尾管固井尾管座挂用投球器及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种尾管固井尾管座挂用投球器及其控制方法，属于石油、天然气开采【技术领域】。本发明包括装配套和容腔体；所述容腔体设于装配套内形成容纳腔；所述容腔体上设置的螺钉，从容纳腔内向外穿过容腔体并与往复推送机构连接；所述容腔体上设有位于容纳腔内的多个支架，所述支架上设有保持爪，所述螺钉的端部与保持爪共同配合抓住座挂球于容纳腔内。本发明主要用于解决现有技术中投球器存在远程控制临时失效的问题，无需重新将水泥头卸下手工投球，保证投球与固井作业的可靠性。
【专利说明】尾管固井尾管座挂用投球器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油、天然气开采【技术领域】，尤其是一种旋转尾管固井时旋转水泥头上的投球器。
【背景技术】
[0002]固井，就是利用注水泥设备在下入套管的油气井中对套管外环空注水泥，使套管和地层之间产生有效固封。这个过程中需要用到尾管悬挂器来将尾管(套管)与上层套管相连接，大多数尾管挂都可以按照其座放机理进行分类，或者为液压座放式，或者为机械座放式。液压座放式尾管挂的座放机理是利通过尾管挂内的液压缸的流体压差来实现座放的。为了防止尾管挂在下放的过程中意外座挂，液压缸会被剪切销钉固定起来。通常情况下的循环压力仅为座放压力的50%。一般根据尾管挂的座放程序需要通过在地面投球，使球落在承托箍上，通过憋压触动液压缸，然后释放尾管挂的重力实现座放。
[0003]目前陆地油田固井投球作业主要是断开循环管线人工投球，作业安全性不高，海上油田以及少数陆地油田用到的旋转水泥头一般配备有投球器，但是投球器大多是气动或液动式的远程控制形式的或者纯手动的，若碰到这类投球器段远程控制临时失效时，必须得重新将水泥头卸下手工投球，造成时间上的浪费。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种可与水泥头相配合的尾管固井尾管座挂用投球器及其控制方法，主要用于解决现有技术中投球器存在远程控制临时失效的问题，无需重新将水泥头卸下手工投球，保证投球与固井作业的可靠性。该投球器既可以安装在一般水泥头上，又可以安装在远程控制旋转水泥头上并联入控制系统实现远程控制，又可以通过手动控制，操作简单，使用范围广。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
本发明的尾管固井尾管座挂用投球器，包括装配套和容腔体；所述容腔体设于装配套内形成容纳腔；所述容腔体上设置的螺钉，从容纳腔内向外穿过容腔体并与往复推送机构连接；所述容腔体上设有位于容纳腔内的多个支架，所述支架上设有保持爪，所述螺钉的端部与保持爪共同配合抓住座挂球于容纳腔内。
[0006]由于采用了上述结构，容纳腔可用于容纳座挂球，其中在容纳腔内通过多个保持爪将其抓紧，避免其从容纳腔中滑出，容腔体上穿过的螺钉的端部用于顶推座挂球，将螺杆连接于往复推送机构上，可通过往复推送机构来控制螺杆的移动，实现对座挂球的控制，也可通过远程控制也可以通过手动控制。本发明可将投球器通过装配套固定在远程控制旋转水泥头上，气动进口连接水泥头的控制系统，实现远程控制，也可以通过手动控制。通过本发明的尾管固井尾管座挂用投球器，主要用于解决现有技术中投球器存在远程控制临时失效的问题，无需重新将水泥头卸下手工投球，保证投球与固井作业的可靠性。该投球器既可以安装在一般水泥头上，又可以安装在远程控制旋转水泥头上并联入控制系统实现远程控制，又可以通过手动控制，操作简单，使用范围广。
[0007]本发明的尾管固井尾管座挂用投球器，所述支架为4个，其中每个支架上均设有保持爪，其中所述保持爪的中部通过螺栓连接于支架上，使保持爪的两端可以螺栓为中心摆动。
[0008]由于采用了上述结构，4个支架上分别设置有保持爪，4个保持爪与螺钉的端部共同配合，抓紧座挂球避免其从装配套中滚出，其中螺钉端部周向通过与保持爪的接触，使得保持爪左端张开而右端闭合，当螺钉推球时，放开了保持爪的左端，进而球将保持爪右端推开，球再向右运动一定距离就可以掉入井中了。
