專利名稱：一種用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置下套管作業(yè)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油固井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝 置進(jìn)行下套管作業(yè)的方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，每次階段完鉆后都需要下套管，并進(jìn)
行固井作業(yè)。下套管是將每根長(zhǎng)度約10米的套管， 一根一根地連接在 一起組成套管柱，同時(shí)把套管下入井內(nèi)；固井作業(yè)是在套管柱與井壁 之間注入水泥漿，水泥漿凝固后把套管柱固定在井壁上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一 口井需要占用高達(dá)12 20%的總鉆機(jī)時(shí)間，把套管柱連接起來并下入 井內(nèi)。
大多數(shù)鉆井隊(duì)在完成這項(xiàng)特殊的下套管作業(yè)時(shí)，需要請(qǐng)一個(gè)專業(yè) "套管工作隊(duì)"來完成。
參閱圖1。常規(guī)下套管設(shè)備主要包括鉆臺(tái)上用于固定下端套管柱 的鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦1、用于旋緊(松)套管扣的液壓套管鉗4、用于斷續(xù)
灌注泥漿的開放式灌泥漿裝置6、用于提升整個(gè)套管柱的上部氣動(dòng)卡瓦 7、用于提升套管單根的套管吊卡5以及用于保護(hù)套管扣的對(duì)扣護(hù)套3 等其它輔助工具。
參閱圖1。多年來下套管的流程幾乎沒有變化。連接每一根套管的
流程是使用套管吊卡5提升套管單根2;安裝對(duì)扣護(hù)套3對(duì)扣；在連
接時(shí)使用液壓套管鉗4旋轉(zhuǎn)頂部套管單根2;啟動(dòng)上部氣動(dòng)卡瓦7，松 開下部鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦1，使上部氣動(dòng)卡瓦7支撐套管柱的全部重量，下放套管柱；按要求及時(shí)向套管柱內(nèi)灌注泥漿，完成一根套管下入井內(nèi)。 重復(fù)以上流程，直至把全部套管連接并下放到井底。
然而，在鉆井過程中，完鉆后的井眼(尤其是裸眼)經(jīng)常出現(xiàn)縮徑、 坍塌、巖屑沉淀等許多問題，會(huì)影響下套管作業(yè)進(jìn)程。這些問題如果 不能及時(shí)通過循環(huán)泥漿、旋轉(zhuǎn)套管等措施有效解決，就可能導(dǎo)致套管 無法正常下到井底。
目前，現(xiàn)有的常規(guī)下套管的方法能夠有效地將套管單根連接在一起 形成套管柱并下入井內(nèi)，但存在不足1)旋扣時(shí)操作復(fù)雜、不能精確 控制上扣扭矩；2)懸掛在井眼中的套管柱不能旋轉(zhuǎn)；3)不能根據(jù)需要 隨時(shí)循環(huán)泥漿；4)下套管作業(yè)效率不高，存在極大的安全隱患。
基于常規(guī)下套管作業(yè)的以上局限性，各國(guó)石油鉆井公司積極研究更 安全、高效的下套管作業(yè)方法及裝備，個(gè)別公司的產(chǎn)品已經(jīng)得到成功 應(yīng)用。
頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置是20世紀(jì)80年代以來發(fā)展起來的重大石油鉆
井技術(shù)裝備，它取代轉(zhuǎn)盤和方鉆桿而直接驅(qū)動(dòng)鉆柱進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鉆 頭進(jìn)行鉆進(jìn)。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置具有轉(zhuǎn)矩和速度控制精確等優(yōu)點(diǎn)，無 論在鉆進(jìn)過程中，還是在起下鉆過程中，都可以在旋轉(zhuǎn)鉆桿柱的同時(shí) 循環(huán)泥漿，大大減少了鉆桿柱遇阻、卡死等復(fù)雜情況的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置下套管作業(yè)的方法， 能完成下套管作業(yè)，可提供可靠的套管扶正和對(duì)扣，實(shí)現(xiàn)套管旋扣扭 矩的精確控制，可隨時(shí)旋轉(zhuǎn)整個(gè)套管柱，隨時(shí)灌注或循環(huán)泥漿，具有 安全、高效等特點(diǎn)，可克服目前常規(guī)下套管作業(yè)存在的套管旋扣復(fù)雜、 懸掛在井眼中的套管柱不能旋轉(zhuǎn)、不能循環(huán)泥漿、下套管作業(yè)效率低 的不足。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種頂驅(qū)下套管裝置，在下套管作業(yè)過 程中，頂驅(qū)下套管裝置連接在頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的下端，通過頂驅(qū)下 套管裝置來實(shí)現(xiàn)套管扶正和對(duì)扣，套管旋扣扭矩的精確控制，旋轉(zhuǎn)整 個(gè)套管柱，隨時(shí)灌注或循環(huán)泥漿。