本實用新型涉及石油天然氣固井裝備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種環(huán)形液壓缸驅(qū)動的內(nèi)撐外夾式頂驅(qū)下套管工具。

背景技術(shù)：

下套管作業(yè)的目的在于封隔地層、加固井壁、防止油氣泄漏和建立油氣通道等，是石油天然氣鉆井作業(yè)過程中的一個極其重要的環(huán)節(jié)。下套管工具是完成下套管作業(yè)的關(guān)鍵性裝備，常規(guī)下套管裝備主要包括：用于夾持套管的井口卡瓦、用于套管旋扣的液壓套管鉗、用于斷續(xù)灌注泥漿的開放式灌泥漿裝置、用于提升套管的套管吊卡等工具。

上述常規(guī)下套管裝備存在如下問題：(1)利用套管鉗旋扣，套管螺紋的扭矩傳遞扭距不易精確控制；(2)利用斷續(xù)灌漿裝置灌注泥漿，不能根據(jù)需要及時循環(huán)泥漿，尤其是在套管下入遇阻時，必須重新連接方鉆桿建立泥漿循環(huán)，清除沉沙，影響了下套管效率；(3)利用套管吊卡提升套管，井眼中的套管不能旋轉(zhuǎn)；(4)常規(guī)下套管裝備還存在操作復(fù)雜，作業(yè)效率低，安全可靠性不高等缺點。

為解決上述問題，國內(nèi)外研發(fā)了頂驅(qū)下套管裝置，根據(jù)卡瓦與套管的作用形式不同，可以將該工具分類為：內(nèi)撐式頂驅(qū)下套管工具，外夾式頂驅(qū)下套管工具。專利號：CN20092010589 6.4、CN201120336246.8、CN201120469419.3、CN201520393455.4、CN201320856096.2等公開了內(nèi)撐式頂驅(qū)下套管工具，專利號：CN201120557017.9、CN201520506694.6等公開了外夾式頂驅(qū)下套管工具。然而，上述專利的頂驅(qū)下套管裝置要么采用內(nèi)撐式夾持套管，要么采用外夾式夾持套管，從而導(dǎo)致頂驅(qū)下套管裝置承載能力、卡瓦的夾持能力和扭矩傳遞能力有限，在下套管遇阻，需要提升套管、旋轉(zhuǎn)套管以通過遇阻地層時，上述頂驅(qū)下套管工具的卡瓦夾持能力、承載能力過小，容易使卡瓦夾持套管時發(fā)生打滑，使套管發(fā)生破壞、或套管掉落，因此，現(xiàn)有頂驅(qū)下套管裝置不能安全、高效的完成下套管作業(yè)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有下套管裝備的上述缺點，本實用新型的目的：提供一種環(huán)形液壓缸驅(qū)動的內(nèi)撐外夾式頂驅(qū)下套管工具，具有隨時旋轉(zhuǎn)套管、提放套管、灌注循環(huán)泥漿、作業(yè)安全效率高的特點，而且工具夾持能力、工具承載能力、工具扭矩傳遞能力大。

為了達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種環(huán)形液壓缸驅(qū)動的外撐內(nèi)夾式頂驅(qū)下套管工具，包括上芯軸1、環(huán)形液壓油缸系統(tǒng)2、動力傳遞系統(tǒng)3、內(nèi)撐系統(tǒng)4、外夾系統(tǒng)5、導(dǎo)向密封系統(tǒng)6，其特征為：上芯軸1的上、下兩端各設(shè)置有螺紋，上芯軸1的上螺紋與頂驅(qū)裝置連接，上芯軸1的下螺紋與下芯軸7連接；上芯軸1外側(cè)安裝有環(huán)形液壓油缸系統(tǒng)2；環(huán)形液壓油缸系統(tǒng)2下端連接有動力傳遞系統(tǒng)3；動力傳遞系統(tǒng)3下端連接有內(nèi)撐系統(tǒng)4；內(nèi)撐系統(tǒng)4下端連接有導(dǎo)向密封系統(tǒng)6；導(dǎo)向密封系統(tǒng)6外設(shè)置有外夾系統(tǒng)5；

