一种用于修井的新型工具载行装置

1.本发明涉及一种用于修井的新型工具载行装置，其特征是使用时无需在下井前对修井工具与钻具进行一对一装配，只需将多种可能用到的修井工具进行载装并一次性下井，于井下根据实际情况选择工具，并进行井下组配，甚至完成多种修井工具协调作业的一种修井工具载装并下井运行的装置，属于石油和天然气工程装备技术领域。


背景技术：

2.修井工具种类繁多，有用于检测、打捞、倒扣类、切割类、震击类、套管刮削类、挤涨类等，修井工具的发展为提高修井质量提供了基础保障。然而，修井质量及效率不仅取决于修井工艺和修井工具本身的先进性，还取决于修井过程中操作的便捷性。尤其是在一项修井作业过程中需要用到多种工具时，井下空间内对于多种工具在钻具上的替换及同时操作的问题，值得专业技术人员深入思考并着重开发。


技术实现要素：

3.针对多种修井工具于井下无法替换及同时操作的问题，本发明提供一种用于修井的新型工具载行装置，以适应夹持、钻凿、削磨、切割等修井工具于井下空间的单独使用或同时作业，而且本发明装置无需对修井工具进行地面替换，只需下井前将可能需要用到的工具一次性置于装置中，便可根据井下实际情况于井下对工具进行选择及组配作业，避免了地面与井下之间对所用工具进行反复的提拉与下放，尤其是钻凿和削磨、夹持和切割等两种或两种以上工具无法协同下井作业等系列问题。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用带有多个隔层及轨道的载运筒与带伸缩轴杆的轨道板和轴芯外螺纹件进行组配，直接通过载运筒上部的头部外螺纹或通过变径将装置连接于钻具端部。带伸缩轴杆的轨道板上安装有依轨道移动且能够锁紧的半圆形的轴芯外螺纹件，轴芯外螺纹件的轴芯控制半圆形外螺纹件进行180度翻转，每两个外螺纹件组配成x型或圆形的外螺纹短节。调整带伸缩轴杆的轨道板的伸缩轴杆的轴杆长度，通过载运筒筒隔层顶隔层面的伸缩轴杆径向走位轨道沿径向向内移动，带伸缩轴杆的轨道板上形成的外螺纹短节与通过载运筒筒隔层非顶隔层面上的工具径向走位轨道外伸运移而出的修井工具的内螺纹对应做旋转组配；通过带伸缩轴杆的轨道板的伸缩轴干的轴旋转实现带伸缩轴杆的轨道板的盘面翻转，以便于带伸缩轴杆的轨道板盘面上形成的多个圆形外螺纹短节都能根据修井需要与载运筒载装的修井工具进行组配。
5.上述载运筒由头部外螺纹、筒侧壁、筒隔层、轨道以及轴位组件构成，通过头部外螺纹与钻具直接连接，或者通过变径与钻具连接。筒隔层分为顶隔层和非顶隔层，顶隔层数量一个，非顶隔层数量多个。头部外螺纹横截断面为圆环形，其底部与筒隔层的顶隔层共面且一体化成型连接。筒侧壁面与筒隔层面相垂直，且筒侧壁面与筒隔层的顶隔层组成一个半圆柱体空间；半圆柱体的垂直投影与头部外螺纹的垂直投影的一半重合，即半圆柱体的
垂直投影呈半圆形，投影半圆形的半径与头部外螺纹圆环形横截断面的半径一致；顶隔层呈半圆形，非顶隔层均为其半圆形面的圆心处带有半径比带伸缩轴杆的轨道板的伸缩轴杆横截断面半径略大的半圆形缺口，非顶隔层的数量与载运筒的隔层空间数量一致，载运筒每两个筒隔层之间为一个隔层空间，每一个隔层空间内能够载装一个修井工具，且高度能够根据修井工具的高度进行调整，即筒侧壁骨架及侧壁面分别为伸缩结构的伸缩杆和具有伸缩功能的波纹板等结构。由顶隔层半圆形圆心处沿顶隔层半圆形弦线边垂直的方向装配直轨道，即轨道两端分别连接于顶隔层半圆形圆心处以及头部外螺纹底部圆形边线处，并设有径边限位，轨道两端与连接处一体化成型，该轨道为伸缩轴杆径向走位轨道；伸缩轴杆径向走位轨道内置伸缩轴杆轴位组件，用以连接带伸缩轴杆的轨道板的伸缩轴杆，并控制伸缩轴杆在该轨道做径向走位移动，且伸缩轴杆轴位组件能够被定位锁紧。