水下井口头回收工具.pdf

本发明提供了一种水下井口头回收工具，应用于海洋弃井时水下井口头的切割回收。主要包括支撑座、锁紧臂、销轴、锁紧臂弹簧、支撑盖、支撑管和旋转提拉总成。其中，旋转提拉总成包括旋转壳体、导向帽、推力轴承、弹簧总成和心轴。支撑座坐放到井口头后，心轴带动旋转提拉总成完成旋转和提拉功能，使锁紧臂锁紧井口头，实现心轴在受拉状态下的旋转作业，作业完成后，心轴带动旋转提拉总成旋转、提升，锁紧臂在锁紧臂弹簧的辅助作用下与井口头脱离，实现井口头回收工具的脱离与回收。特点是结构紧凑、工作状态可视、安全可靠，完全适应海洋水下井口头回收作业需求。

1.  一种水下井口头回收工具主要由支撑座(10)、锁紧臂(4)、销轴(5)、锁紧臂弹簧(3)、支撑盖(2)、支撑管(13)和旋转提拉总成组成；
旋转提拉总成由旋转壳体(6)、导向帽(8)、推力轴承(12)、压缩弹簧(11)和心轴(1)组成；其中，心轴(1)为空心圆柱状，心轴(1)上端有内螺纹，下端有外螺纹；在心轴(1)外壁上有一个圆环形台肩，台肩下表面有上捏合凸台(21)；
旋转壳体(6)为圆筒状，内有阶梯形中心孔；旋转壳体(6)上部套在心轴(1)外壁上，下部套在心轴(1)台肩的外壁上；在心轴(1)与旋转壳体(6)之间的环形空间内有压缩弹簧(11)和推力轴承(12)，压缩弹簧(11)和推力轴承(12)套在心轴(1)的外壁上，并且压缩弹簧(11)在心轴(1)台肩上平面与推力轴承(12)之间；
旋转壳体(6)的外壁上纵向均匀分布有三个凸键(23)，三个凸键(23)与支撑座(10)内壁上的三组环槽(18)和竖槽(17)配合；
旋转壳体(6)上端均匀分布有三个凹槽，三个凹槽是锁紧臂释放槽(20)；旋转壳体(6)上端均匀分布有三个凸起，三个凸起是定位台阶(24)；
圆锥体形的导向帽(8)套在心轴(1)的外壁上，并且导向帽(8)与旋转壳体(6)上端面与旋转壳体(6)下端面相对，导向帽(8)通过导帽螺栓(22)固定在旋转壳体(6)下端，在导向帽(8)上端面上有条形下捏合凸台(7)，导向帽(8)的下捏合凸台(7)与心轴(1)台肩下表面的上捏合凸台(21)配合；
支撑座(10)为同心双层圆筒状，内层圆筒套在旋转壳体(6)的外壁上，内层圆筒顶部均匀分布有三个凹槽，即三个锁紧臂安装槽(16)；在外层圆筒上平面上有与三个凹槽分别相对的锁紧臂销孔(19)，在内层圆筒的内壁上有台阶状的环槽(18)和与之联通的竖槽(17)，环槽(18)和竖槽(17)共三组，呈周向均匀分布；
锁紧臂(4)为90度弯曲板，锁紧臂(4)有横壁和竖壁，锁紧臂(4)竖壁下端内侧有与井口头(9)外壁环槽相配合的凸起台阶，台阶能挂在井口头(9)外壁环槽上，锁紧臂(4)内侧转角处有销孔(19)，三个销轴(5)分别穿过支撑座(10)的三个锁紧臂销孔(19)和锁紧臂(4)内侧销孔(19)，将锁紧臂(4)连接在支撑座(10)上，锁紧臂(4)能沿销轴(5)摆动，锁紧臂(4)的下端台阶能挂在井口头(9)外壁环槽上或脱离井口头(9)外壁环槽，锁紧臂(4)横壁端部上平面有弹簧固定槽，在弹簧固定槽内有锁紧臂弹簧(3)；
支撑盖(2)为圆盘状有中心孔，支撑盖(2)套在心轴(1)上，支撑盖(2)的下平面压在支撑座(10)的上平面上，并且通过螺钉(15)将支撑盖(2)固定在支撑座(10)的上平面上；三个锁紧臂(4)和锁紧臂弹簧(3)被压在支撑盖(2)下部。

