本发明涉及套管起拔装置及套管起拔方法。
背景技术：
水文地质钻孔施工至目的层位后，需要下入抽水套管，进行抽水试验，掌握目的层位的水文地质数据，对矿山设计和开采的水文地质条件进行评价。有些水文钻孔特别是一些矿井井口检查钻孔，在施工过程中，需要完成多个目的层段的抽水工作，需要起下抽水套管多次。为实现水文钻孔单孔多层次抽水和降低钻孔的施工成本，在对目的层位进行抽水试验结束后，需要从钻孔内起出下入孔内的抽水套管。由于套管下入孔内后，目的层位上部抽水套管与孔壁的设计位置进行了封闭止水、抽水套管与钻孔孔壁之间充斥泥浆，在15天左右的抽水试验周期中，孔内泥浆失水、沉渣、掉块和co2洗井等会影响抽水套管的安全起出。
目前，国内起拔抽水套管的方法如下：从套管串的位于地面位置的头部向上拉松套管串后，再依次起出相互之间通过丝扣连接的套管。由于套管串在孔内受以上因素的影响，加之套管自身管壁薄、套管两端加工用于连接的丝扣后套管丝扣连接部位的强度大幅下降，套管提拔拉力受到很大的限制。在上拉套管串遇阻时，套管将难以从孔内起出，若加大拉力，很可能会将套管串中间某一部位拉断，只能起出部分套管，不仅会造成材料浪费、还会造成无法继续施工。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种套管起拔装置以解决现有技术中起拔套管串困难的技术问题；本发明的目的还在于提供使用上述套管起拔装置起拔套管的方法。
为实现上述目的，本发明的套管起拔装置采用以下技术方案：
套管起拔装置，包括公头和母头，公头和母头的轴线均沿上下方向延伸，所述母头上设置有用于与相邻套管连接成套管串的套管连接结构，母头的中部设置有通孔，通孔包括中部的扁形孔段及位于扁形孔段两侧的扩孔段，公头的一端设置有用于与钻具连接的钻具连接结构，公头包括扁形轴段，扁形轴段的尺寸大于公头上其他轴段的尺寸而形成尺寸扩大段，所述扁形轴段的尺寸小于扁形孔段的尺寸以使扁形轴段能通过所述扁形孔段进入其下端的扩孔段内，所述扁形轴段横截面的长度大于扁形孔段横截面的宽度。
所述扁形孔段与扩孔段之间加工有过渡内锥面，扁形轴段的上端轴肩与其上方的轴段之间加工有与所述过渡内锥面形状吻合适配的过渡外锥面。
所述扁形孔段的上、下端孔口沿均设置有所述过渡内锥面。
所述公头还包括位于扁形轴段下端的导向轴段，所述导向轴段的直径小于或等于扁形轴段横截面的宽度。
所述扁形轴段的形状与扁形孔段的形状吻合适配。
所述扁形轴段与扁形孔段的长度方向两端均为弧形而使其横截面形状呈键形。
本发明的套管起拔方法采用以下技术方案：
套管起拔方法，包括以下步骤：第一步，将母头串接在套管串中；第二步，套管串下入钻孔并进行抽水试验；第三步，将公头连接在钻具下方，下放钻具至公头上的扁形轴段穿过母头上的扁形孔段；第四步，转动公头至扁形轴段的长度与扁形孔段的宽度一致；第五步，上提钻具向上拉松套管串；第六步，转动公头使扁形轴段的长宽分别与扁形孔段的长宽一致，上提钻具使公头和母头分离。
在所述第六步之后，还包括以下步骤，从套管串头部上拉套管串并由上向下起出各套管及母头。
本发明的有益效果如下：本发明的套管起拔装置在使用时，将母头串设在套管串的下端或中下端，并将母头随套管串下入钻孔中。再通过钻具下放公头使公头上的扁形轴段插入到母头上扁形孔段的下方，转动公头使扁形轴段的长度朝向与扁形孔段的宽度朝向一致，此时扁形轴段的上端轴肩会被扁形孔段的下端孔口沿所挡止，再上提钻具即可将套管串拉松。与水文地质钻孔常规起拔套管方式相比，从套管串下部设计位置起拔套管，套管串受力位置由套管串头部移至套管串的任意位置，确保套管串上拉时不易被拉断，套管提拔成功和全部起出的概率大幅提高。
附图说明
图1为本发明的套管起拔装置的一个实施例中公头的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为本发明的套管起拔装置的一个实施例中母头的结构示意图；
