CN102287149A

CN102287149A - 钻杆液压动力卡瓦

Info

Publication number: CN102287149A
Application number: CN2011102392865A
Authority: CN
Inventors: 余维初; 吕德贵; 王培义
Original assignee: JINGZHOU MODERN OIL S&T CO Ltd
Current assignee: JINGZHOU MODERN OIL S&T CO Ltd
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: CN102287149B

Abstract

本发明涉及一种起下钻杆的动力卡瓦；属钻井配套设备技术领域。它由刮泥托盘、刮泥盘、提升臂、卡瓦体、旋转油缸、提升臂支架、油缸上支架、旋转油缸支架，活动立柱、油缸下支架、举升油缸和固定立柱等组成。卡瓦体悬挂在提升臂左端下方；提升臂左端上方安装有刮泥托盘和刮泥盘，右端安装在提升臂支架上，提升臂支架固定在活动立柱上；旋转油缸的一端与旋转油缸支架上端连接，另一端与提升臂连接；活动立柱通过油缸上下支架和举升油缸与固定立柱连接。该钻杆液压动力卡瓦通过更换不同类型的卡瓦牙，适用于不同规格的钻杆起下钻作业，并实现了钻杆液压动力卡瓦的多功能性。解决了现有卡瓦结构复杂，气液路管线繁多，维修不便安全性差的问题。

Description

钻杆液压动力卡瓦

技术领域

本发明涉及一种石油或地质钻井过程中起下钻杆的动力卡瓦；特别涉及一种钻杆液压动力卡瓦，属钻井配套设备技术领域。

背景技术

现在油田或地质钻井起下钻作业和下套管作业时，为了将作业的钻杆、钻铤或套管卡住固定在井口处，利用液压大钳拆卸管具扣加减钻具，大都采用双吊卡作业或单吊卡加手提式卡瓦的作业方式。这些作业方式都存在工人劳动强度大，工作效率低，安全性能差等问题。特别是采用双吊卡作业方式，容易造成单吊环起钻引发的重大工程和人身事故等问题。手提式钻杆卡瓦虽可稍微提高工作效率，但其自身重量较大，一般都在70公斤以上，工人劳动强度特别大，钻台上要配备多名操作人员轮班。

为了解决上述问题，有人对卡瓦做过改进，如中国专利：ZL 91229687.9，名称为“一种石油钻井施工用气（液）动卡瓦”提供了一种可以卡持钻杆、套管悬重并能传递转盘动力扭矩及承座吊卡、带有扶正装置的多功能卡瓦，由于其工作高度高出钻台面较多、外置式动力缸占据空间大以及运动易损件较多等原因，无法在现场得到大范围的推广。又如中国专利：ZL92242347.4，名称为“半自动钻柱卡瓦”，采用一种特殊设计的升降柱塞弹簧系统及两块不相联的卡瓦锥座、三自由度的悬吊装置，可实现全井段吊卡与卡瓦配套的起下钻柱作业；并克服了引进国外卡瓦技术配套难、安装使用不便等问题。但该卡瓦是利用柱塞弹簧和操作人员施加的外力及自重实现卡瓦体的升降，工作高度较高，且同样存在自动化程度低，工人劳动强度大，工作效率低、安全性能差等问题。另有中国专利：ZL 02212500.0，名称为“动力卡瓦”，提供了一种利用外置式气缸为动力的钻柱卡瓦，气缸固定在大方瓦上面，气管线悬挂在外面，卡瓦体实际工作高度高，不利于井口设备和人员的操作，且两个气缸采用独立气路，需要两路共四根进出气管线连接，气路管线较多，不但装卸麻烦，并且摆放在钻台面上易于损坏。国外也有类似的气动钻杆动力卡瓦，工作高度均在600mm以上，井口进行液压大钳拆卸钻杆扣及摆放防喷盒等操作时相当困难，使用时不适合我国国情。

国内也有利用液压作为动力对卡瓦作过改进的，如专利：ZL97217249.1，名称为“液压式油管卡瓦”，其特征是通过连杆安装在活动盘上的卡瓦的结构为空心双锥度园锥体的一部分，且空心双锥度园锥体的上锥度大、下锥度小，安装在固定盘上的锁环为园环形结构，其内壁为双锥度园锥体结构，且上锥度小、下锥度大，使用时需要把底盘固定在井口上作业；再如专利号ZL200920274294.1，名称为“旋转式液压卡瓦和使用这种卡瓦的旋转式双向液压卡瓦”，该专利提供一种在管柱需要上、卸扣，或进行打捞、套、磨、铣等旋转作业时不需要松开卡瓦，卡瓦始终对管柱施加控制力，使管柱处于受控状态，不容易发生窜管事故，增加作业的安全性工具。

