适合无源磁导向工具辅助下入的可变径解卡装置及方法与流程

1.本发明涉及石油开采领域，具体涉及但不限于井下解卡技术，特别是一种适合无源磁导向工具辅助下入的可变径解卡装置及方法。


背景技术：

2.近几年，随着油田大开发，施工的井况越来越复杂，我国存在的老井废井情况越来越多，高压井喷事故越来越多，针对国内井喷事故打救援井、储气库老井重入等特殊井。目前，出现了一种采用无源磁信号定位钻井的井下工具，对事故井进行重新定位钻井压井处理。而在磁导向工具现场施工作业时，在上提和下放作业过程中，由于技术措施不当、井眼尺寸不规则、井壁岩石坍塌等方面原因，会发生磁导向工具下放遇阻、被岩屑卡、被油泥沾住等事故。这时急需一种工具辅助磁导向工具解卡，保证磁导向工具正常施工。
3.传统的解卡方式是反复上提下放解卡。由于工具自身特点，遇到沾卡、沙卡、大肚子井眼遇阻，上提下放往往不能解决上述问题，耽误施工时间的同时还存在安全风险，严重时会造成工具落井。因此有必要发明一种适合无源磁导向工具辅助下入的上下可变径解卡装置，以便实现无源磁导向“一趟测”。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述技术问题的一种或几种，提供了一种适合无源磁导向工具辅助下入的可变径解卡装置及方法。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：适合无源磁导向工具辅助下入的可变径解卡装置，包括驱动总成、第一承压套筒、第二承压套筒、第一连杆、第二连杆、第一轴杆、第二轴杆以及底部连接套筒，所述第一承压套筒和第二承压套筒分别滑动套设在所述第一轴杆上，所述第一承压套筒位于所述第二承压套筒的上方，所述第一连杆的两端分别与所述第一承压套筒和第二承压套筒铰接；所述驱动总成的驱动端连接并驱动所述第一承压套筒沿第一轴杆轴向挤压或拉伸第一连杆，使第一连杆张开或合拢；
6.所述第二轴杆同轴固定在所述第一轴杆的下方，所述第二轴杆的下端滑动套设在所述底部连接套筒内且与所述底部连接套筒的底壁弹性连接，所述第二连杆的两端分别与所述第二轴杆以及所述底部连接套筒的顶端连接。
7.本发明的有益效果是：本发明的可变径解卡装置，采用上下两段轴杆，并在轴杆上分别设置连杆，当井下作业工具遇阻时，可以使第一连杆或第二连杆张开，支撑井下作业工具，改变遇阻点位置，使其快速安全解卡；通过设置驱动总成驱动第一承压套筒轴向运动，装置在粘卡、沙卡的时候，能够轻易快速的完成解卡作业。
8.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
9.进一步，所述第一连杆包括两个第一杆体，所述第一杆体的两端分别为铰接端和自由端，两个第一杆体的铰接端相互铰接，两个第一杆体的自由端分别铰接在第一承压套筒和第二承压套筒上；
10.所述第一连杆上设有至少一个第一滚轮，所述第一滚轮邻近两个第一杆体的铰接端布置或直接装配在两个第一杆体的铰接端。
11.采用上述进一步方案的有益效果是：第一连杆采用两个第一杆体，并在第一杆体上设置第一滚轮，使磁导向工具解卡过程更加稳定可靠。而且使装置在高流速、高温、高压工况下，能够有效支撑装置，防止发生偏移和震动现象。
12.进一步，所述第二连杆包括两个第二杆体，所述第二连杆的两端分别为铰接端和自由端，两个第二杆体的铰接端相互铰接，两个第二杆体的自由端分别铰接在第二轴杆以及所述底部连接套筒的顶端；
13.所述第二连杆上设有至少一个第二滚轮，所述第二滚轮邻近两个第二连杆的铰接端布置或直接装配在两个第二连杆的铰接端。
