专利名称：水下井口头回收工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋石油钻井技术领域。具体就是一种适于海洋钻探弃井用的水下井口头回收专用工具。
背景技术：
海洋石油勘探开发过程中，完成探井钻探后，需要进行测试并分析是否能转化为 生产井。若判断不能转化为生产井，此井要放弃。在弃井过程中需把水下井口头系统从泥 线以下一定深度切割开，并回收上部井口头，以免在泥线以上留有隐患。因而需要一种专门 的井口头切割回收工具。传统的弃井方法采用的是下压式弃井回收工具，即采用旋转体直 接坐落在井口头的上端面上，并在对井口头施加向下压力的状态下旋转钻柱，钻柱带动下 端的切割工具完成对套管的切割。随着水深的增加，这种传统的下压式弃井回收工具的缺 点逐渐暴露出来。如由于井口头处于受压状态，钻柱在旋转时容易发生径向摆动，造成切 割不稳定，作业效率低，严重时造成钻杆折断事故发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种适于海洋钻探弃井用的水下井口头回收工具，能与井 口头对接；在钻柱旋转切割套管时，能通过锁紧臂对井口头施加上提拉力；在套管被割断 后，能实现水下井口头的安全回收，并且结构紧凑，操作安全、简便。本发明采用的技术方案是水下井口头回收工具主要由支撑座、锁紧臂、销轴、锁 紧臂弹簧、支撑盖、支撑管和旋转提拉总成组成。旋转提拉总成由旋转壳体、导向帽、推力轴承、压缩弹簧和心轴组成。其中，心轴为 空心圆柱状，心轴上端有内螺纹，下端有外螺纹；在心轴外壁上有一个圆环形台肩，台肩下 表面有上捏合凸台。旋转壳体为圆筒状，内有阶梯形中心孔；旋转壳体上部套在心轴外壁上，下部套在 心轴台肩的外壁上；在心轴与旋转壳体之间的环形空间内有压缩弹簧和推力轴承，压缩弹 簧和推力轴承套在心轴的外壁上，并且压缩弹簧在心轴台肩上平面与推力轴承之间。旋转壳体的外壁上纵向均勻分布有三个凸键，三个凸键与支撑座内壁上的三组环 槽和竖槽配合。旋转壳体上端均勻分布有三个凹槽，三个凹槽是锁紧臂释放槽；旋转壳体上端均 勻分布有三个凸起，三个凸起是定位台阶，实现下井口头回收工具与井口头的快速、安全解 脱。圆锥体形的导向帽套在心轴的外壁上，并且导向帽与旋转壳体上端面与旋转壳体 下端面相对，导向帽通过导帽螺栓固定在旋转壳体下端。在导向帽上端面上有条形下捏合 凸台，导向帽的下捏合凸台与心轴台肩下表面的上捏合凸台配合。当上捏合凸台与下捏合 凸台捏合后，心轴能带动旋转壳体和导向帽一起旋转；当上捏合凸台与下捏合凸台分离后， 心轴能单独旋转。
支撑座为同心双层圆筒状，内层圆筒套在旋转壳体的外壁上，内层圆筒顶部均勻 分布有三个凹槽，即三个锁紧臂安装槽。在外层圆筒上平面上有与三个凹槽分别相对的锁 紧臂销孔。在内层圆筒的内壁上有台阶状的环槽和与之联通的竖槽，环槽和竖槽共三组，呈 周向均勻分布。锁紧臂为90度弯曲板，锁紧臂有横壁和竖壁，锁紧臂竖壁下端内侧有与井口头外 壁环槽相配合的凸起台阶，台阶能挂在井口头外壁环槽上。锁紧臂内侧转角处有销孔。三个 销轴分别穿过支撑座的三个锁紧臂销孔和锁紧臂内侧销孔，将锁紧臂连接在支撑座上，锁 紧臂能沿销轴摆动，锁紧臂的下端台阶能挂在井口头外壁环槽上或脱离井口头外壁环槽。 锁紧臂横壁端部上平面有弹簧固定槽。在弹簧固定槽内有锁紧臂弹簧。支撑盖为圆盘状有中心孔，支撑盖套在心轴上，支撑盖的下平面压在支撑座的上 平面上，并且通过螺钉将支撑盖固定在支撑座的上平面上。三个锁紧臂和锁紧臂弹簧压在 支撑盖下部，阻挡锁紧臂向上移动。为了加强支撑盖的强度，支撑盖上部面有筋板；在支撑盖下平面与支撑座外筒的 上平面之间垫有支撑管，螺栓穿过支撑盖固定孔和支撑管固定在支撑座上平面螺孔内，将 支撑盖固定在支撑座的上部。