CN102839928B - 一种双游动卡瓦装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种油田矿井管柱连续起下方法及双游动卡瓦装置，由两组游动卡瓦机构组成双游动卡瓦装置，其中，第一组游动卡瓦机构和第二组游动卡瓦机构分别安装在井口装置上构成连续的起下系统，即双游动卡瓦装置；在石油矿井管柱的起下过程中，每组游动卡瓦机构的卡瓦交替对管柱进行夹持或松开，保证管柱始终在卡瓦的夹持下连续起下运动，实现无间断施工作业。由于采用了双游动卡瓦装置，克服了由于常规单游动卡瓦装置而产生的空行程问题，消除了起下管柱时，卡瓦升降液缸活塞杆空行程时管柱停止和等待的时间。
Description
技术领域：
本发明公开一种油田矿井管柱连续起下方法，涉及油田油井、气井、注水井的修井和钻井带压作业施工或其他作业施工中，把管柱从井中起出和下入的方法，同时还提供了适用于本发明方法的双游动卡瓦装置，属于石油矿场机械技术领域。
背景技术：
在石油矿场机械技术领域，现有的带压作业装置，均采用固定卡瓦和游动卡瓦（简称：单游动卡瓦装置）交替夹持管柱方式，由游动卡瓦升降液缸活塞杆带动游动卡瓦往复运动，实现起出和下入管柱的功能。起出管柱时，游动卡瓦升降液缸活塞杆的上行程为工作行程，下行程为空行程；下入管柱时，游动卡瓦升降液缸活塞杆的下行程为工作行程，上行程为空行程，工作效率不足50%，还增加了功耗（为无功损耗），常规的做法是提高空行程的运动速度，以降低空行程的运动时间，但并没有真正的解决空行程带来的功率和时间的浪费问题。
发明内容：
本发明公开一种油田矿井管柱连续起下方法，解决了常规矿井管柱起下作业施工中起下系统空行程导致功率和时间的损耗，提高了矿井管柱的起下效率。
本发明还进一步提供了双游动卡瓦装置，实现上述矿井管柱起下方法。
本发明公开的一种油田矿井管柱连续起下方法，其技术解决方案如下：
由两组游动卡瓦机构组成双游动卡瓦装置，其中，第一组游动卡瓦机构和第二组游动卡瓦机构分别安装在井口装置上构成连续的起下系统，即双游动卡瓦装置；在石油矿井管柱的起下过程中，每组游动卡瓦机构的卡瓦交替对管柱进行夹持或松开，保证管柱始终在卡瓦的夹持下连续起下运动，实现无间断施工作业。
无论是第一组还是第二组，卡瓦升降液缸的活塞杆行程，液缸安装距，缸筒和活塞杆的直径，以及它们的力学性能方面等都相同或者相等。
本发明提供的双游动卡瓦装置，由两组游动卡瓦机构组成，第一卡瓦、第一上横梁、第一卡瓦升降液缸（2个）、第一下支承梁组成第一组游动卡瓦机构，第一卡瓦装在第一上横梁上，第一上横梁和第一卡瓦升降液缸（2个）的活塞杆连接构成门型框架起降机构，第一卡瓦升降液缸2个）通过第一下支承梁固定在井口装置的短接上；第二卡瓦、第二上横梁、第二卡瓦升降液缸（2个）、第二下支承梁组成第二组游动卡瓦机构，第二卡瓦装在第二上横梁上，第二上横梁和第二卡瓦升降液缸（2个）的活塞杆连接构成门型框架起降机构，第二卡瓦升降液缸（2个）通过第二下支承梁固定在井口装置的短接上；管柱穿过第一卡瓦的卡瓦体内孔和第二卡瓦的卡瓦体内孔的中心，插入井口装置内；第一组游动卡瓦机构与第二组游动卡瓦机构构成门型框架空间交叉的四方形立体结构；也可将第一组游动卡瓦机构的第一卡瓦升降液缸（2个）位于第二组游动卡瓦机构的第二卡瓦升降液缸（2个）的外侧，通过与井口装置的短接连接构成了与管柱和卡瓦升降液缸的轴线在同一平面上的门型框架并列的立体结构。
以上所述的两种双游动卡瓦装置，其特征在于：第一卡瓦和第二卡瓦的卡瓦体内孔为内圆柱、内圆锥、内棱柱或内棱锥等几种闭式几何形状。
也可以将第一组游动卡瓦机构与第二游动卡瓦机构构成门型框架空间平行的四方形立体结构。第一下支承梁与第二下支承梁固定在井口装置的短接上。这种双游动卡瓦装置，其特征在于：第一卡瓦和第二卡瓦的卡瓦内孔一侧为开口形状，开口宽度应大于管柱的直径。
本发明中，卡瓦安装在上横梁的中部、上横梁的两端与卡瓦升降液缸的两根活塞杆刚性连接。下支承梁把卡瓦升降液缸固定在井口装置或底座的刚性支撑上，以保证其举升和下压的能力。卡瓦、上横梁和各自的两个卡瓦升降液缸组成门型框架起降机构，两个卡瓦升降液缸以被夹持的管柱中心线对称分布，垂直立于井口平面。
本发明的积极效果在于：
