CN107558933A - 一种松砂式石油井下安全接头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种松砂式石油井下安全接头。其技术方案是：包括上接头和下接头，在上接头的下部连接有下接头，在上接头的外侧套装有密封钢套，在密封钢套与上接头的上部之间设有剪环，在剪环的上部设有安全剪钉，在密封钢套与上接头的下部之间设有密封活塞，密封活塞与上接头的下部通过反扣连接，在剪环和密封活塞之间为撞击腔，在密封钢套的下部开设有松砂孔。本发明的有益效果是：本发明能够解决砂卡，使管柱能够安全提出，防止油井大修，能够在多种情况下将防砂管直接拔出，解决了目前多是分段取出的问题，操作简单，省时省力。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油井下作业装置，特别涉及一种松砂式石油井下安全接头及方法。
背景技术
在油气开发作业中，安全接头是用于井下作业和生产管柱的特殊工具。其作用是当井下管柱发生事故时，可将遇卡管柱从安全接头处脱开，从而为事故的进一步处理创造良好的条件。安全接头一般用在管柱结构较为复杂的施工井和有特殊作业要求的井中。目前在直井中常用的安全接头主要有反扣式和剪钉式两种。反扣式安全接头的上接头和下接头通过左旋螺纹连接，当管柱在井下遇卡后，需要顺时针转动管柱，若井况复杂，如遇到砂埋时，扭矩传递不到位，安全接头很难打开，成功率低，可靠性较差；而常规剪钉式安全接头仅靠剪钉连接上下接头，完井作业中容易受作业和井况的影响而导致中途断脱，造成作业事故。
另外，在石油井下作业过程中，井下的管柱与套管之间会出现砂埋的情况，由于砂埋的出现，防砂管容易卡住导致无法取出，这就出现油井大修的问题，油井大修会造成作业工作量大，经济损失大。在现有技术中，利用剪钉式的安全接头将管柱提出，但由于砂埋的高度过高，有时将安全接头上的剪钉埋住，无法使剪钉剪断，从而无法将管柱取出。另外，安全接头一般采用正反接头，在砂埋严重的情况下，转动困难，起不到安全作用，即使可取出，多是通过分段取出，操作复杂，费时费力。总之，在现有技术中，均没有采用上下反复冲击的方式来松开砂埋这一原理。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种松砂式石油井下安全接头，能够解决砂卡，使管柱能够安全提出，防止油井大修，能够在多种情况下将防砂管直接拔出，解决了目前多是分段取出的问题，操作简单，省时省力。
本发明提到的一种松砂式石油井下安全接头，其技术方案是：包括上接头（1）和下接头（2），在上接头（1）的下部连接有下接头（2），在上接头（1）的外侧套装有密封钢套（5），且密封钢套（5）与下接头（2）固定连接，在密封钢套（5）的顶部与上接头（1）之间设有剪环（4），在剪环的上部设有安全剪钉（3），通过安全剪钉（3）与上接头（1）外壁的凹槽连接；在密封钢套（5）与上接头（1）的下部之间设有密封活塞（8），密封活塞（8）与上接头（1）的下部通过反扣（7）连接，在剪环（4）和密封活塞（8）之间为撞击腔（6），在密封钢套（5）的下部开设有松砂孔（9），且松砂孔（9）的内侧通过密封活塞（8）实现关闭，安全剪钉（3）被剪断后，上接头（1）带动密封活塞（8）向上移动，实现松砂孔（9）的打开。
优选的，上述剪环（4）由上环和下环两部分组成，上环的外径与密封钢套（5）的外径相同，且安全剪钉（3）设置在上环内侧；下环的外径小于密封钢套（5）的内径，下环的内径大于上接头（1）下部的外径，使下环安装在密封钢套（5）与上接头（1）之间的环空中。
优选的，在剪环（4）的底部设有第一劣弧（10）和第一卡口（12），第一卡口（12）是在剪环（4）底部铣削深度为3-5毫米的优弧，形成凸起的第一劣弧（10），在密封活塞（8）的顶部设有第二劣弧（11）和第二卡口（13），第一卡口（12）是在密封活塞（8）的顶部铣削深度为3-5毫米的优弧，形成凸起的第二劣弧（11）。