以上国内的几种改进都是基于使用气缸或液压缸作为动力，都存在结构复杂，气液路管线繁多，维修不便等缺陷，同时在使用时需要吊进转盘补心或直接安装在井口上，不用时又要取出或吊走，具有使用不方便，安全性差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种使用液压作为动力，利用举升油缸带动与提升臂相连接的卡瓦体进行升降，并结合卡瓦体的外锥面与转盘方补心的内锥面的楔紧作用，卡紧与松开钻杆作业；同时利用旋转油缸把卡瓦体运移进出井口中心，并具有自动刮泥功能，适合与自动化液压钻机配套使用的钻杆液压动力卡瓦。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的：

该钻杆液压动力卡瓦由刮泥托盘、刮泥盘、耐磨环、提升臂、上销轴、连接片、下销轴、卡瓦体、转盘补心、旋转油缸、提升臂支架、油缸上支架、旋转油缸支架，活动立柱、油缸下支架、举升油缸和固定立柱组成；其特征在于：卡瓦体由三片构成，其中一片卡瓦体通过下销轴、连接片和上销轴悬挂在提升臂左端的下方；提升臂左端的上方安装有刮泥托盘，刮泥托盘内装有刮泥盘，提升臂左端的中心孔内安装有耐磨环；提升臂的右端通过主轴转销安装在提升臂支架上，提升臂支架通过支架背板固定在活动立柱上，支架背板上安装有旋转油缸支架，旋转油缸的一端通过油缸转销与旋转油缸支架上端连接，旋转油缸的另一端通过油缸转销与提升臂连接；活动立柱安装在固定立柱内，活动立柱与固定立柱之间均布装有四个导向滑块，活动立柱通过油缸上支架、举升油缸和油缸下支架与固定立柱连接；提升臂的右端上方装有两个安全销。

所述的卡瓦体内弧面上装有卡瓦牙；所述的刮泥托盘为对半式结构，通过小销轴与提升臂连接，并且可以90度旋转，刮泥盘通过连接柱和紧固螺钉固定在刮泥托盘下方。

所述的旋转油缸和举升油缸通过管线接头与液压控制单元连接；液压控制单元由旋转油缸双路单向节流阀、旋转油缸液控单向阀、旋转油缸三位四通电磁阀、举升油缸三位四通电磁阀、举升油缸液控单向阀、举升油缸双路单向节流阀组成；液压控制单元通过管线与钻机主液压系统连接。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该钻杆液压动力卡瓦一次性安装固定在钻井平台上成为钻机的一部分，液压管线和电器控制线布置在钻井平台下方，不需要经常起吊或拆卸，不影响钻井作业的其它工作。起下钻作业时通过旋转油缸把提升臂旋转到水平位置，并把卡瓦体置于转盘补心内，通过举升油缸控制活动柱的升降，带动卡瓦体升降并松开或卡紧钻杆。起下钻作业完成后，通过旋转油缸把提升臂及卡瓦体旋转移出工作位置，用安全销固定后可以卸去油缸两端压力，保持液压系统的稳定性并提高油缸使用寿命，且提升臂在停靠位置时不影响其它钻井作业。在支撑盘上增设易装拆的刮泥托盘并内置刮泥盘，实现了刮泥和卡持钻杆的双重功能，在降低劳动强度的同时提高了安全性能，大大提高了工作效率。液压控制单元中增加了液控单向阀，保证了卡瓦体在张开状态下不会因其它故障而突然下降，双路单向节流阀用于调节油缸上升和下降的速度，保持卡瓦体升降的平衡性以及与起下钻作业的连贯性。该钻杆液压动力卡瓦通过更换不同类型的卡瓦牙，适用于不同规格的钻杆起下钻作业，并实现了钻杆液压动力卡瓦的多功能性，能与不同规格的自动化液压钻机、配置液压顶驱的钻机以及通过转盘驱动的普通钻机和修井机等配套使用，应用范围广，功能性强，安全可靠。解决了现有卡瓦结构复杂，气液路管线繁多，维修不便；而且在使用时需要吊进转盘补心或直接安装在井口上，不用时又要取出或吊走，使用极不方便，安全性差的问题。