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明一種用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置下套管作業(yè)的方法使用的設(shè)備主 要包括鉆臺(tái)上用以固定下端套管柱的鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦、用以提升整個(gè) 套管柱的頂驅(qū)吊環(huán)及套管吊卡、用以旋轉(zhuǎn)套管和循環(huán)泥漿的頂部驅(qū)動(dòng) 鉆井裝置和頂驅(qū)下套管裝置。
本發(fā)明一種用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置下套管作業(yè)的方法是
A、 在頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置主軸的下端連接頂驅(qū)下套管裝置；
B、 在頂驅(qū)吊環(huán)下部連接套管吊卡，使用套管吊卡提升單根套管；
C、 利用頂驅(qū)下套管裝置下端的導(dǎo)向頭和皮碗扶正被提升的單根套 管，并且使被提升單根套管下端螺紋與鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦上支撐的套管柱 上端螺紋對(duì)扣；
D、 通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置液壓源驅(qū)動(dòng)頂驅(qū)下套管裝置的卡瓦向下 運(yùn)動(dòng)，并夾緊單根套管內(nèi)壁或外壁；
E、 啟動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的旋轉(zhuǎn)上扣機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)單根套管旋轉(zhuǎn)上 扣，通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置控制單根套管螺紋連接的上扣扭矩，使單 根套管與套管柱可靠連接；
F、 松開鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦上支撐的套管柱，使頂驅(qū)吊環(huán)和套管吊卡支 撐單根套管和套管柱的全部重量；
G、 下放單根套管和套管柱；使用鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦固定單根套管；
H、 通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置主軸水眼和頂驅(qū)下套管裝置中心孔，向 單根套管和套管柱內(nèi)腔灌注泥漿；
I、 重復(fù)A H步驟，直至把全部套管連接并下放到井底。200910078565.0
在下套管過程中，遇到井眼縮徑、井壁坍塌、巖屑沉淀問題時(shí)，通 過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置主軸水眼和頂驅(qū)下套管裝置中心孔，向單根套管 和套管柱內(nèi)腔灌注泥漿并循環(huán)泥漿；另外，啟動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的 旋轉(zhuǎn)上扣機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)單根套管旋轉(zhuǎn)，使單根套管與套管柱在井內(nèi)旋轉(zhuǎn)， 能解決井眼縮徑、井壁坍塌、巖屑沉淀帶來的問題，保證套管柱能順 利正常下到井底。
所述的頂驅(qū)下套管裝置主要由心軸、上端蓋、活塞缸、活塞、下端 蓋、推拉卡筒、限位卡環(huán)、卡瓦、卡瓦心軸、皮碗和導(dǎo)向頭組成。心 軸為圓柱狀，心軸有中心孔，在心軸的下端螺紋連接有卡瓦心軸，卡 瓦心軸為圓柱狀，卡瓦心軸有中心孔，在卡瓦心軸的下端螺紋連接有 導(dǎo)向頭。導(dǎo)向頭的外壁上套有皮碗。
在心軸的下端外壁上套有活塞，活塞的上下兩端有筒狀體，筒狀體 內(nèi)壁與心軸之間能相對(duì)滑動(dòng)。在活塞的外部有活塞缸，活塞缸內(nèi)壁為 階梯圓形結(jié)構(gòu)，活塞上端的筒狀體外壁與活塞缸內(nèi)壁階梯小圓柱面滑 動(dòng)密封配合。
在活塞缸的頂端固定有上端蓋，上端蓋有中心孔，心軸穿過上端蓋 的中心孔。在活塞缸的上端內(nèi)部并且與心軸之間有軸承，活塞缸與心 軸之間能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
在活塞缸下端固定有下端蓋，下端蓋有中心孔，下端蓋中心孔與活 塞下端的圓筒體外壁之間滑動(dòng)密封配合。在活塞缸外壁上有高壓流體 的進(jìn)口和出口。高壓流體進(jìn)入或排出，能推動(dòng)活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
