[發明專利]一種螺紋驅動全機械式頂驅下套管工具

有效

• 申請號: 201710097604.6
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN107044260B
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 梁政;謝帥;蔣發光;何虹鋼;張杰;張梁;鄧嚴
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B7/20
• 分類號: E21B7/20;E21B19/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種螺紋驅動全機械式頂驅下套管工具，上芯軸上端螺紋連接頂驅裝置，上芯軸下端花鍵連接有螺紋驅動系統；螺紋驅動系統下端螺栓連接有動力傳遞系統；動力傳遞系統下端連接有卡瓦系統；卡瓦系統下端螺栓連接有導向密封系統；卡瓦系統上端安裝有彈簧系統。工作時：本發明采用螺紋傳動原理，將頂驅裝置的旋轉運動轉換為卡瓦的軸向驅動力，使卡瓦沿楔面脹開，進而實現卡瓦撐緊套管內壁的目的。本發明采用全機械式結構驅動卡瓦，無液壓源，因而更環保、安全；卡瓦上有交錯的橫向和環向的卡瓦牙，可以增加工具傳遞頂驅扭矩的能力；同時，使用本工具還能隨時旋轉套管、提放套管、循環泥漿，從而提高下套管作業效率和安全性，降低鉆井綜合成本。

技術領域

本發明涉及石油天然氣固井裝備技術領域，特別涉及一種螺紋驅動全機械式頂驅下套管工具。

背景技術

下套管作業的目的在于封隔地層、加固井壁、防止油氣泄漏和建立油氣通道等，是石油天然氣鉆井作業過程中的一個極其重要的環節。下套管工具是完成下套管作業的關鍵性裝備，常規下套管裝備主要包括：用于夾持套管的井口卡瓦、用于套管旋扣的液壓套管鉗、用于斷續灌注泥漿的開放式灌泥漿裝置、用于提升套管的套管吊卡等工具。

上述常規下套管裝備存在如下問題：（1）利用套管鉗旋扣，套管螺紋的上扣扭距不易精確控制；（2）利用斷續灌漿裝置灌注泥漿，不能根據需要及時循環泥漿，尤其是在套管下入遇阻時，必須重新連接方鉆桿建立泥漿循環，清除沉沙，影響了下套管效率；（3）利用套管吊卡提升套管，井眼中的套管不能旋轉；（4）常規下套管裝備還存在操作復雜，作業效率低，安全可靠性不高等缺點。

為解決上述問題，國內外研發了頂驅下套管裝置，根據卡瓦所受驅動力的形式不同，可以將該工具分類為：液壓驅動式和機械驅動式。中國專利號：CN201420409069.5，CN201120557017.9，CN200920105896.4公布了液壓驅動式下套管工具；中國專利號：CN201520506694.6，CN201510410640.4，CN201510312492.2公布了機械驅動式頂驅下套管工具。然而，上述液壓式下套管工具的液壓油容易泄露污染環境，而且液壓系統受外界環境的影響較大；而上述機械式下套管工具存在結構復雜缺點，另外，卡瓦傳遞扭矩的范圍較小，不能適應多種套管旋轉、套管上扣等工況的使用。

發明內容

為了克服現有下套管裝備的上述缺點，本發明的目的：提供一種螺紋驅動全機械式頂驅下套管工具，無需提供額外的動力源，僅憑頂驅裝置就能使頂驅下套管工具完成旋轉套管、提放套管、灌注泥漿、循環泥漿等作業，且卡瓦系統能有效傳遞頂驅的扭矩。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種螺紋驅動全機械式頂驅下套管工具，包括上芯軸1、螺紋驅動系統2、動力傳遞系統3、卡瓦系統4、導向密封系統5，彈簧系統6，其特征為：上芯軸1的上端外表面設置有外螺紋，外螺紋與頂驅形成螺紋連接；上芯軸1的下端內表面設置有內螺紋，內螺紋與彈簧系統6形成螺紋連接；彈簧系統6內懸掛有下芯軸40；下芯軸40的上側套有動力傳遞系統3；動力傳遞系統3系統上側螺栓連接有螺紋驅動系統2；動力傳遞系統3下側裝有卡瓦系統4；卡瓦系統4下端螺紋連接有導向密封系統5；

所述上芯軸1的上端外表面設置有錐螺紋11，錐螺紋11與頂驅裝置形成螺紋連接；上芯軸1的中部外表面設置有外花鍵12，外花鍵12與內筒體24的花鍵槽相配合形成花鍵連接；上芯軸1的下端內表面設置有內螺紋13，內螺紋13與下齒塊23形成螺紋連接；

所述上芯軸1與螺紋驅動系統2形成花鍵連接，所述螺紋驅動系統2包括內筒體24、小軸承25、小軸承端蓋26、外筒體27；內筒體24外表面呈階梯軸狀，階梯軸的大軸外表面設置有外螺紋，外螺紋用于連接外筒體27；階梯軸的小軸端面設置螺紋孔，螺紋孔用于連接小軸承端蓋26；內筒體24的內表面設置有臺階，臺階上側內設置有花鍵槽，花鍵槽與上芯軸1的外花鍵12相互配合傳遞旋轉運動；小軸承25安裝于臺階下孔內，臺階用于定位小軸承25，小軸承25由小軸承端蓋26壓緊；