附图说明：

图1为钻杆液压动力卡瓦下降卡紧钻杆时的结构示意图；

图2为钻杆液压动力卡瓦上升松开钻杆时的结构示意图；

图3为钻杆液压动力卡瓦的俯视结构示意图；

图4为钻杆液压动力卡瓦旋转离开井口的结构示意图；

图5为钻杆液压动力卡瓦的液压控制单元原理图。

图中：1、刮泥托盘，2、刮泥盘，3、耐磨环，4、提升臂，5、上销轴，6、连接片，7、下销轴，8、卡瓦牙，9、卡瓦体，10、转盘补心，11、旋转油缸，12、提升臂支架，13、油缸上支架，14、旋转油缸支架，15、支架背板，16、活动立柱，17、导向滑块，18、油缸下支架，19、举升油缸，20、固定立柱，21、安全销，22、主轴转销， 23、油缸转销，24、连接柱，25、小销轴，26、紧固螺钉，27、旋转油缸双路单向节流阀，28、旋转油缸液控单向阀，29、旋转油缸三位四通电磁阀，30、举升油缸三位四通电磁阀，31、举升油缸液控单向阀，32、举升油缸双路单向节流阀。

具体实施方式：

该钻杆液压动力卡瓦由刮泥托盘1、刮泥盘2、耐磨环3、提升臂4、上销轴5、连接片6、下销轴7、卡瓦体9、转盘补心10、旋转油缸11、提升臂支架12、油缸上支架13、旋转油缸支架14，活动立柱16、油缸下支架18、举升油缸19和固定立柱20组成。卡瓦体9由三片构成，其中的一片卡瓦体9通过下销轴7、连接片6和上销轴5悬挂在提升臂4左端的下方；提升臂4左端的上方安装有刮泥托盘1，刮泥托盘1内装有刮泥盘2，提升臂4左端的中心孔内安装有耐磨环3；提升臂4的右端通过主轴转销22安装在提升臂支架12上，提升臂支架12通过支架背板15固定在活动立柱16上，支架背板15上安装有可以调节高度的旋转油缸支架14，旋转油缸11的一端通过油缸转销23与旋转油缸支架14的上端连接，旋转油缸11的另一端通过油缸转销23与提升臂4连接；活动立柱16安装在固定立柱20内，活动立柱16与固定立柱20之间均布装有四个导向滑块17，导向滑块17与活动立柱16的外表面直接接触，以减少滑动接触面积，保证活动立柱16的升降平衡并减少摩擦阻力。活动立柱16通过油缸上支架13、举升油缸19和油缸下支架18与固定立柱20连接；提升臂4的右端上方装有两个安全销21，提升臂4在水平位置或旋转位置都可能通过安全销21与提升臂支架12固定（参见附图1～4）。

所述的卡瓦体9的内弧面上装有防滑的微型卡瓦牙8，可以根据不同的管杆选择更换相应的卡瓦牙8，适用于不同规格钻杆的起下钻作业。

所述的刮泥托盘1为对半式结构，通过小销轴25与提升臂4连接，并且可以90度旋转，当起钻作业时，刮泥托盘1通过连接柱24和紧固螺钉26把刮泥盘2固定在刮泥托盘1下方，与刮泥托盘1内部有一定的轴向和径向浮动空间。

所述的旋转油缸11和举升油缸19通过管线接头与液压控制单元连接，液压控制单元由旋转油缸双路单向节流阀27、旋转油缸液控单向阀28、旋转油缸三位四通电磁阀29、举升油缸三位四通电磁阀30、举升油缸液控单向阀31、举升油缸双路单向节流阀32组成（参见附图5），液压控制单元通过管线与钻机主液压系统连接。

下面对该钻杆液压动力卡瓦的具体工作过程作进一步地说明。

1、安装调试：

将钻杆液压动力卡瓦安放在钻井平台的预留孔内，锁紧固定螺栓，检查液压控制单元与旋转油缸11、举升油缸19及主供油管道的连接，检查各销轴的固定及润滑情况。

调节液压控制单元中的旋转油缸双路单向节流阀27、举升油缸双路单向节流阀32，使流量处于较小状态，启动举升油缸三位四通电磁阀30，使活动立柱16上升到最高位置，启动旋转油缸三位四通电磁阀29，使提升臂4旋转到水平位置（即从附图4到附图2）。再多次升降活动立柱16，并逐步调节举升油缸双路单向节流阀32增大供油流量，达到与起下钻杆同步的速度；调整旋转油缸双路单向节流阀27，使旋转油缸11的旋转速度以满足提升臂4的旋转时间要求。

2、起下钻作业：

安装刮泥盘2：启动旋转油缸三位四通电磁阀29，使提升臂4旋转到水平位置，启动举升油缸三位四通电磁阀30，使卡瓦体9下降夹紧钻杆，卸开钻杆接头；逆时针旋转紧固螺钉26，把刮泥托盘1向外旋转开后，安放刮泥盘2、再向内旋转刮泥托盘1与提升臂4贴平，并顺时针旋转紧固螺钉26，通过连接柱24把刮泥托盘1固定。

