第 4 章井下打捞工具在修井作业中,打捞作业占三分之二以上,而井着落物种类众多,形态万千,此中主要有管类落物、杆类落物、绳类落物、井下仪器工具类落物、损坏胶皮、卡瓦及磨套铣金属碎屑等。
打捞工具就是针对不一样落物的特色设计制造的,用来打捞井着落物的工具。
打捞工具依据境内落物的种类,可分为管类打捞工具、杆类打捞工具、绳缆类打捞工具、测井仪器类打捞工具、小物品类打捞工具。
比方打捞筒、打捞矛、公锥、母锥、强磁打捞器、内钩、外钩、一把抓、捞杯、钢丝刷等。
4.1锥类打捞工具锥类打捞工具是一种特意从管类落物 ( 油管、钻杆、封隔器、配水器等下井工具 ) 的内孔或外壁长进行造扣而打捞落物的专用工具,打捞成功率较高,操作也较简单掌握。
锥类打捞工具分为公锥和母锥两种形式。
公锥公锥由连结头和锥体两部分构成,一般是长锥形整体构造。
锥体的螺纹有三角形螺纹和锯齿形螺纹两种,同时又分有排屑槽和无排屑槽形式,公锥的构造如图 4-1 所示。
图 4-1公锥构造表示图工作原理:当公锥进入打捞落物内孔以后,加合适的钻压,并转动钻具,迫使打捞螺纹挤压吃入落鱼内壁进行造扣。
当所造之扣能蒙受必定的拉力和扭矩时,可采纳上提或倒扣的方法将落物所有或部分捞出。
母锥母锥是长筒形整体构造,由接头与本体两部分构成。
接头上有正、反扣标记槽,本体内锥面上有打捞螺纹。
打捞螺纹与公锥同样,有三角形螺纹和锯齿形螺纹两种,同时也分有排屑槽和无排屑槽两种形式,母锥的构造如图4-2 所示。
工作原理:母锥工作原理与公锥同样,均依赖打捞螺纹在钻具压力与扭矩作用下,吃入落物外壁造扣,将落物捞出。
就造扣机理而言,属挤压吃入,不产生切屑。
图 4-2母锥构造表示图4.2矛类打捞工具矛类打捞工具按作用原理可分为水力式打捞矛和机械式打捞矛;按工具构造特点可分为不行退式滑块捞矛、接箍捞矛、可退式捞矛 3 大类。
此中滑块捞矛又有单牙块与双牙块两种;接箍捞矛又分为抽油杆接箍捞矛和油管接箍捞矛两种。
水力打捞矛用途:水力打捞矛用于从落鱼内孔打捞各样大直径管类落鱼,如断裂的套铣管、提打捞简和大直径冲铣管等。
构造:水力打捞矛由上接头、矛体、活塞、活塞推杆、弹簧、卡瓦及锥体等构成,构造如图 4-3 所示。
1- 上接头, 2- 矛体, 3- 密封圈, 4- 活塞, 5- 活塞推杆,6- 卡瓦, 7- 拉簧, 8- 弹簧图 4-3水力打捞矛构造表示图工作原理:当工具进入落物内腔以后,开泵憋压,迫使活塞推杆带动卡瓦销子沿直槽向下滑动,推进卡瓦沿锥面向下使卡瓦张开,直至与落鱼内孔完好联合将落鱼捞获为止。
当活塞下行必定长度以后,矛体中部连结通孔翻开,假如此时卡瓦未处于打捞地点时可持续下行,直至连通孔处于打捞地点为止。
而后上提钻柱,因为落鱼的自重使落鱼、卡瓦、锥体三者卡死,将落鱼捞出。
滑块捞矛(1)构造原理用途:滑块捞矛是内捞工具,它能够打捞钻杆、油管、套铣管、衬管、封隔器、配水器、配产器等拥有内孔的落物,又可对遇卡落物进行倒扣作业或配合其余工具使用 ( 如震击器、倒扣器等 ) ,构造如图 4-4 所示。
1- 上接头, 2- 矛杆, 3- 滑块, 4- 锁块, 5- 螺钉图 4-4滑块捞矛构造表示图工作原理:当矛杆与滑块进入鱼腔以后,滑块依赖自重向下滑动,滑块与斜面产生相对位移,滑块齿面与矛杆中心线距离增添,使其打捞尺寸渐渐加大,直至与鱼腔内壁接触为止。
上提矛杆时,斜面向上运动所产生的径向分力,迫使滑块咬入落物内壁,抓住了落物。
