尾管固井尾管座掛用投球器及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種尾管固井尾管座掛用投球器及其控制方法，屬于石油、天然氣開采【技術領域】。本發明包括裝配套和容腔體；所述容腔體設于裝配套內形成容納腔；所述容腔體上設置的螺釘，從容納腔內向外穿過容腔體并與往復推送機構連接；所述容腔體上設有位于容納腔內的多個支架，所述支架上設有保持爪，所述螺釘的端部與保持爪共同配合抓住座掛球于容納腔內。本發明主要用于解決現有技術中投球器存在遠程控制臨時失效的問題，無需重新將水泥頭卸下手工投球，保證投球與固井作業的可靠性。
【專利說明】尾管固井尾管座掛用投球器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油、天然氣開采【技術領域】，尤其是一種旋轉尾管固井時旋轉水泥頭上的投球器。
【背景技術】
[0002]固井，就是利用注水泥設備在下入套管的油氣井中對套管外環空注水泥，使套管和地層之間產生有效固封。這個過程中需要用到尾管懸掛器來將尾管(套管)與上層套管相連接，大多數尾管掛都可以按照其座放機理進行分類，或者為液壓座放式，或者為機械座放式。液壓座放式尾管掛的座放機理是利通過尾管掛內的液壓缸的流體壓差來實現座放的。為了防止尾管掛在下放的過程中意外座掛，液壓缸會被剪切銷釘固定起來。通常情況下的循環壓力僅為座放壓力的50%。一般根據尾管掛的座放程序需要通過在地面投球，使球落在承托箍上，通過憋壓觸動液壓缸，然后釋放尾管掛的重力實現座放。
[0003]目前陸地油田固井投球作業主要是斷開循環管線人工投球，作業安全性不高，海上油田以及少數陸地油田用到的旋轉水泥頭一般配備有投球器，但是投球器大多是氣動或液動式的遠程控制形式的或者純手動的，若碰到這類投球器段遠程控制臨時失效時，必須得重新將水泥頭卸下手工投球，造成時間上的浪費。
【發明內容】
[0004]本發明的發明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種可與水泥頭相配合的尾管固井尾管座掛用投球器及其控制方法，主要用于解決現有技術中投球器存在遠程控制臨時失效的問題，無需重新將水泥頭卸下手工投球，保證投球與固井作業的可靠性。該投球器既可以安裝在一般水泥頭上，又可以安裝在遠程控制旋轉水泥頭上并聯入控制系統實現遠程控制，又可以通過手動控制，操作簡單，使用范圍廣。
[0005]本發明采用的技術方案如下:
本發明的尾管固井尾管座掛用投球器，包括裝配套和容腔體；所述容腔體設于裝配套內形成容納腔；所述容腔體上設置的螺釘，從容納腔內向外穿過容腔體并與往復推送機構連接；所述容腔體上設有位于容納腔內的多個支架，所述支架上設有保持爪，所述螺釘的端部與保持爪共同配合抓住座掛球于容納腔內。
[0006]由于采用了上述結構，容納腔可用于容納座掛球，其中在容納腔內通過多個保持爪將其抓緊，避免其從容納腔中滑出，容腔體上穿過的螺釘的端部用于頂推座掛球，將螺桿連接于往復推送機構上，可通過往復推送機構來控制螺桿的移動，實現對座掛球的控制，也可通過遠程控制也可以通過手動控制。本發明可將投球器通過裝配套固定在遠程控制旋轉水泥頭上，氣動進口連接水泥頭的控制系統，實現遠程控制，也可以通過手動控制。通過本發明的尾管固井尾管座掛用投球器，主要用于解決現有技術中投球器存在遠程控制臨時失效的問題，無需重新將水泥頭卸下手工投球，保證投球與固井作業的可靠性。該投球器既可以安裝在一般水泥頭上，又可以安裝在遠程控制旋轉水泥頭上并聯入控制系統實現遠程控制，又可以通過手動控制，操作簡單，使用范圍廣。
[0007]本發明的尾管固井尾管座掛用投球器，所述支架為4個，其中每個支架上均設有保持爪，其中所述保持爪的中部通過螺栓連接于支架上，使保持爪的兩端可以螺栓為中心擺動。
[0008]由于采用了上述結構，4個支架上分別設置有保持爪，4個保持爪與螺釘的端部共同配合，抓緊座掛球避免其從裝配套中滾出，其中螺釘端部周向通過與保持爪的接觸，使得保持爪左端張開而右端閉合，當螺釘推球時，放開了保持爪的左端，進而球將保持爪右端推開，球再向右運動一定距離就可以掉入井中了。
