井下仪器串的解卡装置及解卡方法与流程

本发明涉及一种井下仪器串的解卡装置，本发明还涉及一种井下仪器串的解卡方法，属于井下仪器解卡技术领域。

背景技术：

随着油田勘探开发的需要和钻井技术的发展，如一些超深井、长裸眼完井、小井眼井、大斜度井、S型井以及一些非常规井的应用也越来越多。钻井过程中的测井作业是必须进行的，但是非常规井的井下情况较常规井更为异常复杂，从而导致在测井作业中测井仪器在裸眼段遇阻遇卡情况经常发生。仪器串在井内一旦被卡死只能中止测井作业，不得不做解卡测井仪器的打捞作业，不仅面临穿心打捞过程中诸多不确定因素，还会减缓钻井进度。

目前的测井仪器上一般未设解卡装置，当在测井过程中仪器串卡在井下取不出来时，只能采用井下打捞的方式，采用钻修井震击器进行解卡后再将仪器从井下取出，工作起来非常麻烦。存在以下不足：一是在需要解卡时才下井使用，二是在非常规井中难以到达卡点位置，三是在非常规井中震击解卡吨位也难准确控制。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种井下仪器串的解卡装置，当测井过程中出现卡死事故时，可以通过仪器自带解卡装置及时解卡，提高测井效率。

为解决以上技术问题，本发明的一种井下仪器串的解卡装置，包括外管，所述外管包括自上而下依次旋接且相互密封的上接头、连接体、上筒体、下筒体和下接头，所述下接头与井下仪器串相连接，所述外管的内腔自上而下依次安装有驱动装置、解锁装置和震击装置。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：当井下仪器串出现卡死时，能通过驱动装置进行储能，储能到极限位置由解锁装置解锁，通过震击装置使外管产生震动，迫使井下仪器串在很短时间内摆脱卡死状态；如此反复进行，通过自身运动产生的作用力反复作用于卡点，最终迫使井筒中卡点的岩石产生流变或疲劳破碎，从而使仪器串最终能越过卡点。本发明不仅能使测井过程得以继续，还可避免穿心打捞的风险；还能在一定程度上挽回工程打捞失败后设备的直接经济损失，不耽搁钻井周期，工作可靠。可以与油田主要使用的测井系统进行良好配接，通常安装在马笼头和井下测井仪器之间。作为辅助性测井仪器，震击解卡器在遇卡时能够触发一种向下的冲击力，以此来解决测井仪器在井下的遇卡问题；本发明的解卡装置极大地提高了恶劣井和复杂井的工作效率。

作为本发明的优选方案，所述驱动装置包括驱动电机、丝杠和传动螺母，所述驱动电机通过螺钉固定在所述连接体的上端面上，所述驱动电机的输出轴通过联轴器与所述丝杠的上端相连接，所述丝杠的中部以上为光杆，所述丝杠的下部为螺纹段，所述丝杠的中部通过轴承装置支撑在所述连接体的内壁上；所述传动螺母的上端设有传动内螺纹且通过传动内螺纹旋接在所述丝杠的下部，所述传动螺母的上部外周设有卡键，所述卡键插接在所述连接体的卡键槽中且可沿卡键槽上下滑动，所述传动螺母的上端设有连接内螺纹且通过连接内螺纹与所述解锁装置相连接。驱动电机启动后，其输出轴通过联轴器驱动丝杠旋转，由于卡键卡在卡键槽中，丝杠的旋转带动传动螺母向上或向下滑动，从而带动解锁装置上行或下行。

作为本发明的优选方案，所述解锁装置包括卡瓦心轴、卡瓦与锁套，所述卡瓦心轴的上端与所述传动螺母下端的连接内螺纹相旋接，所述卡瓦心轴的中部套装有所述锁套，所述卡瓦心轴的下端设有卡头，所述卡瓦的上端设有弹性卡瓦牙，所述卡头插接于所述弹性卡瓦牙中，所述卡瓦的下端与所述震击装置相连接；所述锁套的上端顶在所述上筒体的内台阶下方，所述锁套的下端支撑在所述下筒体的上端面上，所述锁套的上端内壁设有可以解锁弹性卡瓦牙的解锁斜面。当卡瓦的弹性卡瓦牙到达锁套的解锁斜面前，弹性卡瓦牙处于收拢状态，将卡瓦心轴的卡头卡住，卡瓦心轴被丝杠牵引向上移动，卡瓦带动震击装置储能；当弹性卡瓦牙到达锁套的解锁斜面时，由于解锁斜面为上大下小的锥面，弹性卡瓦牙得以向外张开脱离卡瓦心轴的卡头，然后卡瓦独自下行使震击装置的储能释放实现震击。