活塞下端圓筒體的下端在下端蓋外部?；钊露藞A筒體與卡瓦心軸 外壁上的卡瓦頂部連接。當(dāng)活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，能帶動(dòng)卡瓦沿卡瓦心軸 外壁上下滑動(dòng)。
在卡瓦心軸的外壁上均勻分布有3 6個(gè)軸向槽，在每個(gè)軸向槽內(nèi) 嵌入有一個(gè)條形卡瓦，卡瓦下端外圓有卡瓦牙。卡瓦下端內(nèi)側(cè)有斜面?？ㄍ咝妮S軸向槽的底有斜面?？ㄍ呦露藘?nèi)側(cè)的斜面與卡瓦心軸軸向槽 底的斜面配合。當(dāng)高壓流體驅(qū)動(dòng)活塞并推動(dòng)卡瓦向下滑動(dòng)時(shí)，卡瓦下 端向外張開，卡瓦牙能卡緊套管內(nèi)壁，傳遞提升套管載荷或扭轉(zhuǎn)套管 載荷。卡瓦與斜面的結(jié)構(gòu)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的結(jié)構(gòu)，不詳細(xì)敘 述。
導(dǎo)向頭下端有較長(zhǎng)的導(dǎo)向斜面，能保證皮碗輕易地進(jìn)入套管內(nèi)。導(dǎo) 向頭的外圓上套有皮碗，皮碗進(jìn)入套管后產(chǎn)生變形，與套管內(nèi)壁形成 相對(duì)的接觸壓力，具有"自封作用"，下套管過程中，可隨時(shí)灌注泥 漿。另外，皮碗的截面是單向承壓的V形截面，可保證正常循環(huán)泥漿
以及固井試壓，密封壓力最大可達(dá)70MPa。導(dǎo)向頭和皮碗是本領(lǐng)域技 術(shù)人員常用的結(jié)構(gòu)，不詳細(xì)敘述。
所述的活塞下端的圓筒體與卡瓦頂部連接，連接結(jié)構(gòu)是在活塞下端 圓筒體的外壁上有環(huán)形槽。在所述的環(huán)形槽上固定有推拉卡筒，推拉 卡筒橫截面為半圓環(huán)形，兩個(gè)推拉卡筒相對(duì)組成一個(gè)圓環(huán)形筒。推拉 卡筒的上端向內(nèi)凸出的環(huán)形部分扣入環(huán)形槽內(nèi)。在兩個(gè)推拉卡筒組成 的圓環(huán)形筒外壁上套有筒狀體，并用螺釘將筒狀體固定在推拉卡筒的 外壁上。在兩個(gè)推拉卡筒內(nèi)壁與卡瓦心軸之間有環(huán)形空間。在所述的 環(huán)形空間內(nèi)有卡瓦套環(huán)。卡瓦套環(huán)橫截面為半圓環(huán)形，兩個(gè)卡瓦套環(huán) 相對(duì)組成一個(gè)圓環(huán)形筒。推拉卡筒的內(nèi)壁上有凸起的矩形環(huán)狀體，在 卡瓦套環(huán)的內(nèi)壁上有凹下的矩形環(huán)狀槽。推拉卡筒的矩形環(huán)狀體與卡 瓦套環(huán)的矩形環(huán)狀槽配合將卡瓦套環(huán)與推拉卡筒固定在一起?？ㄍ咛?環(huán)的下端有向內(nèi)凸出的環(huán)?？ㄍ叩捻敳坑邢蛲馔怀龅你^狀塊，卡瓦頂 部向外突出的鉤狀塊在卡瓦套環(huán)凸出環(huán)的上部，在卡瓦頂部向外突出 的鉤狀塊上平面和下平面有單向推力球軸承?？ㄍ咝妮S與推拉卡筒之 間能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
在下套管過程中，操作人員的操作不可能非常精確，套管的頂部可能會(huì)碰到卡瓦套環(huán)。為了防止套管頂部碰到卡瓦套環(huán)，在卡瓦心軸上 固定有限位裝置。在卡瓦心軸上固定有限位卡環(huán)，限位卡環(huán)為半環(huán)狀 體，兩個(gè)限位卡環(huán)相對(duì)組成一個(gè)環(huán)狀體，在環(huán)狀體內(nèi)壁有突出的矩形 塊。矩形塊插入卡瓦心軸上的凹槽內(nèi)。所述的卡瓦心軸凹槽在卡瓦心 軸中部，與卡瓦心軸的第一個(gè)斜面距離大于最長(zhǎng)的套管接箍。在限位 卡環(huán)的外壁上套有限位內(nèi)套，防止限位卡環(huán)散開。在限位內(nèi)套的外壁 上套有一個(gè)限位外套，限位外套通過螺釘與限位內(nèi)套連接，在下套管 作業(yè)時(shí)，三者作為一個(gè)整體，能阻止套管繼續(xù)上行，使卡瓦插到套管 內(nèi)壁的準(zhǔn)確位置。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明一種用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置下套管作業(yè)的 方法，利用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置和」貞驅(qū)卜套管裝置進(jìn)行下套管作業(yè)，代 替目前國(guó)內(nèi)外鉆井廣泛使用的套管鉗下套管的方法，顯著特點(diǎn)是該 下套管方法減少了作業(yè)設(shè)備，簡(jiǎn)化了作業(yè)流程，可根據(jù)需要及時(shí)旋轉(zhuǎn) 套管柱和循環(huán)泥漿，增強(qiáng)了下套管作業(yè)的自動(dòng)化程度，提高了生產(chǎn)效 率和安全性。