筒隔层顶隔层平面上的伸缩轴杆径向走位轨道处于相同垂直平面与各非顶隔层平面的交线处，在各非顶隔层的平面上装配伸缩直轨道，轨道处于最短长度时全部缩于非顶隔层面内，轨道处于最长长度时不超过头部外螺纹的垂直投影边界，该轨道为工具径向走位轨道；工具径向走位轨道内置带有圆形工具卡位盘的工具轴位组件，用以控制载装于卡位盘上的工具在该轨道做径向走位移动，且工具轴位组件能够被定位锁紧。
6.上述带伸缩轴杆的轨道板由伸缩轴杆、盘面、轨道以及轴位组件构成，通过带伸缩轴杆的轨道板的伸缩轴杆上部端头与载运筒顶隔层平面上伸缩轴杆径向走位轨道内置的伸缩轴杆轴位组件相连接。在伸缩轴杆轴位组件的作用下，带伸缩轴杆的轨道板能够于伸缩轴杆径向走位轨道上，在载运筒筒隔层的顶隔层半圆形面的圆心和径边限位之间做径向走位运移，并能够被定位锁紧。带伸缩轴杆的轨道板的伸缩轴杆是由多个横截断面圆半径不等的刚性中空管按节套配组成，拉伸后形成的轴管从上至下，其横截断面圆半径逐节递减，每节刚性中空管的长度小于载运筒最小的隔层空间高度，以保证轴管下部端头能够与载运筒各非顶隔层平面工具径向走位轨道上的修井工具进行螺纹对接并锁紧；轴管下部端头与两边呈半圆形且中间呈长方形的跑道型盘面通过带有圆形卡位盘的轴位组件相连接，该轴位组件为盘面轴位组件，能够被定位且定向锁紧，即跑道型盘面在其形心处能够绕轴管下部端头进行角度旋转并被锁紧。与伸缩轴杆相反的盘面的另一侧装配直轨道，该轨道为轴芯外螺纹件走位轨道，其中心同样位于盘面的形心处，而两侧对称内置有三组带有半圆形卡位的轴位组件，该轴位组件为轴芯外螺纹轴位组件，用以连接半圆形轴芯外螺纹件，并控制半圆形轴芯外螺纹件在轴芯外螺纹轴位组件处进行旋转及在轴芯外螺纹件走位轨道中心与轨道端头之间的走位移动，轴芯外螺纹轴位组件能够被定位且定向锁紧；轴芯外螺纹组件的三组半圆形卡位共计六个，每相邻两个半圆形卡位构成一个圆形卡位，即跑道型盘面上除了盘面形心处的一个圆形卡位，在形心两侧还对称分布一组圆形卡位；轴芯外螺纹件的轴芯与轴芯外螺纹轴位组件配合能够控制半圆形外螺纹件完成180度翻转，使得相邻两个半圆形外螺纹件形成x型或圆形的外螺纹短节，在轴芯外螺纹件走位轨道上移动并于盘面形成的圆形卡位处被定位锁紧。
7.上述轴芯外螺纹件由轴芯和半圆形外螺纹件一对一组配构成，轴芯位于半圆形外螺纹件对称轴线与圆弧段交点处的圆弧段内侧。在轴芯与带伸缩轴杆的轨道板跑道型盘面上轴芯外螺纹件走位轨道内置的轴芯外螺纹轴位组件的配合下，半圆形外螺纹件完成180度翻转或保持不动，使得盘面上形成处于盘面形心处的一个圆形外螺纹短节或形成对称分
布在盘面形心两侧的两个圆形外螺纹短节，而圆形外螺纹短节的横截断面圆半径与盘面的圆形卡位的半径相等，并通过盘面上的轴芯外螺纹轴位组件及圆形卡位被定位锁紧。圆形外螺纹短节成功组配后，将与修井工具内螺纹进行螺纹对接并锁紧。
8.与现有技术相比，本发明利用一次性载装多个修井工具的装置结构，通过翻转和移位可以控制形成一个或多个与修井工具进行螺纹连接的外螺纹短节，并借助带伸缩轴杆的轨道板的伸缩轴杆控制对修井工具的选择和组装对接的高度，来实现将一次性载装的多种修井工具运移至井下，并根据井下实际情况于井下对修井工具进行选择及组配作业，不仅避免了地面与井下之间对所用修井工具进行反复的提拉与下放及对修井工具进行安装替换的地面操作，而且解决了当需要钻凿和削磨、夹持和切割等两种或两种以上修井工具协同作业时，多种修井工具无法同时下井并进行作业的问题。其装置结构简单，效果明显，易于安装和实际应用，极具技术推广前景。