所述上芯軸1的上、下兩端各設(shè)置有錐螺紋，上芯軸1的上錐螺紋下側(cè)設(shè)置有臺階，臺階端面設(shè)置有圓形通孔；上芯軸1的臺階端面下側(cè)設(shè)置有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽內(nèi)安裝有卡箍 50；所述上芯軸1的中部外表面為圓柱表面，圓柱表面上側(cè)設(shè)置有螺紋，螺紋通過絲扣連接有小圓螺母，小圓螺母下側(cè)設(shè)置有臺階；臺階與小圓螺母之間安裝有上軸承21；

所述上芯軸1中部外表面套有環(huán)形液壓缸系統(tǒng)，所述環(huán)形液壓缸系統(tǒng)包括上軸承端蓋20、上軸承21、外缸體22、內(nèi)缸體23、油缸端蓋24；所述內(nèi)缸體23的內(nèi)表面設(shè)置有階梯孔26，階梯孔26的小孔內(nèi)套有上芯軸1，階梯孔26的大孔內(nèi)安裝有動力傳遞系統(tǒng)3；內(nèi)缸體23的外表面設(shè)置有階梯軸27，階梯軸27的大軸端面與下軸承端蓋33螺栓連接，階梯軸27的小軸外表面設(shè)置有環(huán)形凸臺25，環(huán)形凸臺25外表面設(shè)置有溝槽，溝槽內(nèi)安裝有密封圈，密封圓外套有外缸體22；所述外缸體22內(nèi)表面設(shè)置有階梯孔，階梯孔的小孔內(nèi)安裝有上軸承21，階梯孔的小孔端面與上軸承端蓋20螺栓緊固連接，階梯孔的大孔內(nèi)安裝有內(nèi)缸體23的環(huán)形凸臺25，階梯孔的大孔端面與油缸端蓋24螺栓緊固連接；

所述內(nèi)缸體23與動力傳遞系統(tǒng)3螺栓連接，所述動力傳遞系統(tǒng)3包括大圓螺母30、防塵圈31、下軸承32、下軸承端蓋33、卡瓦座34；所述卡瓦座34內(nèi)表面套有下芯軸7，卡瓦座34外表面呈階梯狀，卡瓦座34下側(cè)設(shè)置有開口的斜T形槽，斜T形槽內(nèi)安裝有內(nèi)撐系統(tǒng) 4的卡瓦；斜T形槽上側(cè)設(shè)置有臺階，臺階上側(cè)設(shè)置有螺紋，螺紋連接有大圓螺母30，大圓螺母30外套有防塵圈31；下軸承32安裝于臺階與圓螺母30之間；下軸承32由下軸承端蓋 33定位、緊固；

所述卡瓦座34與內(nèi)撐系統(tǒng)4連接，所述內(nèi)撐系統(tǒng)4包括下芯軸7、卡瓦40；所述下芯軸 7外表面下側(cè)設(shè)置有外楔面，所述卡瓦40內(nèi)側(cè)下表面設(shè)置有內(nèi)楔面；卡瓦40的內(nèi)楔面安裝于下芯軸7的外楔面內(nèi)；卡瓦40能沿下芯軸7的楔面滑動；

所述下芯軸7下端螺紋連接有導(dǎo)向密封系統(tǒng)6，導(dǎo)向密封系統(tǒng)6包括防突環(huán)60、膠筒61、導(dǎo)向頭62；膠筒61安裝于防突環(huán)60與導(dǎo)向頭62之間，導(dǎo)向頭62與下芯軸7螺紋連接；