1 、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置與頂驅(qū)下套管裝置通過API標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接， 通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置液壓源驅(qū)動(dòng)頂驅(qū)下套管裝置的卡瓦下行張開或 收緊，使卡瓦外圓上的鉗牙夾緊單根套管內(nèi)壁或外壁。當(dāng)操作司鉆臺(tái) 設(shè)置好套管扣的標(biāo)準(zhǔn)扭矩并旋轉(zhuǎn)頂驅(qū)主軸時(shí)，能通過頂驅(qū)下套管裝置 的心軸、內(nèi)部的花鍵副、卡瓦鉗牙，把上扣扭矩精確傳遞給單根套管， 進(jìn)而旋緊單根套管，實(shí)現(xiàn)與套管柱的可靠連接，操作簡(jiǎn)單。
2、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置與頂驅(qū)下套管裝置通過API標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接， 通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置液壓源驅(qū)動(dòng)頂驅(qū)下套管裝置的卡瓦下行張開或 收緊，使卡瓦外圓上的鉗牙夾緊單根套管內(nèi)壁或外壁。當(dāng)操作司鉆臺(tái) 按設(shè)定扭矩旋轉(zhuǎn)頂驅(qū)主軸時(shí)，能通過頂驅(qū)下套管裝置的心軸、內(nèi)部的 花鍵副、卡瓦鉗牙，把扭轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給單根套管，進(jìn)而使井眼中的整個(gè)套管柱旋轉(zhuǎn)。
3、 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置與頂驅(qū)下套管裝置通過API標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接， 頂驅(qū)下套管裝置下端的皮碗與套管內(nèi)孔實(shí)現(xiàn)可靠密封。當(dāng)操作司鉆臺(tái) 按設(shè)定壓力循環(huán)泥漿時(shí)，能通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的動(dòng)力水龍頭、頂 部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的主軸水眼、頂驅(qū)下套管裝置的心軸水眼，把泥漿注
入套管柱，由于皮碗密封可耐壓70MPa，因此，可根據(jù)需要隨時(shí)循環(huán) 泥漿。
4、 本發(fā)明不再需要上部氣動(dòng)卡瓦、對(duì)扣護(hù)套、套管鉗、灌泥漿設(shè) 備等，節(jié)約了大量作業(yè)時(shí)間和成本，尤其是扭矩精確控制，保證了套 管的安全可靠連接，而且可隨時(shí)提供旋轉(zhuǎn)套管及循環(huán)泥漿的能力，大 大減少了卡鉆、遇阻等潛在的安全危害，作業(yè)效率和效益都很高。


圖1是現(xiàn)有常規(guī)下套管的方法所使用的裝備示意圖。 圖2和圖3是本發(fā)明一種用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置下套管作業(yè)的方法 所使用的裝備連接結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明頂驅(qū)下套管裝置8的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。 圖中，1一鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦，2.1—套管柱，2.2-單根套管，3 —對(duì)扣 護(hù)套，4一液壓套管鉗，5 —套管吊卡，6 —灌泥漿裝置，7 —上部氣動(dòng) 卡瓦，8 —頂驅(qū)下套管裝置，9一頂驅(qū)吊環(huán)，10 —頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置。
8.1—心軸，8.2 —上端蓋，8.3 —活塞缸，8.4 —活塞，8.5 —下端蓋， 8.6 —推拉卡筒，8.7—卡瓦套環(huán)，8.8—限位卡環(huán)，8.9—限位內(nèi)套，8.10 —限位外套，8.11—卡瓦，8.12 —卡瓦心軸，8.13 —皮碗，8.14 —導(dǎo)向頭。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:以下入外徑為177.8mm的套管為例，對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步
詳細(xì)說明。
參閱圖2和圖3。本發(fā)明一種用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置下套管作業(yè)的方 法的新流程是-
A、 在頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置10主軸的下端連接頂驅(qū)下套管裝置8。 目前，市場(chǎng)上已經(jīng)有頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置10產(chǎn)品銷售，如北京石油