起钻作业时，司钻操作用起钻短接头先挂住钻杆，操作举升油缸三位四通电磁阀30使举升油缸的底部进油，同时上提钻杆，利用钻杆与卡瓦体9内弧面上的微型卡瓦牙8的摩擦力，当活塞上行，通过活动立柱16推动提升臂4并带动卡瓦体9上升，同时利用卡瓦体9的重力偏心和背部锥度，使三片卡瓦体9向外扩开，让开钻杆通道，钻杆上行；同时刮泥盘2开始工作，将钻杆上粘附的泥浆刮入井口。一具钻杆提起后要卸螺杆扣时，停止大钩提升，操作举升油缸三位四通电磁阀30，使举升油缸19的上部进油，活塞下行，通过活动立柱16带动提升臂4并带动卡瓦体9下降，同时利用卡瓦体9的重力偏心和背部锥度，三片卡瓦体9向中心集拢并卡紧钻杆，此时开始卸螺杆扣。卸完螺杆扣并移走钻杆后，起钻短接头再次与钻杆连接并开始下一起钻作业。

下钻作业时，卡瓦工作过程与起钻作业时基本相同。先提住钻杆，再操作举升油缸三位四通电磁阀30使举升油缸19的底部进油，同时上提钻杆，利用钻杆与卡瓦牙8的摩擦力，活塞上行，通过活动立柱16推动提升臂4并带动卡瓦体9上升，同时利用卡瓦体9的重力偏心和背部锥度，三片卡瓦体9向外扩开，让开钻杆通道，钻杆下行；卸螺杆扣要卡紧钻杆时，操作举升油缸三位四通电磁阀30使举升油缸19的上部进油，活塞下行，通过活动立柱16带动提升臂4并带动卡瓦体9下降，同时利用卡瓦体9的重力偏心和背部锥度，三片卡瓦体9向中心集拢并卡紧钻杆。下钻作业时不需要刮泥，可以先不安装刮泥盘2。

起下钻作业完成后，按安装的顺序取下刮泥盘2，操作旋转油缸三位四通电磁阀29使旋转油缸11的上部进油，活塞缩回，提升臂4和卡瓦体9一起旋转到停靠位置，插上安全销21，使旋转油缸三位四通电磁阀29处于中位位置并卸去旋转油缸11的压力。

Claims

1.该钻杆液压动力卡瓦由刮泥托盘（1）、刮泥盘（2）、耐磨环（3）、提升臂（4）、上销轴（5）、连接片（6）、下销轴（7）、卡瓦体（9）、转盘补心（10）、旋转油缸（11）、提升臂支架（12）、油缸上支架（13）、旋转油缸支架（14），活动立柱（16）、油缸下支架（18）、举升油缸（19）和固定立柱（20）组成；其特征在于：卡瓦体（9）由三片构成，其中一片卡瓦体（9）通过下销轴（7）、连接片（6）和上销轴（5）悬挂在提升臂（4）左端的下方；提升臂（4）左端的上方安装有刮泥托盘（1），刮泥托盘（1）内装有刮泥盘（2），提升臂（4）左端的中心孔内安装有耐磨环（3）；提升臂（4）的右端通过主轴转销（22）安装在提升臂支架（12）上，提升臂支架（12）通过支架背板（15）固定在活动立柱（16）上，支架背板（15）上安装有旋转油缸支架（14），旋转油缸（11）的一端通过油缸转销（23）与旋转油缸支架（14）上端连接，旋转油缸（11）的另一端通过油缸转销（23）与提升臂（4）连接；活动立柱（16）安装在固定立柱（20）内，活动立柱（16）与固定立柱（20）之间均布装有四个导向滑块（17），活动立柱（16）通过油缸上支架（13）、举升油缸（19）和油缸下支架（18）与固定立柱（20）连接；提升臂（4）的右端上方装有两个安全销（21）。

2.根据权利要求1所述的钻杆液压动力卡瓦，其特征在于：所述的卡瓦体（9）的内弧面上装有卡瓦牙（8）；所述的刮泥托盘（1）为对半式结构，通过小销轴（25）与提升臂（4）连接，可以90度旋转，刮泥盘（2）通过连接柱（24）和紧固螺钉（26）固定在刮泥托盘（1）下方。

3.根据权利要求1所述的钻杆液压动力卡瓦，其特征在于：所述的旋转油缸（11）和举升油缸（19）通过管线接头与液压控制单元连接；液压控制单元由旋转油缸双路单向节流阀（27）、旋转油缸液控单向阀（28）、旋转油缸三位四通电磁阀（29）、举升油缸三位四通电磁阀（30）、举升油缸液控单向阀（31）、举升油缸双路单向节流阀（32）组成；液压控制单元通过管线与钻机主液压系统连接。