支撑座外层圆筒的下端内侧有45度斜锥面。支撑座内层圆筒的外径与井口头内壁直径相同；支撑座外层圆筒的内径与井口头 外壁直径相同。水下井口头回收工具的工作原理参阅图1。旋转提拉总成心轴1上端接钻柱，下端接扶正器和切割工具。下放时，旋转壳体6 外壁上的凸键23位于支承座内壁环槽18内，凸键23上端与环槽18上端接触，悬挂着回收 工具下放，此时，锁紧臂4位于锁紧臂释放槽20内，在锁紧臂弹簧3的作用下张开。下放到 位，支承座坐落到井口头9时，缓慢下放旋转提拉总成，凸键23下端触及环槽18下端，锁紧 臂4脱离锁紧臂释放槽20。顺时缓慢转动旋转提拉总成，凸键23碰到环槽18台阶，上提旋 转提拉总成，旋转壳体6上端面与锁紧臂4内端接触，锁紧臂4转动与井口头9咬合。继续 顺时转动旋转提拉总，凸键23进入环槽18上部台阶，锁紧臂4与井口头9的咬合被锁死。 上提心轴1，心轴1下端的上捏合凸台21与导向帽8上的下捏合凸台7脱离，心轴1在受拉 状态下顺时旋转，进入工作状态。在更换刀具等需要使回收工具与井口头9解脱时，首先下 放心轴1，在压缩弹簧11的作用下心轴1与旋转壳体6咬合，然后逆时转动心轴1，锁紧臂 4与定位台阶24接触，此时锁紧臂4位置与锁紧臂释放槽20对正，锁紧臂4在锁紧臂弹簧 3作用下转动，下端与井口脱离，上提心轴1，凸键23与环槽18上端接触，带动回收工具上 移。心轴1带动旋转提拉总成完成旋转和提拉功能，使锁紧臂4锁紧井口头9，实现心轴1在受拉状态下的旋转作业，作业完成后，心轴1带动旋转提拉总成旋转、提升，锁紧臂4 在锁紧臂弹簧3的辅助作用下与井口头9脱离，实现井口头回收工具的脱离与回收。本发明的特征在于1、采用了外挂式锁紧臂4结构，实现了回收工具与井口头9的可视化锁紧与解 脱；2、旋转壳体6为圆筒状，外壁有均勻分布的三个凸键23，与支撑座10内壁上的三组环槽18和竖槽17配合，实现井口头回收工具与井口头9的咬合与锁紧。3、旋转壳体6顶端设有锁紧臂释放槽20和定位台阶24，实现井口头回收工具与井 口头9的快速、安全解脱；4、旋转提拉总成心轴1和导向帽8上设置了相配合的突台，在压缩弹簧11的作用 下，实现心轴1单独旋转与心轴1带动旋转壳体6 —起转动两种工作状态的转换。本发明的有益效果水下井口头回收工具，能适于海洋钻探弃井用水下井口头回 收，实现了井口头在受拉状态下的钻柱旋转专业，减小了钻柱工作状态下的径向摆动，提高 了切割作业的稳定性和工作效率，能实现水下井口头的安全、快速回收。
图1是本发明水下井口头回收工具结构剖面示意图；图2是支撑座剖面示意图；图3是旋转提拉总成剖面示意图。附图序号1_心轴，2-支撑盖，3-锁紧臂弹簧，4-锁紧臂，5-销轴，6_旋转壳体， 7-下捏合凸台，8-导向帽，9-井口头，10-支撑座，11-压缩弹簧，12-推力轴承，13-支撑 管，14-螺栓，15-螺钉，16-锁紧臂安装槽，17-竖槽，18-环槽19-销孔，20-锁紧臂释放槽， 21-上捏合凸台，22-导帽螺栓，23-凸键，24-定位台阶。
具体实施例方式以一个适用于18-3/4〃井口头9(内径为473毫米)的水下井口头回收工具为例， 结合附图，对本发明作进一步详细说明。参阅图1。本发明水下井口头回收工具，主要由支撑座10、锁紧臂4、销轴5、锁紧 臂弹簧3、支撑盖2、支撑管13和旋转提拉总成组成。参阅图2。旋转提拉总成由旋转壳体6、导向帽8、推力轴承12、压缩弹簧11和心 轴1组成。其中，心轴1为空心圆柱状，心轴1外径为203. 2毫米。心轴1上端有钻具内螺 纹，下端有钻具外螺纹。在心轴1外壁上有一个圆环形台肩，圆环形台肩的厚度为48毫米。 