機(jī)械廠已批量生產(chǎn)2250kN、 3150kN、 4500kN、 6750kN、 9000kN等 系列產(chǎn)品。另外，中國(guó)專利公開號(hào)CN 101089356A，提供了 "一種空
心馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置"。
B、 在頂驅(qū)吊環(huán)9下部連接套管吊卡5，使用套管吊卡5提升單根 套管2.2;單根套管2.2采用外徑為177.8mm，壁厚為12.65mm的套 管，長(zhǎng)度為11.5m，鋼級(jí)C—95。
C、 利用頂驅(qū)下套管裝置8下端的導(dǎo)向頭和皮碗扶正被提升的單根 套管2.2，并且使被提升單根套管2.2下端外螺紋與鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦1上 支撐的套管柱2.1上端內(nèi)螺紋對(duì)扣。
D、 通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置10的液壓源驅(qū)動(dòng)頂驅(qū)下套管裝置8的 卡瓦向下運(yùn)動(dòng)，并夾緊單根套管2.2內(nèi)壁。
E、 啟動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置10的旋轉(zhuǎn)上扣機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)單根套管2.2 旋轉(zhuǎn)上扣，控制單根套管2.2的上扣扭矩在8670 14450N'm之間， 最佳扭矩為11560N'm。該上扣扭矩可使單根套管2.2與套管柱2.1可 靠連接。
F、 使頂驅(qū)吊環(huán)9和套管吊卡5支撐單根套管2.2和套管柱2.1的 全部重量，松開鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦1上支撐的套管柱2.1;
G、 下放單根套管2.2和套管柱2.1;使用鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦1固定單 根套管2.2。
H、 通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置10的主軸水眼和頂驅(qū)下套管裝置8的心軸水眼，向單根套管2.2和套管柱2.1內(nèi)腔灌注0.3nr^泥漿； I、重復(fù)A H步驟，直至把全部套管連接并下放到井底。 在下套管過程中，如果遇到井眼縮徑、井壁坍塌、巖屑沉淀造成卡 鉆問題時(shí)，通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置10主軸水眼和頂驅(qū)下套管裝置8中 心孔，向單根套管2.2和套管柱2.1內(nèi)腔灌注泥漿并循環(huán)泥漿；另外， 啟動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置10的旋轉(zhuǎn)上扣機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)單根套管2.2旋轉(zhuǎn)， 使單根套管2.2與套管柱2.1在井內(nèi)旋轉(zhuǎn)15分鐘，能解決井眼縮徑、 井壁坍塌、巖屑沉淀帶來的問題，保證套管柱能順利正常下到井底。 以XTG244型頂驅(qū)下套管裝置8為例，作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 參閱圖4。 XTG244頂驅(qū)下套管裝置8，主要由連接機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)、傳遞機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)、卡緊機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)等六部分組成。頂驅(qū) 下套管裝置8主要由心軸8.1、上端蓋8.2、活塞缸8.3、活塞8.4、下 端蓋8.5、推拉卡筒8.6、限位卡環(huán)8.8、卡瓦8."、卡瓦心軸8.12、 皮碗8.13和導(dǎo)向頭8.14組成。心軸8.1為圓柱狀，心軸8.1有中心孔， 在心軸8.1的下端螺紋連接有卡瓦心軸8.12，卡瓦心軸8.12為圓柱狀， 卡瓦心軸8.12有中心孔，在卡瓦心軸8.12的下端螺紋連接有導(dǎo)向頭 8.14并采用螺釘固定。導(dǎo)向頭8.14的外壁上套有一個(gè)密封皮碗8.13。 心軸8.1的下端外壁直徑為220毫米。在心軸8.1的下端外壁上套 有一個(gè)活塞8.4，活塞8.4的上下兩端分別有筒狀體，筒狀體內(nèi)壁與心 軸8.1之間能相對(duì)滑動(dòng)。在活塞8.4的外部有活塞缸8.3，活塞缸8.3 內(nèi)壁為階梯圓形結(jié)構(gòu)，上部?jī)?nèi)徑是265毫米，下部?jī)?nèi)徑345毫米?；?塞8.4上端的筒狀體外壁與活塞缸8.3內(nèi)壁階梯小圓柱面滑動(dòng)密封配 合。
在活塞缸8.3的頂端固定有上端蓋8.2，上端蓋8.2有中心孔，心 軸8.1穿過上端蓋8.2的中心孔。在活塞缸8.3的上端內(nèi)部并且與心軸 8.1之間有兩個(gè)軸承，軸承的上端面由螺母固定壓緊?；钊?.3與心軸8.1之間能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
