專利名稱：連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油鉆井裝備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鉆井井口專用的卡瓦，具體是一種連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)中可承受上卸扣反扭矩的卡瓦。
背景技術(shù)：
目前，常規(guī)鉆井作業(yè)時，在接單根前，必須首先關(guān)閉高壓泵，停止鉆井液循環(huán)，當完成接單根操作后，再啟動高壓泵恢復(fù)鉆井液循環(huán)。當鉆井液循環(huán)停止時，井底產(chǎn)生的負激動壓力和巖屑沉降，極易導(dǎo)致井涌、氣侵、井壁坍塌和卡鉆等事故；當接單根后，重啟高壓鉆井泵，重新建立鉆井液循環(huán)，此時在井底引起的正激動壓力可能超過地層破裂壓力，造成鉆井液漏失。因此常規(guī)的鉆井液循環(huán)方式無法滿足窄鉆井液密度窗口等復(fù)雜地層的鉆井需求。為了解決上述問題，國外首先提出了連續(xù)循環(huán)鉆井(Continuous CirculationSystem)的概念，并申請了相關(guān)專利(US6591916B1，US6315051B1, CA2550981A1 )。之后國外研制出了連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)樣機，并成功實現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用(SPE102851，SPE102859,SPE90702)，成為一項先進的技術(shù)裝備。國外連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)主要由主機、分流裝置、動力單元以及控制系統(tǒng)組成。主機是連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)的核心，主要包括動力鉗(Iron roughneck)、平衡補償裝置(Snubber)、三聯(lián)防噴器組(BOP)和底部動力卡瓦(Power slip)等，其中動力鉗具有旋扣、緊扣及卸扣功能，同時平衡補償裝置與動力鉗配合動作，完成鉆桿接頭的準確對扣與上卸扣操作；防噴器組則由上半封、中間全封和下半封三組閘板防噴器組成，可在鉆桿接頭周圍形成密閉腔體，并利用防噴器組上半封、中間全封的開合動作配合分流裝置完成鉆井液循環(huán)通道的切換，實現(xiàn)接單根操作期間鉆井液的連續(xù)循環(huán)；底部動力卡瓦則用于承受鉆柱懸重，并提供上卸扣反扭矩。接單根上卸扣時，底部動力卡瓦夾住下部鉆桿本體，使整個鉆柱重量通過動力卡瓦作用于轉(zhuǎn)盤補心上，同時底部動力卡瓦還作為背鉗提供上卸扣所需的反扭矩。國外連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)底部動力卡瓦不足之處是在主機實施鉆桿上卸扣操作的過程中，卡在鉆桿本體上的底部動力卡瓦，不僅要承受整個鉆柱的重量，還要作為背鉗提供上卸扣反扭矩，導(dǎo)致?lián)p傷鉆桿本體，甚至可能引起在鉆井過程中鉆桿斷裂等嚴重事故。另外，由于上卸扣過程中產(chǎn)生的鉆井液上頂力作用于主機動力鉗上，使主機受到向上的作用力，導(dǎo)致底部動力卡瓦具有向上運動的趨勢，使其對鉆桿的夾持力減小，可能導(dǎo)致上卸扣時卡瓦打滑卸不開扣，甚至出現(xiàn)鉆柱下滑發(fā)生溜鉆事故。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置，能夾持鉆柱、承受整個鉆柱的重量，利用承載梁將鉆井液上頂力轉(zhuǎn)化為動力卡瓦對鉆柱的夾持力，消除鉆井液上頂力對卡瓦夾持能力的不利影響，通過承扭連接板將主機與轉(zhuǎn)盤補心相連，為主機提供上卸扣反扭矩，有效提高上卸扣操作的安全性和可靠性。