作为本发明的优选方案，所述震击装置包括震击杆、储能弹簧和铁砧，所述震击杆的上端与所述卡瓦的下端相旋接，所述储能弹簧套装在所述震击杆的外周，所述储能弹簧的下端支撑在所述震击杆的外台阶上，所述储能弹簧的上端支撑在所述下筒体的内台阶上；所述铁砧位于所述震击杆的下方，所述铁砧的外台阶支撑在所述下接头的上端面上。震击杆在卡瓦的牵引下向上移动时，储能弹簧被压缩，当弹性卡瓦牙到达锁套的解锁斜面时，储能弹簧的压缩量达到最大，然后卡瓦脱离卡瓦心轴，在储能弹簧的张力推动下，震击杆下行实现对铁砧的震击。

作为本发明的优选方案，所述轴承装置包括推力轴承和向心轴承，所述丝杠的中部设有凸圈，所述推力轴承分别位于所述凸圈的上下两侧，上推力轴承的上端面顶在所述连接体的内台阶上；所述连接体的下端内壁安装有弹性挡圈，所述弹性挡圈上方安装有支承环，所述支承环的外台阶上支撑有轴承挡圈，所述向心轴承的外圈下端面支撑在所述轴承挡圈上，所述向心轴承的外圈嵌于轴套中，所述轴套的下端面支撑在所述轴承挡圈上方，所述轴套的上端面顶在下推力轴承的下端面上。弹性挡圈、支承环和轴承挡圈对向心轴承进行轴向定位，轴承挡圈的嵌槽还对向心轴承进行径向定位；丝杠中部的凸圈与连接体的内台阶对推力轴承进行轴向定位。

作为本发明的优选方案，所述卡键槽的上端安装有上限位开关，所述卡键槽的下端安装有下限位开关。上限位开关和下限位开关分别对卡键的上下极限位置进行限位。

作为本发明的优选方案，所述连接体的上下端面之间沿轴向设有电缆过线圆孔，所述卡瓦心轴的圆周上沿轴向设有电缆过线长槽，向所述驱动电机供电的电缆向下穿过所述电缆过线圆孔，从所述电缆过线长槽进入所述卡瓦心轴的内腔，并向下依次穿过所述震击杆和所述铁砧的中心孔与井下仪器串连接，沿卡瓦心轴轴线下行的电缆外周套装有电缆保护管。由井下仪器串通过电缆向驱动电机供电。

本发明的另一个目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种井下仪器串的解卡方法，当测井过程中出现卡死事故时，可以通过仪器自带解卡装置及时解卡，提高测井效率。

为解决以上技术问题，本发明的一种采用解卡装置进行井下仪器串的解卡方法，解卡装置由井下仪器串提供电源，所述驱动电机通过丝杠和传动螺母将驱动电机输出轴的旋转运动转换成震击杆的直线运动，震击杆在上行过程中压缩储能弹簧储存势能，锁套在震击杆的上行终点自动释放震击杆，通过储能弹簧势能的瞬间释放推动震击杆撞击铁砧，铁砧带动外管向下加速冲击，使被卡井下仪器串自动解卡。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：当井下仪器串出现卡死时，能通过驱动装置进行储能，储能到极限位置由解锁装置解锁，通过震击装置使外管产生震动，迫使井下仪器串在很短时间内摆脱卡死状态；如此反复进行，通过自身运动产生的作用力反复作用于卡点，最终迫使井筒中卡点的岩石产生流变或疲劳破碎，从而使仪器串最终能越过卡点。本发明不仅能使测井过程得以继续，还可避免穿心打捞的风险；还能在一定程度上挽回工程打捞失败后设备的直接经济损失，不耽搁钻井周期，工作可靠。可以与油田主要使用的测井系统进行良好配接，通常安装在马笼头和井下测井仪器之间。作为辅助性测井仪器，震击解卡器在遇卡时能够触发一种向下的冲击力，以此来解决测井仪器在井下的遇卡问题；本发明的解卡装置极大地提高了恶劣井和复杂井的工作效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。

图1为本发明井下仪器串的解卡装置的结构示意图。

图2为图1中A部位的放大图。

图3为卡瓦心轴、卡瓦和锁套的分解图。

图4为震击杆位于初始位置的状态图。

图5为震击杆上行储能弹簧开始储能的状态图。

图6为震击杆上行储能弹簧到达极限储能位置的状态图。

图7为震击杆向下冲击铁砧的状态图。

图中：1.上接头；2.连接体；2a.卡键槽；2b.电缆过线圆孔；3.上筒体；4.下筒体；5.下接头；6.驱动电机；6a.螺钉；7.联轴器；8.丝杠；9.传动螺母；9a.传动内螺纹；9b.连接内螺纹；10.卡键；11.推力轴承；12.向心轴承；13.轴承挡圈；14.轴套；15.支承环；16.弹性挡圈；17.上限位开关；18.下限位开关；19.卡瓦心轴；19a.卡头；19b.电缆过线长槽；20.卡瓦；20a.弹性卡瓦牙；21.锁套；21a.解锁斜面；22.震击杆；23.储能弹簧；24.铁砧；25.电缆；26.电缆保护管。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明井下仪器串的解卡装置，包括外管，外管包括自上而下依次旋接且相互密封的上接头1、连接体2、上筒体3、下筒体4和下接头5，下接头5与井下仪器串相连接，外管的内腔自上而下依次安装有驱动装置、解锁装置和震击装置。

