一种绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置的制作方法

1.本发明涉及海油开采技术领域，具体涉及一种绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置。


背景技术：

2.在海油开采技术领域，目前深水浅层取样普遍采用绳索取心工具进行取心，但由于水深，判断取心工具是否到位十分困难。取心工具到位报警机构主要用于判断取心工具是否到位，即判断取心工具是否到达底部钻具组合的环座内，在取心工具到位时，泥浆进入工具的通道被堵住，迫使泥浆必须打开出水通道，这个过程泵压会升高，给地面一个泵压信号，使得操作人员知道工具已经到位。取心工具到位的同时会通过取心工具纵向锁定机构锁定在底部钻具组合中，当泵压继续升高到一定数值后，使得取心工具纵向锁定机构解锁以实现取心工具的取心管上提，进而实现对与取心管相连的下部机构的联动。
3.然而，现有的取心工具存在结构较为复杂、稳定性差、在取心过程中所能承受的泵压较低、反馈给地面的泵压信号不明显、零件易磨损导致到位报警容易失效等问题。


技术实现要素：

4.为了提高绳索取心工具在使用时到位报警和锁定的可靠性，本发明提出了一种绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置。
5.根据本发明的绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置，包括：具有中心流道的底部钻具组合纵向锁定机构，能够抵卡在中心流道内的到位报警机构，到位报警机构包括用于抵卡在中心流道内的报警接头和套设在报警接头内的启动滑套，报警接头与启动滑套通过定位机构相连，以及与报警接头的顶端固定连接且与启动滑套轴向连通的锁定接头，轴向穿过锁定接头和启动滑套的提拉机构，提拉机构与启动滑套密封相接，用于将报警接头锁定在中心流道上的外锁定机构，以及用于将提拉机构锁定在锁定接头上的内锁定机构，其中，绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置构造为具有初始状态和工作状态，在初始状态下，报警接头抵卡在中心流道内，外锁定机构解锁，内锁定机构锁定，定位机构锁定；在工作状态下，流体通过锁定接头后推动启动滑套下行，使得定位机构解锁，启动滑套相对于报警接头下滑，直至外锁定机构锁定在中心流道上实现到位报警，同时内锁定机构解锁，以实现提拉机构相对于启动滑套的上提。
6.进一步地，底部钻具组合纵向锁定机构包括同轴相连的钻柱接头和外筒，以及座环，钻柱接头与外筒之间形成有内环槽，座环密封嵌入在内环槽内，座环的靠近钻柱接头的一侧的内径尺寸小于钻柱接头的内径尺寸，报警接头的外周壁上形成有用于与座环的靠近钻柱接头的一侧抵卡的限位台阶。
7.进一步地，启动滑套的外周壁上形成有外锁定槽，座环的远离钻柱接头的一侧的内周壁上形成有卡接槽，外锁定机构包括形成在报警接头上的通槽和通过第一轴连接在通槽内的外锁块，外锁块内形成有用于穿过第一轴的第一轴向通孔，第一轴向通孔的孔径大
于第一轴的直径，以使得在初始状态下，外锁块位于外锁定槽内而不在卡接槽内，在工作状态下，外锁块脱出外锁定槽进入卡接槽内。
8.进一步地，定位机构包括形成在启动滑套的外周壁上的定位槽，形成在报警接头的内周壁上的容纳槽，位于容纳槽内的碟簧，以及位于碟簧与定位槽之间的定位球，在初始状态下，定位球被碟簧弹性支撑在定位槽内，在工作状态下，碟簧被压缩以使定位球脱出定位槽。
9.进一步地，锁定接头的外周壁上形成有用于连接报警接头的顶端的连接段和用于抵接启动滑套的顶端的第一台阶，第一台阶形成在连接段的靠近启动滑套的一端，报警接头的内周壁上形成有第二台阶，启动滑套包括轴向相连的大径段和小径段，大径段的顶端与第一台阶抵接，大径段的底端与第二台阶之间形成有行程间距，定位槽和外锁定槽依次间隔形成在小径段上。
10.进一步地，内锁定机构包括形成在提拉机构的外周壁上的内锁定槽，通过第二轴连接在锁定接头上的内锁块，内锁块内形成有用于穿过第二轴的第二轴向通孔，第二轴向通孔的孔径大于第二轴的直径，在初始状态下，内锁块位于大径段的内周壁与内锁定槽之间，在工作状态下，内锁块脱出内锁定槽并位于报警接头与提拉机构之间。
11.进一步地，在初始状态下，报警接头的与内锁定槽相对的位置上形成有恢复孔。
