一种用于井口快速安全抢险作业的抢接工具的制作方法

本发明涉及石油井控，具体的说涉及一种用于井口快速安全抢险作业的抢接工具。

背景技术：

1、在油田钻井作业中，井喷事故时有发生，井喷发生后应立即采取应急措施，进行抢喷控制，否则一旦失控不但会造成钻井设备的损坏、油气井的报废等财产损失，甚至可能造成人员的伤亡。钻具止回阀是石油、天然气钻井过程中，钻柱内防喷器之一，其作用是在钻井过程中，钻柱内有井涌或井喷压力时，钻具止回阀在压力作用下能自动关闭内腔通道，阻止井内压力向上喷出，防止井喷事故。

2、目前，井喷普遍的处理方法是由石油工人手动安装止回阀，具体的处理过程为人工抬起止回阀与钻杆对准，旋转止回阀使其与钻杆上的螺纹连接，在人工安装好止回阀后再使用铁钻工进行紧扣，最后紧扣完成后还需要人工将手伸到止回阀上部去松开顶杆来关闭止回阀。而在止回阀未关闭前，止回阀内还在不断的喷出地底的气体和液体，喷出的流体中通常携带有硬质的固体颗粒物，由于喷出的流体流速都较大，因此这些硬质颗粒物在流体的携带作用下，通常具有较大的冲击力，所以人工将手伸到止回阀上部去松开顶杆来关闭止回阀，十分危险，并且操作速度也较慢，在此过程中，井内的高压流体也喷射了很长时间，而时间越长造成事故的严重性越大。

3、公开号为cn204357384u的实用新型专利公开了箭形钻具止回阀用抢接工具，虽然该专利从侧面操作控制装置来打开和关闭止回阀，避免了从上方关闭止回阀带来的操作员手受伤的情况。但是该抢接工具仍然存在以下一些问题：1、压杆是光杆结构，控制装置释放压杆后，压杆会立即上升复位，速度过快，在抢接时井内喷出的可能有可燃气体，因此当压杆上升复位速度过快时，阀芯与阀座闭合时产生的撞击可能会产生火花，意外引燃气体，造成极大危害；2、由于压杆是光杆，控制杆锁定压杆后，上顶力全部由控制杆承受，当上顶力过大时，可能会造成控制杆剪弯变形，导致其无法从压杆的凹槽中退出而出现压杆无法上升复位，止回阀无法关闭的情况，甚至还可能发生压杆直接被液体顶力冲切剪断，而止回阀并未稳固连接造成意外提前关闭的情况，从而引起较大安全事故；3、止回阀的安装位置通常较高，而该抢接工具的抬杆位于止回阀的上端部，因此人工将整体重达约50千克以上的止回阀抬到1.2米以上，存在人工抬起抢接工具困难的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的问题和不足，本发明提出了一种用于井口快速安全抢险作业的抢接工具，首先顶开装置中顶杆与顶开体为螺纹连接，其能承受极大的上顶力，锁定杆仅限制了顶杆因非自锁螺纹而产生的转动趋势，因此锁定杆受力极小，保证了止回阀的正常顶开和关闭功能；并且该螺纹连接为非自锁螺纹，当锁定杆解除对其锁定后，在支撑复位弹簧的作用下顶杆具有自动上升的功能，能够自动上升复位实现止回阀的关闭，并且在非自锁螺纹的作用下也控制了顶杆的上升速度；其次，在止回阀的下部靠近公扣端设置有专门的抬升组件，能够减轻操作工抬升抢接工具的强度。

2、为了实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

3、一种用于井口快速安全抢险作业的抢接工具，包括顶开组件和抬升组件，所述顶开组件螺接在钻具止回阀的上端，主要用于开启和关闭钻具止回阀的阀芯，所述抬升组件套设在钻具止回阀的下端并且靠近止回阀的公扣端，主要用于现场作业的工人将整个钻具止回阀以及螺接在其上部的顶开组件向上抬起，而使得止回阀下端的公扣端与的上端口连接。

