部是尺寸和形状相同的锯齿型环形凸起，方便加工制造。

在一个实施例中，第一锁合部与第三锁合部相配合的环形凸起尺寸和形状相同。第四锁合部的环形凸起的尺寸大于第三锁合部的环形凸起的尺寸，第四锁合部与第二锁合部的接触面更大，提升了卡簧与卡簧套之间的承载能力。

在一个实施例中，第一锁合部、第二锁合部、第三锁合部以及第四锁合部构造为螺纹。该螺纹的纵截面呈倒刺状的锯齿型。

容纳有卡簧的卡簧套与套筒15相连接，使得套筒15的移动可以同步促动卡簧套的移动。当在卡簧套的促动下，卡簧与锁定环完全配合后，锁定环朝向卡簧套的端面会抵压在卡簧套的容纳部上朝向锁定环的底部表面上从而形成接触面，这样一方面锁定环限制了卡簧套的轴向移动，另一方面锁定环与卡簧套之间可以彼此传递载荷。

扭矩套16的一端的外周表面上间隔地设置有相同的扭矩齿30。两个扭矩齿30之间形成扭矩槽。扭矩接头17也间隔地设置有与扭矩套16上设置的扭矩齿30相同的扭矩齿30。扭矩接头17的扭矩齿30可以伸入到扭矩套16上设置的扭矩槽中，同样，扭矩套16的扭矩齿30也伸入扭矩接头17上的扭矩槽中。扭矩接头17与扭矩套16之间通过扭矩齿30的配合来传递扭矩。

如图5所示，扭矩接头17的扭矩齿30上朝向扭矩套16的端面到扭矩套16的扭矩槽的槽底表面的轴向距离或者扭矩套16的扭矩齿30上朝向扭矩接头17的端面到扭矩接头17的扭矩槽的槽底表面的轴向距离都为L1。另外，套筒15的弹性部上设置的凸起151与扭矩接头17的凹槽171配合后，凹槽171留有可使凸起151沿轴向方向移动的间隙，该间隙的轴向尺寸为L2，且L2大于等于L1。

现有技术中的丢手工具在下入过程中遇阻时，与管串相连接的扭矩接头17会卡死在井内不能够移动，而扭矩套16却继续下行，下行距离L1。套筒15上设置的凸起151可能从凹槽171内脱出。当管串突然解阻时，管串会带动扭矩接头17快速下行。这样，凸起151与凹槽171再次配合时，会受到整个管串重力的冲击，从而导致凸起151从凹槽171中再次脱出，扭矩接头17会随管串掉落到井内，从而造成不可控的丢手风险。

本发明设置凹槽171的轴向(沿芯轴11的轴向)长度大于凸起151的轴向长度时，凸起151可以在凹槽171内移动一段长度为L2的距离。这样，当丢手装置在井内遇阻时，套筒15的凸起151与下接头13一直处于接触支撑状态，不 会造成提前丢手问题，同时可以沿芯轴11的轴向方向往复移动丢手机构以解除污物或者杂物对丢手装置的丢手工作的阻碍。这样，本发明的丢手装置就避免发生现有技术中丢手装置遇阻时存在潜在提前丢手的情况，提升了丢手装置的可靠性和稳定性。

丢手装置还包括防砂帽和保护筒。防砂帽套接在上接头12的外周表面上。保护筒设置在防砂帽与扭矩接头17之间并与扭矩接头17相连接。保护筒与防砂帽组成的保护结构将丢手机构保护起来，防止井内污物或者杂物进入丢手机构而影响丢手工作的顺利实施。防砂帽与保护筒彼此相配合的表面构造为锥形面，且防砂帽的锥形面与保护筒的锥形面之间留有间隙，该间隙可以保证丢手装置在采用机械丢手时的丢手工作顺利完成。

在一个实施例中，在丢手机构的下接头13与球座之间设置有第二连接件27。本实施例中，第二连接件27是连接筒。连接筒主要是为了组装的方便，可以将设置有下接头13的整体结构和球座进行组装。该零件在功能上可以去掉，直接将下接头12和球座进行连接或做成一体件而不影响工具的使用性能。

在使用本发明的丢手装置时，首先将丢手机构组装完成。再将球座连接到丢手机构。在下接头13的外周上套接上扭矩接头17后，将保护筒和管串连接到扭矩接头17上。向丢手机构与保护筒之间的空间注入油脂类物质，以保护丢手机构不受井内的污物或者杂物的影响。然后在上接头12上安装防砂帽，防砂帽与保护筒组成的保护结构进一步阻止井内的杂物进入丢手装置的内部。

在使用本发明的丢手装置完成丢手工作后，除了保护筒、扭矩接头17以及管串被留在井内之外，其他的所有构件全部被收回。由于球座也被提出收回，这样，在完成收回工作后，井内管串就实现全通径，不再需要进行对球座的钻除工作，有效地降低了了施工成本，节约了施工时间，提高了施工效率。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。