圆环形台肩下表面有四个上捏合凸台21。上捏合凸台21的高度为10毫米，宽度为10毫米。旋转壳体6为圆筒状，外径为400毫米。旋转壳体6的内有阶梯形中心孔；旋转壳 体6上部小中心孔套在心轴1外壁上，下部大中心孔套在心轴1台肩的外壁上；在心轴1与 旋转壳体6之间的环形空间内有一个压缩弹簧11和一个推力轴承12。压缩弹簧11和推力 轴承12套在心轴1的外壁上，并且压缩弹簧11在心轴1台肩上平面与推力轴承12之间。旋转壳体6的外壁上纵向均勻分布有三个凸键23，三个凸键23与支撑座10内壁 上的三组环槽18和竖槽17配合。(在工作原理部分有如何配合的叙述)旋转壳体6上端均勻分布有三个凹槽，凹槽的宽度为47. 61°，高度为50毫米。三 个凹槽是锁紧臂释放槽20 ；旋转壳体6上端均勻分布有三个凸起，凸起的宽度为21.2°，高 度为30毫米。三个凸起是定位台阶24，实现下井口头回收工具与井口头9的快速、安全解 脱。(在工作原理部分有如何解脱的叙述)圆锥体形的导向帽8套在心轴1的外壁上，锥体的锥度为45°。导向帽8与旋转壳体6上端面与旋转壳体6下端面相对，并且导向帽8通过五个导帽螺栓22固定在旋转壳 体6下端。在导向帽8上端面上有四个条形下捏合凸台7，导向帽8的下捏合凸台7与心轴 1台肩下表面的上捏合凸台21配合。参阅图2。支撑座10为同心双层圆筒状，内层圆筒套在旋转壳体6的外壁上，内层 圆筒顶部均勻分布有三个宽度为120毫米的凹槽，即三个锁紧臂安装槽16。在外层圆筒上 平面上有与三个凹槽分别相对的锁紧臂销孔19。在内层圆筒的内壁上有台阶状的环槽18 和与之联通的竖槽17，环槽18和竖槽17共三组，呈周向均勻分布。支撑座10内层圆筒的 外径与井口头9内壁直径相同；支撑座10外层圆筒的内径与井口头9外壁直径相同。参阅图1。锁紧臂4为90度弯曲板，锁紧臂4有横壁和竖壁，锁紧臂4的厚度为 118毫米。锁紧臂4竖壁下端内侧有与井口头9外壁环槽相配合的凸起台阶，台阶能挂在井 口头9外壁环槽上。锁紧臂4内侧转角处有一个销孔19。三个销轴5分别穿过支撑座10 的三个锁紧臂销孔19和锁紧臂4内侧销孔19，将锁紧臂4连接在支撑座10上，锁紧臂4能 沿销轴5摆动，锁紧臂4的下端台阶能挂在井口头9外壁环槽上或脱离井口头9外壁环槽。 锁紧臂4横壁端部上平面有弹簧固定槽。在弹簧固定槽内有锁紧臂弹簧3。锁紧臂弹簧3 是压缩弹簧。支撑盖2为圆盘状有中心孔，支撑盖2中心孔套在心轴1上，支撑盖2的下平面压 在支撑座10的上平面上，并且通过三个螺栓14和三个螺钉15将支撑盖2固定在支撑座10 的上平面上。三个锁紧臂4和锁紧臂弹簧3压在支撑盖2下部，阻挡锁紧臂4向上移动。支撑盖2上部面有六个筋板；在支撑盖2下平面与支撑座10外筒的上平面之间垫有三个支撑管13，螺栓14穿过支撑盖2固定孔和支撑管13固定在支撑座10上平面螺孔 内，将支撑盖2固定在支撑座10的上部。支撑座10外层圆筒的下端内侧有一个45度斜锥 面。
权利要求
一种水下井口头回收工具主要由支撑座(10)、锁紧臂(4)、销轴(5)、锁紧臂弹簧(3)、支撑盖(2)、支撑管(13)和旋转提拉总成组成；旋转提拉总成由旋转壳体(6)、导向帽(8)、推力轴承(12)、压缩弹簧(11)和心轴(1)组成；其中，心轴(1)为空心圆柱状，心轴(1)上端有内螺纹，下端有外螺纹；在心轴(1)外壁上有一个圆环形台肩，台肩下表面有上捏合凸台(21)；旋转壳体(6)为圆筒状，内有阶梯形中心孔；旋转壳体(6)上部套在心轴(1)外壁上，下部套在心轴(1)台肩的外壁上；在心轴(1)与旋转壳体(6)之间的环形空间内有压缩弹簧(11)和推力轴承(12)，压缩弹簧(11)和推力轴