一种液压环形光套管头外卡紧快速连接装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种油田井控抢险用的快速外卡紧连接装置，具体涉及一种液压环形光套管头外卡紧快速连接装置。


背景技术：

2.油田作业现场，在两种情况下，油、水、气井若发生井喷、井涌或火灾事故，就需要用特殊设备进行井控以减少损失：一种是井口有井口装置，若井口装置失效，无法关井、无法修复时，控制这类井喷，常规方法是采用水力截割方式把井口装置从井口下法兰处的套管处截割断，去掉井口装置，露出光套管头后，利用连续油管设备或带压作业设备控制井喷；另一种是下套管作业过程中，出现的套管内井喷事故。中国专利文献中披露的申请号202010456727.6，发明名称“一种液压环形光套管头内堵塞卡紧连接装置”。该装置采用光套管内卡紧装置，插入没有管柱的的井口套管内与其他井控设备连接以控制井喷。但是该装置使用时必须插入套管内，只适用于套管内没有管柱的井口，同时由于该装置的通道较小，所以该装置下落到预设安装位置过程中会遇到较大的阻力，安装比较困难，所需要的时间较长。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是解决现有技术只适用于套管内没有管柱的井口，以及使用时下落到预设安装位置过程中会遇到较大的阻力，安装比较困难，安装时间较长的技术问题，而提供一种液压环形光套管头外卡紧快速连接装置，其在光套管发生井喷、井涌、喷火的情况下，可快速与井口外露的外套管卡紧连接，使其可以正常连接其他井控设备，从而达到快捷、安全、高效控制井喷事故的目的。
4.为实现上述目的，本实用新型所提供的技术解决方案是：
5.一种液压环形光套管头外卡紧快速连接装置，其特殊之处在于：
6.包括液压驱动单元和卡紧单元；
7.液压驱动单元包括壳体组件和设置在壳体组件内的环形活塞和下活塞组件；环形活塞和下活塞组件可在壳体组件内部上下运动以驱动卡紧单元卡紧或松卡被连接的套管头部；
8.卡紧单元包括设置在壳体组件内部的弹簧座和套设在弹簧座内的环形分瓣卡瓦，环形分瓣卡瓦的下部设有分瓣爪，分瓣爪的内壁上设有卡瓦牙，环形分瓣卡瓦的上部设有浮动环；
9.壳体组件、环形活塞的上表面和弹簧座的下部共同形成第一卡紧液压腔，壳体组件和下活塞组件的下部之间形成第二卡紧液压腔；
10.壳体组件与环形活塞的下部和下活塞组件的上部之间分别形成第一松卡液压腔和第二松卡液压腔；
11.壳体组件上设有卡紧油孔和松卡油孔，卡紧油孔与第一卡紧液压腔和第二卡紧液
压腔均连通，松卡油孔与第一松卡液压腔和第二松卡液压腔均连通；
12.环形分瓣卡瓦设置在环形活塞内，且环形活塞和下活塞组件能够驱动环形分瓣卡瓦收缩或张开。
13.进一步地，壳体组件包括沿轴向由上至下依次串接的井口大四通、过渡法兰、主壳体和下环形盖板。
14.进一步地，分瓣爪的外壁上设有第一外锥面和第二外锥面，所述环形活塞的内壁的下部设有与所述第一外锥面相适配的第一内锥面；所述下活塞组件内壁的上部设有与所述第二外锥面相适配的第二内锥面。
15.进一步地，弹簧座与过渡法兰内孔壁密封连接；弹簧座与浮动环之间设有弹性件，弹性件能够为浮动环提供向上的弹力，推动环形分瓣卡瓦上移；弹性件的总推力大于浮动环与环形分瓣卡瓦质量之和的三倍。
16.进一步地，弹性件为压缩弹簧，弹簧座上设有弹簧容置腔，所述压缩弹簧的上部抵接浮动环的底面，下部抵接弹簧容置腔的底面。