14.采用上述进一步方案的有益效果是：第二连杆采用两个第二杆体，并在第二杆体上设置第二滚轮，使磁导向工具解卡过程更加稳定可靠。而且使装置在高流速、高温、高压工况下，能够有效支撑装置，防止发生偏移和震动现象。
15.进一步，所述驱动总成包括驱动电机和蜗轮蜗杆机构，所述驱动电机的输出端与所述蜗轮蜗杆机构的动力输入端连接，所述蜗轮蜗杆机构的蜗杆与所述第一承压套筒螺纹连接，所述第一承压套筒滑动套设在所述第一轴杆的上端。
16.采用上述进一步方案的有益效果是：采用蜗轮蜗杆机构配合驱动电机实现第一承压套筒的轴向运动，使运动过程更加稳定可靠。
17.进一步，所述第一轴杆的上端外侧壁上设有第一卡接套筒，所述第一卡接套筒的外侧壁上设有朝上布置的第一台阶，所述第一承压套筒内滑动设有第一滑套，所述第一承压套筒的上端内侧壁与所述第一滑套之间设有第一弹簧，所述第一滑套滑动套设在所述第一卡接套筒的外侧壁上且能够与第一台阶适配抵接，所述第一弹簧套设在所述第一卡接套筒上且位于所述第一台阶的上方。
18.采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置第一弹簧，使第一卡接套筒能够相对于第一轴杆弹性运动，为第一连杆的张开以及解卡过程提供弹性缓冲。
19.进一步，所述第一轴杆的中部外侧壁上设有第二卡接套筒，所述第二卡接套筒的外侧壁上设有朝下布置的第二台阶，所述第二承压套筒内滑动设有第二滑套，所述第二承压套筒的下端内侧壁与所述第二滑套之间设有第二弹簧，所述第二滑套滑动套设在所述第二卡接套筒的外侧壁上且能够与第二台阶适配抵接，所述第二弹簧套设在所述第二卡接套筒上且位于第二台阶的下方。
20.采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置第二弹簧，使第二卡接套筒能够相对于第二轴杆弹性运动，为第一连杆的张开以及解卡过程提供弹性缓冲。
21.进一步，所述第一轴杆的中部外侧壁上设有朝上布置的第三台阶，所述第二卡接套筒的下端能够与所述第三台阶适配抵接。
22.采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置第三台阶，当第一连杆合拢时，可以为第二卡接套筒下端进行适配限位。
23.进一步，所述第一连杆为两个以上，两个第一连杆中心对称的布置在所述第一轴杆的相对两侧；所述第二连杆为两个以上，两个第二连杆中心对称的布置在所述第二轴杆的相对两侧；
24.所述第一轴杆和第二轴杆为一体结构，或所述第一轴杆和第二轴杆通过连接件可拆卸连接。
25.采用上述进一步方案的有益效果是：采用两个第一连杆和两个第二连杆，使解卡范围更广。
26.进一步，所述第二轴杆上设有朝上布置的第四台阶，所述底部连接套筒的内侧壁上设有能够与第四台阶适配抵接的限位环边；所述第二轴杆的下端与所述底部连接套筒的底壁通过第三弹簧弹性连接。
27.采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置第四台阶，避免底部连接套筒在自身重力作用下无限制下放。
28.适合无源磁导向工具辅助下入的可变径解卡方法，采用上述的可变径解卡装置实现，无源磁导向工具设置在可变径解卡装置的第二轴杆中，包括以下步骤：
29.可变径解卡装置下井作业无障碍通过时，由于重力作用，底部连接套筒在自身重力作用下弹性连接在第二轴杆底部；
30.可变径解卡装置下井作业下部遇阻时，底部连接套筒在障碍物作用下向上运动，使第二连杆周向张开，将底部连接套筒位置扶正，进而使可变径解卡装置第二轴杆偏离井下遇阻位置，进而完成解卡动作；
31.可变径解卡装置下井作业上部遇阻粘卡时，驱动总成驱动第一承压套筒向下运动，使第一连杆周向张开，进而使变径解卡装置上半部分偏离井下遇阻粘卡位置，完成解卡解粘动作。