(2)滑块捞矛受力剖析①打捞状态下矛杆受力剖析取矛杆为研究对象,如图 4-5 所示,矛杆遇到 8 个力的作用:竖直向上的上部钻具的拉力 F,竖直向下的滑块重力 G1、 G2,竖直向下的矛杆重力 G3,垂直于与矛杆轴线呈夹角的斜面斜向下方的滑块压力F N1、F N2,沿与矛杆轴线呈夹角的斜面斜向下方的滑块对矛杆的静摩擦力 f 1、 f 2 。
图 4-5矛杆受力剖析图因为滑块和斜面均与矛杆轴线呈夹角,得G1 G2 (4-1 )f1 f 2 (4-2 )FN1 FN 2 (4-3 )由力的均衡条件得F y合 F (G1 G2 G3 F N1 sin F N 2 cos f1 cosf2 cos ) 0 (4-4)由式上几式得F 2G1 G3 2F N 1 sin 2 f1 cos (4-5 )②打捞状态下滑块受力剖析取滑块为研究对象,如图 4-6 所示,滑块遇到 5个力的作用,竖直向下的滑块重力 G1,竖直向下的滑块与鱼腔内壁的摩擦力 f ,水平向右的鱼腔内壁对滑块的压力 F NG,垂直于斜面斜向上方的矛杆压力F N1’,沿斜面斜向上方的矛杆拉力 f 1。
图 4-6 滑块受力表示图设滑块与鱼腔内壁的轴向静摩擦系数为,依据摩擦定律得f FNG (4-6 )由力的均衡条件得F y合f1 cos F N 1 sin G1 f 0 (4-7 )由式( 4-6 )、式( 4-7 )得f1 cos G1 F NG F N 1 sin (4-8 )因为f1 与f1 ,FN1 与FN 1 是作使劲与反作使劲,依据牛顿第三定律得f1 f1 (4-9 )F N1 F N1 ( 4-10 )由式( 4-8 )- (4-10 )得f1 cos G1 FNG F N 1 sin ( 4-11 )由式( 4-5 )和式( 4-11 )得F 4G1 G3FNG 2 ( 4-12 )因为G1 、G3是常数,由式(12)可知,水平向右的鱼腔内壁对滑块的压力FNG随竖直向上的上部钻具的拉力 F 减小而减小,当F4G1G3时,水平向右的鱼腔内F0壁对滑块的压力NG。
在倒扣反扭矩 M反作用下,滑块 1 与鱼腔内壁产生摩擦力 f N,设滑块与鱼腔内壁的切向静摩擦系数为,依据摩擦定律得f N FNG ( 4-12 )设鱼腔半径为 D ,则双滑块摩擦力产生的静摩擦扭矩M 摩F NG D ( 4-13 )由式( 4-12 )和式( 4-14 )得M 摩(F4G1 G3)D / 2 ( 4-15 )依据同轴扭矩均衡条件得M 反M 摩( 4-16 )由式( 4-15 )和式( 4-16 )得M 反(F4G1 G3)D / 2 ( 4-17 )由式( 4-17 )可知,当竖直向上的上部钻具的拉力 F 较大,转盘扭矩 M反作用不到下部落鱼丝扣,捞矛滑块与落鱼之间没有相对运动,这是倒不动的原由。
因为 G1、G2是常数,由式( 4-15 )可知,静摩擦扭矩M摩随竖直向上的上部钻具的拉力 F 减小而减小,当F 4G1G3时,静摩擦扭矩M摩0。
当竖直向上的上部钻具的拉力 F 减小到必定量,转盘扭矩M反大于静摩擦扭矩 M摩时,捞矛滑块与落鱼之间将产生相对转动。
可退式打捞矛用途:用于油气田修井过程中打捞钻杆、油管、套管及圆柱形空心状落物。
构造:可退式打捞矛主要由芯轴、圆卡瓦、开释圆环和引鞋等构成,构造如图4-5 所示。
1- 上接头, 2- 圆卡瓦, 3- 开释圆环, 4- 引鞋, 5- 芯轴图 4-5可退式打捞矛构造表示图工作原理:打捞时,自由状态下圆卡瓦外径略大于落物内径。
当工具进入鱼腔时,圆卡瓦被压缩,产生必定的外胀力,使卡瓦切近落物内壁。