2.  根据权利要求1所述的水下井口头回收工具，其特征是：支撑盖(2)上部面有筋板；在支撑盖(2)下平面与支撑座(10)外筒的上平面之间垫有支撑管(13)，螺栓(14)穿过支撑盖(2)固定孔和支撑管(13)固定在支撑座(10)上平面螺孔内，将支撑盖(2)固定在支撑座(10)的上部。

3.  根据权利要求1或2所述的水下井口头回收工具，其特征是：支撑座(10)外层圆筒的下端内侧有45度斜锥面。

4.  根据权利要求1或2所述的水下井口头回收工具，其特征是：支撑座(10)内层圆筒的外径与井口头(9)内壁直径相同；支撑座(10)外层圆筒的内径与井口头(9)外壁直径相同。

水下井口头回收工具
技术领域
本发明涉及海洋石油钻井技术领域。具体就是一种适于海洋钻探弃井用的水下井口头回收专用工具。
背景技术
海洋石油勘探开发过程中，完成探井钻探后，需要进行测试并分析是否能转化为生产井。若判断不能转化为生产井，此井要放弃。在弃井过程中需把水下井口头系统从泥线以下一定深度切割开，并回收上部井口头，以免在泥线以上留有隐患。因而需要一种专门的井口头切割回收工具。传统的弃井方法采用的是下压式弃井回收工具，即采用旋转体直接坐落在井口头的上端面上，并在对井口头施加向下压力的状态下旋转钻柱，钻柱带动下端的切割工具完成对套管的切割。随着水深的增加，这种传统的下压式弃井回收工具的缺点逐渐暴露出来。如：由于井口头处于受压状态，钻柱在旋转时容易发生径向摆动，造成切割不稳定，作业效率低，严重时造成钻杆折断事故发生。
发明内容
本发明的目的是：提供一种适于海洋钻探弃井用的水下井口头回收工具，能与井口头对接；在钻柱旋转切割套管时，能通过锁紧臂对井口头施加上提拉力；在套管被割断后，能实现水下井口头的安全回收，并且结构紧凑，操作安全、简便。
本发明采用的技术方案是：水下井口头回收工具主要由支撑座、锁紧臂、销轴、锁紧臂弹簧、支撑盖、支撑管和旋转提拉总成组成。
旋转提拉总成由旋转壳体、导向帽、推力轴承、压缩弹簧和心轴组成。其中，心轴为空心圆柱状，心轴上端有内螺纹，下端有外螺纹；在心轴外壁上有一个圆环形台肩，台肩下表面有上捏合凸台。
旋转壳体为圆筒状，内有阶梯形中心孔；旋转壳体上部套在心轴外壁上，下部套在心轴台肩的外壁上；在心轴与旋转壳体之间的环形空间内有压缩弹簧和推力轴承，压缩弹簧和推力轴承套在心轴的外壁上，并且压缩弹簧在心轴台肩上平面与推力轴承之间。
旋转壳体的外壁上纵向均匀分布有三个凸键，三个凸键与支撑座内壁上的三组环槽和竖槽配合。
旋转壳体上端均匀分布有三个凹槽，三个凹槽是锁紧臂释放槽；旋转壳体上端均匀分布有三个凸起，三个凸起是定位台阶，实现下井口头回收工具与井口头的快速、安全解脱。
圆锥体形的导向帽套在心轴的外壁上，并且导向帽与旋转壳体上端面与旋转壳体下端面相对，导向帽通过导帽螺栓固定在旋转壳体下端。在导向帽上端面上有条形下捏合凸台，导向帽的下捏合凸台与心轴台肩下表面的上捏合凸台配合。当上捏合凸台与下捏合凸台捏合后，心轴能带动旋转壳体和导向帽一起旋转；当上捏合凸台与下捏合凸台分离后，心轴能单独旋转。
支撑座为同心双层圆筒状，内层圆筒套在旋转壳体的外壁上，内层圆筒顶部均匀分布有三个凹槽，即三个锁紧臂安装槽。在外层圆筒上平面上有与三个凹槽分别相对的锁紧臂销孔。在内层圆筒的内壁上有台阶状的环槽和与之联通的竖槽，环槽和竖槽共三组，呈周向均匀分布。
锁紧臂为90度弯曲板，锁紧臂有横壁和竖壁，锁紧臂竖壁下端内侧有与井口头外壁环槽相配合的凸起台阶，台阶能挂在井口头外壁环槽上。锁紧臂内侧转角处有销孔。三个销轴分别穿过支撑座的三个锁紧臂销孔和锁紧臂内侧销孔，将锁紧臂连接在支撑座上，锁紧臂能沿销轴摆动，锁紧臂的下端台阶能挂在井口头外壁环槽上或脱离井口头外壁环槽。锁紧臂横壁端部上平面有弹簧固定槽。在弹簧固定槽内有锁紧臂弹簧。