[0009]本发明的尾管固井尾管座挂用投球器，所述往复推送机构包括与装配套螺纹连接的气缸，所述容腔体固定连接于气缸上，所述气缸内配置有可相对密封滑动的活塞；所述活塞内设有可相对滑动的平衡螺母，所述活塞一端与螺钉固定连接，所述活塞的另一端通过平衡螺母螺纹连接有顶丝，所述顶丝从气缸的端面穿出，所述活塞与容腔体之间设有套于螺钉的弹簧。
[0010]由于采用了上述结构，可通过转动顶丝，由于顶丝与平衡螺母之间是螺纹连接，平衡螺母与活塞，活塞与气缸之间都是通过轮毂状凸起配合，不会发生周向转动，因此当转动顶丝时，平衡螺母与活塞会向右运动，从而带动螺钉将座挂球推出，完成后活塞通过反转顶丝以及弹簧复位，从而确保手动操作的正常进行。
[0011]本发明的尾管固井尾管座挂用投球器，所述活塞内壁上设有沿轴线方向的滑槽，所述平衡螺母外壁上设有沿轴线方向上的滑块，使所述平衡螺母上的滑块与活塞上的滑槽匹配并可相对滑动；所述气缸内壁设有的凹槽，所述活塞靠近容腔体一端的外壁上设有凸块，所述活塞上的凸块与气缸上的凹槽匹配并可相对滑动。
[0012]由于采用了上述结构，平衡螺母与活塞之间、活塞与气缸之间分别通过轮毂状的凸起(也即滑块和滑槽)进行配合，使得其相互之间不会发生周向转动，仅能相对滑动，当手动控制顶丝转动时，可使平衡螺母驱动活塞相对于气缸滑动，从而完成投球操作；当远程气动控制时，可使活塞相对于气缸滑动，从而完成投球操作，因此才能确保投球工作的正常进行，使操作极为简便。
[0013]本发明的尾管固井尾管座挂用投球器，在所述气缸上靠近端面的侧壁上设有进口，所述气缸侧壁上的凹槽处设有自由出口。
[0014]由于采用了上述结构，在气缸侧壁上的凹槽处设有自由出口，也即在活塞右边的气缸出口设置一个自由出口，可以避免在活塞运动过程气缸右边中产生的抽吸效应；而进口则可以连接水泥头的控制系统上，便于通过远程的气动控制，也即采用气动等远程控制时，控制介质从进口进入，推动活塞向右运动，从而带动螺钉将座挂球推出，完成后活塞靠弹簧复位。
[0015]本发明的尾管固井尾管座挂用投球器，所述气缸与装配套的连接处设有补偿套。
[0016]由于采用了上述结构，补偿套可用于补偿气缸和装配套之间产生的间隙，避免加工误差等原因造成气缸和装配套之间无法固定的问题。
[0017]本发明的尾管固井尾管座挂用投球器的控制方法，其特征在于:它包括:
I)、远程控制
将装配套固定在远程控制旋转水泥头上，将进口连接于水泥头的控制管线，控制介质从进口进入气缸内，推动活塞运动，活塞带动螺钉相对于容腔体运动，使螺钉的端部作用于座挂球，并将其推出；完成后，活塞在弹簧作用下复位；
2)、手动控制
断开进口上连接的控制管线，转动顶丝，使平衡螺母带动活塞运动，活塞带动螺钉相对于容腔体运动，使螺钉的端部作用于座挂球，并将其推出；完成手，反方向转动顶丝，活塞在弹簧作用下复位。
[0018]由于采用了上述方法，使得本发明的投球器可以安装在一般水泥头上，既也可以安装在远程控制旋转水泥头上并联入控制系统实现远程控制，也可以通过手动控制，有效解决了上述远程控制临时失效的问题，保证了投球与固井作业的可靠性。即便是远程控制失效，也可以通过手动控制实现其操作，无需重新将水泥头卸下手工投球，造成时间上的浪费。
[0019]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
1、本发明的尾管固井尾管座挂用投球器，主要用于解决现有技术中投球器存在远程控制临时失效的问题，无需重新将水泥头卸下手工投球，保证投球与固井作业的可靠性。
[0020]2、本发明的尾管固井尾管座挂用投球器，可以安装在一般水泥头上，又可以安装在远程控制旋转水泥头上并联入控制系统实现远程控制，又可以通过手动控制，操作简单，使用范围广。
[0021]3、本发明的尾管固井尾管座挂用投球器的控制方法，即便是远程控制失效，也可以通过手动控制实现其操作，无需重新将水泥头卸下手工投球，造成时间上的浪费。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1是本发明的尾管固井尾管座挂用投球器的结构示意图。