承(12)套在心轴(1)的外壁上，并且压缩弹簧(11)在心轴(1)台肩上平面与推力轴承(12)之间；旋转壳体(6)的外壁上纵向均匀分布有三个凸键(23)，三个凸键(23)与支撑座(10)内壁上的三组环槽(18)和竖槽(17)配合；旋转壳体(6)上端均匀分布有三个凹槽，三个凹槽是锁紧臂释放槽(20)；旋转壳体(6)上端均匀分布有三个凸起，三个凸起是定位台阶(24)；圆锥体形的导向帽(8)套在心轴(1)的外壁上，并且导向帽(8)与旋转壳体(6)上端面与旋转壳体(6)下端面相对，导向帽(8)通过导帽螺栓(22)固定在旋转壳体(6)下端，在导向帽(8)上端面上有条形下捏合凸台(7)，导向帽(8)的下捏合凸台(7)与心轴(1)台肩下表面的上捏合凸台(21)配合；支撑座(10)为同心双层圆筒状，内层圆筒套在旋转壳体(6)的外壁上，内层圆筒顶部均匀分布有三个凹槽，即三个锁紧臂安装槽(16)；在外层圆筒上平面上有与三个凹槽分别相对的锁紧臂销孔(19)，在内层圆筒的内壁上有台阶状的环槽(18)和与之联通的竖槽(17)，环槽(18)和竖槽(17)共三组，呈周向均匀分布；锁紧臂(4)为90度弯曲板，锁紧臂(4)有横壁和竖壁，锁紧臂(4)竖壁下端内侧有与井口头(9)外壁环槽相配合的凸起台阶，台阶能挂在井口头(9)外壁环槽上，锁紧臂(4)内侧转角处有销孔(19)，三个销轴(5)分别穿过支撑座(10)的三个锁紧臂销孔(19)和锁紧臂(4)内侧销孔(19)，将锁紧臂(4)连接在支撑座(10)上，锁紧臂(4)能沿销轴(5)摆动，锁紧臂(4)的下端台阶能挂在井口头(9)外壁环槽上或脱离井口头(9)外壁环槽，锁紧臂(4)横壁端部上平面有弹簧固定槽，在弹簧固定槽内有锁紧臂弹簧(3)；支撑盖(2)为圆盘状有中心孔，支撑盖(2)套在心轴(1)上，支撑盖(2)的下平面压在支撑座(10)的上平面上，并且通过螺钉(15)将支撑盖(2)固定在支撑座(10)的上平面上；三个锁紧臂(4)和锁紧臂弹簧(3)被压在支撑盖(2)下部。
2.根据权利要求1所述的水下井口头回收工具，其特征是支撑盖(2)上部面有筋板； 在支撑盖(2)下平面与支撑座(10)外筒的上平面之间垫有支撑管(13)，螺栓(14)穿过支 撑盖⑵固定孔和支撑管(13)固定在支撑座(10)上平面螺孔内，将支撑盖(2)固定在支 撑座(10)的上部。
3.根据权利要求1或2所述的水下井口头回收工具，其特征是支撑座(10)外层圆筒的下端内侧有45度斜锥面。
4.根据权利要求1或2所述的水下井口头回收工具，其特征是支撑座(10)内层圆筒的外径与井口头(9)内壁直径相同；支撑座(10)外层圆筒的内径与井口头(9)外壁直径相 同。
全文摘要
本发明提供了一种水下井口头回收工具，应用于海洋弃井时水下井口头的切割回收。主要包括支撑座、锁紧臂、销轴、锁紧臂弹簧、支撑盖、支撑管和旋转提拉总成。其中，旋转提拉总成包括旋转壳体、导向帽、推力轴承、弹簧总成和心轴。支撑座坐放到井口头后，心轴带动旋转提拉总成完成旋转和提拉功能，使锁紧臂锁紧井口头，实现心轴在受拉状态下的旋转作业，作业完成后，心轴带动旋转提拉总成旋转、提升，锁紧臂在锁紧臂弹簧的辅助作用下与井口头脱离，实现井口头回收工具的脱离与回收。特点是结构紧凑、工作状态可视、安全可靠，完全适应海洋水下井口头回收作业需求。
文档编号E21B31/16GK101798911SQ20101013334
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月10日 优先权日2010年3月10日
发明者任荣权, 侯福祥, 王辉, 胡志坚 申请人:中国石油天然气集团公司;中国石油集团钻井工程技术研究院