32.本发明的有益效果是：本发明的解卡方法，当井下作业工具遇阻时，可以使第一连杆或第二连杆张开，支撑井下作业工具，改变遇阻点位置，使其快速安全解卡；通过设置驱动总成驱动第一承压套筒轴向运动，装置在粘卡、沙卡的时候，能够轻易快速的完成解卡作业。
附图说明
33.图1为本发明可变径解卡装置第一状态的内部结构示意图；
34.图2为本发明可变径解卡装置第二状态的内部结构示意图；
35.图3为图2中a部的放大结构示意图；
36.图4为图2中b部的放大结构示意图；
37.图5为本发明可变径解卡装置第三状态的内部结构示意图；
38.图6为图5中a部的放大结构示意图；
39.图7为图5中b部的放大结构示意图；
40.图8为本发明可变径解卡装置第四状态的内部结构示意图；
41.图9为本发明可变径解卡装置使用状态的内部结构示意图一；
42.图10为本发明可变径解卡装置使用状态的内部结构示意图二。
43.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
44.1、驱动电机；11、蜗轮；12、蜗杆；
45.2、第一承压套筒；21、第一弹簧；22、第一滑套；
46.3、第二承压套筒；31、第二弹簧；32、第二滑套；
47.4、第一连杆；41、第一杆体；42、第一滚轮；
48.5、第二连杆；51、第二杆体；52、第二滚轮；
49.6、第一轴杆；61、第一卡接套筒；62、第一台阶；63、第二卡接套筒；64、第二台阶；65、第三台阶；
50.7、第二轴杆；71、第四台阶；72、限位法兰；
51.8、底部连接套筒；81、第三弹簧；82、限位环边；9、连接件。
具体实施方式
52.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
53.如图1～图10所示，本实施例的适合无源磁导向工具辅助下入的可变径解卡装置，包括驱动总成、第一承压套筒2、第二承压套筒3、第一连杆4、第二连杆5、第一轴杆6、第二轴杆7以及底部连接套筒8，所述第一承压套筒2和第二承压套筒3分别滑动套设在所述第一轴杆6上，所述第一承压套筒2位于所述第二承压套筒3的上方，所述第一连杆4的两端分别与所述第一承压套筒2和第二承压套筒3铰接；所述驱动总成的驱动端连接并驱动所述第一承压套筒2沿第一轴杆6轴向挤压或拉伸第一连杆4，使第一连杆4张开或合拢；所述第二轴杆7同轴固定在所述第一轴杆6的下方，所述第二轴杆7的下端滑动套设在所述底部连接套筒8内且与所述底部连接套筒8的底壁弹性连接，所述第二连杆5的两端分别与所述第二轴杆7以及所述底部连接套筒8的顶端连接。本实施例通过在磁导向作业工具外部加装一种装置，当其遇阻时，上下连杆周向张开支撑井壁，改变遇阻点位置，使磁导向作业工具快速安全解卡。
54.本实施例的第二轴杆7可以为中空结构，用于装入无源磁导向工具，能够保证磁导向工具解卡装置正常工作时，减小装置的整体尺寸。
55.如图3、图4、图6和图7所示，本实施例的一个优选方案为，所述第一连杆4包括两个第一杆体41，所述第一杆体41的两端分别为铰接端和自由端，两个第一杆体41的铰接端相互铰接，两个第一杆体41的自由端分别铰接在第一承压套筒2和第二承压套筒3上；所述第一连杆4上设有至少一个第一滚轮42，所述第一滚轮42邻近两个第一杆体41的铰接端布置或直接装配在两个第一杆体41的铰接端。第一连杆采用两个第一杆体，并在第一杆体上设置第一滚轮，使磁导向工具解卡过程更加稳定可靠。而且使装置在高流速、高温、高压工况下，能够有效支撑装置，防止发生偏移和震动现象。
