一种综合井口作业工具及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种综合井口作业工具以及一种使用该综合井口作业工具的方法，以实现井口管路悬挂器的送入、取出和转动。
【背景技术】
[0002]在钻井和采油系统中，井口管路悬挂器，例如油套管悬挂器，是用来悬挂放置在井中的相应油管柱(例如进出油井的多流路管道系统)重量的，而井口设备同时支撑悬挂器和油管柱。送入工具通常用来将井口管路悬挂器下送并在井口设备中安装该井口管路悬挂器。在此下送和安装过程中，井口管路悬挂器与送入工具连接在一起。一旦井口管路悬挂器与井口设备锁在一起，送入工具就可以与井口管路悬挂器脱离并从井口取出。
[0003]目前，送入工具通过液压工具来实现对井口管路悬挂器(油套管悬挂器)的送入和取出。液压工具可以安装在送入工具内部。在一些应用中，油套管悬挂器被配置在一个同时包含垂直段和水平段的水平井中。当油管柱从垂直段伸向水平段时，为了克服摩阻，油管柱与油套管悬挂器需要与送入工具一起在一定扭矩下转动。然而，现有的送入工具并不能实现这种高扭矩转动。
[0004]此外，固井作业是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，通过向井内下入油套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥来保护和支撑油气井内的油套管，封隔油、气和水等地层。在现有技术中，由于送入工具的内径小于油套管的直径，故需要将送入工具取出替换为固井工具来实现固井作业。
[0005]因此，有必要提供一种综合的井口工具及使用该工具的方法来解决上面提及的技术问题，同时实现送入、取出、转动井口管路悬挂器和固井的功能。
【发明内容】
[0006]本发明的一个方面在于提供一种综合井口作业工具，用于送入、取出、转动井口管路悬挂器。本发明的另一个方面在于提供一种使用综合井口作业工具的方法，以实现井口管路悬挂器的送入、取出和转动。
[0007]在本发明的一个实施例中，一种综合井口作业工具包括芯轴、液压装置和致动结构。芯轴包括位于其末端用于连接至井口管路悬挂器的连接部及位于芯轴末端上方用于驱动井口管路悬挂器的驱动部，驱动部包括至少一个收容腔；液压装置包括套设在芯轴外部的缸筒，缸筒下端包括至少一个卡扣部，卡扣部用于卡合井口管路悬挂器，液压装置可以推动卡扣部沿芯轴的轴向运动；致动结构包括至少一个可移动地收容于驱动部收容腔的导向部件，该导向部件包括可移动至收容腔外以推动井口管路悬挂器转动的下部。
[0008]在本发明的一个实施例中，一种使用综合井口作业工具的方法包括将井口管路悬挂器与芯轴连接在一起；将液压装置中缸筒下端的至少一个卡扣部与井口管路悬挂器卡合，液压装置推动卡扣部沿芯轴的轴向运动；将导向部件的下部向下移动至收容腔外与井口管路悬挂器连接；转动芯轴通过收容腔内的导向部件推动井口管路悬挂器转动。
[0009]本发明的综合井口作业工具的液压装置可以使芯轴和井口管路悬挂器卡合和解锁，从而将进口管路悬挂器送入井口设部和从井口设部取出，在一些工作模式下，综合井口作业工具的致动结构通过导向部件推动井口管路悬挂器转动。
[0010]在本发明的一个实施例中，综合井口作业工具的芯轴具有的空心结构的内径和油套管的直径大致相同，可以使水泥通过进而完成固井操作。
[0011]综上所述，本发明的综合井口作业工具结合了送入、取出、旋转井口管路悬挂器和固井等多项功能，节省了成本和操作时间。
【附图说明】
[0012]通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0013]图1为本发明一个实施例中一种综合井口作业工具的立体图；
[0014]图2为图1所示的综合井口作业工具与井口管路悬挂器及井口配合的剖面图，其中井口管路悬挂器未与井口锁定；
[0015]图3为图1所示的综合井口作业工具与井口管路悬挂器及井口配合的剖面图，其中井口管路悬挂器锁定在井口上；
[0016]图4为图1所示的综合井口作业工具与井口管路悬挂器及井口配合的剖面图，其中综合井口作业工具即将与井口管路悬挂器脱离；
[0017]图5为图3中圈内部分的局部放大图，显示了包含一个销和一个连接件的致动结构，其中该致动结构的销与连接件分离；
[0018]图6为图5所示的连接件的立体图；
[0019]图7为图5所示的致动结构的剖面图，其中销插入在连接件内；以及
[0020]图8为图7所示的致动结构沿A-A剖面线所截的剖面图。
【具体实施方式】
[0021]除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