所述外夾系統(tǒng)5包括卡箍50、壓緊套51、支撐臂52、支撐底座53、方形油缸54、活塞桿55、弧形卡瓦56、焊接端蓋57；所述外夾系統(tǒng)5通過卡箍50緊固于上芯軸1的環(huán)形凹槽內(nèi)；所述卡箍50呈半圓形，半圓形端面設(shè)置有半圓形凸耳，半圓形凸耳端面設(shè)置有圓形通孔，螺栓穿過圓形通孔將兩個卡箍50連接成為一體；卡箍50圓弧表面中部設(shè)有圓柱凸起，圓柱凸起外套有支撐臂52，支撐臂52與壓緊套51接觸，支撐臂52通過螺栓緊固于圓柱凸起的端面；所述支撐臂52下端焊接有支撐底座53，支撐底座53呈圓盤形，圓盤形表面均布有兩圈通孔，螺栓穿過通孔連接有方形油缸54；方形油缸54呈長方體，長方體的內(nèi)設(shè)置均布有四個凹腔，凹腔內(nèi)安裝有活塞桿55；活塞桿55的中部設(shè)置有凸臺，凸臺外設(shè)置有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)置有密封圈，密封圈外套管方形油缸54；活塞桿55的一端外表面設(shè)置有螺紋，螺紋外與弧形卡瓦56緊固連接；焊接端蓋57焊接于方形油缸54的凹腔端面。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實用新型的效果是：1)環(huán)形液壓油缸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、裝配簡便，能簡化頂驅(qū)下套管裝置的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并降低頂驅(qū)下套管裝置制造成本；2)采用外撐式和內(nèi)夾式兩種方式同時夾緊套管，此外，還增加了卡瓦與套管的接觸面積，卡瓦的夾持力增大，能有效提高頂驅(qū)下套管裝置的承載能力、扭矩傳遞能力；3)本實用新型承載能力、扭矩傳遞能力大，能作為套管鉆井時套管的夾持頭，從而夾持套管完成套管鉆井作業(yè)；4)本實用新型能根據(jù)需要隨時循環(huán)泥漿、提放管柱、旋轉(zhuǎn)管柱，提高下套管作業(yè)自動化程度、下套管作業(yè)效率，降低石油天然氣固井作業(yè)的綜合成本。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型三維結(jié)構(gòu)示意視圖。

圖3為上芯軸三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為環(huán)形油缸系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為內(nèi)缸體三維結(jié)構(gòu)示意視圖。

圖6為外缸體三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為動力傳遞系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為卡瓦座三維結(jié)構(gòu)示意視圖。

圖9為外夾系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為卡箍三維結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為方形油缸處的三維結(jié)構(gòu)示意視圖。

圖12為活塞桿結(jié)構(gòu)示意圖。

1.上芯軸，2.環(huán)形油缸系統(tǒng)，3.動力傳遞系統(tǒng)，4.內(nèi)撐系統(tǒng)，5.外夾系統(tǒng)，6.導(dǎo)向密封系統(tǒng)， 7.下芯軸，20.上軸承端蓋，21.上軸承，22.外缸體，23.內(nèi)缸體，24.油缸端蓋，25.環(huán)形臺階，26.階梯孔，27.階梯軸，30.大圓螺母，31.防塵圈，32.下軸承，33.下軸承端蓋，34.卡瓦座， 35.卡瓦座螺紋，40.卡瓦，50.卡箍，51.壓緊套，52.支撐臂，53.支撐底座，54.方形油缸，55. 活塞桿，56.弧形卡瓦，57.焊接端蓋，60.防突環(huán)，61.膠筒，62.導(dǎo)向頭。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)敘述。

參照圖1、圖2，一種環(huán)形液壓缸驅(qū)動的外撐內(nèi)夾式頂驅(qū)下套管工具，包括上芯軸1、環(huán)形液壓油缸系統(tǒng)2、動力傳遞系統(tǒng)3、內(nèi)撐系統(tǒng)4、外夾系統(tǒng)5、導(dǎo)向密封系統(tǒng)6，其特征為：上芯軸1上、下兩端各設(shè)置有螺紋，上芯軸1的上螺紋與頂驅(qū)裝置連接，上芯軸1的下螺紋與下芯軸7連接；上芯軸1外側(cè)安裝有環(huán)形液壓油缸系統(tǒng)2；環(huán)形液壓油缸系統(tǒng)2下端連接有動力傳遞系統(tǒng)3；動力傳遞系統(tǒng)3下端連接有內(nèi)撐系統(tǒng)4。