12.进一步地，锁定接头上还形成有轴向孔道，轴向孔道包括用于穿过提拉机构的中心孔道和与中心孔道相连通的流体孔道，流体通过流体孔道作用在大径段内以推动启动滑套下行。
13.进一步地，提拉机构包括同轴相连的内锁定杆和内拉杆，内拉杆用于与取心工具的取心管相连，在初始状态下，内锁定杆与内拉杆的连接区域与启动滑套的小径段密封连接。
14.进一步地，启动滑套与报警接头之间设置有位于定位机构与外锁定机构之间的第一密封圈和位于启动滑套的底端的第二密封圈，外锁定机构位于第一密封圈与第二密封圈之间。
15.与现有技术相比，本发明的绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置的结构和操作更为简单可靠，能够实现到位报警功能，且到位报警压力可调，同时还能实现纵向锁定功能以及上提机构的上提功能，在使用时到位报警和锁定的稳定性更高，不易失效。此外，本发明的绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置在工作完毕后恢复动作也更简单可靠，省时省力。
附图说明
16.图1为根据本发明实施例的绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置在初始状态下的结构示意图；
17.图2为根据本发明实施例的绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置在工作状态下的结构示意图；
18.图3为图1所示的锁定接头的侧视图。
具体实施方式
19.为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。
20.图1和图2示出了根据本发明实施例的绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置100的结构。该绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置100包括：具有中心流道的底部钻具组合纵向锁定机构1，能够抵卡在中心流道内的到位报警机构2，到位报警机构2包括用于抵卡在中心流道内的报警接头21和套设在报警接头21内的启动滑套22，报警接头21与启动滑套22通过定位机构4相连，以及与报警接头21的顶端固定连接且与启动滑套22轴向连通的锁定接头23，轴向穿过锁定接头23和启动滑套22的提拉机构6，提拉机构6与启动滑套22密封相接，用于将报警接头21锁定在中心流道上的外锁定机构3，以及用于将提拉机构6锁定在锁定接头23上的内锁定机构5，其中，绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置100构造为具有初始状态和工作状态，在初始状态下，报警接头21抵卡在中心流道内，外锁定机构3解锁，内锁定机构5锁定，定位机构4锁定；在工作状态下，流体通过锁定接头23后推动启动滑套33下行，使得定位机构4解锁，启动滑套22相对于报警接头21下滑，直至外锁定机构3锁定在中心流道上实现到位报警，同时内锁定机构5解锁，以实现提拉机构6相对于启动滑套22的上提。
21.通过上述设置，使得在初始状态下，到位报警机构2抵卡在底部钻具组合纵向锁定机构1内，提拉机构6与到位报警机构2固定，同时报警接头21与启动滑套22固定，从而实现了到位报警机构2与提拉机构6一起下入底部钻具组合纵向锁定机构1中，为后续到位报警做准备；而在工作状态下，流体通过锁定接头23后推动启动滑套33下行，使得定位机构4解锁，此时启动滑套22可相对于报警接头21下滑，直至报警接头21与底部钻具组合纵向锁定机构1通过外锁定机构3锁定时实现到位报警，同时内锁定机构5解锁，使得提拉机构6与锁定接头23解锁，从而实现了提拉机构6能够相对于启动滑套22上提。
22.根据本发明，在如图1和图2所示的优选的实施例中，底部钻具组合纵向锁定机构1可包括同轴相连的钻柱接头11和外筒12，以及座环13，钻柱接头11与外筒12之间形成有内环槽121，座环13密封嵌入在内环槽121内，座环13的靠近钻柱接头11的一侧的内径尺寸小于钻柱接头11的内径尺寸，报警接头21的外周壁上形成有用于与座环13的靠近钻柱接头11的一侧抵卡的限位台阶213(如图2所示)。在该实施例中，钻柱接头11和外筒12可螺纹连接，座环13与外筒12之间可设置第三密封圈91，通过设置座环13的靠近钻柱接头11的一侧的内径尺寸小于钻柱接头11的内径尺寸，且报警接头21的外周壁上形成有用于与座环13的靠近钻柱接头11的一侧抵卡的限位台阶213，使得报警接头21能够抵卡在环座13与限位台阶213的接触处。