[0022]如图1所示为一个实施例中的综合井口作业工具100的立体图。图2显示了综合井口作业工具100的剖面图。图2还显示了井口管路悬挂器103以及与综合井口作业工具100连接在一起的井口设备207。参照图1和图2，综合井口作业工具100包括一个芯轴101，该芯轴101的上部包括一个接头10，来连接送入柱(未示出)。芯轴101末端的连接部12可以通过螺纹与井口管路悬挂器103连接在一起。井口管路悬挂器103包括至少一个锁定部件，锁定部件包括第一锁定部21和第二锁定部44。在一个实施例中，井口管路悬挂器103为一个油套管悬挂器。芯轴101的外部套设有液压缸筒105。液压缸筒105的下端包含至少一个卡扣部20。卡扣部20用来卡合井口管路悬挂器103上的第一锁定部21。井口管路悬挂器103包括第二锁定部44，位于井口管路悬挂器103的第一锁定部21的下方。在一个实施例中，卡扣部20为一个吊耳。
[0023]在一个实施例中，在液压缸筒105的内表面和芯轴101的外表面之间设置有上端盖26，上端盖26通过螺纹与芯轴101的外部连接在一起。与上端盖26连接的螺帽28与芯轴101的外部螺纹连接在一起。螺帽28与芯轴101的螺纹方向与上端盖26与芯轴101的螺纹方向相反，用以紧固上端盖26和芯轴101。上端盖26外部设置有至少一个纵向凹槽(未标号)，至少一个定位螺钉30通过液压缸筒105上端延伸至上端盖26的纵向凹槽，使液压缸筒105可以相对于上端盖26轴向移动并不可以相对转动。
[0024]芯轴101的下半部分包含驱动部18，驱动部18位于上端盖26的下方及芯轴101连接部12上方。液压缸筒105包括延伸部32，延伸部32与芯轴101连接，并且可以沿芯轴轴向上下滑动。延伸部32将驱动部18与上端盖26之间的空间分成两部分:上液压缸40和下液压缸42。在一个实施例中，延伸部32与缸筒上部14相连。
[0025]在一个实施例中，上端盖26设置有第一压力通道36，液压缸筒105设置有第二压力通道38。第一压力通道36连通上液压缸40用于输送压力液，第二压力通道38连通下液压缸42互通形成用于输送压力液。第一压力通道36的上端与第一压力连接器相连，第二压力通道38的上端与第二压力连接器相连。在其他实施例中，此处的液压装置(包括第一压力通道36，第二压力通道38，上液压缸40，下液压缸42)可以为其他压力驱动装置。
[0026]在一个实施例中，液压缸筒105包含缸筒上部14以及相对于缸筒上部14可以转动的缸筒下部16。在缸筒上部14和缸筒下部16的连接处有一个滚动元件22，以使缸筒下部16相对缸筒上部14转动时减少两者之间的摩擦力。在一个实施例中，滚动元件22可以为轴承滚珠，圆环或是其他可以达到相同转动效果的元件。为了限制滚动元件22的位置，在滚动元件22的外部安装有挡止件24 (例如螺钉或销)。
[0027]液压装置可以推动卡扣部20沿芯轴101的轴向运动，下面对综合井口作业工具100中液压装置将井口管路悬挂器103送入和取出的工作原理进行说明。
[0028]如图2、图3所示，综合井口作业工具100用来将井口管路悬挂器103送入并安装在井口设备207上。
[0029]首先，通过转动综合井口作业工具100将芯轴10的连接部12与井口管路悬挂器103通过螺纹连接在一起。随后通过相对于芯轴101转动缸筒下部16将卡扣部20与第一锁定部21卡合在一起。之后将综合井口作业工具100和井口管路悬挂器103往下送直到井口管路悬挂器103嵌入到如图2所示的井口设备207位置，其中井口管路悬挂器103未与井口设备207锁定。之后，对第一压力通道36加压，以使上端盖26和液压缸筒105延伸部32之间的上液压缸40的压力增大，此时芯轴101不动，延伸部32和液压缸筒105向下移动。随着压力的上升，液压缸筒105的卡扣部20向下移动挤压第一锁定部21来使第二锁定部44向外移动至被井口设备207的配合沟槽46所固定，从而井口管路悬挂器103被固定在井口设备207上。
[0030]如图4所示，可以通过转动芯轴101来使综合井口作业工具100从井口管路悬挂器103上脱离。
[0031]首先，通过转动使芯轴101的连接部12与井口管路悬挂器103的螺纹解旋。之后对第一压力通道36增压来提升上液压缸40的压力，此时液压缸筒105不动，芯轴101相对于液压缸筒105向上移动，直到缸筒下部16的活动支撑部49和驱动部18的上部支撑部48紧贴在一起。之后，转动芯轴101带动缸筒下部16转动来解锁卡合在一起的卡扣部20和第一锁定部21，随后综合井口作业工具100从井口管路悬挂器103以及井口设备207垂直上移并取出。
[0032]从另一方面来说，综合井口作业工具100可用来将井口管路悬挂器103从井口设备207上取出。
[0033]首先，转动芯轴101带动缸筒下部16转动将卡扣部20与第一锁定部21卡合在一起至如图4所示的状态。随后对第二压力通道38加压来增加下液压缸42的压力，在液压缸筒105不动的情况下，芯轴101向下移动并通过转动与井口管路悬挂器103螺纹连接。随后，再对下液压缸42加压，在芯轴101不动的条件下，使液压缸筒105向上移动，卡扣部20随之向上移动使第一锁定部21被提起，第二锁定部44从井口的