[0023]图2是图1中的A-A剖视图。
[0024]图3是图1中的B-B剖视图。
[0025]图4是图1中的C-C剖视图。
[0026]图中:1-顶丝，2-轴用挡圈，3、6、15_密封组合，4-进口，5-气缸，7-平衡螺母，8-活塞，9-弹簧，10-自由出口，11-螺钉，12-补偿套，13-螺钉，14-密封圈，16-防尘圈，17-容腔体，18-保持爪，19-垫圈，20-螺栓组合，21-装配套，22-座挂球。
【具体实施方式】
[0027]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0028]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0029]如图1至图4所示，本发明的尾管固井尾管座挂用投球器，包括装配套21和容腔体17 ;所述容腔体17设于装配套21内形成容纳腔；所述容腔体17上设置的螺钉11，从容纳腔内向外穿过容腔体17并与往复推送机构连接，所述往复推送机构包括与装配套21螺纹连接的气缸5，所述气缸5与装配套21的连接处设有补偿套12，所述容腔体17固定连接于气缸5上，所述气缸5内配置有可相对密封滑动的活塞8，所述气缸5内壁设有的凹槽，所述活塞8靠近容腔体17 —端的外壁上设有凸块，所述活塞8上的凸块与气缸5上的凹槽匹配并可相对滑动；所述活塞8内设有可相对滑动的平衡螺母7，所述活塞8内壁上设有沿轴线方向的滑槽，所述平衡螺母7外壁上设有沿轴线方向上的滑块，使所述平衡螺母7上的滑块与活塞8上的滑槽匹配并可相对滑动；所述活塞8—端与螺钉11固定连接，所述活塞8的另一端通过活塞8螺纹连接有顶丝1，所述顶丝I从气缸5的端面穿出，所述活塞8与容腔体17之间设有套于顶丝I外的弹簧9 ;在所述气缸5上靠近端面的侧壁上设有进口 4，所述气缸5侧壁上的凹槽处设有自由出口 10 ;所述容腔体17上设有位于容纳腔内的多个(可根据需要设置为三个以上)支架，本例中采用所述支架为4个，其中每个支架上均设有保持爪18，其中所述保持爪18的中部通过螺栓连接于支架上，使保持爪18的两端可以螺栓为中心摆动，所述螺钉11的端部与保持爪18共同配合抓住座挂球22于容纳腔内，根据需要当座挂球22体积较大时，其可低于螺钉11的端部上。其中螺钉端部周向通过与保持爪的接触，使得保持爪左端张开而右端闭合，当螺钉推球时，放开了保持爪的左端，进而球将保持爪右端推开，球再向右运动一定距离就可以掉入井中了。
[0030]具体地，参照附图1，本发明尾管固井尾管座挂用投球器由气动等远程控制方式驱动时，流动介质由进口 4进入气缸5，从而推动活塞8带动螺钉11向右运动，从而将座挂球22推出，完成后活塞依罪弹黃9复位。
[0031]参考附图1、2、3，本发明尾管固井尾管座挂用投球器中顶丝I和平衡螺母7之间靠螺纹连接，平衡螺母7与活塞8、活塞8与气缸5之间是轮毂状配合使得平衡螺母7与活塞8不能发生旋转运动。手动驱动时，断开进口 4处管线，转动顶丝I带动平衡螺母7与活塞8 一起向右运动，从而带动螺钉11将座挂球22推出，完成后活塞8依靠反转顶丝I和弹簧9复位。
[0032]参考附图1、4，本发明尾管固井尾管座挂用投球器保持爪18由螺栓固定在容腔体17的支架上，保持爪18可绕螺栓转动。将活塞8推到最右端，使得保持爪18可以自由转动，这是可以从投球器右端放入座挂球22，之后转动顶丝I将螺钉11收缩到最左端卡住保持爪18左端使得保持爪右端收拢，防止座挂球自动落出。
[0033]参考附图1，本发明尾管固井尾管座挂用投球器的气缸5开有进口 4与自由出口10两个孔，进口 4连接远程驱动管线，自由出口 10用来避免气缸右边的抽吸效应。
[0034]本发明的尾管固井尾管座挂用投球器，主要用于解决现有技术中投球器存在远程控制临时失效的问题，无需重新将水泥头卸下手工投球，保证投球与固井作业的可靠性。可以安装在一般水泥头上，又可以安装在远程控制旋转水泥头上并联入控制系统实现远程控制，又可以通过手动控制，操作简单，使用范围广。
[0035]本发明的尾管固井尾管座挂用投球器的控制方法，包括:
I)、远程控制时，将装配套21固定在远程控制旋转水泥头上，将进口 4连接于水泥头的控制管线，控制介质从进口 4进入气缸5内，推动活塞8运动，活塞8带动螺钉11相对于容腔体17运动，使螺钉11的端部作用于座挂球22，并将其推出；完成后，活塞8在弹簧9作用下复位；其中整个过程中，介质不会从自由出口 10排出，活塞8达到最右位置时，它的左端面密封圈不能超过气缸凹槽的开始位置；自由出口 10只是为了防止活塞右端的腔体发生抽吸作用而设的，因为没有自由出口，这个腔体就是一个密闭空间，不利于活塞的往复运动。
[0036]2)、手动控制时，断开进口 4上连接的控制管线，转动顶丝1，使平衡螺母7带动活塞8运动，活塞8带动螺钉11相对于容腔体17运动，使螺钉11的端部作用于座挂球22，并将其推出；完成手，反方向转动顶丝1，活塞8在弹簧9作用下复位。
[0037]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【权利要求】
1.尾管固井尾管座挂用投球器，其特征在于:它包括装配套(21)和容腔体(17);所述容腔体(17)设于装配套(21)内形成容纳腔；所述容腔体(17)上设置的螺钉(11)，从容纳腔内向外穿过容腔体(17)并与往复推送机构连接；所述容腔体(17)上设有位于容纳腔内的多个支架，所述支架上设有相互匹配的保持爪(18)，所述螺钉(11)的端部与保持爪(18)共同配合抓住座挂球(22)于容纳腔内。
2.如权利要求1所述的尾管固井尾管座挂用投球器，其特征在于:所述支架为4个，其中每个支架上均设有保持爪(18)，其中所述保持爪(18)的中部通过螺栓连接于支架上，使保持爪(18)的两端可以螺栓为中心摆动。
3.如权利要求1或2所述的尾管固井尾管座挂用投球器，其特征在于:所述往复推送机构包括与装配套(21)螺纹连接的气缸(5 )，所述容腔体(17 )固定连接于气缸(5 )上，所述气缸(5)内配置有可相对密封滑动的活塞(8);所述活塞(8)内设有可相对滑动的平衡螺母(7)，所述活塞(8)—端与螺钉(11)固定连接，所述活塞(8)的另一端通过平衡螺母(7)螺纹连接有顶丝(1)，所述顶丝(I)从气缸(5)的端面穿出，所述活塞(8)与容腔体(17)之间设有套于螺钉(11)外的弹簧(9 )。
4.如权利要求3所述尾管固井尾管座挂用投球器，其特征在于:所述活塞(8)内壁上设有沿轴线方向的滑槽，所述平衡螺母(7)外壁上设有沿轴线方向上的滑块，使所述平衡螺母(7)上的滑块与活塞(8)上的滑槽匹配并可相对滑动；所述气缸(5)内壁设有的凹槽，所述活塞(8)靠近容腔体(17) —端的外壁上设有凸块，所述活塞(8)上的凸块与气缸(5)上的凹槽匹配并可相对滑动。
5.如权利要求4所述的尾管固井尾管座挂用投球器，其特征在于:在所述气缸(5)上靠近端面的侧壁上设有进口(4)，所述气缸(5)侧壁上的凹槽处设有自由出口(10)。
6.如权利要求1或2或4或5所述的尾管固井尾管座挂用投球器，其特征在于:所述气缸(5)与装配套(21)的连接处设有补偿套(12)。
7.一种采用权利要求5所述尾管固井尾管座挂用投球器的控制方法，其特征在于:它包括: 远程控制:将装配套(21)固定在远程控制旋转水泥头上，将进口(4)连接于水泥头的控制管线，控制介质从进口( 4)进入气缸(5 )内，推动活塞(8 )运动，活塞(8 )带动螺钉(11)相对于容腔体(17)运动，使螺钉(11)的端部作用于座挂球(22)，并将其推出；完成后，活塞(8)在弹簧(9)作用下复位； 手动控制:断开进口(4)上连接的控制管线，转动顶丝(1)，使平衡螺母(7)带动活塞(8 )运动，活塞(8 )带动螺钉(11)相对于容腔体(17 )运动，使螺钉(11)的端部作用于座挂球(22)，并将其推出；完成后，反方向转动顶丝(1)，活塞(8)在弹簧(9)作用下复位。
【文档编号】E21B33/13GK104265236SQ201410361762
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】王国荣, 张敏, 何霞, 胡刚, 蒋龙, 楚飞, 陈宝康 申请人:西南石油大学