23.进一步地，如图1和图2所示，启动滑套22的外周壁上形成有外锁定槽25，座环13的远离钻柱接头11的一侧的内周壁上形成有卡接槽131，外锁定机构3可包括形成在报警接头21上的通槽34和通过第一轴31连接在通槽34内的外锁块32，外锁块32内形成有用于穿过第一轴31的第一轴向通孔33，第一轴向通孔33的孔径大于第一轴31的直径，以使得在初始状态下，外锁块32位于外锁定槽25内而不在卡接槽131内，而在工作状态下，外锁块32脱出外锁定槽25进入卡接槽131内。通过将第一轴向通孔33的孔径大于第一轴31的直径，可实现外锁块32相对于第一轴31在纵向(即图1所示的上下方向)上的上下运动，从而使得在初始状态下，外锁块32位于外锁定槽25内而不在卡接槽131内，可实现启动滑套22与底部钻具组合
纵向锁定机构1不锁定，而在工作状态下，外锁块32脱出外锁定槽25进入卡接槽131内，可实现启动滑套22与底部钻具组合纵向锁定机构1的锁定。
24.优选地，外锁定槽25可以是周向间隔形成在启动滑套22的外周壁上的多个，进一步优选为三个。外锁定槽25优选为通孔，通孔的形状可适配于外锁块32的形状。
25.根据本发明，结合图1和图2所示，定位机构4可包括形成在启动滑套22的外周壁上的定位槽24，形成在报警接头21的内周壁上的容纳槽28，位于容纳槽28内的碟簧41，以及位于碟簧41与定位槽24之间的定位球42，在初始状态下，定位球42被碟簧41弹性支撑在定位槽24内，在工作状态下，碟簧41被压缩以使定位球42脱出定位槽24。在初始状态下，定位机构4通过上述方式将启动滑套22与报警接头21锁定，在工作状态下，启动滑套22在流体的推动下克服碟簧41的弹力使定位球42脱出定位槽24。在该实施例中，通过选取不同的碟簧41的弹力和个数、定位槽24及定位球42的个数可实现对报警压力的调节，使得绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置100实现报警压力可调。
26.优选地，报警接头21的内周壁上的容纳槽28可以为周向间隔分布的多个，优选为六个，容纳槽28可优选包括螺纹孔和安装在螺纹孔内的定位球套，碟簧41安装在定位球套内，以便其能够对定位球42提供更稳定地纵向支撑。
27.进一步地，在如图1所示的优选的实施例中，锁定接头23的外周壁上形成有用于连接报警接头21的顶端(即图1所示的左端)的连接段231和用于抵接启动滑套22的顶端的第一台阶232，第一台阶232形成在连接段231的靠近启动滑套22的一端，报警接头21的内周壁上形成有第二台阶27，启动滑套22包括轴向相连的大径段211和小径段121，大径段211的顶端与第一台阶232抵接，大径段211的底端与第二台阶27之间形成有行程间距h，定位槽24和外锁定槽25依次间隔形成在小径段121上。在该实施例中，报警接头21的顶端与锁定接头23的连接段231螺纹连接，形成间距h的设置用于限制启动滑套22相对于报警接头21的轴向滑动行程。
28.进一步地，如图1所示，内锁定机构5可包括形成在提拉机构6的外周壁上的内锁定槽63，通过第二轴51连接在锁定接头23上的内锁块52，内锁块52内形成有用于穿过第二轴51的第二轴向通孔53，第二轴向通孔53的孔径大于第二轴51的直径，在初始状态下，内锁块52位于大径段211的内周壁与内锁定槽63之间，在工作状态下，需要上提提拉机构6时，内锁块52脱出内锁定槽63并位于报警接头21与提拉机构6之间。通过设置第二轴向通孔53的孔径大于第二轴51的直径，可实现内锁块52相对于第二轴51在纵向上的上下运动，从而使得在初始状态下，内锁块52位于大径段211的内周壁与内锁定槽63之间，以实现提拉机构6与锁定接头23的锁定，即实现提拉机构6与到位报警机构2的锁定；而在工作状态下，启动滑套22在流体的压力下下行，使得大径段211脱出内锁块52与报警接头21之间，在需要上提提拉机构6时，内锁块52脱出内锁定槽63并位于报警接头21与提拉机构6之间则不会影响提拉机构6的上提。
29.优选地，内锁定槽63可以是周向间隔形成在提拉机构6的外周壁上的多个，进一步优选为三个。内锁定槽63优选为通孔，通孔的形状适配于内锁块52的形状。
