本发明涉及石油、天然气钻井、完井或修井领域，特别涉及一种用于管柱的上扣接头及其使用方法。
背景技术
在石油、天然气钻井、完井或修井过程中，经常需要先将管柱中的下部管柱下放到井内，然后将井内部分的下部管柱和地面部分的上部管柱通过螺纹连接起来，也就是进行上扣作业，这必然使得要对上部管柱或下部管柱进行旋转，如果这两部分管柱都非常的重，则进行上扣作业会十分困难，甚至无法进行上扣作业。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种用于管柱的上扣接头及其使用方法。所述技术方案如下：
本发明的一个目的是提供了一种用于管柱的上扣接头。
本发明的另一目的是提供了一种使用用于管柱的上扣接头的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于管柱的上扣接头，所述管柱包括第一管柱和第二管柱，其中，
所述第一管柱和第二管柱通过所述上扣接头连接，
所述上扣接头包括依次连接的接箍、芯轴和下接头，所述接箍与所述第一管柱连接，所述芯轴的第一端与所述接箍连接且第二端设置有至少一对第一牙嵌和第一牙嵌槽，所述下接头的第一端与所述第二管柱连接且第二端设置有至少一对第二牙嵌和第二牙嵌槽，其中所述至少一对第一牙嵌和第一牙嵌槽中的所有的第一牙嵌和第一牙嵌槽与所述至少一对第二牙嵌和第二牙嵌槽中的所有的第二牙嵌和第二牙嵌槽彼此可拆卸地配合，
所述芯轴上套设有压帽，所述下接头上套设有密封套，所述密封套和压帽彼此可拆卸地配合。
具体地，所述所有的第一牙嵌和第一牙嵌槽沿着所述芯轴的第二端的端面依次交替布置，
所述所有的第二牙嵌和第二牙嵌槽沿着所述下接头的第二端的端面依次交替布置。
进一步地，邻近所述芯轴的第二端的外表面上沿所述芯轴的周长方向设置有第一密封面，
邻近所述下接头的第二端的外表面上沿所述下接头的周长方向设置有第二密封面，所述密封套套设在所述第一密封面和第二密封面上。
进一步地，紧邻所述第一密封面的所述芯轴外表面上套设有所述压帽，所述密封套沿所述芯轴的纵长方向延伸至所述压帽的外表面上并与所述压帽密封连接。
具体地，所述密封套的密封面与所述下接头的第二密封面以及所述芯轴的第一密封面构成用于密封所述至少一对第一牙嵌和第一牙嵌槽与所述至少一对第二牙嵌和第二牙嵌槽的连接处的密封件。
进一步地，在所述第一密封面与密封套之间以及第二密封面与密封套之间设置有o型圈，
所述密封套的两端通过螺纹副分别与所述下接头和所述压帽连接，并且在所述密封套与所述下接头之间和所述密封套与所述压帽之间分别设置有紧定螺钉。
具体地，所述芯轴的第一端与第二端彼此相对设置，所述下接头的第一端与第二端彼此相对设置。
进一步地，所述接箍的一端通过螺纹副与所述第一管柱连接，另一端通过螺纹副与所述芯轴连接，所述下接头的第一端通过螺纹副与所述第二管柱连接，
所述所有的第一牙嵌和第一牙嵌槽与所述所有的第二牙嵌和第二牙嵌槽彼此插接连接。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种使用用于管柱的上扣接头的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)连接所述管柱中的所述第一管柱和所述接箍，之后将所述上扣接头的所述下接头插入井内的所述第二管柱；
(2)上提连接在一起的所述第一管柱、接箍和芯轴，将所述至少一对第一牙嵌和第一牙嵌槽中的所有的第一牙嵌和第一牙嵌槽与所述至少一对第二牙嵌和第二牙嵌槽中的所有的第二牙嵌和第二牙嵌槽分离；
(3)连接所述下接头和所述第二管柱；
(4)下放所述连接在一起的所述第一管柱、接箍和芯轴，将所述至少一对第一牙嵌和第一牙嵌槽中的所有的第一牙嵌和第一牙嵌槽与所述至少一对第二牙嵌和第二牙嵌槽中的所有的第二牙嵌和第二牙嵌槽插接连接。
在步骤(2)中，上提连接在一起的所述第一管柱、接箍和芯轴之前，拆开所述上扣接头的压帽和密封套之间的紧定螺钉，旋出所述压帽以分离所述压帽和所述密封套。
在步骤(3)中，连接所述下接头和所述第二管柱为旋转所述下接头通过螺纹副与所述第二管柱连接。
在步骤(4)中，所述所有的第一牙嵌和第一牙嵌槽与所述所有的第二牙嵌和第二牙嵌槽插接连接之后，将所述压帽拧入所述密封套，且固定所述密封套与所述压帽之间的紧定螺钉。
根据本发明的用于管柱的上扣接头具有以下优点中的至少一个：
(1)本发明提供的用于管柱的上扣接头可以在连接井内的下部管柱和地面的上部管柱时，无需旋转管柱中的上部管柱或下部管柱，即使上部管柱和/或下部管柱很重，也能完成上扣作业；
