用于煤矿井下的可回转式打捞筒及其打捞方法与流程

本发明涉及煤矿井下打捞的技术领域，尤其涉及一种用于煤矿井下的可回转式打捞筒及其打捞方法。

背景技术：

由于煤层的稳定性差，煤层中瓦斯含量大，在煤矿井下钻进过程中卡钻、埋钻导致钻孔断钻具事故时常发生，目前煤矿井下的钻具打捞多使用打捞公锥和打捞母锥，二者均是通过回转在钻具上新造丝扣，靠丝扣锁住钻具并上提，所造丝扣一般较浅且配合不紧密，所能承受起拔力有限，因此对于钻孔复杂的钻具打捞往往以失败告终。对煤矿井下钻孔断钻事故的打捞一直是一个重要研究课题。

打捞筒作为一种打捞工具在石油钻井上使用已久，目前石油钻井工程中常用的打捞筒有两种：蓝式卡瓦打捞筒和螺旋卡瓦打捞筒，打捞筒结构均是筒体连接上接头和引鞋，筒体内部是左旋大螺距的螺旋锥面，卡瓦外表面的螺旋锥面与之配合装配，现用打捞筒控制环为一个长键，卡瓦上有一个键槽，控制环长键进入卡瓦键槽固定卡瓦，使二者不能相对转动，让钻具顺利进入卡瓦中咬住。

石油钻井中钻孔内地层稳定性较好，且打捞筒多在竖井中使用。煤矿井下钻孔瓦斯含量大，卡钻、埋钻风险高，另外煤层钻孔多为近水平钻孔，现有打捞筒在煤矿井下应用中存在以下缺陷：

1、在下放打捞筒时只能将钻具顶入卡瓦中，不能回转：现用打捞筒卡瓦和筒体的固定机构为安装时将控制环长键固定在卡瓦与外筒之间，在下放打捞筒时控制环的长键便从卡瓦键槽中退出，此时若回转打捞筒，长键移位不能继续对准卡瓦上的键槽，当套住钻具后在起拔提钻，由于长键顶住卡瓦，卡瓦便一直处于松开状态无法咬紧钻具，打捞筒失效。另外，打捞过程中不能回转认扣，则无法有效俢磨缩径钻孔，在塌孔地层中环空间隙大、难以高效咬住钻具。

2、咬住钻具上提过程中不能旋提，只能强力起拔解卡，在卡钻、埋钻钻具打捞时解卡成功率低：在咬住钻具后若回转起拔，控制环长键在卡瓦槽内带动卡瓦一起回转，由于卡瓦与控制环长键接触面小，卡瓦由于受力不均易造成卡瓦沿条型豁口炸裂，因此现用打捞筒咬住钻具后只能强力起拔解卡。在煤矿井下出现断钻事故，一般都伴有埋钻、卡钻等情况，若打捞筒咬住钻具后不施以回转扭矩，很难扰动卡钻点，煤矿井下仅靠强力起拔打捞容易导致打捞钻具断裂等二次事故，造成更大的损失，通过回转加上强力起拔方法使得钻具解卡成功率更高。

3、煤矿井下近水平井打捞钻具时，因为缺少钻柱的重力作用，打捞筒无法全重下击，释放钻具成功率较低，现有打捞筒局限性大。

4、安装装配复杂，若一次打捞不成功，只能释放钻具上提打捞筒，需要重新拆卸打捞筒，将控制环长键重新装入卡瓦键槽内，再次下钻浪费人力和时间。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种用于煤矿井下的可回转式打捞筒及其打捞方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于煤矿井下的可回转式打捞筒及其打捞方法，结构简单，操作方便，适用广泛，不仅适用于石油竖井落鱼打捞，更适用于煤矿等斜井、近水平井钻具打捞，实现限制卡瓦的位置，实现卡瓦对钻具的抱紧和松开操作，回转起拔改变以往打捞筒的工作原理使之可用于近水平钻井中。