在活塞缸8.3下端固定有下端蓋8.5，下端蓋8.5有中心孔，下端 蓋8.5中心孔與活塞8.4下端的圓筒體外壁之間滑動(dòng)密封配合。在活塞 缸8.3外壁上有高壓流體的進(jìn)口和出口 。進(jìn)口和出口與高壓泵和控制閥 連接，高壓流體進(jìn)入或排出，能推動(dòng)活塞8.4上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊?.4 上下的行程為50毫米。
活塞8.4下端圓筒體的下端在下端蓋8.5外部。活塞8.4下端圓筒 體與卡瓦心軸8.12外壁上的卡瓦8.11頂部連接。其連接結(jié)構(gòu)可以有很 多種，本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)是活塞8.4下端的圓筒體與卡瓦8.11頂部連 接，連接結(jié)構(gòu)是在活塞8.4下端圓筒體的外壁上有環(huán)形槽。在環(huán)形槽上 固定有推拉卡筒8.6，推拉卡筒8.6橫截面為半圓環(huán)形，兩個(gè)推拉卡筒 8.6相對(duì)組成一個(gè)圓環(huán)形筒。推拉卡筒8.6的上端向內(nèi)凸出的環(huán)形部分 扣入環(huán)形槽內(nèi)。在兩個(gè)推拉卡筒8.6組成的圓環(huán)形筒外壁上套有筒狀 體，并用螺釘將筒狀體固定在推拉卡筒8.6的外壁上。在兩個(gè)推拉卡筒 8.6內(nèi)壁與卡瓦心軸8.12之間有環(huán)形空間。在所述的環(huán)形空間內(nèi)有卡 瓦套環(huán)8.7?？ㄍ咛篆h(huán)8.7橫截面為半圓環(huán)形，兩個(gè)卡瓦套環(huán)8.7相對(duì) 組成一個(gè)圓環(huán)形筒。推拉卡筒8.6的內(nèi)壁上有凸起的矩形環(huán)狀體，在卡 瓦套環(huán)8.7的內(nèi)壁上有凹下的矩形環(huán)狀槽。推拉卡筒8.6的矩形環(huán)狀體 與卡瓦套環(huán)8.7的矩形環(huán)狀槽配合將卡瓦套環(huán)8.7與推拉卡筒8.6固定 在一起?？ㄍ咛篆h(huán)8.7的下端有向內(nèi)凸出的環(huán)?？ㄍ?.11的頂部有向 外突出的鉤狀塊，卡瓦8.11頂部向外突出的鉤狀塊在卡瓦套環(huán)8.7凸 出環(huán)的上部，在卡瓦8.11頂部向外突出的鉤狀塊上平面和下平面分別 有一個(gè)單向推力球軸承?？ㄍ咝妮S8.12與推拉卡筒8.6之間能相對(duì)轉(zhuǎn) 動(dòng)。當(dāng)活塞8.4上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，能帶動(dòng)卡瓦8.11沿卡瓦心軸8.12外壁上 下滑動(dòng)。
在卡瓦心軸8.12的外壁上均勻分布有4個(gè)軸向槽，在每個(gè)軸向槽
14內(nèi)嵌入有一個(gè)條形卡瓦8.11，卡瓦8.11下端外圓有卡瓦牙?？ㄍ?.11 下端內(nèi)側(cè)有斜面?？ㄍ咝妮S8.12軸向槽的底有斜面?？ㄍ?.11下端內(nèi) 側(cè)的斜面與卡瓦心軸8.12軸向槽底的斜面配合。當(dāng)高壓流體驅(qū)動(dòng)活塞 8.4并推動(dòng)卡瓦8.11向下滑動(dòng)時(shí)，卡瓦8.11下端向外張開，卡瓦牙能 卡緊套管內(nèi)壁，傳遞提升套管載荷或扭轉(zhuǎn)套管載荷。
導(dǎo)向頭8.14下端有較長(zhǎng)的導(dǎo)向斜面，能保證皮碗8.13輕易地進(jìn)入 套管內(nèi)。導(dǎo)向頭8.14的外圓上套有皮碗8.13，皮碗8.13進(jìn)入套管后 產(chǎn)生變形，與套管內(nèi)壁形成相對(duì)的接觸壓力，具有"自封作用"，下 套管過程中，可隨時(shí)灌注泥漿。另外，皮碗8.13的截面是單向承壓的 V形截面，可保證正常循環(huán)泥漿以及固井試壓，密封壓力最大可達(dá) 70MPa。
在卡瓦心軸8.12上固定有限位裝置。在卡瓦心軸8.12上固定有限 位卡環(huán)8.8，限位卡環(huán)8.8為半環(huán)狀體，兩個(gè)限位卡環(huán)8.8相對(duì)組成一 個(gè)環(huán)狀體，在環(huán)狀體內(nèi)壁有突出的矩形塊。矩形塊插入卡瓦心軸8.12 上的凹槽內(nèi)。所述的卡瓦心軸8.12凹槽在卡瓦心軸8.12中部，與卡瓦 心軸8.12的第一個(gè)斜面距離大于最長(zhǎng)的套管接箍。在限位卡環(huán)8.8的 外壁上套有限位內(nèi)套8.9，防止限位卡環(huán)8.8散開。在限位內(nèi)套8.9的 外壁上套有一個(gè)限位外套8.10。限位外套8.10通過螺釘與限位內(nèi)套8.9 連接。在下套管作業(yè)時(shí)，三者作為一個(gè)整體，能阻止套管繼續(xù)上行， 使卡瓦8.11插到套管內(nèi)壁的準(zhǔn)確位置。
權(quán)利要求