优选的，在通过井口动力装置向上移动防砂管时，防砂管带动上接头（1）向上移动，上接头（1）带动密封活塞（8）在撞击腔（6）内向上移动，密封活塞（8）的顶部移动到剪环（4）的底部，使剪环（4）上的第一劣弧（10）卡在密封活塞（8）上的第二卡口（13）内，密封活塞（8）上的第二劣弧（11）卡在剪环（4）上的第一卡口（12）内，再通过井口动力装置带动防砂管正向转动时，即可带动上接头（1）和密封活塞（8）解扣分离。
优选的，上述密封活塞（8）包括圆筒形的连接主体（8.1）和密封受力环（8.2），连接主体（8.1）的内壁设有反扣（7），通过反扣（7）与上接头的外壁连接；所述密封受力环（8.2）为向内凹进的圆筒形结构，圆筒形结构的底部为平衡受控区（8.3），平衡受控区（8.3）的受力小于剪钉的剪切力，井口需要打压时，当压力超过105兆帕时，密封活塞向上移动，通过松砂孔（9）泄压。
本发明的有益效果是：本发明能够解决管柱的砂埋问题，使管柱能够安全提出，防止油井大修，能够在多种情况下将防砂管直接拔出，解决了目前多是分段取出的问题，具有多种操作模式；
本发明可以通过上接头带动密封活塞在撞击腔内上下移动，向上移动时，密封活塞的顶部撞击剪环的底部，向下移动时，密封活塞的底部撞击下接头的上部，形成连续的上下撞击，套管与防砂管之间的环空的砂埋部分松动，砂子通过松砂孔进入密封钢套内部，实现松砂的目的，进而将防砂管整体拉出井口；
另外，当上下撞击还不能将防砂管提出井口时，则通过密封活塞和剪环的特殊结构配合，将密封活塞与上接头的下部分开，分成两段，从而将上接头拔出井口，再次下放打捞装置，将剩余下接头、密封钢套打捞出井口，实现分级打捞，从而有效的实现了安全接头的功能；
与现有技术相比，增加了撞击腔，实现上下撞击来解决砂埋的问题，而且，改进了密封活塞和剪环的结构，使其还可以有效的分离，从而将遇卡管柱从安全接头处脱开，从而为事故的进一步处理创造良好的条件。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是密封活塞的结构示意图；
附图3是剪环底部的结构示意图；
附图4是密封活塞顶部的结构示意图；
上图中：上接头1、下接头2、安全剪钉3、剪环4、密封钢套5、撞击腔6、密封活塞7、松砂孔8、第一劣弧9、第二劣弧10、第一卡口11、第二卡口12、连接主体8.1、密封受力环8.2。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提到的一种松砂式石油井下安全接头，其技术方案是：包括上接头（1）和下接头（2），在上接头（1）的下部连接有下接头（2），在上接头（1）的外侧套装有密封钢套（5），且密封钢套（5）与下接头（2）固定连接，在密封钢套（5）的顶部与上接头（1）之间设有剪环（4），在剪环的上部设有安全剪钉（3），通过安全剪钉（3）与上接头（1）外壁的凹槽连接；在密封钢套（5）与上接头（1）的下部之间设有密封活塞（8），密封活塞（8）与上接头（1）的下部通过反扣（7）连接，在剪环（4）和密封活塞（8）之间为撞击腔（6），在密封钢套（5）的下部开设有松砂孔（9），且松砂孔（9）的内侧通过密封活塞（8）实现关闭，安全剪钉（3）被剪断后，上接头（1）带动密封活塞（8）向上移动，实现松砂孔（9）的打开。
参照附图1，本发明的剪环（4）由上环和下环两部分组成，上环的外径与密封钢套（5）的外径相同，且安全剪钉（3）设置在上环内侧；下环的外径小于密封钢套（5）的内径，下环的内径大于上接头（1）下部的外径，使下环安装在密封钢套（5）与上接头（1）之间的环空中。
参照附图3和4，本发明的在剪环（4）的底部设有第一劣弧（10）和第一卡口（12），第一卡口（12）是在剪环（4）底部铣削深度为3-5毫米的优弧，形成凸起的第一劣弧（10），在密封活塞（8）的顶部设有第二劣弧（11）和第二卡口（13），第一卡口（12）是在密封活塞（8）的顶部铣削深度为3-5毫米的优弧，形成凸起的第二劣弧（11）。
