本發(fā)明涉及油田套管鉆井設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭。

背景技術(shù)：

套管鉆井技術(shù)作為一種新型的“綠色”鉆井技術(shù)，能大大提高勞動效率，節(jié)約鉆井成本，為油氣田的開發(fā)帶來了顯著的經(jīng)濟效益，在國外逐漸得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。套管夾持器作為套管鉆井技術(shù)裝備的關(guān)鍵零部件，在套管鉆井過程中實現(xiàn)頂驅(qū)或方鉆桿與套管之間的有效快速連接，并且懸持鉆柱重量、傳遞扭矩、循環(huán)泥漿，減少一個上卸扣周期，降低套管絲扣損壞的風(fēng)險，同時可有效解決水平井下套管的難題。中國石油鉆井工程技術(shù)研究院在套管鉆井技術(shù)研發(fā)中，申請了套管鉆井液壓式套管夾持頭的專利。這種液壓式套管夾持頭實現(xiàn)了套管柱的自動化連接，可以懸持鉆具重量，卻不能傳遞較大扭矩、旋轉(zhuǎn)整個套管柱。

目前國內(nèi)先期開發(fā)了機械式套管夾持器，通過方鉆桿與轉(zhuǎn)盤配套使用，在簡易套管鉆井先導(dǎo)性工業(yè)試驗中曾應(yīng)用過，其不能自動控制，操作效率較低，存在安全隱患。研制性能穩(wěn)定的套管夾持頭，能簡化套管單根連接的作業(yè)流程，能及時旋轉(zhuǎn)套管柱和循環(huán)泥漿，能提高下套管生產(chǎn)效率，提高安全性，增強套管鉆井作業(yè)的自動化程度。套管夾持頭是套管鉆井鉆機的重要部件，對提高石油機械裝備的設(shè)計能力、制造水平、增強參與市場競爭實力有著重要的現(xiàn)實意義，同時對國內(nèi)油田后期低成本開發(fā)具有重要的價值。

基于此通過研究，設(shè)計出了一種滿足套管鉆井需要的遠程自動控制液壓式套管夾持頭，具有操作維修方便，安全系數(shù)高，并通過數(shù)值分析及理論計算驗證了功能的可行性，為套管鉆井技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展和推廣應(yīng)用奠定堅實的理論基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及油田套管鉆井設(shè)備領(lǐng)域，針對國內(nèi)現(xiàn)有簡易套管鉆井不能自動控制，操作效率較低，存在安全隱患等不足，不能滿足不同直徑套管的懸持要求，不能傳遞較大扭矩、旋轉(zhuǎn)整個套管柱,提出一種可實現(xiàn)遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，其主要有以下優(yōu)勢：一是套管夾持器結(jié)構(gòu)研究，該設(shè)備不僅能滿足多種直徑套管的懸持要求，而且滿足機械能和水力能傳遞的要求，二是遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭用于頂部驅(qū)動高位遠程操作方便接單根，機械式套管夾持頭一般用于轉(zhuǎn)盤驅(qū)動，一端與方鉆桿連接，另一端與套管連接，套管夾持頭在保護套管連接螺紋的前提下，實現(xiàn)鉆具重量懸持、扭矩傳遞、泥漿循環(huán)三大功能，既要適應(yīng)套管鉆井作業(yè)的功能需求，也應(yīng)滿足常規(guī)鉆井頂驅(qū)快速下套管作業(yè)要求，因此設(shè)備要求拆裝方便，應(yīng)用范圍廣。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，包括從整體上來看，套管夾持器由連接螺紋、驅(qū)動機構(gòu)、卡瓦機構(gòu)、密封機構(gòu)、導(dǎo)向接頭等機構(gòu)組成，夾持頭本體上端通過螺紋與方鉆桿連接，夾持頭本體下端是一個殼體，工作時，夾持頭中心軸伸到套管內(nèi)徑里，殼體包住套管接箍，套管位于中心軸和殼體之間，在本體下端的殼體上開有四個燕尾槽，卡塊通過燕尾槽與殼體連接，旋緊本體上端的驅(qū)動螺母，螺母下端端面推動卡塊沿著燕尾槽下行，卡塊上鑲有牙板，牙板上的卡牙咬住套管外壁，鉆進時，方鉆桿驅(qū)動夾持頭本體，夾持頭本體驅(qū)動卡塊，依靠卡牙與套管外壁之間的摩擦力驅(qū)動套管，由于外卡式是從套管外面夾緊套管外壁，如果發(fā)生夾不緊的情況，套管接箍的下端面會碰到卡塊，這樣套管柱便不會掉到井下，當(dāng)需要松開卡塊時，驅(qū)動殼體下端的驅(qū)動螺母，驅(qū)動螺母的上端面推動卡塊沿著燕尾槽上移，卡牙脫離套管外壁。