參照圖2，上芯軸1上、下兩端各設(shè)置有錐螺紋，上芯軸1的上錐螺紋與頂驅(qū)裝置連接；上芯軸1的下錐螺紋與下芯軸7連接。上芯軸1的上錐螺紋下端設(shè)計有盤形凸臺，盤形凸臺上開有十二個個圓形通孔，該通孔用于螺栓緊固連接卡箍50。上芯軸1的盤形凸臺下設(shè)計有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽內(nèi)安裝有兩個卡箍50。上芯軸1的環(huán)形凹槽下設(shè)計有螺紋，螺紋下側(cè)設(shè)計有凸臺，所設(shè)計的螺紋和凸臺用于安裝定位環(huán)形液壓油缸系統(tǒng)2的上軸承21。上芯軸1外表面套有環(huán)形液壓油缸系統(tǒng)2。

參照圖4～圖5，環(huán)形液壓油缸系統(tǒng)2包括上軸承端蓋20、上軸承21、外缸體22、內(nèi)缸體 23、油缸端蓋24。內(nèi)缸體23的內(nèi)表面設(shè)置有階梯孔26，階梯孔26內(nèi)的上側(cè)套有上芯軸1；階梯孔26內(nèi)的下側(cè)套有動力傳遞系統(tǒng)3。內(nèi)缸體23的外表設(shè)計有階梯軸27，階梯軸27的下側(cè)圓柱端面與動力傳遞系統(tǒng)3螺栓緊固連接；階梯軸27的上側(cè)圓柱表面中部設(shè)置有環(huán)形臺階 25，該環(huán)形臺階25起到活塞作用；環(huán)形臺階25外表面設(shè)置有溝槽，溝槽內(nèi)安裝有密封圈，密封圓外套有外缸體22，此時，密封圈將內(nèi)缸體23分隔為兩個液壓油腔室，分別為進(jìn)油腔室和出油腔室，且外缸體22上開有進(jìn)油孔和出油孔。

參照圖4、圖6，外缸體22內(nèi)表面設(shè)置有階梯孔，階梯孔的上側(cè)端面設(shè)置有螺紋孔，用于與上軸承端蓋20緊固連接。上軸承端蓋20用于定位及緊固上軸承21，上軸承21能使環(huán)形油缸系統(tǒng)相對于上芯軸1轉(zhuǎn)動，從而防止環(huán)形油缸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動。上軸承21安裝于外缸體22 的上側(cè)內(nèi)表面。階梯孔的下側(cè)端面螺栓連接有油缸端蓋24，從而使外缸體22下端封閉，使內(nèi)缸體23與外缸體22構(gòu)成環(huán)形液壓油缸。

參照圖7、圖8，動力傳遞系統(tǒng)3包括大圓螺母30、防塵圈31、下軸承32、下軸承端蓋 33、卡瓦座34?？ㄍ咦?4內(nèi)表面套有下芯軸7；卡瓦座34外表面呈階梯狀；卡瓦座34下側(cè)設(shè)置有開口的斜T形槽，斜T形槽內(nèi)安裝有內(nèi)撐系統(tǒng)4的卡瓦40，卡瓦40沿下芯軸7滑動時，斜T形槽能使卡瓦40上端徑向脹開。斜T形槽上側(cè)設(shè)置有臺階，臺階上側(cè)設(shè)置有卡瓦座螺紋35，卡瓦座螺紋35外連接有大圓螺母30。下軸承32安裝于臺階與大圓螺母30之間，下軸承32通過下軸承32端蓋定位及緊固。下軸承32能使動力傳遞系統(tǒng)3相對于下芯軸7轉(zhuǎn)動，從而防止動力傳遞系統(tǒng)3跟隨下芯軸7轉(zhuǎn)動。