4、所述顶开组件包括顶开体、设置在顶开体内的顶杆和设置在顶开体内并用于锁紧和释放所述顶杆的锁定结构，顶开体为一个内部中空的筒体结构，其两端都是敞口的，顶部设置有横梁，所述顶杆的上部支撑设置在顶开体的顶部横梁上，下部轴向穿过横梁延伸至顶开体的内腔中，并与安装在顶开体下方的钻具止回阀配合，下部作用在钻具止回阀的阀芯上，将阀芯向下顶开，使止回阀内部的流体通道与顶开体的内部空腔连通；所述顶杆的外壁设置有外螺纹段，所述外螺纹段为非自锁梯形外螺纹，并且顶杆的外壁沿轴线方向设置有竖直的、用于供锁定结构的端部卡入的锁定键槽，该锁定键槽环沿顶杆的周向均匀间隔设置有多条，且锁定键槽至少设置在顶杆的外螺纹段部分，锁定键槽将顶杆外壁的外螺纹段分割为多段非连续的螺纹结构，所述顶开体的内腔中设置有与顶杆的外螺纹段配合的内螺纹穿孔，所述内螺纹穿孔可以设置在顶开体的横梁的下表面上；进一步地，所述顶开体上沿径向设置有锁定孔，锁定孔与顶开体的内腔连通，所述锁定结构设置在所述锁定孔中且可在锁定孔内沿顶开体的径向移动。所述顶杆包括锁定状态和自由状态这两种状态，在外力作用下可在这两种状态之间切换，具体的，在外力作用下，所述锁定结构沿顶开体的径向运动，锁定结构的端部突出于所述锁定孔并卡入顶杆的锁定键槽中以锁定所述顶杆，来阻止顶杆旋转，进而限制顶杆沿顶开体的轴线方向运动，此时顶杆处于锁定状态；在外力作用下，锁定结构的端部从锁定键槽中退出并缩回至锁定孔内，锁定结构解除对顶杆的锁定，顶杆可以旋转从而实现沿顶开体轴线方向的运动，此时顶杆处于自由状态。

5、所述抬升组件包括包括卡箍以及设置在卡箍上的抬杆，卡箍套设在钻具止回阀的阀体上，并且靠近止回阀下部的公扣端；所述卡箍包括卡箍本体一和卡箍本体二，所述卡箍本体一的两端分别设置有第一连接端和第一铰接端，所述卡箍本体二的两端分别设置有第二连接端和第二铰接端，第一铰接端通过铰接销与第二铰接端连接，所述第一连接端设置有锁孔，锁孔中转动设置有锁扣，锁扣的尾部设置有第一锁钩，所述第二连接端设置有锁销通孔，锁销通孔内设置有螺柱锁销和第二压簧，螺柱锁销的端部设置有与第一锁钩配合的第二锁钩，两个锁钩的钩向相反，所述第二压簧套接在螺柱锁销上，一端与螺柱锁销的外壁连接，另一端与锁销通孔连接，所说螺柱锁销的外螺纹上套设有螺帽，所述锁孔内还设置有用于驱动锁扣转动以使所述第一锁钩与第二锁钩配合卡接的上锁结构。

6、进一步地，所述锁定结构的尾部设置有位于顶开体径向外侧与其配合的操作部，所述操作部能够在外力作用下，作用在锁定杆的尾部，使锁定杆在锁定孔内沿顶开体的径向运动，以实现顶杆在锁定状态和自由状态这两种状态的切换。

7、进一步地，在本发明中，所述锁定结构包括能够在锁定孔内沿顶开体的径向运动的锁定杆和套接在锁定杆上的第一压簧，第一压簧的一端与锁定孔内壁上设置的内壁台阶配合，另一端与锁定杆的外壁上形成的外台阶面配合。在外力作用下，操作部作用于锁定杆的尾部，驱动锁定杆沿顶开体的径向运动并压缩第一压簧，以使锁定杆的端部突出于锁定孔并卡入顶杆的锁定键槽中，顶杆被锁定，锁定杆阻止顶杆旋转，进而限制顶杆沿顶开体的轴线方向运动；在外力作用下，第一压簧带动锁定杆后移复位，锁定杆的端部从锁定键槽中退出并缩回至锁定孔内，顶杆可以旋转从而实现沿顶开体轴线方向的运动，此时顶杆处于自由状态。