解決連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)在接單根操作期間的操作安全性問題，同時為連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)主機提供了一種方便快捷的固定方式。本實用新型采用的技術(shù)方案是連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置，主要由一個動力卡瓦、一個轉(zhuǎn)盤補心、一對承扭連接板和四個承扭銷組成。其中動力卡瓦安裝在轉(zhuǎn)盤補心內(nèi)，動力卡瓦下端的外錐面與轉(zhuǎn)盤補心上端的內(nèi)錐面相接觸；使用時動力卡瓦殼體上翼板位于承載梁的上部，一對承扭連接板位于轉(zhuǎn)盤補心的上面動力卡瓦的翼板的下面，并通過四個承扭銷與轉(zhuǎn)盤補心相連，使用時承扭連接板上的U型槽跨騎在主機底座的橫梁上。所述的動力卡瓦，由一組氣缸、一組牙板、杠桿機構(gòu)和殼體組成。牙板為楔形結(jié)構(gòu)，外側(cè)面為圓弧面，內(nèi)側(cè)面有卡瓦牙；殼體內(nèi)為圓錐面，外部上方為方形，頂部具有左右兩個翼板。氣缸的活塞桿通過杠桿機構(gòu)與牙板相連；牙板圓弧面與殼體內(nèi)錐面相接觸；氣缸置于殼體內(nèi)。使用時兩個翼板位于二個承載梁的上部，方形外殼的左右側(cè)面與承載梁的內(nèi)側(cè)面相接觸。通過承載梁將主機上的上頂力傳遞給動力卡瓦,并確定主機底座和轉(zhuǎn)盤的相對位置。所述的轉(zhuǎn)盤補心，內(nèi)部為上下兩段錐面結(jié)構(gòu)，外部上端為方形結(jié)構(gòu)，下端為階梯圓柱面結(jié)構(gòu)，上表面有四個均布的垂直于上表面的圓柱孔。所述的承扭連接板是一個帶有彎曲結(jié)構(gòu)的板，彎曲端為U型槽結(jié)構(gòu)，另一端為內(nèi)圓弧形結(jié)構(gòu)，靠近圓弧邊緣有二個對稱的扁方槽，安裝時，扁方槽卡住承扭銷的上部，使用時U型槽跨騎在主機底座的橫梁上，將反扭矩通過承扭連接板傳遞給承扭銷。 承扭銷為柱體，分為上下二部分，上部方柱體的橫截面為長方形，下部圓柱體的橫截面為圓形。下部圓柱體在轉(zhuǎn)盤補心的銷孔內(nèi)，上部方柱體在承扭連接板的扁方槽內(nèi)。承扭連接板和轉(zhuǎn)盤補心通過承扭銷相連接。使用時將反扭矩通過轉(zhuǎn)盤補心傳遞給轉(zhuǎn)盤。安裝和工作時，本實用新型與連續(xù)循環(huán)主機底座和承載梁配合使用。簡述連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置的安裝、卸鉆桿和接單根過程，有利于理解本實用新型。I、安裝過程參閱圖3和圖4首先，將轉(zhuǎn)盤補心2放入轉(zhuǎn)盤23中，將承載梁6通過螺栓與主機底座5相連；然后，將主機底座5放在轉(zhuǎn)盤23上，并以轉(zhuǎn)盤23的中心為對稱點，承載梁6平行與鉆機大門；將四個承扭銷4的圓柱端分別插入轉(zhuǎn)盤補心2的4個銷孔中；將二個承扭連接板3的U型槽21分別跨騎在主機底座5的二個橫梁19上，圓弧端靠近轉(zhuǎn)盤補心2的中心，將四個承扭銷的扁方端插入二個承扭連接板3的四個扁方槽22中，將主機底座的左右方向固定；最后，安放動力卡瓦1，將動力卡瓦I的上部方形外殼的兩個平行面貼緊兩個承載梁6的內(nèi)表面，從而將主機底座5前后固定，頂部二個翼板20分別放在二個承載梁6的上面，將主機底座5上下固定。