在通过井口动力装置向上移动防砂管时，防砂管带动上接头（1）向上移动，上接头（1）带动密封活塞（8）在撞击腔（6）内向上移动，密封活塞（8）的顶部移动到剪环（4）的底部，使剪环（4）上的第一劣弧（10）卡在密封活塞（8）上的第二卡口（13）内，密封活塞（8）上的第二劣弧（11）卡在剪环（4）上的第一卡口（12）内，再通过井口动力装置带动防砂管正向转动时，即可带动上接头（1）和密封活塞（8）解扣分离。
参照附图2，本发明的密封活塞（8）包括圆筒形的连接主体（8.1）和密封受力环（8.2），连接主体（8.1）的内壁设有反扣（7），通过反扣（7）与上接头的外壁连接；所述密封受力环（8.2）为向内凹进的圆筒形结构，圆筒形结构的底部为平衡受控区（8.3），平衡受控区（8.3）的受力小于剪钉的剪切力，井口需要打压时，当压力超过105兆帕时，密封活塞向上移动，通过松砂孔（9）泄压。
本发明提到的一种松砂式石油井下安全接头的使用方法，包括以下步骤：
首先，将上接头（1）连接防砂管，下接头（2）连接防砂管，通过井口动力装置将其顺着套管下放到井下；
其次，当防砂管遇到砂埋时，需要被井口动力装置拉拔，分为以下四种情况实施操作：
一、当砂埋深度较小时，通过井口动力装置直接向上拉拔，可整个将防砂管拉出井口；
二、防砂管无法直接被井口动力装置拉拔出来时，井口动力装置实施的拉拔力通过剪环将安全钉剪断，防砂管带动上接头向上移动，上接头同时带动密封活塞（8）向上移动，实现松砂孔（9）的打开，这样，套管与防砂管之间的环空的砂埋松动，进而将防砂管整体拉出井口；
三、当安全钉剪断后仍然不能将防砂管拉出时，通过井口动力装置上下移动防砂管，实现防砂管的上下振动，防砂管带动上接头（1）上下移动，由于密封活塞（8）与上接头（1）的下部通过反扣（7）连接，所以上接头（1）带动密封活塞（8）在撞击腔（6）内实现上下移动，当向上移动时，密封活塞（8）的顶部撞击剪环（4）的底部，向下移动时，密封活塞（8）的底部撞击下接头的上部，形成连续的上下撞击，可以使套管与防砂管之间的环空的砂埋松动，砂子通过松砂孔（9）进入密封钢套内部，实现松砂的目的，进而将防砂管整体拉出井口；
四、当操作步骤三仍然不能将防砂管提出井口时，通过井口动力装置向上移动防砂管，防砂管带动上接头（1）向上移动，上接头（1）带动密封活塞（8）在撞击腔（6）内向上移动，密封活塞（8）的顶部撞击剪环（4）的底部，使剪环（4）上的第一劣弧（10）卡在密封活塞（8）上的第二卡口（13）内，密封活塞（8）上的第二劣弧（11）卡在剪环（4）上的第一卡口（12）内，剪环（4）上的第一劣弧（10）与密封活塞（8）上的第二劣弧（11）合并，由于密封活塞（8）与上接头（1）的下部之间通过反扣连接，此时正转防砂管，可将密封活塞（8）与上接头（1）的下部旋开，分成两段，从而将上接头拔出井口，再次下放打捞装置，将剩余下接头和密封钢套打捞出井口，实现分级打捞。
具体的四种情况再进一步说明：
第一种情况：上接头1连接防砂管，下接头2连接防砂管，防砂管在被井口动力装置拉拔，当砂埋深度较小时，通过井口动力装置直接向上拉拔，可整个将防砂管拉出井口。
第二种情况：上接头1连接防砂管，下接头2连接防砂管，防砂管在被井口动力装置拉拔，防砂管无法直接被井口动力装置拉拔出来时，拉拔力通过剪环将安全钉剪断，防砂管带动上接头向上移动，套管与防砂管之间的环空的砂埋部分松动，进而将防砂管整体拉出井口。
第三种情况：上接头1连接防砂管，下接头2连接防砂管，防砂管在被井口动力装置拉拔，防砂管无法直接被井口动力装置拉拔出来时，拉拔力通过剪环将安全钉剪断，当安全钉剪断后仍然不能将防砂管拉出时，通过井口动力装置上下移动防砂管，实现防砂管的上下振动，防砂管带动上接头1上下移动，由于密封活塞8与上接头1的下部通过反扣7连接，所以上接头1带动密封活塞8在撞击腔6内向下移动，向上移动时，密封活塞8的顶部撞击剪环4的底部，向下移动时，密封活塞8的底部撞击下接头的上部，形成连续的上下撞击，套管与防砂管之间的环空的砂埋部分松动，砂子通过松砂孔9进入密封钢套内部，实现松砂的目的，进而将防砂管整体拉出井口。