图4为图3的左视图。
具体实施方式
本发明的套管起拔装置的实施例：
本发明的套管起拔装置的结构如图1~图4所示，包括公头1和母头2，公头1和母头2均沿上下方向延伸。母头2用于串装于套管串中，母头2轴线方向的两端分别加工第一螺纹结构和第二螺纹结构，第一、第二螺纹结构与相应的套管端部丝扣适配以实现两者的螺纹连接。在其他实施例中，第一、第二螺纹结构还可以被其他的可将母头连接在相应套管上的套管连接结构代替。
母头2的中部设有沿其轴线方向贯通母头2两端以供介质流动的通孔，通孔沿母头2的轴线方向分为三段，中间段为横截面形状呈键形的键形孔段21，键形孔段21横截面的长度大于宽度。两端为孔径大于键形孔段21宽度的扩孔段22，在本实施例中扩孔段22的直径大于键形孔段21横截面的长度。扩孔段22的内周面为圆柱面，扩孔段是指该孔段的横截面积大于键形孔段的横截面积。
公头1的轴线方向的一端设置有用于与钻具连接的钻具连接结构，公头1轴线方向的另一端设置有导向轴段12，导向轴段12与钻具连接结构之间轴段的横截面形状加工成与所述键形孔段21形状吻合适配的键形轴段11。键形轴段11横截面的长度大于宽度，且公头1在其他轴段处的外径等于或小于键形轴段11横截面的宽度。
公头1的中部设置有沿其轴线方向延伸的通孔14，通孔14的上端外周面加工有供所述钻具连接的外螺纹，该外螺纹形成所述钻具连接结构。
为使键形轴段11能由上向下插装并通过键形孔段21，且在其通过键形孔段21后，通过转动键形轴段11使键形轴段11上端的轴肩能被键形孔段21的下端孔口沿所挡止，键形轴段11与键形孔段21之间应满足以下尺寸关系：键形轴段11横截面的长度小于键形孔段21横截面的长度，键形轴段11横截面的宽度小于键形孔段21横截面的宽度，且键形轴段11横截面的长度大于键形孔段21横截面的宽度。
为增大键形轴段11与键形孔段21孔口沿的接触面积，键形孔段的两端与相应扩孔段之间均加工有过渡内锥面23，键形轴段的两端轴肩与相应轴段之间加工有与所述过渡内锥面23形状吻合适配的过渡外锥面13。
公头1和母头2的实际尺寸应根据套管串的实际尺寸确定。
在其他实施例中，键形轴段还可以被其他横截面形状的扁形轴段代替，只需要扁形轴段的横截面形状的长度方向尺寸大于宽度方向尺寸即可；相应地，键形孔段也可以被其他横截面形状的扁形孔段代替，只需要扁形孔段的横截面形状的长度方向尺寸大于其宽度方向的尺寸即可；当然，键形轴段的横截面形状也可以与键形孔段的横截面形状不同，只需要其能通过键形孔段并在转动一定角度后能被键形孔段的孔口沿挡止即可。
使用本发明的套管起拔装置起拔套管的方法如下：
第一步，串接母头2及各套管以组成套管串，其中母头2应位于套管串的下端或中下端；
第二步，将套管串下入钻孔内；
在该步骤中，套管串下入钻孔内之后即可进行抽水试验。
第三步，将公头连接在钻具下方，并下放钻具至键形轴段11位于键形孔段21的下方；
在该步骤中，可通过记录母头的下放位置确定钻具需要下放的距离，在钻具下放到设定距离之后即可保证键形轴段11位于键形孔段21的下方。
第四步，通过转动钻具带动公头1转动90度，此时向上拉动公头1时，键形轴段11上端的轴肩能被键形孔段21的下端孔口沿所挡止而实现公头1与母头2的结合；
第五步，向上提拉钻具以将套管串起出；
第六步，将钻具下放设定距离，再转动钻具以带动公头1转动90度，此时键形轴段11的长、宽分别与键形孔段21的长度对应，所以上提公头1时，键形轴段11能通过键形孔段21并与母头1分离；
第七步，上提钻具使公头和母头分离；
第八步，依次起出套管串中各套管；在该步骤中，可以配合从套管头部上提套管串以起出各套管。
本发明的套管起拔方法的实施例：
本发明的套管起拔方法与套管起拔装置的实施例中起拔套管的方法相同，具体可参考图1~图4，在此不再详述。