支撑盖为圆盘状有中心孔，支撑盖套在心轴上，支撑盖的下平面压在支撑座的上平面上，并且通过螺钉将支撑盖固定在支撑座的上平面上。三个锁紧臂和锁紧臂弹簧压在支撑盖下部，阻挡锁紧臂向上移动。
为了加强支撑盖的强度，支撑盖上部面有筋板；在支撑盖下平面与支撑座外筒的上平面之间垫有支撑管，螺栓穿过支撑盖固定孔和支撑管固定在支撑座上平面螺孔内，将支撑盖固定在支撑座的上部。
支撑座外层圆筒的下端内侧有45度斜锥面。
支撑座内层圆筒的外径与井口头内壁直径相同；支撑座外层圆筒的内径与井口头外壁直径相同。
水下井口头回收工具的工作原理：参阅图1。
旋转提拉总成心轴1上端接钻柱，下端接扶正器和切割工具。下放时，旋转壳体6外壁上的凸键23位于支承座内壁环槽18内，凸键23上端与环槽18上端接触，悬挂着回收工具下放，此时，锁紧臂4位于锁紧臂释放槽20内，在锁紧臂弹簧3的作用下张开。下放到位，支承座坐落到井口头9时，缓慢下放旋转提拉总成，凸键23下端触及环槽18下端，锁紧臂4脱离锁紧臂释放槽20。顺时缓慢转动旋转提拉总成，凸键23碰到环槽18台阶，上提旋转提拉总成，旋转壳体6上端面与锁紧臂4内端接触，锁紧臂4转动与井口头9咬合。继续顺时转动旋转提拉总，凸键23进入环槽18上部台阶，锁紧臂4与井口头9的咬合被锁死。上提心轴1，心轴1下端的上捏合凸台21与导向帽8上的下捏合凸台7脱离，心轴1在受拉状态下顺时旋转，进入工作状态。在更换刀具等需要使回收工具与井口头9解脱时，首先下放心轴1，在压缩弹簧11的作用下心轴1与旋转壳体6咬合，然后逆时转动心轴1，锁紧臂4与定位台阶24接触，此时锁紧臂4位置与锁紧臂释放槽20对正，锁紧臂4在锁紧臂弹簧3作用下转动，下端与井口脱离，上提心轴1，凸键23与环槽18上端接触，带动回收工具上移。
心轴1带动旋转提拉总成完成旋转和提拉功能，使锁紧臂4锁紧井口头9，实现心轴1在受拉状态下的旋转作业，作业完成后，心轴1带动旋转提拉总成旋转、提升，锁紧臂4在锁紧臂弹簧3的辅助作用下与井口头9脱离，实现井口头回收工具的脱离与回收。
本发明的特征在于：
1、采用了外挂式锁紧臂4结构，实现了回收工具与井口头9的可视化锁紧与解脱；
2、旋转壳体6为圆筒状，外壁有均匀分布的三个凸键23，与支撑座10内壁上的三组环槽18和竖槽17配合，实现井口头回收工具与井口头9的咬合与锁紧。
3、旋转壳体6顶端设有锁紧臂释放槽20和定位台阶24，实现井口头回收工具与井口头9的快速、安全解脱；
4、旋转提拉总成心轴1和导向帽8上设置了相配合的突台，在压缩弹簧11的作用下，实现心轴1单独旋转与心轴1带动旋转壳体6一起转动两种工作状态的转换。
本发明的有益效果：水下井口头回收工具，能适于海洋钻探弃井用水下井口头回收，实现了井口头在受拉状态下的钻柱旋转专业，减小了钻柱工作状态下的径向摆动，提高了切割作业的稳定性和工作效率，能实现水下井口头的安全、快速回收。
附图说明
图1是本发明水下井口头回收工具结构剖面示意图；
图2是支撑座剖面示意图；
图3是旋转提拉总成剖面示意图。
附图序号：1-心轴，2-支撑盖，3-锁紧臂弹簧，4-锁紧臂，5-销轴，6-旋转壳体，7-下捏合凸台，8-导向帽，9-井口头，10-支撑座，11-压缩弹簧，12-推力轴承，13-支撑管，14-螺栓，15-螺钉，16-锁紧臂安装槽，17-竖槽，18-环槽19-销孔，20-锁紧臂释放槽，21-上捏合凸台，22-导帽螺栓，23-凸键，24-定位台阶。