驱动装置包括驱动电机6、丝杠8和传动螺母9，驱动电机6通过螺钉6a固定在连接体2的上端面上，驱动电机6的输出轴通过联轴器7与丝杠8的上端相连接，丝杠8的中部以上为光杆，丝杠8的下部为螺纹段，丝杠8的中部通过轴承装置支撑在连接体2的内壁上；传动螺母9的上端设有传动内螺纹9a且通过传动内螺纹9a旋接在丝杠8的下部，传动螺母9的上部外周设有卡键10，卡键10插接在连接体2的卡键槽2a中且可沿卡键槽2a上下滑动，传动螺母9的上端设有连接内螺纹9b且通过连接内螺纹9b与解锁装置相连接。

解锁装置包括卡瓦心轴19、卡瓦与锁套21，卡瓦心轴19的上端与传动螺母9下端的连接内螺纹9b相旋接，卡瓦心轴19的中部套装有锁套21，卡瓦心轴19的下端设有卡头19a，卡瓦20的上端设有弹性卡瓦牙20a，卡头19a插接于弹性卡瓦牙20a中，卡瓦20的下端与震击杆22的上端相连接；锁套21的上端顶在上筒体3的内台阶下方，锁套21的下端支撑在下筒体4的上端面上，锁套21的上端内壁设有可以解锁弹性卡瓦牙20a的解锁斜面21a。

震击装置包括震击杆22、储能弹簧23和铁砧24，震击杆22的上端与卡瓦20的下端相旋接，储能弹簧23套装在震击杆22的外周，储能弹簧23的下端支撑在震击杆22的外台阶上，储能弹簧23的上端支撑在下筒体4的内台阶上；铁砧24位于震击杆22的下方，铁砧24的外台阶支撑在下接头5的上端面上。

轴承装置包括推力轴承11和向心轴承12，丝杠8的中部设有凸圈，推力轴承11分别位于凸圈的上下两侧，上推力轴承的上端面顶在连接体2的内台阶上；连接体2的下端内壁安装有弹性挡圈16，弹性挡圈16上方安装有支承环15，支承环15的外台阶上支撑有轴承挡圈13，向心轴承12的外圈下端面支撑在轴承挡圈13上，向心轴承12的外圈嵌于轴套14中，轴套14的下端面支撑在轴承挡圈13上方，轴套14的上端面顶在下推力轴承的下端面上。

卡键槽2a的上端安装有上限位开关17，卡键槽2a的下端安装有下限位开关18。上限位开关17和下限位开关18分别对卡键的上下极限位置进行限位。

连接体2的上下端面之间沿轴向设有电缆过线圆孔2b，卡瓦心轴19的圆周上沿轴向设有电缆过线长槽19b，向驱动电机6供电的电缆25向下穿过电缆过线圆孔2b，从电缆过线长槽19b进入卡瓦心轴19的内腔，并向下依次穿过震击杆22和铁砧24的中心孔与井下仪器串连接，沿卡瓦心轴轴线下行的电缆外周套装有电缆保护管26。

如图4所示，驱动电机6启动前，震击杆22位于初始位置，储能弹簧23处于松弛状态。

如图5所示，由井下仪器串通过电缆25向驱动电机6供电，驱动电机6启动后，其输出轴通过联轴器7驱动丝杠8旋转，由于卡键卡在卡键槽2a中，丝杠8的旋转带动传动螺母9向上或向下滑动，传动螺母9带动卡瓦心轴上行。当卡瓦20的弹性卡瓦牙20a到达锁套21的解锁斜面21a前，弹性卡瓦牙20a处于收拢状态，将卡瓦心轴的卡头19a卡住，卡瓦心轴被丝杠8牵引向上移动，卡瓦20带动震击杆22同步上行，储能弹簧23被压缩储能。

如图6所示，当弹性卡瓦牙20a即将到达锁套21的解锁斜面21a前，储能弹簧23的压缩量达到最大。

如图7所示，如当弹性卡瓦牙20a到达锁套21的解锁斜面21a时，由于解锁斜面21a为上大下小的锥面，弹性卡瓦牙20a得以向外张开脱离卡瓦心轴的卡头19a，在储能弹簧23的张力推动下，震击杆22下行实现对铁砧24的震击。

本发明采用解卡装置进行井下仪器串的解卡方法，解卡装置由井下仪器串提供电源，驱动电机6通过丝杠8和传动螺母9将驱动电机输出轴的旋转运动转换成震击杆22的直线运动，震击杆22在上行过程中压缩储能弹簧23储存势能，锁套21在震击杆22的上行终点自动释放震击杆22，通过储能弹簧势能的瞬间释放推动震击杆22撞击铁砧24，铁砧24带动外管向下加速冲击，使被卡井下仪器串自动解卡。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。