安全接头规格.docx

螺纹联接式丢手机构主要应用于石油固井套管柱中,其特点是丢手之前必须在螺纹联接处卸去重力载荷,其结构如图3。丢手机构通过丢手螺母与套管柱相联接,丢手螺母和下接头之间通过花键或八方传递扭矩,上接头与上部钻具相联接。丢手机构随套管柱下井,当套管柱通过悬挂器挂在外层套管上或坐在井底时,继续下放一段管柱,让卸荷套与套管柱压紧,卸去丢手螺母上的轴向载荷,然后转动上部钻具,因丢手螺母加工有反螺纹,随着钻具的转动便退入卸荷套内,与套管柱脱开。这种丢手机构首先是承载能力大,可以承受几百吨的载荷;其次是卸荷套消除丢手螺母的轴向载荷后,丢手螺母与套管柱之间有相对运动时,减少了摩擦力的影响,确保丢手螺母顺利倒螺纹并脱开。图3螺纹联接式丢手机构1.3自动爪式丢手机构自动爪式丢手机构是一种常用于油管柱和套管柱的自动丢手机构(如图4)。它通过爪子将送入工具和管柱联接起来。工作时,在管柱下井后,从井口投胶塞,通过丢手机构,将堵塞剪断,露出传压孔,然后加压,压力通过传压孔作用在活塞上,推动活塞上行,活塞上设计有推动环,推动爪子向内收缩,从而将管柱与上接头脱开,实现丢手。这种丢手机构只要加压就可以动作,完全自动,但有2个缺陷,第一是管柱质量依靠几个爪子的尖端来承担,额定载荷较小,同时丢手时,摩擦力较大,推动活塞运动的液体压力较高,丢手较困难;第二是在下管柱过程中,当管柱遇阻或上下振动时,爪子前后摆动,有可能造成提前脱挂。图4自动爪式丢手机构1.4滚珠式丢手机构这是最简单的丢手机构,主要用于油管柱和套管柱的丢手作业,其结构如图5。内外管柱之间完全依靠滚珠联接,当管柱下放到设计位置时,从井口投球,然后加压,球座剪断销钉脱落,稍稍活动管柱,滚珠自动脱落,便达到丢手的目的。这种丢手机构虽然简单,但管柱的全部质量完全依靠滚珠来承担,一旦由于管柱在下放过程中振动而压碎滚珠,丢不开手的情况就可能发生。因此,要求滚珠有非常高的强度和良好的质量,图5滚珠式丢手机构2可旋转的丢手机构2.1摩擦式丢手机构摩擦式丢手机构也叫做摩擦式安全接头(如图6),主要用在石油钻井井下工具中,常用在取心筒上,如,250P取心筒等,其关键零件是内外筒之间的摩擦环,在摩擦环的2个端面上,通过焊接或机加工,变成凹凸不平并带有尖锐突出物的表面,内外筒之间用反螺纹联接。内外筒拧紧后,依靠摩擦环的2个摩擦端面传递扭矩。所传递扭矩的大小通过摩擦因数和上紧力矩来控制。当工具在井下遇卡时,扭矩超过摩擦环所承受的设计扭矩时,反螺纹松开,内外筒脱开,内筒随钻具一起起上来,外筒丢在井下,保证了上部钻具的安全。这种丢手工具摩擦环的扭矩不好控制,摩擦力过大,有可能脱不开;摩擦力过小,则导致提前丢手,通常用实测法确定摩擦力的大小。64OILFIELDEQUIPMENT2004Vol.332=图6摩擦式丢手机构2.2液压爪式丢手机构液压爪式丢手机构主要用于采油作业中,当需要机械坐封式封隔器时,常用这种结构。该丢手机构主要通过爪式机构来传递重力和扭矩(如图7),在上接头设计有卡爪,卡爪顶端加工有凸起的端部,在下接头上加工有花键与卡爪相配合用来传递扭矩,花键的另一端有环形槽,与卡爪凸起的端部相配合用来传递重力,外面有控制液缸。当封隔器坐封完毕需要丢手时,从管柱内加压,控制液缸剪钉剪断,液体压力推动控制液缸下行,当控制液缸与卡爪完全脱开后,上提管柱,卡爪因斜面作用张开,上下接头脱开,实现丢手。这种工具的主要缺点是传递重力较小,当下部管柱的质量较大时有一定的危险性;控制液缸设计在外部,在下放管柱中外力摩擦有可能误动作,提前丢手。图7液压爪式丢手机构3丢手机构的设计3.1牙嵌式丢手机构牙嵌式丢手机构是一种用来传递大扭矩和重载荷的可旋转丢手机构,可用于石油钻井的井下工具中,作为安全接头使用(如图8),在上接头和滑套之间设计有相互啮合的牙嵌;滑套和下接头之间设计有花键联接。正常钻井时,通过牙嵌和花键传递扭矩,而轴向载荷依靠梯形反螺纹来传递。当钻具在井下遇卡时,从井口投入一个胶塞,胶塞下行剪断堵塞,液压孔贯通。此时加压,推动滑套剪断销钉下行,牙嵌脱开,正转钻具,由于梯形反螺纹自行脱开,确保上部钻具能够顺利起出井口。图8牙嵌式丢手机构3.2内爪式丢手机构内爪式丢手机构主要用于油管柱和套管柱的丢手作业中,其结构如图9。丢手工具上接头的前端加工有内爪,内爪端部有突出端,进入下接头的环行槽内,由张紧套撑住,防止内爪向内收缩而丢手。整个丢手机构随着管柱下入井下,到位后再下压一点距离,使内爪处于环形槽的中部,避免内爪斜面与环形槽斜面相接触而挤压张紧套,使张紧套因自锁而难以向下运动。然后投球加压,推动张紧套剪断剪钉向下运动,当张紧套越过内爪之间的长槽时,上下管柱相通泄压,内爪端部就可以退入张紧套上的环形槽内,上提管柱,便自动脱开,完成丢手。这种丢手机构的优点,一是运动机构均设计在管柱内,不会因管柱与井壁的刮擦而引起误操作;二是张紧套、球及内爪等所有零件均随上部管柱的提出而起出,不会给管柱端部留下阻碍。缺点是承载能力较小。如果用于可回收管柱的作业时,在下接头内部加工一个内锥螺纹即可实现。图9内爪式丢手机构4结论各种丢手机构千差万别,因此,根据使用目的和条件的不同,设计的侧重点也各不相同,但是丢手动作的可靠性和安全性永远是丢手机构设计的关键,如前面提到的螺纹联接式丢手机构在现场使用已经达到了相当的规模,可靠性接近100。此外,将几种不同结构的丢手机构组合设计在一起,也是一种提高可靠性的办法,但会增加成本和加工难度。总之,丢手机构的设计应遵循可靠、安全、简单这3项原则。参考文献:1刘红梅,王友林.KDS-115型液压丢手工具的研究J.石油机械,2001,(29)1:32-33.2何云.液压控制型安全接头的研制和应用J