1、一種用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置下套管作業(yè)的方法，其特征在于A、在頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置(10)主軸的下端連接頂驅(qū)下套管裝置(8)；B、在頂驅(qū)吊環(huán)(9)下部連接套管吊卡(5)，使用套管吊卡(5)提升單根套管(2.2)；C、利用頂驅(qū)下套管裝置(8)下端的導(dǎo)向頭和皮碗扶正被提升的單根套管(2.2)，并且使被提升單根套管(2.2)下端螺紋與鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦(1)上支撐的套管柱(2.1)上端螺紋對(duì)扣；D、通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置(10)液壓源驅(qū)動(dòng)頂驅(qū)下套管裝置(8)的卡瓦向下運(yùn)動(dòng)，并夾緊單根套管(2.2)內(nèi)壁或外壁；E、啟動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置(10)的旋轉(zhuǎn)上扣機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)單根套管(2.2)旋轉(zhuǎn)上扣，通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置(10)控制單根套管(2.2)螺紋連接的上扣扭矩，使單根套管(2.2)與套管柱(2.1)可靠連接；F、松開鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦(1)上支撐的套管柱(2.1)，使頂驅(qū)吊環(huán)(9)和套管吊卡(5)支撐單根套管(2.2)和套管柱(2.1)的全部重量；G、下放單根套管(2.2)和套管柱(2.1)；使用鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦(1)固定單根套管(2.2)；H、通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置(10)主軸水眼和頂驅(qū)下套管裝置(8)中心孔，向單根套管(2.2)和套管柱(2.1)內(nèi)腔灌注泥漿；I、重復(fù)A～H步驟，直至把全部套管連接并下放到井底。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置進(jìn)行下套管作 業(yè)的方法，其特征在于在下套管過程中，遇到井眼縮徑、井壁坍塌、 巖屑沉淀問題時(shí)，通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置(10)主軸水眼和頂驅(qū)下套管裝 置(8)中心孔，向單根套管(2.2)和套管柱(2.1)內(nèi)腔灌注泥漿并循環(huán)泥漿； 并啟動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置(10)的旋轉(zhuǎn)上扣機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)單根套管(2.2)旋轉(zhuǎn)，使單根套管(2.2)與套管柱(2.1)在井內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
3、權(quán)利要求1或2所述的用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置進(jìn)行下套管作業(yè)的 方法，所使用的頂驅(qū)下套管裝置(8)結(jié)構(gòu)主要由心軸(8.1)、上端蓋(8.2)、 活塞缸(8.3)、活塞(8.4)、下端蓋(8.5)、推拉卡筒(8.6)、限位卡環(huán)(8.8)、 卡瓦(8.")、卡瓦心軸(8.12)、皮碗(8.13)和導(dǎo)向頭(8.14)組成，其特征 在于心軸(8.1)為圓柱狀，心軸(8.1)有中心孔，在心軸(8.1)的下端螺紋 連接有卡瓦心軸(8.12)，卡瓦心軸(8.12)為圓柱狀，卡瓦心軸(8.12)有中 心孔，在卡瓦心軸(8.12)的下端螺紋連接有導(dǎo)向頭(8.14)，導(dǎo)向頭(8.14) 的外壁上套有皮碗(8.13);在心軸(8.1)的下端外壁上套有活塞(8.4)，活塞(8.4)的上下兩端有 筒狀體，筒狀體內(nèi)壁與心軸(8.1)之間能相對(duì)滑動(dòng)，在活塞(8.4)的外部 有活塞缸(8.3)，活塞缸(8.3)內(nèi)壁為階梯圓形結(jié)構(gòu)，活塞(8.4)上端的筒 狀體外壁與活塞缸(8.3)內(nèi)壁階梯小圓柱面滑動(dòng)密封配合；在活塞缸(8.3)的頂端固定有上端蓋(8.2)，上端蓋(8.2)有中心孔， 心軸(8.1)穿過上端蓋(8.2)的中心孔，在活塞缸(8.3)的上端內(nèi)部并且與 心軸(8.1)之間有軸承，活塞缸(8.3)與心軸(8.1)之間能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；在活塞缸(8.3)下端固定有下端蓋(8.5)，下端蓋(8.5)有中心孔，下 端蓋(8.5)中心孔與活塞(8.4)下端的圓筒體外壁之間滑動(dòng)密封配合，在 活塞缸(8.3)壁上有高壓流體的進(jìn)口和出口 ；活塞(8.4)下端圓筒體的下端在下端蓋(8.5)外部，活塞(8.4)下端 圓筒體與卡瓦心軸(8.12)外壁上的卡瓦(8.11)頂部連接；在卡瓦心軸(8.12)的外壁上均勻分布有3 6個(gè)軸向槽，在每個(gè)軸 向槽內(nèi)嵌入一個(gè)條形卡瓦(8.11)，卡瓦(8.11)下端外圓有卡瓦牙，卡瓦 (8.11)下端內(nèi)側(cè)有斜面，卡瓦心軸(8.12)軸向槽的底有斜面，卡瓦(8.") 