一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具

本发明涉及一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，属于石油天然气井下工具。

背景技术：

1、随着非常规油气田、海油陆采油气田的开发，复杂结构井越来越多，大位移井水平位移越来越长同时下部完井尾管也越来越长，结构更为复杂。针对此类问题，如何将送入工具或尾管/筛管顺利下入到预定位置，人们研究开发了多种技术和方法。

2、国内外传统的下入方式为钻杆与送入工具或尾管/筛管同时转动，但当下入工具或尾管/筛管与套管之间间隔太小时，下入工具或尾管/筛管无法转动且存在卡钻以及工具或尾管/筛管部分螺旋弯曲的风险。目前亟需一种方式来达到钻杆部分需要推动以及转动来克服钻杆部分螺旋弯曲，但送入工具或尾管/筛管部分并不随钻杆转动以减少摩阻、消除工具或尾管/筛管部分螺旋弯曲和增大下钻重量，同时确保有紧急脱手尾管送入工具的能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，它安装在送入工具和尾管/筛管之上，允许在它上面的钻具自由旋转，而旋转工具以下管柱则保持静止，以减少摩阻，消除螺旋弯曲，增大下钻重量，从而推动管柱下到设计深度。

2、为解决以上技术问题，本发明提供一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，其特征在于：包括钻杆母扣部分、锁定机械装置部分、钻杆公扣部分。

3、所述钻杆母扣部分包括上接头，上接头内设有内凹卡槽。

4、所述锁定机械装置部分包括差分螺旋轴、衬套、衬套外壳体、机械锁定主壳体、止推轴承、外移动卡梭、内移动卡梭、六边形弹片、活动卡扣、堵孔螺栓、解锁螺栓。衬套与衬套外壳体通过过盈配合形成一个整体；衬套外壳体下部设有外突卡扣，机械锁定主壳体上部设有内凹卡扣且下部也设有内凹卡扣，衬套外壳体下部外突卡扣与机械锁定主壳体上部内凹卡扣相结合形成一个整体；差分螺旋轴上设有差分螺纹，第一段螺纹为右旋外螺纹，螺纹间距为10mm，第二段螺纹为左旋外螺纹，螺纹间距为2mm，差分螺旋轴上部还设有外突卡槽，同时差分螺旋轴中部设有轴肩；内移动卡梭下部为六边形柱体且每个六边形柱体面设有一个活动卡扣槽，内移动卡梭中部和上部外表面还设有六个轴向内凹导槽且内表面中部设有左旋内螺纹，螺纹间距为2mm；外移动卡梭外表面为六边形柱体与内移动卡梭下部的六边形柱体有相同的六边形大小，外表面上部切有斜v形槽，内表面上部设有右旋内螺纹，螺纹间距为10mm，内表面右旋内螺纹以下部分还设有六个轴向外突导轨。

5、所述钻杆公扣部分包括下接头，下接头上部设有外突卡扣。

6、作为本发明的进一步技术方案，所述的上接头内凹卡槽与差分螺旋轴上部外突卡槽相结合形成一个整体，连接钻杆母扣部分与锁定机械装置部分。

7、作为本发明的进一步技术方案，所述的差分螺旋轴穿过衬套形成可轴向移动以及转动的结构。

8、作为本发明的进一步技术方案，所述机械锁定主壳体内上部设有一对止推轴承安装孔。安装上止推轴承后，止推轴承和差分螺旋轴中部的轴肩约束限制了所述的差分螺旋轴穿过衬套形成可轴向移动以及转动的结构的轴向移动范围，限制范围为500mm。

9、作为本发明的进一步技术方案，所述机械锁定主壳体内中部设有六边形柱槽，在六边形柱槽末端切有斜v形槽，六边形柱槽大小与外移动卡梭外表面的六边形柱体相配合。外移动卡梭外表面的六边形柱体上的斜v形槽与机械锁定主壳体内中部的六边形柱槽上的斜v形槽相互定心，保证外移动卡梭与机械锁定主壳体能在同轴情况下，任何角度位置插入机械锁定主壳体内中部的六边形柱槽。

10、作为本发明的进一步技术方案，所述的外移动卡梭内上部的右旋内螺纹与差分螺旋轴第一段右旋外螺纹相配合形成螺纹副，以供拉动差分螺旋轴来带动外移动卡梭轴向移动插入机械锁定主壳体内中部的六边形柱槽。