附图说明
9.图1是本发明用于修井的新型工具载行装置示意图。
10.图2是载运筒示意图。
11.图3是带伸缩轴杆的轨道板示意图。
12.图4是轴芯外螺纹件示意图。
13.图5是不同状态下本发明用于修井的新型工具载行装置示意图。
14.图6是不同状态下带伸缩轴杆的轨道板与轴芯外螺纹件的组配示意图。
15.图中：1.载运筒，2.带伸缩轴杆的轨道板，3.轴芯外螺纹件，11.工具轴位组件，12.工具径向走位轨道，13.伸缩轴杆径向走位轨道，14.径边限位，15.伸缩轴杆轴位组件，16.头部外螺纹，17.筒侧壁，18.筒隔层，21.轴芯外螺纹轴位组件，22.盘面轴位组件，23.盘面，24.轴芯外螺纹件走位轨道，25.伸缩轴杆上部端头，31.轴芯，32.外螺纹件。
具体实施方式
16.本发明实施例中的载运筒，其筒隔层的顶隔层呈半圆形，数量一个；筒隔层的非顶隔层为半圆形面的圆心处带有半径比带伸缩轴杆的轨道板的伸缩轴杆横截断面半径略大的半圆形缺口，数量多个且与载运筒的隔层空间数量一致。
17.本发明实施例中的载运筒，其头部外螺纹横截断面为圆环形，其底部与筒隔层的顶隔层共面且一体化成型连接。
18.本发明实施例中的载运筒，其筒侧壁骨架及侧壁面分别为伸缩结构的伸缩杆和具有伸缩功能的波纹板等结构；筒侧壁面与筒隔层面相垂直，且筒侧壁面与筒隔层的顶隔层组成一个半圆柱体空间；半圆柱体的垂直投影与头部外螺纹的垂直投影的一半重合，即半圆柱体的横截断面呈半圆形，垂直投影半圆形的半径与头部外螺纹圆环形横截断面的半径一致。
19.本发明实施例中的载运筒，其筒隔层的顶隔层由半圆形圆心处沿顶隔层半圆形弦线边垂直的方向装配直的伸缩轴杆径向走位轨道，轨道两端分别连接于顶隔层半圆形圆心处以及头部外螺纹底部圆形边线处，轨道两端与连接处一体化成型；轨道内置伸缩轴杆轴位组件，且轴位组件能够被定位锁紧。
20.本发明实施例中的载运筒，其筒隔层的各非顶隔层的平面上装配直的工具径向走位轨道，轨道位于筒隔层顶隔层平面上的伸缩轴杆径向走位轨道处于相同垂直平面与各非顶隔层平面的交线处；轨道处于最短长度时全部缩于非顶隔层面内，轨道处于最长长度时不超过头部外螺纹的垂直投影边界；轨道内置带有工具卡位的工具轴位组件，且轴位组件能够被定位锁紧。
21.本发明实施例中的带伸缩轴杆的轨道板，其伸缩轴杆是由多个横截断面圆半径不等的刚性中空管按节套配组成；拉伸后的形成的轴管从上至下，刚性中空管的横截断面圆半径逐节递减，每节刚性中性管的长度小于载运筒最小的隔层空间高度；轴管下部端头与两边呈半圆形且中间呈长方形的跑道型盘面通过带有圆形卡位的盘面轴位组件相连接，跑道型盘面在其形心处能够绕轴管下部端头进行角度旋转并被锁紧。
22.本发明实施例中的带伸缩轴杆的轨道板，与伸缩轴杆相反的盘面上装配直的轴芯外螺纹件走位轨道，轨道中心位于盘面的形心处，而两侧对称内置有三组带有半圆形卡位的轴芯外螺纹轴位组件，且轴位组件能够被定位且定向锁紧。
23.本发明实施例中的轴芯外螺纹件，其轴芯位于半圆形外螺纹件对称轴线与圆弧段交点处的圆弧段内测，轴芯和半圆形外螺纹件一对一组配。