下端內(nèi)側(cè)的斜面與卡瓦心軸(8.12)軸向槽底的斜面配合。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置下套管作業(yè)的方法， 所使用的頂驅(qū)下套管裝置(8)，其特征是所述的活塞(8.4)下端的圓筒體與卡瓦(8.11)頂部連接，連接結(jié)構(gòu)是在活塞(8.4)下端圓筒體的外壁 上有環(huán)形槽，在所述的環(huán)形槽上固定有推拉卡筒(8.6)，推拉卡筒(8.6) 橫截面為半圓環(huán)形，兩個(gè)推拉卡筒(8.6)相對(duì)組成一個(gè)圓環(huán)形筒，推拉 卡筒(8.6)的上端向內(nèi)凸出的環(huán)形部分扣入環(huán)形槽內(nèi)，在兩個(gè)推拉卡筒 (8.6)組成的圓環(huán)形筒外壁上套有筒狀體，并用螺釘將筒狀體固定在推 拉卡筒(8.6)的外壁上，在兩個(gè)推拉卡筒(8.6)內(nèi)壁與卡瓦心軸(8.12)之間 有環(huán)形空間，在所述的環(huán)形空間內(nèi)有卡瓦套環(huán)(8.7)，卡瓦套環(huán)(7)橫截 面為半圓環(huán)形，兩個(gè)卡瓦套環(huán)(7)相對(duì)組成一個(gè)圓環(huán)形筒，推拉卡筒(8.6) 的內(nèi)壁上有凸起的矩形環(huán)狀體，在卡瓦套環(huán)(8.7)的內(nèi)壁上有凹下的矩 形環(huán)狀槽，推拉卡筒(8.6)的矩形環(huán)狀體與卡瓦套環(huán)(8.7)的矩形環(huán)狀槽 配合將卡瓦套環(huán)(8.7)與推拉卡筒(8.6)固定在一起，在卡瓦套環(huán)(8.7)的 下端部有向內(nèi)凸出的環(huán)，卡瓦(8.11)的頂部有向外突出的鉤狀塊，卡瓦 (8.11)頂部向外突出的鉤狀塊在卡瓦套環(huán)(8.7)凸出環(huán)的上部，在卡瓦 (8.11)頂部向外突出的鉤狀塊上平面和下平面有單向推力球軸承，卡瓦 心軸(8.12)與推拉卡筒(8.6)之間能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。u
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的頂驅(qū)下套管裝置(8)，其特征是在卡瓦 心軸(8.12)上固定有限位裝置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的頂驅(qū)下套管裝置(8)，其特征是在卡瓦 心軸(8.12)上固定有限位卡環(huán)(8.8)，限位卡環(huán)(8.8)為半環(huán)狀體，兩個(gè)限 位卡環(huán)(8.8)相對(duì)組成一個(gè)環(huán)狀體，在環(huán)狀體內(nèi)壁有突出的矩形塊，矩 形塊插入卡瓦心軸(8.12)上的凹槽內(nèi)，所述的卡瓦心軸(8.12)凹槽在卡 瓦心軸(8.12)中部，在限位卡環(huán)(8.8)的外壁上套有橫截面為環(huán)形的限位 內(nèi)套(8.9)，在限位內(nèi)套(8.9)的外壁上套有一個(gè)限位外套(8.10)，限位外 套(8.10)通過螺釘與限位內(nèi)套(8.9)連接。
全文摘要
一種用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置下套管作業(yè)的方法，應(yīng)用于石油固井技術(shù)領(lǐng)域。特征是使用套管吊卡提升單根套管；單根套管與套管柱對(duì)扣；驅(qū)動(dòng)頂驅(qū)下套管裝置夾緊單根套管；啟動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置旋轉(zhuǎn)，使單根套管與套管柱連接；松開鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦，使頂驅(qū)吊環(huán)和套管吊卡支撐單根套管和套管柱；下放單根套管和套管柱；使用鉆臺(tái)氣動(dòng)卡瓦固定單根套管；通過頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置主軸水眼和頂驅(qū)下套管裝置的心軸水眼，向單根套管和套管柱內(nèi)腔灌注泥漿；直至把全部套管柱下放到井底。效果是該下套管方法減少了作業(yè)設(shè)備，簡(jiǎn)化了作業(yè)流程，可根據(jù)需要及時(shí)旋轉(zhuǎn)套管柱和循環(huán)泥漿，增強(qiáng)了下套管作業(yè)的自動(dòng)化程度，提高了生產(chǎn)效率和安全性。
文檔編號(hào)E21B7/20GK101487377SQ20091007856
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者張國(guó)田, 張宏英, 李興杰, 李美華, 謝宏峰 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司;北京石油機(jī)械廠