17.进一步地，下活塞组件包括上异形环形活塞和下异形环形活塞，上异形环形活塞为不规则喇叭形状，上异形环形活塞和下异形环形活塞之间设有环形密封胶套，上异形环形活塞的上部内壁设有第二内锥面，上异形环形活塞下部设有与环形密封胶套上部适配的凹槽，上异形环形活塞的上部设置有第三导向段，第三导向段套设在主壳体的内部，且外径与主壳体对应位置的内径相适配；下异形环形活塞的上部设有与环形密封胶套下部适配的凹槽。
18.进一步地，还包括闭锁阀，闭锁阀的两个前油口分别连通外部液压站的入口和出口；闭锁阀的两个后油口分别连接卡紧油孔和松卡油孔。
19.进一步地，壳体组件内设有第一油道和第二油道，第一油道分别连通卡紧油孔、第一卡紧液压腔和第二卡紧液压腔；第二油道分别连通松卡油孔、第一松卡液压腔和第二松卡液压腔。
20.进一步地，弹簧座的下部设有第一导向段，环形活塞套设在第一导向段的外侧，且第一导向段的外径与环形活塞的内孔直径相适配；
21.上异形环形活塞的上部设置有第三导向段，第三导向段套设在主壳体的内部，且外径与主壳体对应位置的内径相适配。
22.进一步地，下环形盖板的上部设有第二导向段，下异形环形活塞套设在第二导向段的外侧，第二导向段的外径与下异形环形活塞的内径相适配。
23.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
24.1、本实用新型在具备光套管状态下，套管内发生井喷、井涌、喷火的情况，可快速与套管外壁卡紧连接，使其可以正常连接其他井控设备，从而达到快捷、安全、高效控制井喷事故的目的，避免了长时间井喷造成的地层能量的损失，并降低了环境的污染；
25.2、本实用新型的环形活塞为浮动式，即使在液压全封闸板防喷器的使用过程中，井内压力对整套装置的上顶力逐渐增大，导致整套装置出现上移趋势时，环形活塞的卡瓦牙也会紧紧咬合在套管外壁上，且随着上顶力的增大咬合力也增大；
26.3、本实用新型即可适用于套管内没有管柱的井口，也可适用于套管内有管柱的井口，适用范围更广，且由于本实用新型的通道较大，可以起到引流井内上涌液体的作用，方
便快速下落至预设安装位置。
附图说明
27.图1是本实用新型实施例的剖面图一(卡瓦未卡紧光套管头状态)；
28.图2是本实用新型实施例的外形结构示意图；
29.图3是本实用新型实施例中分瓣爪的结构示意图；
30.图4是本实用新型实施例剖面图二(卡瓦卡紧光套管头密封状态)；
31.图5是实用新型实施例与配套的其他功能部件及外部液压控制装置的连接示意图。
32.附图标记如下：
33.1-壳体组件、101-大四通、102-过渡法兰、103-主壳体、104-下环形盖板、105-第一油道、106-第二油道、2-环形活塞、3-下活塞组件、301-上异形环形活塞、3011-第三导向段、302-环形密封胶套、303-下异形环形活塞、304-第二内锥面、41-第一卡紧液压腔、42-第二卡紧液压腔、51-第一松卡液压腔、52-第二松卡液压腔、6-卡紧油孔、7-松卡油孔、8-环形分瓣卡瓦、81-分瓣爪、82-卡瓦牙、83-第一外锥面、84-第二外锥面、9-浮动环、10-弹簧座、1001-弹簧容置腔、1002-第一导向段、1041-第二导向段、11-弹性件、12-闭锁阀、13-光套管、14-放喷闸板阀、15-压井闸板阀、16-液压全封闸板防喷器、17-引火筒、18-远程液压控制台、21-第一内锥面。
具体实施方式