24.本发明的实施例：一种用于修井的新型工具载行装置示意图、载运筒示意图、带伸缩轴杆的轨道板示意图及轴芯外螺纹件示意图分别如附图1、附图2、附图3和附图4所示。整个工具载行装置由一个载运筒（1）、一个带伸缩轴杆的轨道板（2）和多个轴芯外螺纹件（3）组配而成。载运筒（1）从上至下、从外至内是由头部外螺纹（16）和筒隔层（18）和筒侧壁（17）组成的半封闭式的半圆柱体空间，空间内被筒隔层（18）分隔成多个半圆柱体小空间，每个小空间的底面即筒隔层（18）的非顶隔层，均为中心呈半圆形缺口的半圆形面，非顶隔层的对称轴线上组配有伸缩性的直的工具径向走位轨道（12），该轨道内置带圆形工具卡位的工具轴位组件（11），用于将修井工具通过工具轴位组件（11）连动，并在工具径向走位轨道（12）上进行径向移动使工具移入或移出载运筒（1）半封闭式的半圆柱体空间。当修井工具被移入载运筒（1）半圆柱体空间不用时，工具轴位组件（11）及其圆形工具卡位将修井工具锁紧。筒隔层（18）的顶隔层为半圆形面，与头部外螺纹（16）的圆环形底面一体化成型连接，顶隔层面在与载运筒（1）开放侧对称面的交界线处组配有直的伸缩轴杆径向走位轨道（13），该轨道从顶隔层面半圆形圆心处至头部外螺纹（16）的底面边线处，且与顶隔层和头部外螺纹（16）一体化成型连接，轨道内置伸缩轴杆轴位组件（15），用于连接伸缩轴杆的轨道板（2）的伸缩轴杆上部端头（25），并连动控制带伸缩轴杆的轨道板（2）的伸缩轴杆，使带伸缩轴杆的轨道板（2）的盘面（23）能够在载运筒（1）的头部外螺纹（16）的下方做垂直方向的伸缩及径向移动，即盘面（23）能够到达载运筒（1）各隔层空间与各非顶隔层上通过工具径向走位轨道（12）传送的修井工具进行对接，并在伸缩轴杆轴位组件（15）控制下被定位锁紧于载运筒中心沿径向向外至径边限位（14）的伸缩轴杆径向走位轨道（13）上的任意点位。带伸缩轴杆的轨道板（2）的盘面（23）一侧，沿盘面长轴线组配有直的轴芯外螺纹件走位轨道（24），轨道形心与跑道型盘面（23）的形心和带伸缩轴杆的轨道板（2）的伸缩轴杆相对应，而轴芯外螺纹件走位轨道（24）形心处内置带圆形卡位的盘面轴位组件（22），即带伸缩轴杆的轨道板（2）的伸缩轴杆的一端与伸缩轴杆轴位组件（15）连接，另一端与跑道型盘面（23）上外螺纹件走位轨道
（24）的盘面轴位组件（22）相连接，盘面轴位组件（22）能够被定位且定向锁紧，即跑道型盘面（23）在其形心处能够绕轴管下部端头进行角度旋转并被锁紧。载运筒（1）的筒侧壁（17）为伸缩结构的伸缩杆和具有伸缩功能的波纹板等结构，以保证每两个筒隔层（18）之间的空间高度能够根据载装的修井工具的高度进行调整，同时筒侧壁（17）对载装于载运筒(1)中的修井工具形成保护作用。位于盘面轴位组件（22）两侧，轴芯外螺纹件走位轨道（24）对称内置有三组共计六个半圆形卡位的轴芯外螺纹轴位组件（21），用以连接半圆形轴芯外螺纹件（3），并控制其在轴芯外螺纹轴位组件（21）处进行旋转及在轴芯外螺纹件走位轨道（24）中心与端头之间的走位移动，轴芯外螺纹轴位组件（21）能够被定位且定向锁紧；每相邻两个半圆形卡位组成一个圆形卡位，即跑道型盘面（23）共计三个圆形卡位。轴芯外螺纹件（3）的轴芯（31）与轴芯外螺纹轴位组件（21）配合作业能够控制半圆形外螺纹件（32）完成180度翻转，使得相邻两个半圆形外螺纹件（32）形成x型或圆形的外螺纹短节，通过在轴芯外螺纹件走位轨道（24）移动并于圆形卡位处被定位锁紧。在轴芯（31）与带伸缩轴杆的轨道板（2）跑道型盘面（23）上轴芯外螺纹件走位轨道（24）内置的轴芯外螺纹轴位组件（21）的配合下，半圆形外螺纹件（32）完成180度翻转或保持不动，使得盘面（23）上能够形成位于盘面（23）形心处的一个圆形外螺纹短节或形成对称分布于盘面（23）形心两侧的两个圆形外螺纹短节，圆形外螺纹短节的横截断面圆半径与盘面（23）的圆形卡位的半径相等，并通过盘面（23）上的轴芯外螺纹轴位组件（21）及圆形卡位被定位锁紧。