[0009]本發明的尾管固井尾管座掛用投球器，所述往復推送機構包括與裝配套螺紋連接的氣缸，所述容腔體固定連接于氣缸上，所述氣缸內配置有可相對密封滑動的活塞；所述活塞內設有可相對滑動的平衡螺母，所述活塞一端與螺釘固定連接，所述活塞的另一端通過平衡螺母螺紋連接有頂絲，所述頂絲從氣缸的端面穿出，所述活塞與容腔體之間設有套于螺釘的彈簧。
[0010]由于采用了上述結構，可通過轉動頂絲，由于頂絲與平衡螺母之間是螺紋連接，平衡螺母與活塞，活塞與氣缸之間都是通過輪轂狀凸起配合，不會發生周向轉動，因此當轉動頂絲時，平衡螺母與活塞會向右運動，從而帶動螺釘將座掛球推出，完成后活塞通過反轉頂絲以及彈簧復位，從而確保手動操作的正常進行。
[0011]本發明的尾管固井尾管座掛用投球器，所述活塞內壁上設有沿軸線方向的滑槽，所述平衡螺母外壁上設有沿軸線方向上的滑塊，使所述平衡螺母上的滑塊與活塞上的滑槽匹配并可相對滑動；所述氣缸內壁設有的凹槽，所述活塞靠近容腔體一端的外壁上設有凸塊，所述活塞上的凸塊與氣缸上的凹槽匹配并可相對滑動。
[0012]由于采用了上述結構，平衡螺母與活塞之間、活塞與氣缸之間分別通過輪轂狀的凸起(也即滑塊和滑槽)進行配合，使得其相互之間不會發生周向轉動，僅能相對滑動，當手動控制頂絲轉動時，可使平衡螺母驅動活塞相對于氣缸滑動，從而完成投球操作；當遠程氣動控制時，可使活塞相對于氣缸滑動，從而完成投球操作，因此才能確保投球工作的正常進行，使操作極為簡便。
[0013]本發明的尾管固井尾管座掛用投球器，在所述氣缸上靠近端面的側壁上設有進口，所述氣缸側壁上的凹槽處設有自由出口。
[0014]由于采用了上述結構，在氣缸側壁上的凹槽處設有自由出口，也即在活塞右邊的氣缸出口設置一個自由出口，可以避免在活塞運動過程氣缸右邊中產生的抽吸效應；而進口則可以連接水泥頭的控制系統上，便于通過遠程的氣動控制，也即采用氣動等遠程控制時，控制介質從進口進入，推動活塞向右運動，從而帶動螺釘將座掛球推出，完成后活塞靠彈簧復位。
[0015]本發明的尾管固井尾管座掛用投球器，所述氣缸與裝配套的連接處設有補償套。
[0016]由于采用了上述結構，補償套可用于補償氣缸和裝配套之間產生的間隙，避免加工誤差等原因造成氣缸和裝配套之間無法固定的問題。
[0017]本發明的尾管固井尾管座掛用投球器的控制方法，其特征在于:它包括:
I)、遠程控制
將裝配套固定在遠程控制旋轉水泥頭上，將進口連接于水泥頭的控制管線，控制介質從進口進入氣缸內，推動活塞運動，活塞帶動螺釘相對于容腔體運動，使螺釘的端部作用于座掛球，并將其推出；完成后，活塞在彈簧作用下復位；
2)、手動控制
斷開進口上連接的控制管線，轉動頂絲，使平衡螺母帶動活塞運動，活塞帶動螺釘相對于容腔體運動，使螺釘的端部作用于座掛球，并將其推出；完成手，反方向轉動頂絲，活塞在彈簧作用下復位。
[0018]由于采用了上述方法，使得本發明的投球器可以安裝在一般水泥頭上，既也可以安裝在遠程控制旋轉水泥頭上并聯入控制系統實現遠程控制，也可以通過手動控制，有效解決了上述遠程控制臨時失效的問題，保證了投球與固井作業的可靠性。即便是遠程控制失效，也可以通過手動控制實現其操作，無需重新將水泥頭卸下手工投球，造成時間上的浪費。
[0019]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是:
1、本發明的尾管固井尾管座掛用投球器，主要用于解決現有技術中投球器存在遠程控制臨時失效的問題，無需重新將水泥頭卸下手工投球，保證投球與固井作業的可靠性。
[0020]2、本發明的尾管固井尾管座掛用投球器，可以安裝在一般水泥頭上，又可以安裝在遠程控制旋轉水泥頭上并聯入控制系統實現遠程控制，又可以通過手動控制，操作簡單，使用范圍廣。
[0021]3、本發明的尾管固井尾管座掛用投球器的控制方法，即便是遠程控制失效，也可以通過手動控制實現其操作，無需重新將水泥頭卸下手工投球，造成時間上的浪費。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是本發明的尾管固井尾管座掛用投球器的結構示意圖。