(2)本发明提供的用于管柱的上扣接头通过旋转上扣接头中的重量很轻的下接头实现上部管柱与下部管柱的连接，无需旋转重量很重的上部管柱和/或下部管柱。
附图说明
本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的用于管柱的上扣接头的结构示意图；
图2是图1所示的芯轴的结构示意图；
图3是图1所示的下接头的结构示意图；
图4是图1所示的密封套的结构示意图；
图5是根据本发明的另一实施例的使用用于管柱的上扣接头的方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
由于在石油、天然气钻井、完井或修井过程中，经常需要将整个管柱分为上部管柱和下部管柱两部分分别放入井中，首先将下部管柱(即第二管柱)下放到井内，然后再吊起地面部分的上部管柱(即第一管柱)使其的公螺纹与井内部分的下部管柱的母螺纹对应，此时需要旋转上部管柱或者下部管柱完成螺纹连接，即进行上扣作业。当这两个管柱的重量很重时，旋转上部管柱或者下部管柱就变得十分的困难，甚至无法旋转上部管柱或者下部管柱，即无法进行上扣作业。本发明通过上扣接头100将上部管柱(即第一管柱，未示出)和下部管柱(即第二管柱，未示出)连接起来解决了上述技术问题。
参见图1，本发明所提供的上扣接头100包括依次连接的接箍7、芯轴1和下接头4，所述芯轴1上套设有压帽2，所述下接头4上套设有密封套3。结合图2和图3所示，所述接箍7与所述第一管柱(未示出)螺纹连接，所述芯轴1的第一端与所述接箍7连接，且第二端设置有两对第一牙嵌11和第一牙嵌槽12。所述下接头4的第一端与所述第二管柱(未示出)螺纹连接，且第二端设置有两对第二牙嵌41和第二牙嵌槽42。所述芯轴1的第一端与第二端彼此相对设置，所述下接头4的第一端与第二端彼此相对设置。
在一个示例中，芯轴1上的所有的第一牙嵌11分别与下接头4上的相应的第二牙嵌槽42插接连接，且芯轴1上的所有的第一牙嵌槽12分别与下接头4上的相应的第二牙嵌41插接连接。例如将芯轴1上的所有的第一牙嵌11分别插入下接头4上的所有的第二牙嵌槽42中的相应的第二牙嵌槽42中，且将下接头4上的所有的第二牙嵌41分别插入芯轴1上的所有的第一牙嵌槽12中的相应的第一牙嵌槽12中，从而实现了芯轴1与下接头4之间的可拆卸连接，进而在旋转管柱时，便于传递扭矩。芯轴1上的所有的第一牙嵌11均与下接头4上的所有的第二牙嵌槽42彼此一一对应，且芯轴2上的所有的第一牙嵌槽12均与下接头4上的所有的第二牙嵌41彼此一一对应。本发明技术人员可以明白，芯轴1上的第一牙嵌11和第一牙嵌槽12可以设置为1对、3对或者更多对，下接头4上的第二牙嵌41和第二牙嵌槽42也可以设置为1对、3对或者更多对，芯轴1上的第一牙嵌和第一牙嵌槽的数量与下接头4上的第二牙嵌和第二牙嵌槽的数量相对应。
在一个示例中，第一牙嵌11与第二牙嵌槽42以及第一牙嵌槽12与第二牙嵌41之间的连接方式还可以采用其它可拆卸方式进行配合，例如在第一牙嵌槽12和第二牙嵌槽42的端面上设置槽，相应地在第一牙嵌11和第二牙嵌41的端面上设置与所述槽配合的脊，从而实现第一牙嵌槽12和第二牙嵌槽42分别与相应的第二牙嵌41和第一牙嵌11进行可拆卸连接。
在一个示例中，第一牙嵌槽12和第二牙嵌槽42分别与相应的第二牙嵌41和第一牙嵌11还可以采用过盈连接来实现可拆卸连接。本领域技术人员应当理解，上述示例仅是本发明的一个示例性说明，不应当理解为对本发明的一种限制，本领域技术人员可以根据需要进行相应的选择。
结合图1-3所示，两对第一牙嵌11和第一牙嵌槽12均沿着芯轴1的第二端的端面依次交替布置，相应地两对第二牙嵌41和第二牙嵌槽42均沿着下接头4的第二端的端面依次交替布置。本领域技术人员应当明白，当第一牙嵌11和第一牙嵌槽12设置为1对、3对或者更多对时，所有的第一牙嵌11和第一牙嵌槽12均沿着芯轴1的第二端的端面依次交替布置；当第二牙嵌41和第二牙嵌槽42设置为1对、3对或者更多对时，所有的第二牙嵌41和第二牙嵌槽42也全部沿着下接头4的第二端的端面依次交替布置。
结合图1和图2所示，在芯轴1上还设置有与密封套3内腔中的密封面31相配合密封的第一密封面13。所述密封面31为密封套3的内表面，第一密封面13邻近芯轴1的第二端设置，且第一密封面13沿芯轴1的周长方向布置在芯轴1的外表面上。第一密封面13的右端面14(即图2所在的页面的右侧)，与第一牙嵌槽邻近，左端面15(即图2所在的页面的左侧)与压帽2邻近。