參照圖1、圖2，內(nèi)撐系統(tǒng)4包括下芯軸7、卡瓦40。下芯軸7外表面下側(cè)設(shè)置有六個外楔面，每個楔面上配合安裝有一支卡瓦7?？ㄍ?0內(nèi)側(cè)下表面設(shè)置有內(nèi)楔面。卡瓦40的內(nèi)楔面安裝于下芯軸7的外楔面內(nèi)，且卡瓦40能沿楔面滑動。由于楔面的楔形作用，卡瓦40 能沿徑向脹開，使卡瓦40撐緊套管內(nèi)壁，從而實現(xiàn)套管夾持、旋轉(zhuǎn)。

導(dǎo)向密封系統(tǒng)6包括防突環(huán)60、膠筒61、導(dǎo)向頭62；膠筒61安裝于防突環(huán)60與導(dǎo)向頭62之間，導(dǎo)向頭62與下芯軸7螺紋連接。防突環(huán)60用于限制膠筒61受壓時的大變形行為，以防止泥漿泄露。膠筒61為呈皮碗形，存自封功能。導(dǎo)向頭62用于引導(dǎo)卡瓦系統(tǒng)進(jìn)入套管環(huán)空。

參照圖9～圖12外夾系統(tǒng)5包括卡箍50、壓緊套51、支撐臂52、支撐底座53、方形油缸54、活塞桿55、弧形卡瓦56、焊接端蓋57。外夾系統(tǒng)5通過卡箍50緊固于上芯軸1環(huán)形凹槽內(nèi)。卡箍50呈半圓形，半圓形端面設(shè)置有半圓形凸耳；半圓形凸耳端面設(shè)置有三個圓形通孔，螺栓穿過圓形通孔將兩個卡箍50連接成為一體，從而使卡箍50抱緊上芯軸1；卡箍 50的圓弧表面中部設(shè)有一個圓柱凸起；圓柱凸起外套有支撐臂52，支撐臂52通過螺栓緊固于圓柱凸起的端面。支撐臂52下端通過焊接方式連接有支撐底座53，支撐底座53呈圓盤形，圓盤表面設(shè)置有兩圈通孔，螺栓穿過通孔連接有方形油缸54。方形油缸54為長方體，長方體內(nèi)設(shè)計有四個凹腔，凹腔起到油缸的作用。凹腔內(nèi)安裝有活塞桿55，活塞桿55中部設(shè)計有臺階，臺階起到活塞的作用，臺階中部設(shè)計有凹槽，凹槽內(nèi)安裝有密封圈，密封圈外套有方形油缸54；方形油缸54端面通過焊接方式連接有焊接端蓋57，焊接端蓋57用于封閉方形油缸54；此外，方形油缸54下表面還設(shè)計有進(jìn)油孔、出油孔?；钊麠U55的一端設(shè)計有螺紋，螺紋外連接有弧形卡瓦56，弧形卡瓦56的內(nèi)表面設(shè)計有卡瓦牙。

本實用新型一種環(huán)形液壓缸驅(qū)動的外撐內(nèi)夾式頂驅(qū)下套管工具的工作原理是：1)夾持時：通過控制液壓系統(tǒng)，使內(nèi)撐系統(tǒng)4的液壓油缸充壓，卡瓦40沿楔面滑移，使卡瓦40沿徑向脹開，卡瓦40撐緊套管內(nèi)壁，完成內(nèi)撐夾持系統(tǒng)對套管的夾持；隨后，控制液壓系統(tǒng)，使外夾系統(tǒng)的油缸充壓，使弧形卡瓦56沿徑向夾緊套管的外壁，完成外夾系統(tǒng)5對套管的夾持。 2)松開時，控制液壓系統(tǒng)，使內(nèi)撐系統(tǒng)4和外夾系統(tǒng)的回油腔充壓，使卡瓦40及弧形卡瓦 56松開套管。通過上述兩種方式夾緊套管，卡瓦的對套管的夾持能力增強，可使頂驅(qū)下套管裝置的承載能力及扭矩傳遞能力顯著提高。