为实现上述目的，本发明公开了一种用于煤矿井下的可回转式打捞筒，包括上接头、筒体、引鞋、控制环和卡瓦，其特征在于：

所述筒体为圆筒状，其一端丝扣连接于上接头，所述筒体的另一端丝扣连接于引鞋，所述筒体的中部设有筒体内螺纹，所述控制环固定在引鞋与筒体的中间环空处，所述卡瓦的一端设有位于控制环内的卡瓦凸台，所述控制环的内部圆周上设有至少一个环形键槽以控制卡瓦在打捞过程中的位置，所述卡瓦的另一端的外缘设有卡瓦外螺纹与筒体的筒体内螺纹配合，内缘设有卡瓦内螺纹以抓取打捞钻具，卡瓦外螺纹与筒体内螺纹之间留有间隙。

其中：所述引鞋的一端内螺旋啮合有控制环固定销，所述控制环固定销抵靠于控制环以将控制环固定至引鞋和筒体的中间环空处。

其中：所述环形键槽至少包含第一组键槽、第二组键槽和第三组键槽，所述第二组键槽位于控制环的中部且包含四个环形间隔设置的第二键槽，所述第一组键槽包含四个位于第二键槽下方的第一键槽，所述第三组键槽包含四个位于第二键槽下方的第三键槽，四个第一键槽和四个第三键槽相互间隔设置，其中相邻的第一键槽和第三键槽连通至其中一第二键槽以形成一组控制键槽，在该一组控制键槽中，所述第一键槽最窄且全部宽度均连通至第二键槽，所述第三键槽的宽度大于第一键槽且一部分宽度连通至第二键槽，所述第二键槽的宽度大于第三键槽，所述卡瓦的一端等距间隔设有四个宽度不大于所述第一键槽的卡瓦凸台。

其中：第一组键槽的宽度跨度为控制环内圆周的15°，与之想通的第二组键槽的宽度跨度为控制环内圆周的75°，第三组键槽的宽度跨度为控制环内圆周的45°，其部分键槽与第二组键槽想通。

其中：所述控制环为两片式装配结构。

其中：所述卡瓦的卡瓦外螺纹为大螺距左旋楔形螺纹，所述卡瓦的卡瓦内螺纹为小螺距右旋楔形螺纹，所述筒体的筒体内螺纹为大螺距左旋楔形螺纹。

其中：所述卡瓦另一端沿轴线设有四条与卡瓦外螺纹和卡瓦内螺纹等长的条形豁槽以保证卡瓦具有径向缩放的自由度。

其中：所述引鞋外缘焊接有切削齿，切削齿选用pdc或者硬质合金，可有效俢磨孔壁。

其中：所述筒体内螺纹的最小径比卡瓦的卡瓦外螺纹的最大径大1mm以更好配合打捞。

还公开了一种用于煤矿井下的可回转式打捞方法，其包括以下步骤：

步骤一：回转认扣步骤；

回转给进下放打捞筒，卡瓦凸台处于控制环的第一组键槽内，筒体内螺旋与卡瓦外螺旋的间隙变最大，钻具带动打捞筒及卡瓦一起回转给进，当打捞筒钻遇钻具后，在引鞋的作用下钻具进入筒内，并在卡瓦内的卡瓦内螺纹作用下逐渐深入筒底；

步骤二：回转起拔步骤；

钻具完全进入打捞筒后继续回转，卡瓦在卡瓦内螺纹的作用下逐渐抱紧钻具，并带动钻具一起回转，此时钻机回转压力增大明显，钻机开始回转起拔打捞筒，此时卡瓦的卡瓦凸台进入控制环的第二组键槽中，卡瓦外螺旋与筒体内螺旋紧密咬合，使得卡瓦后端直径缩小，随着起拔力越大，卡瓦对钻具的抱紧力也越大，继续回转并起拔打捞筒便能将钻具成功捞出；

步骤三：释放钻具步骤；

将钻机回转并给进前顶打捞筒，此时卡瓦的卡瓦凸台进入控制环的第三组键槽中，卡瓦外螺旋回到筒体内螺旋的最大径处，此时筒体对卡瓦的抱紧力解除，停止回转钻机并起拔打捞筒，在起拔力的作用下钻具滑出打捞筒，释放钻具。