结合图1和图3所示，在下接头4上也设置有与密封套3配合密封的第二密封面43。第二密封面43邻近下接头4的第二端设置，且第二密封面43沿下接头4的周长方向设置在下接头4的外表面上。下接头4的所有的第二牙嵌41均具有端面44。
结合图1和图4所示，密封套3与第一密封面13设置有o型圈6。相应地，密封套3与第二密封面43之间也设置有o型圈6。由此，密封套3的密封面31与下接头4的第二密封面43以及芯轴1的第一密封面13构成了密封件。所述密封件可以用于密封第一牙嵌与第二牙嵌槽以及第一牙嵌槽与第二牙嵌之间的连接处。
密封套3沿所述芯轴1的纵长方向延伸至所述压帽2的外表面上，之后使之通过螺纹副与压帽2连接，由此实现了与所述压帽2密封连接，为了将密封套3与压帽2固定连接，还在二者之间设置了紧定螺钉5。如图1所示，密封套3还通过螺纹副与下接头4连接，且在二者之间还设置了紧定螺钉5’。
参见图5，本发明还提供了一种使用上述用于管柱的上扣接头100的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将所述管柱(未示出)中的第一管柱(即上部管柱)通过螺纹副与上扣接头100的接箍7连接牢固，将所述管柱中的第二管柱(即下部管柱)下入井中，并在井口处将第二管柱通过卡瓦(未示出)固定。之后将第一管柱和上扣接头100吊起，并将上扣接头100的下接头4的第一端处的公螺纹轻轻插入井内第二管柱的母螺纹内；
(2)拆开紧定螺钉5，之后旋出压帽2，使压帽2的螺纹与密封套3的螺纹完全脱开，然后上提连接在一起的所述第一管柱、接箍7和芯轴1，使得芯轴1的第二端上的所有的第一牙嵌11分别从下接头4的第二端上的相应的第二牙嵌槽42中拔出，由此使得下接头4的所有的第二牙嵌41分别与芯轴1的相应的第一牙嵌槽12分离，从而使得连在一起的所述第一管柱、接箍7和芯轴1与连在一起的下接头4和第二管柱脱开；
(3)仅需旋转下接头4以拧紧下接头4与第二管柱之间的螺纹，从而将下接头4固定在井内的第二管柱上；
(4)下放连接在一起的所述第一管柱、接箍和芯轴，使芯轴1的第二端上的所有的第一牙嵌11分别重新插入下接头4的第二端上的相应的第二牙嵌槽42中，由此使得芯轴1的第二端上的所有的第一牙嵌槽12分别与下接头4的第二端上的所有的第二牙嵌41对应连接，之后将压帽2重新拧入密封套3中，使压帽2的螺纹与密封套3的螺纹配合连接，然后将压帽2与密封套3之间的紧定螺钉5拧紧，从而完成了上扣作业。
在一个示例中，拆开或拧紧紧定螺钉5以及旋出或拧入压帽2可以通过人工或操作液压工具(例如液压钳)即可实现。本示例仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制。
在整个过程中仅需要旋转重量很轻的下接头4和压帽2即可完成上扣作业，而不需要旋转重量非常重的上部管柱(即第一管柱)或下部管柱(第二管柱)，使用本发明所提供的用于管柱的上扣接头100及其使用方法可以轻松完成管柱的上扣作业。
当需要上提管柱时，拉力从第一管柱传递至接箍7，之后接箍7通过与芯轴1之间的螺纹副将拉力传递至芯轴1的左端面15；由于左端面15与压帽2紧密接触，使得拉力通过左端面15传递至压帽2；然后拉力通过压帽2与密封套3之间的螺纹副从压帽2传递至密封套3；之后拉力通过密封套3与下接头4之间的螺纹副从密封套3传递至下接头4，从而通过下接头4将拉力传递至第二管柱，进而实现了上提管柱。
当需要下压管柱时，压力从第一管柱传递至接箍7，之后接箍7通过与芯轴1之间的螺纹副将压力传递至芯轴1的右端面14，然后通过下接头4的端面44传递到下接头4，从而将压力传递至第二管柱，进而实现了下压管柱。
当需要旋转管柱时，对管柱施加扭矩，使扭矩从第一管柱传递至接箍7，之后接箍7通过与芯轴1之间的螺纹副将扭矩传递至芯轴1的第一牙嵌11，然后通过下接头4的第二牙嵌槽42将扭矩传递到下接头4，从而将扭矩传递至第二管柱，进而实现了对管柱的旋转。
根据本发明的用于管柱的上扣接头具有以下优点中的至少一个：
(1)本发明提供的用于管柱的上扣接头可以在连接井内的下部管柱和地面的上部管柱时，无需旋转管柱中的上部管柱或下部管柱，即使上部管柱和/或下部管柱很重，也能完成上扣作业；
(2)本发明提供的用于管柱的上扣接头通过旋转上扣接头中的重量很轻的下接头实现上部管柱与下部管柱的连接，无需旋转重量很重的上部管柱和/或下部管柱。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。