[0023]圖2是圖1中的A-A剖視圖。
[0024]圖3是圖1中的B-B剖視圖。
[0025]圖4是圖1中的C-C剖視圖。
[0026]圖中:1-頂絲，2-軸用擋圈，3、6、15_密封組合，4-進口，5-氣缸，7-平衡螺母，8-活塞，9-彈簧，10-自由出口，11-螺釘，12-補償套，13-螺釘，14-密封圈，16-防塵圈，17-容腔體，18-保持爪，19-墊圈，20-螺栓組合，21-裝配套，22-座掛球。
【具體實施方式】
[0027]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0028]本說明書(包括任何附加權利要求、摘要)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0029]如圖1至圖4所示，本發明的尾管固井尾管座掛用投球器，包括裝配套21和容腔體17 ;所述容腔體17設于裝配套21內形成容納腔；所述容腔體17上設置的螺釘11，從容納腔內向外穿過容腔體17并與往復推送機構連接，所述往復推送機構包括與裝配套21螺紋連接的氣缸5，所述氣缸5與裝配套21的連接處設有補償套12，所述容腔體17固定連接于氣缸5上，所述氣缸5內配置有可相對密封滑動的活塞8，所述氣缸5內壁設有的凹槽，所述活塞8靠近容腔體17 —端的外壁上設有凸塊，所述活塞8上的凸塊與氣缸5上的凹槽匹配并可相對滑動；所述活塞8內設有可相對滑動的平衡螺母7，所述活塞8內壁上設有沿軸線方向的滑槽，所述平衡螺母7外壁上設有沿軸線方向上的滑塊，使所述平衡螺母7上的滑塊與活塞8上的滑槽匹配并可相對滑動；所述活塞8—端與螺釘11固定連接，所述活塞8的另一端通過活塞8螺紋連接有頂絲1，所述頂絲I從氣缸5的端面穿出，所述活塞8與容腔體17之間設有套于頂絲I外的彈簧9 ;在所述氣缸5上靠近端面的側壁上設有進口 4，所述氣缸5側壁上的凹槽處設有自由出口 10 ;所述容腔體17上設有位于容納腔內的多個(可根據需要設置為三個以上)支架，本例中采用所述支架為4個，其中每個支架上均設有保持爪18，其中所述保持爪18的中部通過螺栓連接于支架上，使保持爪18的兩端可以螺栓為中心擺動，所述螺釘11的端部與保持爪18共同配合抓住座掛球22于容納腔內，根據需要當座掛球22體積較大時，其可低于螺釘11的端部上。其中螺釘端部周向通過與保持爪的接觸，使得保持爪左端張開而右端閉合，當螺釘推球時，放開了保持爪的左端，進而球將保持爪右端推開，球再向右運動一定距離就可以掉入井中了。
[0030]具體地，參照附圖1，本發明尾管固井尾管座掛用投球器由氣動等遠程控制方式驅動時，流動介質由進口 4進入氣缸5，從而推動活塞8帶動螺釘11向右運動，從而將座掛球22推出，完成后活塞依罪彈黃9復位。
[0031]參考附圖1、2、3，本發明尾管固井尾管座掛用投球器中頂絲I和平衡螺母7之間靠螺紋連接，平衡螺母7與活塞8、活塞8與氣缸5之間是輪轂狀配合使得平衡螺母7與活塞8不能發生旋轉運動。手動驅動時，斷開進口 4處管線，轉動頂絲I帶動平衡螺母7與活塞8 一起向右運動，從而帶動螺釘11將座掛球22推出，完成后活塞8依靠反轉頂絲I和彈簧9復位。
[0032]參考附圖1、4，本發明尾管固井尾管座掛用投球器保持爪18由螺栓固定在容腔體17的支架上，保持爪18可繞螺栓轉動。將活塞8推到最右端，使得保持爪18可以自由轉動，這是可以從投球器右端放入座掛球22，之后轉動頂絲I將螺釘11收縮到最左端卡住保持爪18左端使得保持爪右端收攏，防止座掛球自動落出。
[0033]參考附圖1，本發明尾管固井尾管座掛用投球器的氣缸5開有進口 4與自由出口10兩個孔，進口 4連接遠程驅動管線，自由出口 10用來避免氣缸右邊的抽吸效應。
[0034]本發明的尾管固井尾管座掛用投球器，主要用于解決現有技術中投球器存在遠程控制臨時失效的問題，無需重新將水泥頭卸下手工投球，保證投球與固井作業的可靠性。可以安裝在一般水泥頭上，又可以安裝在遠程控制旋轉水泥頭上并聯入控制系統實現遠程控制，又可以通過手動控制，操作簡單，使用范圍廣。
[0035]本發明的尾管固井尾管座掛用投球器的控制方法，包括:
I)、遠程控制時，將裝配套21固定在遠程控制旋轉水泥頭上，將進口 4連接于水泥頭的控制管線，控制介質從進口 4進入氣缸5內，推動活塞8運動，活塞8帶動螺釘11相對于容腔體17運動，使螺釘11的端部作用于座掛球22，并將其推出；完成后，活塞8在彈簧9作用下復位；其中整個過程中，介質不會從自由出口 10排出，活塞8達到最右位置時，它的左端面密封圈不能超過氣缸凹槽的開始位置；自由出口 10只是為了防止活塞右端的腔體發生抽吸作用而設的，因為沒有自由出口，這個腔體就是一個密閉空間，不利于活塞的往復運動。
[0036]2)、手動控制時，斷開進口 4上連接的控制管線，轉動頂絲1，使平衡螺母7帶動活塞8運動，活塞8帶動螺釘11相對于容腔體17運動，使螺釘11的端部作用于座掛球22，并將其推出；完成手，反方向轉動頂絲1，活塞8在彈簧9作用下復位。
[0037]本發明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權利要求】
1.尾管固井尾管座掛用投球器，其特征在于:它包括裝配套(21)和容腔體(17);所述容腔體(17)設于裝配套(21)內形成容納腔；所述容腔體(17)上設置的螺釘(11)，從容納腔內向外穿過容腔體(17)并與往復推送機構連接；所述容腔體(17)上設有位于容納腔內的多個支架，所述支架上設有相互匹配的保持爪(18)，所述螺釘(11)的端部與保持爪(18)共同配合抓住座掛球(22)于容納腔內。
2.如權利要求1所述的尾管固井尾管座掛用投球器，其特征在于:所述支架為4個，其中每個支架上均設有保持爪(18)，其中所述保持爪(18)的中部通過螺栓連接于支架上，使保持爪(18)的兩端可以螺栓為中心擺動。
3.如權利要求1或2所述的尾管固井尾管座掛用投球器，其特征在于:所述往復推送機構包括與裝配套(21)螺紋連接的氣缸(5 )，所述容腔體(17 )固定連接于氣缸(5 )上，所述氣缸(5)內配置有可相對密封滑動的活塞(8);所述活塞(8)內設有可相對滑動的平衡螺母(7)，所述活塞(8)—端與螺釘(11)固定連接，所述活塞(8)的另一端通過平衡螺母(7)螺紋連接有頂絲(1)，所述頂絲(I)從氣缸(5)的端面穿出，所述活塞(8)與容腔體(17)之間設有套于螺釘(11)外的彈簧(9 )。
4.如權利要求3所述尾管固井尾管座掛用投球器，其特征在于:所述活塞(8)內壁上設有沿軸線方向的滑槽，所述平衡螺母(7)外壁上設有沿軸線方向上的滑塊，使所述平衡螺母(7)上的滑塊與活塞(8)上的滑槽匹配并可相對滑動；所述氣缸(5)內壁設有的凹槽，所述活塞(8)靠近容腔體(17) —端的外壁上設有凸塊，所述活塞(8)上的凸塊與氣缸(5)上的凹槽匹配并可相對滑動。
5.如權利要求4所述的尾管固井尾管座掛用投球器，其特征在于:在所述氣缸(5)上靠近端面的側壁上設有進口(4)，所述氣缸(5)側壁上的凹槽處設有自由出口(10)。
6.如權利要求1或2或4或5所述的尾管固井尾管座掛用投球器，其特征在于:所述氣缸(5)與裝配套(21)的連接處設有補償套(12)。
7.一種采用權利要求5所述尾管固井尾管座掛用投球器的控制方法，其特征在于:它包括: 遠程控制:將裝配套(21)固定在遠程控制旋轉水泥頭上，將進口(4)連接于水泥頭的控制管線，控制介質從進口( 4)進入氣缸(5 )內，推動活塞(8 )運動，活塞(8 )帶動螺釘(11)相對于容腔體(17)運動，使螺釘(11)的端部作用于座掛球(22)，并將其推出；完成后，活塞(8)在彈簧(9)作用下復位； 手動控制:斷開進口(4)上連接的控制管線，轉動頂絲(1)，使平衡螺母(7)帶動活塞(8 )運動，活塞(8 )帶動螺釘(11)相對于容腔體(17 )運動，使螺釘(11)的端部作用于座掛球(22)，并將其推出；完成后，反方向轉動頂絲(1)，活塞(8)在彈簧(9)作用下復位。
【文檔編號】E21B33/13GK104265236SQ201410361762
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】王國榮, 張敏, 何霞, 胡剛, 蔣龍, 楚飛, 陳寶康 申請人:西南石油大學