11、作为本发明的进一步技术方案，所述的外移动卡梭内表面右旋内螺纹以下部分的六个轴向外突导轨与内移动卡梭外表面的六个轴向内凹导槽相配合，只允许内移动卡梭与外移动卡梭相对轴向运动，限制了内移动卡梭与外移动卡梭的相对转动。内移动卡梭内表面中部的左旋内螺纹与差分螺旋轴第二段左旋外螺纹相配合形成螺纹副，在差分螺旋轴与外移动卡梭出现相对转动时，内移动卡梭与外移动卡梭由于差分螺旋轴第一段螺纹与第二段螺纹的旋向和螺纹间距不同便会出现相对轴向运动。

12、作为本发明的进一步技术方案，所述的内移动卡梭下部的六边形柱体每个面的活动卡扣槽底部装有六边形弹片，在六边形弹片上安装活动卡扣，所述活动卡扣拥有一个斜面与一个直角面。机械锁定主壳体内下部设有与内移动卡梭下部的六边形柱体相配合的六边形柱槽且每个柱槽面上设有与活动卡扣相配合的活动卡扣扣槽，当安装有六个活动卡扣的内移动卡梭沿机械锁定主壳体轴向推入机械锁定主壳体内下部六边形柱槽时，由于斜面的作用会将活动卡扣按入活动卡扣槽内，此时六边形弹片处于压缩状态。当内移动卡梭移动到六个活动卡扣正对活动卡扣扣槽时，六边形弹片弹出活动卡扣，完成内移动卡梭与机械锁定主壳体的锁定。

13、作为本发明的进一步技术方案，所述的机械锁定主壳体内下部的活动卡扣扣槽底部设有螺纹孔通孔且通到机械锁定主壳体外表面的螺纹通孔采用沉头孔设计，便于堵孔螺栓拧入并且不影响机械锁定主壳体外表面的圆柱形状。在纯机械式可锁定钻杆旋转工具正常工作时，堵孔螺栓拧紧且堵孔螺栓上表面齐平机械锁定主壳体内下部的活动卡扣扣槽底部。当纯机械式可锁定钻杆旋转工具锁定后需要解锁时，需要将堵孔螺栓全部拧出，并拧入解锁螺栓，解锁螺栓完全拧入时，解锁螺栓上表面与机械锁定主壳体内下部的六边形柱槽槽面齐平，将活动卡扣按入内移动卡梭上的移动卡扣槽内，再与锁定方向相反旋转并回拉差分螺旋轴便解除锁定。

14、作为本发明的进一步技术方案，所述的机械锁定主壳体下部的内凹卡扣与下接头上部的外突卡扣相结合形成一个整体，连接锁定机械装置部分与钻杆公扣部分。

15、作为本发明的进一步技术方案，所述的机械锁定主壳体内中部的六边形柱槽与机械锁定主壳体内下部的六边形柱槽之间，设有长度与直径均大于外移动卡梭和内移动卡梭结合体20mm的圆柱槽，保证纯机械式可锁定钻杆旋转工具在正常运转时差分螺旋轴可以自由转动。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1.纯机械解决方案消除了因意外压力波动造成的提前锁定风险。

18、2.不需要循环或液压来锁定工具。

19、3.不会与第三方设备有压力相关的冲突。

20、4.可随时机械锁定，方便紧急时脱手下入工具

21、5.只在需要时锁定，如不需要则不可能自动锁定。

22、6.不需要地面投塞锁定，不会减少通径尺寸。

23、7.操作简单，不需要卸开钻具。

24、8.不需要特殊培训，井口连接方便。

技术特征：

1.一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，其特征在于：包括钻杆母扣部分、锁定机械装置部分、钻杆公扣部分；

2.根据权利要求1所述的一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，其特征在于：所述的上接头(1)内凹卡槽与差分螺旋轴(2)上部外突卡槽相结合形成一个整体，连接钻杆母扣部分与锁定机械装置部分。

3.根据权利要求1所述的一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，其特征在于：所述的差分螺旋轴(2)穿过衬套(3)形成可轴向移动以及转动的结构。

4.根据权利要求1所述的一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，其特征在于：所述机械锁定主壳体(5)内上部设有一对止推轴承安装孔，安装上止推轴承(6)后，止推轴承(6)和差分螺旋轴(2)中部的轴肩约束限制了轴向移动范围，限制范围为500mm。

5.根据权利要求1所述的一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，其特征在于：所述机械锁定主壳体(5)内中部设有六边形柱槽，在六边形柱槽末端切有斜v形槽，六边形柱槽大小与外移动卡梭(7)外表面的六边形柱体相配合；外移动卡梭(7)外表面的六边形柱体上的斜v形槽与机械锁定主壳体(5)内中部的六边形柱槽上的斜v形槽相互定心，保证外移动卡梭(7)与机械锁定主壳体(5)能在同轴情况下，任何角度位置插入机械锁定主壳体(5)内中部的六边形柱槽。