56.如图3和图6所示，本实施例的一个优选方案为，每个所述第一杆体41上设有第一滚轮42，而且每个第一杆体41邻近铰接端的位置均设有第一滚轮42，由于第一轴杆与井壁接触点更多，解卡能力更强更稳定。第一杆体41可以采用直线型结构，也可以采用略微弯折的结构。
57.如图3、图4、图6和图7所示，本实施例的一个优选方案为，所述第二连杆5包括两个第二杆体51，所述第二杆体51的两端分别为铰接端和自由端，两个第二杆体51的铰接端相互铰接，两个第二杆体51的自由端分别铰接在第二轴杆7以及所述底部连接套筒8的顶端；所述第二连杆5上设有至少一个第二滚轮52，所述第二滚轮52邻近两个第二连杆5的铰接端布置或直接装配在两个第二连杆5的铰接端。第二连杆采用两个第二杆体，并在第二杆体上
设置第二滚轮，使磁导向工具解卡过程更加稳定可靠。而且使装置在高流速、高温、高压工况下，能够有效支撑装置，防止发生偏移和震动现象。
58.如图4和图7所示，本实施例的一个优选方案为，每个所述第二杆体51上设有第二滚轮52，而且每个第二杆体51的铰接端均设有第二滚轮52。可使第二滚轮52设置在两个第二杆体51的铰接轴上。第二杆体51可以采用直线型结构，也可以采用略微弯折的结构。
59.具体的，本实施例的第二杆体51的长度大于第一杆体41的长度，使第二杆体51能够改变底部遇阻点位置。
60.如图1～图10所示，本实施例的所述驱动总成包括驱动电机1和蜗轮蜗杆机构，所述驱动电机1的输出端与所述蜗轮蜗杆机构的动力输入端连接，所述蜗轮蜗杆机构的蜗杆12与所述第一承压套筒2螺纹连接，所述第一承压套筒2滑动套设在所述第一轴杆6的上端。所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮11的输入端与驱动电机1的输出端连接，所述蜗轮11的输出端与蜗杆12连接。采用蜗轮蜗杆机构配合驱动电机实现第一承压套筒的轴向运动，使运动过程更加稳定可靠。
61.如图3、图4、图6和图7所示，本实施例的一个优选方案为，所述第一轴杆6的上端外侧壁上设有第一卡接套筒61，所述第一卡接套筒61的外侧壁上设有朝上布置的第一台阶62，所述第一承压套筒2内滑动设有第一滑套22，所述第一承压套筒2的上端内侧壁与所述第一滑套22之间设有第一弹簧21，所述第一滑套22滑动套设在所述第一卡接套筒61的外侧壁上且能够与第一台阶62适配抵接，所述第一弹簧21套设在所述第一卡接套筒61上且位于所述第一台阶62的上方。通过设置第一弹簧，使第一卡接套筒能够相对于第一轴杆弹性运动，为第一连杆的张开以及解卡过程提供弹性缓冲。
62.如图3、图4、图6和图7所示，本实施例的一个优选方案为，所述第一轴杆6的中部外侧壁上设有第二卡接套筒63，所述第二卡接套筒63的外侧壁上设有朝下布置的第二台阶64，所述第二承压套筒3内滑动设有第二滑套32，所述第二承压套筒3的下端内侧壁与所述第二滑套32之间设有第二弹簧31，所述第二滑套32滑动套设在所述第二卡接套筒63的外侧壁上且能够与第二台阶64适配抵接，所述第二弹簧31套设在所述第二卡接套筒63上且位于第二台阶64的下方。通过设置第二弹簧，使第二卡接套筒能够相对于第二轴杆弹性运动，为第一连杆的张开以及解卡过程提供弹性缓冲。
63.本实施例的一个优选方案为，第一卡接套筒61以及第二卡接套筒63可以采用半环结构，方便卡入到第一轴杆6上。
64.如图3、图4、图6和图7所示，本实施例的一个优选方案为，所述第一轴杆6的中部外侧壁上设有朝上布置的第三台阶65，所述第二卡接套筒63的下端能够与所述第三台阶65适配抵接。通过设置第三台阶，当第一连杆合拢时，可以为第二卡接套筒下端进行适配限位。