通过上述内容可知，本发明的用于煤矿井下的可回转式打捞筒及其打捞方法具有如下效果：

1、控制环弥补了现有打捞筒靠自重改变卡瓦抱紧和松开状态的缺陷，新打捞筒无论下放钻具和上提钻具过程中均可施加回转扭矩，回转打捞对钻孔内扰动更大，提高打捞成功率，本发明使得打捞筒不仅适用于竖直井打捞更适用于水平井中，优化释放钻具的操作流程，使得打捞过程更加简单、过程可控、高效可靠。

2、打捞筒入井进行钻具认扣、套住钻具过程中可以回转给进，对井眼孔壁和钻具断面进行俢磨；咬住钻具后可回转同时起拔打捞筒，对埋钻、卡钻点进行扰动，提高埋钻、卡钻事故的打捞成功率；释放钻具时，近水平钻孔无需全重下击，依靠钻机回转给进打捞筒使得卡瓦进入释放落鱼的键槽，键槽控制卡瓦保持张开状态，上提钻具即可轻松释放钻具。

3、一次打捞失败无需上提打捞筒重新装配，一次下钻可以尝试多次打捞；相应公开的用于煤矿井下的打捞方法颠覆了以往通过在断裂钻具上先造丝再打捞的方法，对断裂钻具的抱紧力更强，打捞工艺更简单、打捞过程更方便可靠，非常适用于煤矿井下近水平钻孔和斜孔中。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的用于煤矿井下的可回转式打捞筒的结构示意图。

图2a显示了本发明中控制环的键槽示意图。

图2b和2c分别显示了图2a中c-c向和b-b向的剖视图。

图3a显示了本发明中卡瓦的结构示意图。

图3b显示了图3a中的部分放大剖视图。

图4显示了本发明中打捞筒筒体的结构示意图。

附图标记：

1-上接头、2-筒体、3-筒体内螺纹、4-卡瓦内螺纹、5-卡瓦、6-卡瓦外螺纹、7-卡瓦凸台、8-控制环、9-控制环固定销、10-引鞋、11-第一组键槽、12-第三组键槽、13-第二组键槽、14-条型豁槽。

具体实施方式

参见图1至图4，显示了本发明的用于煤矿井下的可回转式打捞筒。

所述用于煤矿井下的可回转式打捞筒包括上接头1、筒体2、引鞋10、控制环8和卡瓦5，所述筒体2为圆筒状，其一端丝扣连接于上接头1，优选的是，所述上接头1的一端伸入筒体2内且两者之间通过螺纹紧固连接，所述筒体2的另一端丝扣连接于引鞋10，优选的是，所述引鞋10的一端伸入筒体2内且两者之间通过螺纹紧固连接，所述筒体2的中部设有筒体内螺纹3，所述控制环8可固定在引鞋10与筒体2的中间环空处(参见图1所示)，优选的是，所述引鞋10的一端内螺旋啮合有控制环固定销9，所述控制环固定销9抵靠于控制环8以将控制环固定至引鞋10和筒体2的中间环空处，所述卡瓦5和控制环8位于筒体2内，所述卡瓦5的一端位于控制环8内，所述控制环8的内部圆周上设有至少一个环形键槽以控制卡瓦在打捞过程中的位置。

其中，所述控制环8的内部圆周上至少铣有三组环型键槽，分别为第一组键槽11、第二组键槽13和第三组键槽12，参见图2a、图2b和图2c，所述第二组键槽13位于控制环8的中部且包含四个环形间隔设置的第二键槽，所述四个第二键槽通过竖直设置的第一凸缘进行间隔，所述第一组键槽11包含四个位于第二键槽下方的第一键槽，所述第三组键槽12包含四个位于第二键槽下方的第三键槽，四个第一键槽和四个第三键槽相互间隔设置并通过竖直设置的第二凸缘进行间隔(参见图2c)，其中相邻的第一键槽和第三键槽连通至其中一第二键槽以形成一组控制键槽，在该一组控制键槽中，所述第一键槽最窄且全部宽度均连通至第二键槽，所述第三键槽的宽度大于第一键槽且第一凸缘位于第三键槽内，从而第三键槽的一部分宽度连通至第二键槽，所述第二键槽的宽度大于第三键槽，所述卡瓦5的一端等距间隔设有四个宽度不大于所述第一键槽的卡瓦凸台7，由此，卡瓦凸台7能初始位于控制环8的第一组键槽中，所述卡瓦5的另一端的外缘设有卡瓦外螺纹6与筒体2的筒体内螺纹3配合，内缘设有卡瓦内螺纹4以抓取打捞钻具，其中，卡瓦外螺纹6与筒体内螺纹3之间留有间隙。