34.本实用新型液压环形光套管头外卡紧快速连接装置的下部内孔与光套管形成的环空中，设置一套内壁带牙齿的环形分辨卡瓦，环形分辨卡瓦处于自由状态时，形成的内孔直径大于套管外径尺寸，本实用新型快速连接装置下落时可以顺利穿过套管；第一内锥面21和第二外锥面84轴向相对运动推动卡瓦体径向收缩，进而使卡瓦牙82紧紧咬合住套管外壁，形成本实用新型快速连接装置的生根处；上异形环形活塞301和下异形环形活塞303之间，设有环形密封胶套302，环形密封胶套302受到第一内锥面21和第二外锥面84相互挤压后向内收缩，胶套内孔变小，从而密封住套管外壁，使得井内高压流体无法从套管外壁处喷出。第一内锥面21和第二外锥面84的轴向相对移动，是依靠装置内部的上异形环形活塞301和下异形环形活塞303推动的，上异形环形活塞301和下异形环形活塞303的移动，是依靠外部远程液压控制装置液压动力实现的。外部远程液压压力越大，第一内锥面21和第二外锥面84的推力越大，卡瓦牙82咬紧套管外壁越可靠。
35.参照图1、图2、图3，本实用新型提供一种液压环形光套管头外卡紧快速连接装置，包括液压驱动单元和卡紧单元。其中，液压驱动单元包括壳体组件1和设置在壳体组件1内的环形活塞2和下活塞组件3。环形活塞2和下活塞组件3可在壳体组件1内部上下运动以驱动卡紧单元卡紧套管头13部。卡紧单元包括设置在壳体组件1内部的弹簧座10和套设在弹簧座10内的环形分瓣卡瓦8，环形分瓣卡瓦8的下部设有分瓣爪81，分瓣爪81的内壁上设有卡瓦牙82。
36.具体的，壳体组件1包括沿轴向由上至下依次串接的井口大四通101、过渡法兰102、主壳体103和下环形盖板104。壳体组件1内设有第一油道105和第二油道106，第一油道
105分别连通卡紧油孔6、第一卡紧液压腔41和第二卡紧液压腔42。第二油道106分别连通松卡油孔7、第一松卡液压腔51和第二松卡液压腔52。
37.壳体组件1、环形活塞2的上表面和弹簧座10共同形成第一卡紧液压腔41，壳体组件1和下活塞组件3的下部之间形成第二卡紧液压腔42；壳体组件1与环形活塞2的外侧面和下活塞组件3的上部之间分别形成第一松卡液压腔51和第二松卡液压腔52。壳体组件1上设有卡紧油孔6和松卡油孔7，卡紧油孔6与第一卡紧液压腔41和第二卡紧液压腔42均连通，松卡油孔7与第一松卡液压腔51和第二松卡液压腔52均连通。
38.卡紧单元包括设置在壳体组件1内部的弹簧座10和套设在弹簧座10内的环形分瓣卡瓦8，环形分瓣卡瓦8的下部设有分瓣爪81，分瓣爪81的内壁上设有卡瓦牙82，环形分瓣卡瓦8设置在环形活塞2内，且环形活塞2和下活塞组件3相向移动时，能够推动环形分瓣卡瓦8收缩，以卡紧套管头外壁；环形活塞2和下活塞组件3反向移动时，环形分瓣卡瓦8靠自身弹性涨开，脱离套管外壁；同时，在弹性件11的推动下，确保浮动环9和环形分瓣卡瓦8始终处于最上端，保证卡瓦牙82始终处于涨开状态。为了确保浮动环9和环形分瓣卡瓦8始终处于最上端，弹性件11的总推力大于浮动环9与环形分瓣卡瓦8质量之和的三倍。
39.分瓣爪81的外壁上设有第一外锥面83和第二外锥面84，环形活塞2的内壁的下部设有与第一外锥面83相适配的第一内锥面21。下活塞组件3的内壁的上部设有与第二外锥面84相适配的第二内锥面304。
40.过渡法兰102和大四通101密封连接。弹簧座10与浮动环9之间设有弹性件11，弹性件11能够为浮动环9提供向上的弹力。弹性件11为压缩弹簧，弹簧座10上设有弹簧容置腔1001，压缩弹簧的上部抵接浮动环9的底面，下部抵接弹簧容置腔1001的底面。压缩弹簧可以为多个，多个压缩弹簧沿周向均布在弹簧座10上。弹簧座10、环形活塞2的上表面与壳体组件1共同形成第一卡紧液压腔41，环形活塞2的外侧面与壳体组件1共同形成第一松卡液压腔51。