上述一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，所述該套管夾持頭主要由導(dǎo)向頭、卡塊、燕尾槽、活塞、推拉桿、夾持機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、芯軸構(gòu)成，所述芯軸上端有螺紋與頂驅(qū)相連接，套管夾持頭工作時，夾持器下端與導(dǎo)向頭連接的中心軸伸到套管里面，通過司鉆房集中自動控制液壓系統(tǒng)，工作時使驅(qū)動機構(gòu)上、下油缸充油，推動驅(qū)動機構(gòu)上的活塞上、下運動，所述的連接套受到上部液壓系統(tǒng)傳遞來的壓力迫使驅(qū)動機構(gòu)的推拉桿下行，推動與推拉桿連接的牙板下行，驅(qū)動機構(gòu)為楔形錐面結(jié)構(gòu)，從而使牙板上的牙齒抱住套管外壁實現(xiàn)夾緊，所述上部液壓系統(tǒng)拉動連接套向上運動時，卡塊與外殼體分開，進而實現(xiàn)夾持機構(gòu)松開，實現(xiàn)套管的夾緊和松開的目的。

上述一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，所述的液壓系統(tǒng)通過頂驅(qū)的液壓源，使驅(qū)動機構(gòu)上、下油缸充油，推動驅(qū)動機構(gòu)上、下運動，實現(xiàn)復(fù)位彈簧的壓縮和復(fù)位，進而實現(xiàn)夾持機構(gòu)與套管的松開或夾緊，該裝置的夾持機構(gòu)為卡瓦牙結(jié)構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)為楔形錐面結(jié)構(gòu)，楔形錐面夾持結(jié)構(gòu)可使管柱所受的夾持力隨下放管柱重力的增大而增大，不需要加大液壓壓力，依靠鉆柱的自重實現(xiàn)夾緊的目的。

上述一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，所述的卡塊上有卡牙夾緊套管，頂驅(qū)傳過來的動力通過卡牙與套管外壁之間的摩擦傳到套管上，再通過套管傳到鉆頭上，從而滿足傳遞機械和水力能量的要求。

上述一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，所述的夾持機構(gòu)為卡瓦牙結(jié)構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)的活塞為楔形錐面結(jié)構(gòu)。

上述一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，所述的液壓系統(tǒng)中圓柱滾子軸承與連接桿之間使用密封圈進行密封，保證有效的油液壓力，四副圓柱滾子軸承帶動夾持頭整體及夾緊的套管隨主軸一同轉(zhuǎn)動，停止泥漿輸入后，活塞在復(fù)位彈簧的作用下上移，松開卡瓦，卡瓦與套管分離，不再傳遞扭矩，套管停止轉(zhuǎn)動，采用圓柱滾子軸承GB/T2002，有很好的扶正和轉(zhuǎn)動作用，耐磨性及承壓性能良好，使用壽命長。

上述一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，所述的燕尾槽，卡塊通過燕尾槽與殼體連接，旋緊本體上端的驅(qū)動螺母，螺母下端端面推動卡塊沿著燕尾槽下行，卡塊上鑲有牙板，牙板上的卡牙咬住套管外壁，上述一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭的芯軸上端通過螺紋與頂驅(qū)連接，夾持頭本體下端是一個殼體。

上述一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，所述的導(dǎo)向頭可以進行導(dǎo)向作用，工作時，夾持頭導(dǎo)向頭伸到套管內(nèi)徑里，殼體包住套管接箍，套管位于中心軸和殼體之間，保證套管、管柱及夾持頭處于同心位置，利于后續(xù)鉆井過程中管柱不會產(chǎn)生的偏移。

上述一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，所述的夾持機構(gòu)的夾持方式為卡瓦牙夾持，上述一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，所述的夾持頭本體上端通過螺紋與頂驅(qū)連接，夾持頭本體下端是一個殼體。

上述一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，所述的活塞上的錐面狀側(cè)面在活塞下移時通過卡瓦的斜面將卡瓦向外推，使卡瓦外側(cè)面的齒牙緊壓在套管內(nèi)壁上，形成同套管的緊配合，帶動套管隨主軸一同轉(zhuǎn)動，停止泥漿輸入后，活塞在復(fù)位彈簧的作用下上移，松開卡瓦，卡瓦與套管分離，不再傳遞扭矩，套管停止轉(zhuǎn)動。