65.如图3、图4、图6和图7所示，本实施例的一个优选方案为，所述第一连杆4为两个，两个第一连杆4中心对称的布置在所述第一轴杆6的相对两侧；所述第二连杆5为两个，两个第二连杆5中心对称的布置在所述第二轴杆7的相对两侧；所述第一轴杆6和第二轴杆7为一体结构，或所述第一轴杆6和第二轴杆7通过连接件9可拆卸连接。所述连接件9可以采用双头螺母结构。采用两个第一连杆和两个第二连杆，使解卡范围更广。
66.如图3、图4、图6和图7所示，本实施例的一个优选方案为，所述第二轴杆7上设有朝上布置的第四台阶71，所述底部连接套筒8的内侧壁上设有能够与第四台阶71适配抵接的
限位环边82；所述第二轴杆7的下端与所述底部连接套筒8的底壁通过第三弹簧81弹性连接。所述第四台阶71可以采用斜面结构，斜面角度可以为15
°‑
90
°
不等。通过设置第四台阶，避免底部连接套筒在自身重力作用下无限制下放。
67.如图4所示，本实施例的第二轴杆7上设有限位法兰72，第二连杆5的上端与所述限位法兰72铰接。限位法兰72可以固定在第二轴杆7上，也可以滑动连接在第二轴杆7上，限位法兰72滑动连接在第二轴杆7上时，可以利用连接件9进行限位。
68.本实施例的可变径解卡装置在高流速、高温、高压的工况下，能够有效支撑装置，防止发生偏移和震动现象。无源磁导向工具辅助下入的上下可变径解卡装置在遇到狗腿度较大或大肚子井眼时，能够高效地改变遇阻位置，使装置快速安全解卡。
69.本实施例的可变径解卡装置，采用上下两段轴杆，并在轴杆上分别设置连杆，当井下作业工具遇阻时，可以使第一连杆或第二连杆张开，支撑井下作业工具，改变遇阻点位置，使其快速安全解卡；通过设置驱动总成驱动第一承压套筒轴向运动，装置在粘卡、沙卡的时候，能够轻易快速的完成解卡作业。
70.本实施例还提供了一种适合无源磁导向工具辅助下入的可变径解卡方法，采用上述的可变径解卡装置实现，无源磁导向工具设置在可变径解卡装置的第二轴杆7中，包括以下步骤：
71.可变径解卡装置下井作业无障碍通过时，由于重力作用，底部连接套筒8在自身重力作用下弹性连接在第二轴杆7底部，第三弹簧81处于伸长状态；
72.可变径解卡装置下井作业下部遇阻(遇阻点为e点，如图9所示)时，底部连接套筒8在障碍物作用下向上运动，使第二连杆5周向张开，将底部连接套筒8位置扶正，进而使可变径解卡装置第二轴杆7偏离井下遇阻位置，进而完成解卡动作；
73.可变径解卡装置下井作业上部遇阻粘卡(遇阻处为f点，如图10所示)时，驱动总成驱动第一承压套筒2向下运动，使第一连杆4周向张开，进而使变径解卡装置上半部分偏离井下遇阻粘卡位置，完成解卡解粘动作。
74.本实施例的解卡方法，当井下作业工具遇阻时，可以使第一连杆或第二连杆张开，支撑井下作业工具，改变遇阻点位置，使其快速安全解卡；通过设置驱动总成驱动第一承压套筒轴向运动，装置在粘卡、沙卡的时候，能够轻易快速的完成解卡作业。
75.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
76.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
77.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
78.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
79.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
80.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。