具体实施方式
以一个适用于18-3/4″井口头9(内径为473毫米)的水下井口头回收工具为例，结合附图，对本发明作进一步详细说明。
参阅图1。本发明水下井口头回收工具，主要由支撑座10、锁紧臂4、销轴5、锁紧臂弹簧3、支撑盖2、支撑管13和旋转提拉总成组成。
参阅图2。旋转提拉总成由旋转壳体6、导向帽8、推力轴承12、压缩弹簧11和心轴1组成。其中，心轴1为空心圆柱状，心轴1外径为203.2毫米。心轴1上端有钻具内螺纹，下端有钻具外螺纹。在心轴1外壁上有一个圆环形台肩，圆环形台肩的厚度为48毫米。圆环形台肩下表面有四个上捏合凸台21。上捏合凸台21的高度为10毫米，宽度为10毫米。
旋转壳体6为圆筒状，外径为400毫米。旋转壳体6的内有阶梯形中心孔；旋转壳体6上部小中心孔套在心轴1外壁上，下部大中心孔套在心轴1台肩的外壁上；在心轴1与旋转壳体6之间的环形空间内有一个压缩弹簧11和一个推力轴承12。压缩弹簧11和推力轴承12套在心轴1的外壁上，并且压缩弹簧11在心轴1台肩上平面与推力轴承12之间。
旋转壳体6的外壁上纵向均匀分布有三个凸键23，三个凸键23与支撑座10内壁上的三组环槽18和竖槽17配合。(在工作原理部分有如何配合的叙述)
旋转壳体6上端均匀分布有三个凹槽，凹槽的宽度为47.61°，高度为50毫米。三个凹槽是锁紧臂释放槽20；旋转壳体6上端均匀分布有三个凸起，凸起的宽度为21.2°，高度为30毫米。三个凸起是定位台阶24，实现下井口头回收工具与井口头9的快速、安全解脱。(在工作原理部分有如何解脱的叙述)
圆锥体形的导向帽8套在心轴1的外壁上，锥体的锥度为45°。导向帽8与旋转壳体6上端面与旋转壳体6下端面相对，并且导向帽8通过五个导帽螺栓22固定在旋转壳体6下端。在导向帽8上端面上有四个条形下捏合凸台7，导向帽8的下捏合凸台7与心轴1台肩下表面的上捏合凸台21配合。
参阅图2。支撑座10为同心双层圆筒状，内层圆筒套在旋转壳体6的外壁上，内层圆筒顶部均匀分布有三个宽度为120毫米的凹槽，即三个锁紧臂安装槽16。在外层圆筒上平面上有与三个凹槽分别相对的锁紧臂销孔19。在内层圆筒的内壁上有台阶状的环槽18和与之联通的竖槽17，环槽18和竖槽17共三组，呈周向均匀分布。支撑座10内层圆筒的外径与井口头9内壁直径相同；支撑座10外层圆筒的内径与井口头9外壁直径相同。
参阅图1。锁紧臂4为90度弯曲板，锁紧臂4有横壁和竖壁，锁紧臂4的厚度为118毫米。锁紧臂4竖壁下端内侧有与井口头9外壁环槽相配合的凸起台阶，台阶能挂在井口头9外壁环槽上。锁紧臂4内侧转角处有一个销孔19。三个销轴5分别穿过支撑座10的三个锁紧臂销孔19和锁紧臂4内侧销孔19，将锁紧臂4连接在支撑座10上，锁紧臂4能沿销轴5摆动，锁紧臂4的下端台阶能挂在井口头9外壁环槽上或脱离井口头9外壁环槽。锁紧臂4横壁端部上平面有弹簧固定槽。在弹簧固定槽内有锁紧臂弹簧3。锁紧臂弹簧3是压缩弹簧。
支撑盖2为圆盘状有中心孔，支撑盖2中心孔套在心轴1上，支撑盖2的下平面压在支撑座10的上平面上，并且通过三个螺栓14和三个螺钉15将支撑盖2固定在支撑座10的上平面上。三个锁紧臂4和锁紧臂弹簧3压在支撑盖2下部，阻挡锁紧臂4向上移动。
支撑盖2上部面有六个筋板；在支撑盖2下平面与支撑座10外筒的上平面之间垫有三个支撑管13，螺栓14穿过支撑盖2固定孔和支撑管13固定在支撑座10上平面螺孔内，将支撑盖2固定在支撑座10的上部。支撑座10外层圆筒的下端内侧有一个45度斜锥面。