2、卸鉆桿過程參閱圖5 :首先，提升頂部驅(qū)動鉆井裝置(簡稱頂驅(qū))和鉆柱，當鉆柱7提升至設(shè)定位置時，啟動動力卡瓦I夾緊鉆柱7 ;之后下放頂驅(qū)18使鉆柱7通過動力卡瓦I座于轉(zhuǎn)盤10上，此時轉(zhuǎn)盤10承受整個鉆柱7的重量；啟動腔內(nèi)背鉗9夾緊鉆桿接頭8，同時啟動動力鉗牙板14夾緊頂驅(qū)加長接頭17，并關(guān)閉上半封閘板24和下半封閘板25，在上半封閘板24和下半封閘板25之間形成密封腔，在關(guān)閉上腔旁通閥27后，打開下旁通閥28，向腔體總成12內(nèi)充填鉆井液并增壓；當腔體總成12內(nèi)的壓力與立管壓力相等時，利用鉆桿動力鉗15卸開鉆柱7與頂驅(qū)加長接頭17的連接，在卸開過程中，高壓鉆井液對加長接頭17產(chǎn)生上頂力，該上頂力通過通過動力鉗牙板14傳遞給平衡補償液缸13，通過平衡補償液缸的液壓力平衡該鉆井液上頂力，在由平衡補償液缸13通過主機框架11、主機底座5和承載梁6，最后傳遞給動力卡瓦I的翼板20，對動力卡瓦I殼體產(chǎn)生一個向上的拉力，由于動力卡瓦I的錐面作用使動力卡瓦I夾持鉆柱7更可靠。 將頂驅(qū)加長接頭17提升至全封閘板26上部；關(guān)閉立管通道23，使鉆井液完全通過下腔旁通閥28流入腔內(nèi)后，關(guān)閉全封閘板26，在上半封閘板24和全封閘板25之間形成隔離的上腔，在全封閘板26和下半封閘板25之間形成密閉的下腔；然后開啟上旁通閥27，使上腔室卸荷排漿；在確定上腔室卸荷后，打開上半封閘板24和動力鉗牙板14，提升頂驅(qū)18，將頂驅(qū)加長接頭17提離腔體總成12和動力鉗15，同時利用平衡補償油缸13下放鉆桿動力鉗1，自此完成卸鉆桿操作。3、接單根過程參閱圖6和圖7。首先，將鉆桿與頂驅(qū)加長接頭連接。將鉆桿16吊入連續(xù)循環(huán)主機腔體總成12內(nèi)，啟動動力卡牙板14加緊鉆桿16，下放頂驅(qū)18，啟動頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)上扣，使頂驅(qū)加長接頭17與鉆桿16連接。此過程中，動力鉗15為上扣背鉗，動力鉗15通過主機框架11將扭矩傳遞給主機底座5，主機底座5通過承扭銷4和轉(zhuǎn)盤補心2通過承扭連接板將扭矩傳遞給轉(zhuǎn)盤10，由轉(zhuǎn)盤10承受上扣時的反扭矩。松開動力鉗牙板14，上提頂驅(qū)18，使鉆桿30下接頭距全封閘板26上50mm ;用平衡補償液缸13將動力鉗15提升至一定高度，啟動動力鉗牙板14夾緊鉆桿16，同時關(guān)閉上半封閘板24 ;在關(guān)閉上腔旁通閥27后，打開立管通道23，向腔體總成12的上腔室內(nèi)充填鉆井液并增壓；當上腔室和下腔室的壓力相等時，打開全封閘板26，使上腔室和下腔室連通；之后關(guān)閉下芳通閥28,鉆井液完全通過立管通道23和鉆桿16流入腔內(nèi)后，用動力甜15和平衡補償液缸13驅(qū)動鉆桿16與鉆柱7對接，并完成上扣操作；接著打開下旁通閥28使腔體卸荷，之后打開上半封閘板24和下半封閘25排漿；最后打開動力鉗牙板14和背鉗9，提升頂驅(qū)18，松開動力卡瓦1，完成接鉆桿操作。在操作過程中，高壓鉆井液對鉆桿16將產(chǎn)生上頂力，該上頂力通過通過動力鉗牙板14傳遞給平衡補償液缸13，通過平衡補償液缸的液壓力平衡該鉆井液上頂力，在由平衡補償液缸13通過主機框架11、主機底座5和承載梁6，最后傳遞給動力卡瓦I的翼板20，對動力卡瓦I殼體產(chǎn)生一個向上的拉力，由于動力卡瓦I的錐面作用使動力卡瓦I夾持鉆柱7更可靠。本實用新型的有益效果本實用新型提供了一種連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置，能夠在接單根期間，利用該裝置能夠夾持鉆柱，承受鉆柱重量，利用承載梁將鉆井液上頂力轉(zhuǎn)化為動力卡瓦對鉆柱的夾持力，消除鉆井液上頂力對夾持能力的不利影響以及提供上卸扣所需的反扭矩。