8、进一步地，在本发明中，所述操作部包括通过铰接轴与顶开体转动连接的头部，铰接轴安装在顶开体上，操作部能够绕所述铰接轴转动。具体的，在外力作用下，当所述操作部绕铰接轴转动至竖直位置时，所述顶杆处于锁定状态，在操作部转动至竖直的过程中，其头部作用在锁定杆的尾部，以推动锁定杆在锁定孔内运动，锁定杆的运动方向为朝向顶开体的内腔运动，锁定杆被向前推出，最终锁定杆的端部突出于所述锁定孔并卡入顶杆的锁定键槽中以锁定所述顶杆，达到阻止顶杆旋转来限制顶杆在顶开体轴线方向运动的效果；在外力作用下，当所述操作部绕铰接轴转动至水平位置时，所述顶杆处于自由状态，在操作部转动至水平的过程中，所述锁定杆在第一压簧弹性力的作用下向后退回复位，锁定杆的端部从锁定键槽中退出且完全缩回到锁定孔内，顶杆被释放，锁定杆解除对顶杆的锁定而使得所述顶杆能够旋转，进而可以在顶开体的轴线方向自由活动。

9、进一步地，所述操作部的头部设置有锁止面和解锁面，锁止面上形成有锁止凹槽，解锁面上设置有解锁凹槽，锁止面和解锁面与旋转中心的距离不一样，锁止面与旋转中心的距离较大，解锁面与旋转中心的距离较小，最终锁止凹槽和解锁凹槽与旋转中心的距离也不一样，即锁止凹槽距离旋转中心较远，解锁凹槽距离旋转中心较近，总的说来，锁止凹槽与旋转中心的距离大于解锁凹槽与旋转中心的距离；所述锁定杆的尾部形成有与所述锁止凹槽和解锁凹槽对应的凸起。在外力作用下，在操作部绕铰接轴（旋转中心）转动至竖直的过程中，头部的锁止面不断挤压锁定杆尾部的凸起，而迫使所述锁定杆在锁定孔内朝着顶开体的内腔运动，当锁止面上的锁止凹槽与凸起相对时，所述凸起进入所述锁止凹槽中，并且锁定杆的端部突出于所述锁定孔并卡入顶杆上设置的锁定键槽中，最终锁定所述顶杆，限制其在顶开体的轴线方向的运动；在外力作用下，当操作部绕铰接轴转动至水平的过程中，所述凸起从锁止凹槽中退出，锁止面逐渐远离凸起，解锁面开始与凸起接触，由于解锁面与旋转中心的距离较小，因此不会挤压锁定杆尾部的凸起，锁定杆在第一压簧的作用下后退，当解锁面上的解锁凹槽与凸起相对时，所述凸起进入所述解锁凹槽中，并且锁定杆的端部在第一压簧的作用下从锁定键槽中退出并完全退回至锁定孔内，锁定杆解除对顶杆的锁定，所述顶杆能够在顶开体的轴线方向自由活动。

10、进一步地，在本发明中，所述顶开体上还设置有弹簧仓，支撑复位弹簧设置在所述弹簧仓中，弹簧仓内还设置有推力球轴承，所述弹簧仓固定在所述顶开体的横梁上表面上，弹簧仓的顶部设置有穿孔，顶杆的下部轴向穿过所述弹簧仓的穿孔；所述支撑复位弹簧套接在所述顶杆上，一端与顶开体的横梁上表面配合，另一端与顶杆的外壁配合；所述推力球轴承的下环支承设置在所述顶开体的横梁上表面，并且推力球轴承的外圈与弹簧仓的内壁紧密接触，顶杆的下部轴向穿过所述推力球轴承的轴承孔，所述支撑复位弹簧的一端抵接在推力球轴承的上环上。