41.下活塞组件3包括上异形环形活塞301和下异形环形活塞303，上异形环形活塞301和下异形环形活塞303之间设有环形密封胶套302，上异形环形活塞301的上部内壁设有第二内锥面304。下异形环形活塞303与下环形盖板104之间形成第一卡紧液压腔42，上异形环形活塞301与主壳体103之间形成第二松卡液压腔52。
42.弹簧座10的底部向下延伸形成第一导向段1002，环形活塞2套设在第一导向段1002的外侧，且第一导向段1002的外径与环形活塞2的内径相适配。上异形环形活塞301的上部设置有第三导向段3011，第三导向段3011套设在主壳体103的内部，且外径与主壳体103对应位置的内径相适配。下环形盖板104的顶部向上延伸形成第二导向段1041，下异形环形活塞303套设在第二导向段1041的外侧，第二导向段1041的外径与下异形环形活塞303的内孔直径相适配。
43.壳体组件1的外侧还设有闭锁阀12，闭锁阀12的两个前油口分别连通外部液压站的油口，闭锁阀12的两个后油口分别连接卡紧油孔6和松卡油孔7。
44.参见图4、图5，现场使用时，先将本实用新型提供的液压环形光套管头外卡紧快速连接装置与上部的液压全封闸板防喷器16连接，液压全封闸板防喷器16上端连接引火筒17，松卡油孔7和卡紧油孔6通过闭锁阀12分别与远程液压控制台18的输油管路连接。大四通101的左右两端各连接一套放喷闸板阀14和压井闸板阀15，其中，放喷闸板阀14外连接放
喷管，为放喷井内压力提供方便，压井闸板阀15外连接压井管线，为压井提供通道。
45.液压全封闸板防喷器16的功能是关闭主通道控制井内压力，引火筒17的功能是起到导流作用，可将井液或火焰导流出去，保证本实用新型装置安装就位时不憋压、不上顶。
46.现场处置井喷时，可利用专用的抓举机器人或起吊设备将本实用新型装置与相关功能部件一同吊起，将本实用新型快速连接装置的下端对准光套管13的上口，利用装置的重量自行下落至合适位置。
47.本实用新型外卡紧快速连接装置套在光套管13外部后，操作远程液压控制台18向卡紧油孔6供油，油液通过卡紧油孔6进入第一卡紧液压腔41和第二卡紧液压腔42，并分别推动环形活塞2向下运动和下活塞组件3整体向上移动；环形活塞2上的第一内锥面21和上异形环形活塞301的第二内锥面304同时推动环形分瓣卡瓦8的多瓣体并使其向内收缩，压迫卡瓦牙82卡紧在光套管13的外壁上；在下活塞组件3整体上移的过程中，下异形环形活塞303向上运动并挤压环形密封胶套302，使环形密封胶套302向内涨出，从而将下活塞组件3与光套管13之间的环空封堵，液压卡紧和密封完成。
48.在液压全封闸板防喷器16关闭的过程中，随着主通道的逐渐缩小，井内压力对整套装置的上顶力逐渐增大，会导致整套装置出现上移趋势式，为了避免卡瓦牙82也随整套装置上移，本实用新型中的环形活塞2做成了浮动式，即使装置主体上移，卡瓦牙82也会紧紧咬合在套管外壁上，卡瓦牙82的咬合力随着上顶力的增大而增大。
49.然后关闭液压全封闸板防喷器16，封闭井筒。此时井筒处于带压且封闭状态，井喷被控制住。利用放喷闸板阀14端放喷，或利用压井闸板阀15端压井。
50.压井完成后，操作远程液压控制台18向松卡油孔7供油，油液通过松卡油孔7进入第一松卡液压腔51和第二松卡液压腔52，同时第一卡紧液压腔41和第二卡紧液压腔42内的油液通过卡紧油孔6排出，环形活塞2向上运动，下活塞组件3向下运动，环形分瓣卡瓦8的多瓣体在其自身弹性下径向向外恢复至原状，卡瓦牙82与光套管13的外壁分离；与此同时，下活塞组件3中的环形密封胶套302也靠自身弹性恢复原状，下活塞组件3与光套管13外壁之间封堵解除。最后，利用起吊设备吊离整套装置，即可重新安置新井口。