該動力卡瓦通過承載梁與主機相連，不僅承受鉆柱的重量，而且消除了鉆井液上頂力對卡瓦夾持能力的影響；通過承扭連接板將主機與轉(zhuǎn)盤補心相連，將上卸扣所需的反扭矩轉(zhuǎn)嫁到轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)盤底座上，為主機提供上卸扣反扭矩，有效提高上卸扣操作的安全性和可靠性。該實用新型改善了卡瓦與鉆柱之間的受力狀態(tài)，可有效提高上卸扣操作的安全可靠性，同時為連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)主機提供了一種方便快捷的固定方式。
圖I是本實用新型連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖3是連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置安裝三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置安裝俯視示意圖。圖5表示的是開始卸鉆桿操作示意圖。圖6和圖7表示的是接單根操作示意圖。圖中，I-動力卡瓦；2_轉(zhuǎn)盤補心；3_承扭連接板；4_承扭銷；5_主機底座；6-承載梁；7_鉆柱；8_鉆桿接頭；9-背鉗；10_轉(zhuǎn)盤；11-主機框架；12-腔體總成；13-平衡補償液缸；14_動力鉗牙板；15_動力鉗；16_鉆桿；17_頂驅(qū)加長接頭；18_頂驅(qū)；19_橫梁；20_翼板；21-U型槽；22_扁方槽；23_立管通道；24_上半封閘板；25_下半封閘板；26_全封閘板；27-上旁通閥；28_下旁通閥；29_氣缸；30_牙板；32_杠桿機構(gòu)；31_殼體。
具體實施方式
實施例I :以一個連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置為例，對本實用新型作進一步詳細說明。參閱圖2。連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置主要由一個動力卡瓦I、一個轉(zhuǎn)盤補心2、一對承扭連接板3和四個承扭銷4組成。其中動力卡瓦I安裝在轉(zhuǎn)盤補心2內(nèi)，動力卡瓦I外錐面與轉(zhuǎn)盤補心2內(nèi)錐面相接觸；動力卡瓦I殼體上翼板20位于承載梁6的上部，一對承扭連接板3位于轉(zhuǎn)盤補心2的上面動力卡瓦I的翼板20的下面，并通過四個承扭銷4與轉(zhuǎn)盤補心2相連，承扭連接板3上的U型槽21跨騎在主機底座5的橫梁19上。所述的動力卡瓦1，由一組氣缸29、一組牙板30、杠桿機構(gòu)32和殼體31組成。牙板30為楔形結(jié)構(gòu)，外側(cè)面為圓弧面，內(nèi)側(cè)面有卡瓦牙；殼體31內(nèi)為圓錐面，外部上方為方形，頂部具有左右兩個寬度為80mm，厚度為40mm的翼板20。氣缸29的活塞桿通過杠桿機構(gòu)32與牙板30相連；牙板30圓弧面與殼體31內(nèi)錐面相接觸；氣缸29置于殼體31內(nèi)。兩個翼板20位于二個承載梁6的上部，方形外殼的左右側(cè)面與承載梁6的內(nèi)側(cè)面相接觸。通過承載梁6將主機上的上頂力傳遞給動力卡瓦1，并確定主機底座和轉(zhuǎn)盤10的相對位置。所述的轉(zhuǎn)盤補心2，內(nèi)部為上下兩段錐面結(jié)構(gòu)，外部上端為方形結(jié)構(gòu)，下端為階梯圓柱面結(jié)構(gòu)，上表面有四個均布的垂直于上表面的直徑為40mm的圓柱孔。所述的承扭連接板3是一個帶有彎曲結(jié)構(gòu)厚度為40mm的板，彎曲端為U型槽21結(jié)構(gòu)，另一端為內(nèi)圓弧形結(jié)構(gòu)，靠近圓弧邊緣有二個對稱的扁方槽22，安裝時，扁方槽22卡住承扭銷4的上部方柱體，U型槽21跨騎在主機底座5的橫梁19上，以將反扭矩通過承扭連接板3傳遞給承扭銷4。承扭銷4為柱體，分為上下二部分，上部方柱體的橫截面為長方形，下部圓柱體的橫截面為圓形。下部圓柱體在轉(zhuǎn)盤補心2的銷孔內(nèi)，上部方柱體在承扭連接板3的扁方槽22內(nèi)。承扭連接板3和轉(zhuǎn)盤補心2通過承扭銷4相連接。將反扭矩通過轉(zhuǎn)盤補心2傳遞給轉(zhuǎn)盤10。安裝和工作時，本實用新型與連續(xù)循環(huán)主機底座5和承載梁6配合使用。