25.不同状态下，本发明用于修井的新型工具载行装置示意图及带伸缩轴杆的轨道板与轴芯外螺纹件的组配示意图分别如附图5和附图6所示。整个工具载行装置在使用过程中，首先，于地面先行调整载运筒(1)筒侧壁（17）高度，将井下可能用到的多种修井工具载装于载运筒(1)筒隔层（18）内置于工具径向走位轨道（12）的工具轴位组件（11）所带有的圆形工具卡位处锁紧，再将整个装置通过载运筒（1）的头部外螺纹（16）直接与钻具相连接或通过变径螺纹与钻具连接；由伸缩轴杆轴位组件（15）和盘面轴位组件（22）控制调整带伸缩轴杆的轨道板（2）伸缩轴杆的长度，使盘面（23）处于载运筒(1) 各隔层空间的空闲处，并调整伸缩轴杆的轨道板（2）的伸缩轴杆处于载运筒（1）筒隔层（18）半圆形顶隔层的中心处，以保证整个工具载行装置全部位于载运筒（1）本身的圆柱体结构空间内，对装置于下井过程中形成保护；整个装置随钻具下井。其次，装置到达修井目标位置，根据实际问题及工具需求，由工具轴位组件（11）连动控制带伸缩轴杆的轨道板（2）的伸缩轴杆上部端头（25）沿工具径向走位轨道（12），在载运筒（1）筒隔层（18）半圆形顶隔层的中心处与径边限位(14)之间做径向外移，并调整伸缩轴杆的长度使盘面（23）到达被选用的修井工具所在的筒隔层（18）高度位置。若每次作业仅需要使用一种修井工具，由轴芯外螺纹轴位组件（21）控制轴芯外螺纹件（3）的轴芯（31）选择位于盘面（23）中间的两个相邻半圆形外螺纹件（32）根据需要完成180度旋转或保持不动，最终使这两个相邻半圆形外螺纹件（32）在盘面（23）形心处的一个圆形外螺纹短节；沿伸缩性工具径向走位轨道（12），由工具轴位组件（11）连动控制被选择的修井工具与由伸缩轴杆轴位组件（15）和盘面轴位组件（22）控制的盘面（23）形心处的圆形外螺纹短节进行对接，并将对接好的修井工具在盘面（23）形心处的圆形卡位处锁紧，此时选择并组配修井工具完成。若每次作业需要不只一种修井工具，则需要控制调整在盘面（23）形心两侧形成对称的两个外螺纹短节，并同理操作将对接好的修井工具在盘面（23）的两个对称圆形卡位处锁紧。再次，由伸缩轴杆轴位组件（15）和盘面轴位组件（22）控
制带伸缩轴杆的轨道板（2）沿伸缩轴杆径向走位轨道（13）做径向移动，使其位于装置空间空闲处，并能够调整带伸缩轴杆的轨道板（3）的伸缩轴杆长度，以保证盘面（23）位于载运筒的下方。最后，由伸缩轴杆轴位组件（15）控制带伸缩轴杆的轨道板（3）沿伸缩轴杆径向走位轨道（13）做径向移动，使伸缩轴杆上部端头（25）位于载运筒（1）筒隔层（18）的半圆形顶隔层的圆心处，并被定位锁紧，此时，整个工具载行装置对修井工具的选择、组配及作业前走位调整全部结束，可以进行修井作业。当修井作业结束时，逆序上述操作，将装置提升至地面并卸载即可。
26.以上内容是结合具体设计形式的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，本发明具体实施方式中的轴芯外螺纹件的数量，可增加至使得两个以上修井工具同时作业的范围。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出其他若干种简单的推演或替换性结构设计，这些都应当视为属于本发明由所提交权利要求书确定的专利保护范围。