随芯轴上行和提拉力的渐渐增添,芯轴、圆卡瓦上的锯齿形螺纹相互符合,卡瓦产生径向力,使其咬住落鱼实现打捞。
退出时,一旦落鱼卡死,没法捞出需退出捞矛时,只需给芯轴必定的下击力,就能使圆卡瓦与芯轴的内外锯形齿螺纹脱开 ( 此下击力可由钻柱自己重量或使用下击器来实现 ) ,再正转钻具 2~3 圈 ( 深井可多转几圈 ) ,圆卡瓦与芯轴产生相对位移,促进圆卡瓦沿芯轴锯齿形螺纹向下运动,直至圆卡瓦与开释圆环上端面接触为止 ( 此时卡瓦与芯轴处于完好符合地点 ) ,上提钻具,即可退出落鱼。
接箍捞矛用途:接箍捞矛是特意用来捞取鱼顶为接箍的工具。
这类捞矛的主要特色是:不论接箍处于较大的套管环形空间内,仍是处于较小的管柱环形空间内,都能正确无误地抓住捞出。
构造:接箍捞矛主要由上接头、锁紧螺母、卡瓦、冲砂管和芯轴等构造构成,其构造如图 4-6 所示。
上接头上部为油管扣或钻杆扣,用以连结打捞管柱。
下部的细牙螺纹与芯轴相连,并用一个锁紧螺母压紧,以防松扣。
芯轴下端是锥体,其锥度与卡瓦的内锥面一致。
芯轴中部有一导向槽,拧紧在卡瓦的导向螺钉的下部圆柱头部就在此槽中。
卡瓦下端的表面面加工有与被打捞接箍螺纹一致的尖齿,纵向开4~6 个窄槽。
为了便于引进落鱼,芯轴下端头部做成球台形,卡瓦下端倒成30o锥角。
为了增强冲刷鱼顶的力量,芯轴水眼最下端有时安装一个冲砂管。
1- 上接头, 2- 锁紧螺母, 3- 导向螺钉, 4- 卡瓦, 5- 冲砂管, 6- 芯轴图 4-6接箍捞矛构造表示图工作原理:接箍捞矛实质上是一种内外螺纹的对扣打捞。
为了能使接箍捞矛进入接箍,卡瓦沿纵向开了若干个槽,每两个槽间即是一个卡瓦片,依其弹性变形进入接箍母扣中。
又靠芯轴和卡瓦内外锥面贴合后的径向胀力,保持对扣后的连结性能,进而抓住落鱼。
详细动作过程是;卡瓦下端 300o锥角进入被捞接箍时,卡瓦上行,或许压缩弹簧,或许抵住上接头,迫使卡瓦内缩,于是卡瓦上的牙尖滑动,实现卡瓦下端外螺纹与接箍内螺纹的对扣。
今后上提钻具,芯轴、卡瓦内外锥面贴合,产生径向胀力,阻挡了对扣后的螺纹牙尖退出牙间,进而实现打捞。
伸缩捞矛用途:伸缩捞矛是一种修井用的内捞工具。
工具下井后,打捞体进入落鱼,卡瓦被落鱼推进上移,使卡瓦外径缩短到最小,上提工具打捞体锥体将卡瓦外径胀大,卡瓦牙咬住油管内壁实现打捞。
构造:伸缩捞矛主要由打捞体、接头、卡瓦、弹簧等构成,构造如图4-7 所示。
1- 打捞体, 2- 接头, 3- 卡瓦, 4- 弹簧, 5- 上接头图 4-7伸缩捞矛构造表示图特色:构造简单、操作方便、卡瓦可伸缩,既能有效打捞也可实行倒扣、还可进行循环洗井,解决无果状况下可退出工具。
工作原理:伸缩打捞矛实质上是一种内外螺纹的对扣打捞。
为了能使接箍捞矛进入接箍,卡瓦沿纵向开了若干个槽,每个槽间即是一个卡瓦片,依其弹性变形进入接箍母螺纹中。
又靠芯轴和卡瓦内外锥面贴合后的径向胀力,保持对扣后的连结性能,进而抓住落鱼。
详细动作过程是 : 卡瓦下端 30o锥角进入被捞接箍时,卡瓦上行,或许压缩弹簧,或许抵住上接头,迫使卡瓦内缩,于是卡瓦上的牙尖滑动,实现卡瓦下端外螺纹与接箍内螺纹的对扣。
今后上提钻具,芯轴、卡瓦内外锥面贴合,产生径向胀力,阻挡了对扣后的螺纹牙尖退出牙间,进而实现打捞。
4.3筒类打捞工具筒类打捞工具是从落物外面进行打捞的工具。
主要包含卡瓦捞筒、可退式打捞筒、短鱼顶打捞筒、抽油杆打捞筒、测井仪器打捞筒、强磁打捞筒等。
卡瓦打捞筒用途:卡瓦打捞筒是从落鱼外壁进行打捞的不行退式工具。