优选的是，第一组键槽11的宽度跨度为控制环8内圆周的15°，与之想通的第二组键槽13的宽度跨度为控制环8内圆周的75°，第三组键槽12的宽度跨度为控制环8内圆周的45°，其部分键槽与第二组键槽13想通。

由此，在打捞过程中通过控制环8设计的三组键槽对卡瓦5的位置进行控制，通过对钻机的操作使得卡瓦位于不同键槽中，从而实现卡瓦对钻具抱紧和松开功能，最终过程可控的实现钻具的回转认扣、回转起拔、释放钻具等动作。

其中，所述控制环8为两片式装配结构，在装配时需将其一分为二，以便将卡瓦凸台7装配于第一组键槽内。

其中，所述卡瓦5前端的内孔直径大于待捞钻具直径。

其中，所述卡瓦5的卡瓦外螺纹6为大螺距左旋楔形螺纹，所述卡瓦5的卡瓦内螺纹4设有小螺距右旋楔形螺纹，其内表面直径应略小于钻具直径。

其中，所述卡瓦5另一端沿轴线设有四条与卡瓦外螺纹6和卡瓦内螺纹4等长且宽2mm的轴向条型的条形豁槽14，所述条形豁槽14可保证卡瓦5具有径向缩放的自由度。

其中，筒体2内的筒体内螺纹3为大螺距左旋楔形螺纹，所述筒体内螺纹3的最小径比卡瓦5的卡瓦外螺纹6的最大径大1mm，以更好配合打捞。

由此，筒体2的筒体内螺纹与卡瓦5的卡瓦内螺纹的楔形方向相反，呈反向咬合装配，卡瓦5在筒体2内部前后有一个螺距的轴向移动空间，有与楔形最大端尺寸相同的径向移动空间。

本发明还涉及一种用于煤矿井下的可回转式打捞方法，其可使用上述的打捞筒进行，其包括以下步骤：

步骤一：回转认扣步骤；

在打捞的初始阶段下钻套住钻具，具体操作方法是利用钻机回转给进下放打捞筒，筒体受到向下的力，卡瓦凸台7处于控制环8的第一组键槽11内，第一组键槽11限制卡瓦5的位置，筒体内螺旋3与卡瓦外螺旋6的间隙变最大，此时卡瓦5处于最大松开量状态。回转给进钻机，钻具带动打捞筒及卡瓦一起回转给进，当打捞筒钻遇钻具后，在引鞋的作用下钻具进入筒内，并在卡瓦5内的卡瓦内螺纹作用下逐渐深入筒底，此时钻机上表显回转压力和给进压力略微增大。

步骤二：回转起拔步骤；

钻具完全进入打捞筒后继续回转，卡瓦5在卡瓦内螺纹的作用下逐渐抱紧钻具，并带动钻具一起回转，此时钻机回转压力增大明显，钻机开始回转起拔打捞筒的操作，此时卡瓦5的卡瓦凸台进入控制环8的第二组键槽13中，第二组键槽13限制卡瓦的移动，使得卡瓦外螺旋6与筒体内螺旋3紧密咬合，两者为楔形螺纹的斜面受力使得卡瓦5后端直径缩小，随着起拔力越大，卡瓦对钻具的抱紧力也越大，继续回转并起拔打捞筒便能将钻具成功捞出。