第四种情况：上接头1连接防砂管，下接头2连接防砂管，防砂管在被井口动力装置拉拔，防砂管无法直接被井口动力装置拉拔出来时，拉拔力通过剪环将安全钉剪断，当安全钉剪断后仍然不能将防砂管拉出时，通过井口动力装置上下移动防砂管，实现防砂管的上下振动，防砂管带动上接头1上下移动，由于密封活塞8与上接头1的下部通过反扣7连接，所以上接头1带动密封活塞8在撞击腔6内向下移动，向上移动时，密封活塞8的顶部撞击剪环4的底部，向下移动时，密封活塞8的底部撞击下接头的上部，形成连续的上下撞击，当井口动力装置上下移动防砂管，仍然不能将防砂管拔出时，防砂管带动上接头1向上移动，上接头1带动密封活塞8在撞击腔6内向上移动，密封活塞8的顶部移动到剪环4的底部，使剪环4上的第一劣弧10卡在密封活塞8上的第二卡口13内，密封活塞8上的第二劣弧11卡在剪环4上的第一卡口12内，剪环4上的第一劣弧10与密封活塞8上的第二劣弧11合并，由于密封活塞8与上接头1的下部之间通过反扣连接，正转防砂管，将密封活塞8与上接头1的下部分开，分成两段，从而将上接头拔出井口，再次下放打捞装置，将剩余下接头、密封钢套打捞出井口，实现分级打捞。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种松砂式石油井下安全接头，包括上接头（1）和下接头（2），在上接头（1）的下部连接有下接头（2），其特征是：在上接头（1）的外侧套装有密封钢套（5），且密封钢套（5）与下接头（2）固定连接，在密封钢套（5）的顶部与上接头（1）之间设有剪环（4），在剪环的上部设有安全剪钉（3），通过安全剪钉（3）与上接头（1）外壁的凹槽连接；在密封钢套（5）与上接头（1）的下部之间设有密封活塞（8），密封活塞（8）与上接头（1）的下部通过反扣（7）连接，在剪环（4）和密封活塞（8）之间为撞击腔（6），在密封钢套（5）的下部开设有松砂孔（9），且松砂孔（9）的内侧通过密封活塞（8）实现关闭，安全剪钉（3）被剪断后，上接头（1）带动密封活塞（8）向上移动，实现松砂孔（9）的打开。
2.根据权利要求1所述的一种松砂式石油井下安全接头，其特征是：所述剪环（4）由上环和下环两部分组成，上环的外径与密封钢套（5）的外径相同，且安全剪钉（3）设置在上环内侧；下环的外径小于密封钢套（5）的内径，下环的内径大于上接头（1）下部的外径，使下环安装在密封钢套（5）与上接头（1）之间的环空中。
3.根据权利要求1所述的一种松砂式石油井下安全接头，其特征是：在剪环（4）的底部设有第一劣弧（10）和第一卡口（12），第一卡口（12）是在剪环（4）底部铣削深度为3-5毫米的优弧，形成凸起的第一劣弧（10），在密封活塞（8）的顶部设有第二劣弧（11）和第二卡口（13），第一卡口（12）是在密封活塞（8）的顶部铣削深度为3-5毫米的优弧，形成凸起的第二劣弧（11）。
4.根据权利要求3所述的一种松砂式石油井下安全接头，其特征是：在通过井口动力装置向上移动防砂管时，防砂管带动上接头（1）向上移动，上接头（1）带动密封活塞（8）在撞击腔（6）内向上移动，密封活塞（8）的顶部移动到剪环（4）的底部，使剪环（4）上的第一劣弧（10）卡在密封活塞（8）上的第二卡口（13）内，密封活塞（8）上的第二劣弧（11）卡在剪环（4）上的第一卡口（12）内，再通过井口动力装置带动防砂管正向转动时，即可带动上接头（1）和密封活塞（8）解扣分离。
5.根据权利要求1所述的一种松砂式石油井下安全接头，其特征是：所述密封活塞（8）包括圆筒形的连接主体（8.1）和密封受力环（8.2），连接主体（8.1）的内壁设有反扣（7），通过反扣（7）与上接头的外壁连接；所述密封受力环（8.2）为向内凹进的圆筒形结构，圆筒形结构的底部为平衡受控区（8.3），平衡受控区（8.3）的受力小于剪钉的剪切力，井口需要打压时，当压力超过105兆帕时，密封活塞向上移动，通过松砂孔（9）泄压。
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