6.根据权利要求1所述的一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，其特征在于：所述的外移动卡梭(7)内上部的右旋内螺纹与差分螺旋轴(2)第一段右旋外螺纹相配合形成螺纹副，以供拉动差分螺旋轴(2)来带动外移动卡梭(7)轴向移动插入机械锁定主壳体(5)内中部的六边形柱槽。

7.根据权利要求1所述的一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，其特征在于：所述的外移动卡梭(7)内表面右旋内螺纹以下部分的六个轴向外突导轨与内移动卡梭(8)外表面的六个轴向内凹导槽相配合，只允许内移动卡梭(8)与外移动卡梭(7)相对轴向运动，限制了内移动卡梭(8)与外移动卡梭(7)的相对转动；内移动卡梭(8)内表面中部的左旋内螺纹与差分螺旋轴(2)第二段左旋外螺纹相配合形成螺纹副，在差分螺旋轴(2)与外移动卡梭(7)出现相对转动时，内移动卡梭(8)与外移动卡梭(7)由于差分螺旋轴(2)第一段螺纹与第二段螺纹的旋向和螺纹间距不同便会出现相对轴向运动。

8.根据权利要求1所述的一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，其特征在于：所述的内移动卡梭(8)下部的六边形柱体每个面的活动卡扣槽底部装有六边形弹片(12)，在六边形弹片(12)上安装活动卡扣(10)，所述活动卡扣(10)拥有一个斜面与一个直角面；机械锁定主壳体(5)内下部设有与内移动卡梭(8)下部的六边形柱体相配合的六边形柱槽且每个柱槽面上设有与活动卡扣(10)相配合的活动卡扣扣槽，当安装有六个活动卡扣(10)的内移动卡梭(8)沿机械锁定主壳体(5)轴向推入机械锁定主壳体(5)内下部六边形柱槽时，由于斜面的作用会将活动卡扣(10)按入活动卡扣槽内，此时六边形弹片(12)处于压缩状态；当内移动卡梭(8)移动到六个活动卡扣(10)正对活动卡扣扣槽时，六边形弹片(12)弹出活动卡扣(10)，完成内移动卡梭(8)与机械锁定主壳体(5)的锁定。

9.根据权利要求8所述的一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，其特征在于：所述的机械锁定主壳体(5)内下部的活动卡扣扣槽底部设有螺纹通孔且通到机械锁定主壳体(5)外表面的螺纹通孔采用沉头孔设计，便于堵孔螺栓(11)拧入并且不影响机械锁定主壳体(5)外表面的圆柱形状；在纯机械式可锁定钻杆旋转工具正常工作时，堵孔螺栓(11)拧紧且堵孔螺栓(11)上表面齐平机械锁定主壳体(5)内下部的活动卡扣扣槽底部；当纯机械式可锁定钻杆旋转工具锁定后需要解锁时，需要将堵孔螺栓(11)全部拧出，并拧入解锁螺栓，解锁螺栓完全拧入时，解锁螺栓上表面与机械锁定主壳体(5)内下部的六边形柱槽槽面齐平，将活动卡扣(10)按入内移动卡梭(8)上的移动卡扣槽内，再与锁定方向相反旋转并回拉差分螺旋轴(2)便解除锁定。

10.根据权利要求1所述的一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，其特征在于：所述的机械锁定主壳体(5)内中部的六边形柱槽与机械锁定主壳体(5)内下部的六边形柱槽之间，设有长度与直径均大于外移动卡梭(7)和内移动卡梭(8)结合体20mm的圆柱槽，保证纯机械式可锁定钻杆旋转工具在正常运转时差分螺旋轴(2)可以自由转动。

技术总结
本发明公开了一种纯机械式可锁定钻杆旋转工具，包括钻杆母扣部分、锁定机械装置部分、钻杆公扣部分。钻杆母扣部分包括上接头；锁定机械装置部分包括差分螺旋轴、衬套、衬套外壳体、机械锁定主壳体、止推轴承、外移动卡梭、内移动卡梭、六边形弹片、活动卡扣、堵孔螺栓、解锁螺栓；钻杆公扣部分包括下接头。本发明安装在送入工具和尾管/筛管之上，允许在它上面的钻具自由旋转，而旋转工具以下管柱则保持静止，以减少摩阻，消除螺旋弯曲，从而推动管柱下到设计深度。本发明可以随时锁定，上提钻具，使本发明处于拉伸状态，正转50圈锁定，这样便能正常机械脱手送入工具，对钻井液压力无影响，减少了对完井管串的损害，也降低了对钻机动力的需求。

技术研发人员：钟林,陈磊,张林锋,王国荣,郭欣承,张钰哲,郑雨杭,王瑞麟,罗文梓,孙振
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15