述一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，所述的推拉桿與卡瓦、連接套用銷釘連接，保證推拉桿如同合頁可以自由張開和縮回，推拉桿受到活塞作用時可以，從而實現(xiàn)對卡塊的上下移動作用，達到抱緊和松開套管的功能。

一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭,相比目前已有的夾持工具具有如下優(yōu)勢：

(1)該夾持機構(gòu)對套管柱的夾緊不是靠液壓推力而夾緊，而是靠套管柱自身的重力而夾緊的，夾緊力隨下放管柱重力的增大而增大，不需要額外增加鉆壓。

(2)在使用中良好的潤滑能大大降低液壓系統(tǒng)的功率。另外本方案設(shè)計在不損壞套管的前提下，可實現(xiàn)套管柱快速有效連接，滿足提升、旋轉(zhuǎn)、循環(huán)三大功能要求。

(3)本技術(shù)方案通過整體式連接，該裝置能與頂驅(qū)和鋼絲繩防噴器集成為一個整體，滿足套管鉆機地面設(shè)備與井下套管柱的快速有效連接，保護套管絲扣免受損害，提高接單根效率，適應(yīng)套管鉆井鋼絲繩快速換鉆頭技術(shù)要求。同時可解決水平井下套管的難題。

(4)套管夾持器作為套管鉆井技術(shù)裝備的關(guān)鍵零部件，對其研究有助于套管鉆井鉆機的研發(fā)和套管鉆井技術(shù)的推廣應(yīng)用。

(5)套管夾持頭可實現(xiàn)頂驅(qū)與套管之間的有效快速連接，懸持鉆具重量、傳遞扭矩、循環(huán)泥漿。

(6)套管夾持頭采用液壓驅(qū)動，自動化程度高，使人力遠離作業(yè)現(xiàn)場遠程控制，降低套管鉆井接單根工序的風(fēng)險，提高操作效率。

附圖說明

圖1為一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭的夾持機構(gòu)局部放大圖。

圖3為一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭的夾持機構(gòu)的牙板局部放大圖。

圖4為一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭的力學(xué)原理圖。

圖面說明：

1-導(dǎo)向頭，2-下端蓋，3-螺釘，4-中心連接管，5-殼體，6-卡瓦，7-牙板，8-卡塊，9-驅(qū)動螺母， 10-推拉桿，11-銷釘，12-連接套，13-卡環(huán)，14-活塞，15-軸承，16-隔環(huán)，17-軸承擋套，18- 下油腔，19-復(fù)位彈簧，20-驅(qū)動套筒，21-隔套孔，22-上油腔，23-上端蓋，24-螺紋連接桿。

具體實施方式

以下描述本發(fā)明的具體實施方式，但并非用以限定本發(fā)明。

結(jié)合附圖與實施案例對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明所述的一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭的工作流程：

一種遠程自動控制液壓驅(qū)動外卡式套管夾持頭，包括從整體上來看，套管夾持器由連接螺紋、驅(qū)動機構(gòu)、卡瓦機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、導(dǎo)向接頭等機構(gòu)組成，夾持頭本體上端通過螺紋連接桿24 與方鉆桿連接，夾持頭本體下端是一個殼體5。工作時，夾持頭導(dǎo)向頭1伸到套管內(nèi)徑里，殼體5包住套管接箍，套管位于中心連接管4和殼體5之間。在本體下端的殼體5上開有四個燕尾槽，卡瓦6通過燕尾槽與殼體5連接，旋緊本體上端的驅(qū)動螺母9，上部液壓系統(tǒng)通過頂驅(qū)的液壓源，使驅(qū)動機構(gòu)上油腔22充油，復(fù)位彈簧19壓縮推動驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動螺母9 向下軸向移動，驅(qū)動螺母9下端端面推動卡瓦6上的卡塊8沿著燕尾槽下行，卡塊8上鑲有牙板7，牙板7上的卡牙咬住套管外壁。鉆進時，方鉆桿驅(qū)動夾持頭本體，夾持頭本體卡瓦6 上的卡塊8，依靠卡牙與套管外壁之間的摩擦力驅(qū)動套管。由于外卡式是從套管外面夾緊套管外壁，如果發(fā)生夾不緊的情況，套管接箍的下端面會碰到卡塊8，這樣套管柱便不會掉到井下。停止工作時，使驅(qū)動機構(gòu)上油腔22充油復(fù)位彈簧19復(fù)位，推動驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動螺母9向上軸向移動，當(dāng)需要松開卡塊8時，驅(qū)動殼體下端的另一個螺母，驅(qū)動螺母9的上端面推動卡塊8沿著燕尾槽上移，牙板7上的卡牙脫離套管外壁，進而實現(xiàn)夾持機構(gòu)松開。