步骤三：释放钻具步骤；

将钻机回转并给进前顶打捞筒，此时卡瓦5的卡瓦凸台进入控制环8的第三组键槽12中，在第三组键槽12的限制下卡瓦外螺旋6回到筒体内螺旋3的最大径处，此时筒体2对卡瓦5的抱紧力解除，卡瓦5后端处于松开状态，停止回转钻机并起拔打捞筒，在起拔力的作用下钻具就能顺利滑出打捞筒，实现释放钻具操作。

由此，控制环8内的键槽组使卡瓦5在筒体2中的位置有了控制，随着钻机不同指令操作下，实现卡瓦5在键槽内不同位置的变换，卡瓦5在键槽内不同位置的变换对应卡瓦的抱紧和松开状态，最终实现回转认扣，回转起拔，释放钻具，重新回转认扣等特定功能。

由此，本发明的打捞方法是在进行打捞作业时，通过钻机的操作实现特定功能，首先在打捞筒装配时将卡瓦凸台7装在第一组键槽11中，第一组键槽11左右两边的封闭状态保证卡瓦5跟随筒体2旋转，此时回转下入打捞筒，在遇到断裂钻具前适当俢磨孔壁和钻具断面，钻遇钻具后钻具顺着引鞋10进入筒体2内，并顶住卡瓦5，卡瓦5外螺旋处于筒体内螺旋3最大径处，卡瓦有径向伸缩空间。因为卡瓦设计有四条豁槽14，钻具可适当撑开卡瓦并顺利进入卡瓦5中。待钻具完全进入卡瓦5后，继续旋转并上提打捞筒，此时卡瓦5抱住钻具与筒体2有一小段轴向相对位移，带动卡瓦凸台7从第一组键槽退出11进入第二组键槽13，同时卡瓦外螺旋6与筒体内螺旋3紧密咬合，卡瓦5在筒体内螺旋3径向力作用下直径缩小，卡瓦5对钻具的抱紧力与起拔力之间呈正比关系，形成自锁状态以保证钻具不会因起拔力过大而脱落，继续回转并起拔打捞筒，将带动卡瓦5和钻具一起回转上提，最终实现打捞断裂钻具的目的，完成打捞作业。当断裂钻具埋钻严重，无法顺利提出，需要释放断裂钻具时，只需要继续旋转并下顶打捞筒，此时筒体2向下运动，卡瓦5抱住钻具有一段向上运动的轴向位移，卡瓦凸台7将从第二组键槽13进入第三组键槽12，相应的卡瓦外螺旋6退回至筒体内螺旋3的最大径处，上提打捞筒，键槽12限制卡瓦凸台7的轴向运动保证卡瓦5一直处于放松状态，断裂钻具即可从卡瓦5中滑出，完成释放钻具目的。

由此，本发明的优点在于：

1、控制环弥补了现有打捞筒靠自重改变卡瓦抱紧和松开状态的缺陷，新打捞筒无论下放钻具和上提钻具过程中均可施加回转扭矩，回转打捞对钻孔内扰动更大，提高打捞成功率，本发明使得打捞筒不仅适用于竖直井打捞更适用于水平井中，优化释放钻具的操作流程，使得打捞过程更加简单、过程可控、高效可靠。

2、打捞筒入井进行钻具认扣、套住钻具过程中可以回转给进，对井眼孔壁和钻具断面进行俢磨；咬住钻具后可回转同时起拔打捞筒，对埋钻、卡钻点进行扰动，提高埋钻、卡钻事故的打捞成功率；释放钻具时，近水平钻孔无需全重下击，依靠钻机回转给进打捞筒使得卡瓦进入释放落鱼的键槽，键槽控制卡瓦保持张开状态，上提钻具即可轻松释放钻具。

3、一次打捞失败无需上提打捞筒重新装配，一次下钻可以尝试多次打捞；相应公开的用于煤矿井下的打捞方法颠覆了以往通过在断裂钻具上先造丝再打捞的方法，对断裂钻具的抱紧力更强，打捞工艺更简单、打捞过程更方便可靠，非常适用于煤矿井下近水平钻孔和斜孔中。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。