權(quán)利要求1.一種連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置，其特征在于主要由一個動力卡瓦(I)、一個轉(zhuǎn)盤補心(2)、一對承扭連接板(3)和四個承扭銷(4)組成；其中動力卡瓦(I)安裝在轉(zhuǎn)盤補心(2)內(nèi)，動力卡瓦(I)下端的外錐面與轉(zhuǎn)盤補心(2)上端的內(nèi)錐面相接觸；一對承扭連接板(3)位于轉(zhuǎn)盤補心(2)的上面動力卡瓦(I)的翼板(20)的下面，并通過四個承扭銷⑷與轉(zhuǎn)盤補心⑵相連； 所述的動力卡瓦(I)，由一組氣缸(29)、一組牙板(30)、杠桿機構(gòu)(32)和殼體(31)組成；牙板(30)為楔形結(jié)構(gòu)，外側(cè)面為圓弧面，內(nèi)側(cè)面有卡瓦牙；殼體(31)內(nèi)為圓錐面，外部上方為方形，頂部具有左右兩個翼板(20);氣缸(29)的活塞桿通過杠桿機構(gòu)(32)與牙板(30)相連；牙板(30)圓弧面與殼體(31)內(nèi)錐面相接觸；氣缸(29)置于殼體(31)內(nèi)； 所述的轉(zhuǎn)盤補心(2)，內(nèi)部為上下兩段錐面結(jié)構(gòu)，外部上端為方形結(jié)構(gòu)，下端為階梯圓柱面結(jié)構(gòu)，上表面有四個均布的垂直于上表面的圓柱孔； 所述的承扭連接板(3)是一個帶有彎曲結(jié)構(gòu)的板，彎曲端為U型槽(21)結(jié)構(gòu)，另一端為內(nèi)圓弧形結(jié)構(gòu)，靠近圓弧邊緣有二個對稱的扁方槽(22)，安裝時，扁方槽(22)卡住承扭銷(4)的上部方柱體； 承扭銷(4)為柱體，分為上下二部分，上部方柱體的橫截面為長方形，下部圓柱體的橫截面為圓形；下部圓柱體在轉(zhuǎn)盤補心(2)的銷孔內(nèi)，上部方柱體在承扭連接板(3)的扁方槽(22)內(nèi)；承扭連接板(3)和轉(zhuǎn)盤補心(2)通過承扭銷(4)相連接。
專利摘要連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可承扭的卡瓦裝置，應(yīng)用于石油鉆井井口。主要由一個動力卡瓦、一個轉(zhuǎn)盤補心、一對承扭連接板和四個承扭銷組成。其中動力卡瓦安裝在轉(zhuǎn)盤補心內(nèi)，動力卡瓦外錐面與轉(zhuǎn)盤補心內(nèi)錐面相接觸；動力卡瓦殼體上翼板位于承載梁的上部，一對承扭連接板位于轉(zhuǎn)盤補心的上面動力卡瓦的翼板的下面，并通過四個承扭銷與轉(zhuǎn)盤補心相連，承扭連接板上的U型槽跨騎在主機底座的橫梁上。能夠在接單根期間，利用該裝置能夠夾持鉆柱，承受鉆柱重量，利用承載梁將鉆井液上頂力轉(zhuǎn)化為動力卡瓦對鉆柱的夾持力，消除鉆井液上頂力對夾持能力的不利影響并提供上卸扣所需的反扭矩。
文檔編號E21B19/10GK202745745SQ201220220690
公開日2013年2月20日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者馬青芳, 肖建秋, 胡志堅, 王愛國, 邵強, 齊建雄 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院