30.根据本发明，如图1所示，在初始状态下，报警接头21的与内锁定槽63相对的位置上形成有恢复孔26。恢复孔26的设置用于在提拉机构6上提后需要恢复初始状态时使用，该恢复孔26的使用方法在下文中会有具体的介绍。
31.结合图1和图3所示，锁定接头23上还形成有轴向孔道，轴向孔道包括用于穿过提拉机构6的中心孔道233和与中心孔道233相连通的流体孔道234，流体通过流体孔道234作用在大径段211内以推动启动滑套22下行。
32.进一步地，如图1所示，提拉机构6可包括同轴相连的内锁定杆61和内拉杆62，内拉杆62用于与取心工具的取心管相连，内锁定杆61和内拉杆62可螺纹连接，在初始状态下，内锁定杆61与内拉杆62的连接区域与启动滑套22的小径段212可通过第四密封圈92密封连接。
33.此外，如图1所示，启动滑套22与报警接头21之间可设置有位于定位机构4与外锁定机构3之间的第一密封圈93和位于启动滑套22的底端的第二密封圈94，外锁定机构3位于第一密封圈93与第二密封圈94之间。
34.下面具体阐述本发明实施例的绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置100的工作过程：
35.底部钻具组合纵向锁定机构1在取心工具下入前随钻柱提前到达取心位置，座环13与外筒12通过第三密封圈91密封，防止钻井液从座环13与外筒12的间隙流向孔底。
36.提拉机构6的内拉杆62与取心工具的取心管连接，需要在取心工具下入过程中与取心工具的保压筒保持不动，但在取心结束后，通过上提取心工具内部提拉机构使取心管上提一定距离，实现下部机构的联动，因此需要通过内锁定机构5与保压筒提前锁定。
37.当绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置100处于初始状态时，启动滑套22处于上死点位置，与锁定接头23接触，此时定位球42在碟簧41的弹力作用下处于启动滑套22上的定位槽24中，外锁块32处于启动滑套22的外锁定槽25中，内锁块52由于启动滑套22的阻挡处于内锁定槽63中，起到保压筒与提拉机构6的锁定，保证取心工具在下放过程中取心管不会提前解锁。
38.由于第四密封圈92的密封作用，使得启动滑套22的内部与提拉机构6密封，由于外锁块32两端的第一密封圈93与第二密封圈94的密封作用，使得启动滑套22外部与报警接头21密封，当有取心工具下入到位即报警接头21的第二台阶27与座环13接触后，由于金属线密封，钻井液只能通过锁定接头23内部的流体孔道234(优选为三个均布的燕尾过水通道)进入取心工具内部，但由于启动滑套22的内外密封，阻挡了钻井液的通过，使地面泵压升高，提示地面操作人员取心工具已经到位，泵压的大小取决于报警接头21上安装的定位球42、碟簧41、定位球套的个数以及碟簧41的弹力，可以根据现场需要进行调整，达到报警压力可调的目的。
39.当泵压升高到一定数值，启动滑套22在上下压差的作用下，在克服使定位球42脱出定位槽24的力后下行，此时外锁块32由于座环13内部有预留空间(即卡接槽131)，在启动滑套22的推动下，脱出外锁定槽25，自动进入座环13的预留空间，并在第一轴31的作用下，又不会脱离报警接头21而掉出取心工具。内锁块52由于启动滑套22的下行，可以脱离内锁定槽63进入启动滑套22空出来的空间，实现保压筒与提拉机构6的解锁。当启动滑套22的大径段211的底端到达报警接头21的第二台阶27，即下死点位置时，完成工具到位报警，以及取心工具外锁定和内解锁。
40.当取心工具上提时，提拉机构上行，内拉杆62下端连接的机构由于外径大于启动滑套22，连带启动滑套22一起上行，此时由于内拉杆62上提距离大于启动滑套22上行距离，
内锁块52先到内拉杆62的小径位置，使内锁块52可以向内移动，为启动滑套22可以上行到上死点留出空间，当启动滑套22到达上死点位置时，外锁块32可以缩回外锁定槽25中，实现取心工具的外部解锁，并保证取心管上提一定距离，可以完成工具的下部机构联动。
41.在取心工具恢复过程中，可配合内锁定杆61上的标记，先通过恢复孔26安装紧定螺钉，将内锁块52推入内锁定槽63中，实现保压筒与提拉机构6的锁定，然后从下端推入启动滑套22，先让启动滑套22上端部分进入锁定接头23与报警接头21的间隙中，然后卸掉紧定螺钉，全部将启动滑套22推到上死点，完成绳索取心工具到位报警与纵向锁定装置100的恢复。
42.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。