11、进一步地，为了方便安装以及限制所述顶杆在轴线方向的运动，所述顶杆上还套接设置有套筒，套筒的上部与顶杆固定连接，下部轴向穿过所述弹簧仓的穿孔延伸至弹簧仓内，所述套筒位于弹簧仓内的那一端设置有支撑台阶，支撑台阶的直径大于所述弹簧仓的穿孔的直径，所述支撑复位弹簧的另一端抵接在所述支撑台阶上。

12、进一步地，所述上锁结构包括上锁块，锁孔内设置有滑槽，上锁块可滑动的安装在所述锁孔内的滑槽中，上锁块安装有上锁手柄，上锁手柄的头部通过手柄转轴与锁孔的内壁铰接连接，手柄转轴上套装有扭力弹簧，扭力弹簧的一端固定在上锁手柄上，另一端固定在锁孔的内壁上。所述上锁手柄驱动上锁块在锁孔的滑槽内滑动，进而带动锁扣转动，以使所述锁扣上的第一锁钩与螺柱锁销上的第二锁钩配合卡接，两个锁钩处于相互扣合的状态。

13、进一步地，所述卡箍上设置有竖直的导向板，导向板上设置有低摩擦材料制作而成的垫层。

14、进一步地，所述卡箍上设置有螺纹通孔，抬杆上设置有与螺纹通孔配合的外螺纹段，所述抬杆的端部穿过所述螺纹通孔抵接在钻具止回阀外壁设置的凹槽中。

15、本发明的有益效果：

16、1、本实用新型的顶杆与顶开体为螺纹连接，其能承受极大的上顶力，保证了止回阀不意外关闭，并且该螺纹连接为非自锁螺纹，当锁定杆解除对其锁定后，在支撑复位弹簧的作用下，顶杆具有自动上升的功能，能够自动上升复位实现止回阀的关闭，避免了人工松开顶杆来关闭止回阀而造成的安全事故，保障了现场作业人员的人身安全；同时非自锁螺纹也控制了顶杆的上升速度，避免顶杆上升速度过快出现意外引燃气体的事故。

17、2、本实用新型中，顶杆所受的上顶力由与顶杆外螺纹配合的顶开体内螺纹承受，锁定杆仅限制了顶杆因非自锁螺纹而产生的转动趋势，因此锁定杆受力极小，同时锁定杆在锁定顶杆后锁定键槽对锁定杆没有竖向约束，因此锁定杆在竖直方向具有自由度，不会承受竖直方向的外力，因此不会出现锁定杆剪弯变形的情况，保证了止回阀正常顶开与关闭功能。

18、3、本发明中在顶开体的侧面操作操作部就能够实现顶杆的解锁复位，进而关闭止回阀的阀芯。由于无需在顶开装置的上方复位顶杆以关闭止回阀，所以还降低了作业风险。

19、4、本发明中，当顶杆将止回阀中的阀芯顶开后，顶开装置的操作部竖直设置在顶开体的外侧，与顶开体的轴线平行。因此，当工人抬起止回阀与钻杆对准并旋转止回阀使其与钻杆上的螺纹连接后，操作部不会对铁钻工的使用造成阻碍，可顺利实现止回阀与钻杆的可靠连接。

20、5、本发明的顶杆设置有支撑复位弹簧，能够安全快速的取消对止回阀阀芯的顶力，保证的阀芯能可靠的关闭。

21、6、本发明将止回阀的抬升组件安装在止回阀的下端，靠近止回阀的公扣端，在安装时，仅需将止回阀抬高至约0.8米高度即可安装，减轻了人员的劳动强度。

22、7、本发明抬升组件的卡箍为快拆结构，卡箍通过第一锁钩、第二锁钩以及上锁手柄的配合，能够实现卡箍的快速拆除和抱合，提高作业效率和便利性。在人工对好螺纹将止回阀安装到位后，可以快速的拆除，不影响铁钻工紧扣，实现快速抢险作业。

23、8、本发明的卡箍上设置有导向板，在安装止回阀时，能够防止止回阀出现歪斜、与下方的钻杆不同轴的情况出现。