由于采用了双游动卡瓦装置，克服了由于常规单游动卡瓦装置而产生的空行程问题，消除了起下管柱时，卡瓦升降液缸活塞杆空行程时管柱停止和等待的时间。如果忽略卡瓦夹持和松开动作的暂短交替时间，可以认为施工中，无论是从井中起出管柱，还是往井内下入管柱，管柱的升降运动是连续的。所以提高效率近1倍。把一个卡瓦的空行程时间用于另一个卡瓦的工作行程中，两个卡瓦的空行程都没有单独占用时间。所以增加了一倍的工作时间，效率提高一倍。
附图说明
图1、本发明装置（卡瓦闭式、门型框架空间交叉的四方体结构）立体结构原理图；
图2、本发明装置（卡瓦闭式、门型框架空间交叉的四方体结构）俯视结构原理图；
图3、本发明装置（卡瓦闭式、门型框架空间交叉的四方体结构）结构原理图；
图4、本发明装置(卡瓦开口式、门型框架空间平行的四方体结构)结构原理图；
图5、本发明装置(卡瓦开口式、门型框架空间平行的四方体结构)俯视结构原理图；
图6、本发明装置(卡瓦闭式、门型框架空间并列的立体结构)结构原理图；
图中、1、第一卡瓦；2、第一上横梁；3、第一卡瓦升降液缸；4、第二卡瓦；5、第二上横梁；6、第二卡瓦升降液缸；7、第一下支承梁；8、第二下支承梁；9、管柱； 10、井口装置；11、短接；12、第一卡瓦1卡瓦体内孔；13、第二卡瓦4卡瓦体内孔。
具体实施方式
实施例1
根据图1、图3、图4、图6所示，本发明的双游动卡瓦装置主要由第一卡瓦1、第一上横梁2、第一卡瓦升降液缸3（2个）、第一下支承梁7组成第一组游动卡瓦机构，第一卡瓦1装在第一上横梁2上，第一上横梁2和第一卡瓦升降液缸3（2个）的活塞杆固定连接构成门型框架起降机构，第一卡瓦升降液缸3（2个）通过第一下支承梁7固定在井口装置10的短接11上；同理，第二卡瓦4、第二上横梁5、第二卡瓦升降液缸6（2个）、第二下支承梁8组成第二组游动卡瓦机构，第二卡瓦4装在第二上横梁5上，第二上横梁5和第二卡瓦升降液缸6（2个）的活塞杆连接构成门型框架起降机构，第二卡瓦升降液缸6（2个）通过第二下支承梁8固定在井口装置10的短接11上；
实施例2
参见图1、图2、图3，实施例1中的第一组游动卡瓦机构位于第二组游动卡瓦机构之上呈立体交叉设置；即第一卡瓦升降液缸3（2个）构成的门型框架起降机构与第二卡瓦升降液缸6（2个）构成的门型框架起降机构交叉分布；第一卡瓦1位于第二卡瓦4的上端分别套装在管柱9上；第一下支承梁7位于第二下支承梁8的上端分别固定在井口装置10的短接11上。管柱9穿过第一卡瓦1和第二卡瓦4的卡瓦体内孔12、13中心，插入井口装置10内。
实施例3
参见图4、图5，实施例1中的第一组游动卡瓦机构门型框架空间平行于第二组游动卡瓦机构门型框架呈四方体结构；即第一卡瓦升降液缸3（2个）与第二卡瓦升降液缸6（2个）平行分布；第一卡瓦1夹持管柱9，第二卡瓦4处于松开管柱9并退至空行程位置。第一下支承梁7和第二下支承梁8分别固定在井口装置10的短接11上。
实施例4
参见图4、图5，实施例3所述的第一卡瓦1的卡瓦体内孔12和第二卡瓦4的卡瓦体内孔13均为一端开口的开式形状，开口宽度应大于管柱9的直径，便于管柱9进出第一卡瓦1和第二卡瓦4。
实施例5
参照图6，实施例1所述的第一组游动卡瓦机构门型框架与第二组游动卡瓦机构门型框架并列安装；即第一卡瓦升降液缸3（2个）位于与第二组游动卡瓦机构的第二卡瓦升降液缸6（2个）的外侧，并且互相平行；第一卡瓦1位于第二卡瓦4的上端分别套装在管柱9上；第一下支承梁7和第二下支承梁8分别与井口装置10的短接11连接，构成门型框架中轴线在同一条直线上的立体结构。
实施例6
实施例2，实施例5所述的第一卡瓦1和第二卡瓦4的卡瓦体内孔12、13为内圆柱、内圆锥、内棱柱或内棱锥等闭式几何形状。
实施例1和实施例2所述的装置工作的运动状态如下：
（1）起出管柱作业：
作业开始，第一卡瓦1、第二卡瓦4均位于各自的卡瓦升降液缸活塞杆行程的下极限位置。首先第一卡瓦1夹持管柱，第二卡瓦4处于开启状态。第一卡瓦1夹持管柱上行至第一卡瓦升降液缸3活塞杆行程的上极限位置，起管作业准备完毕。
开始第一卡瓦1、第二卡瓦4的相向运动：第二卡瓦4夹持管柱后，第一卡瓦1迅速开启。随后第二卡瓦4夹持管柱上行至第二卡瓦升降液缸6活塞杆全行程的中部位置，同时第一卡瓦1下行至第一卡瓦升降液缸3活塞杆全行程的中部位置，空行程复位（在液缸活塞杆伸出和收回的速度相等条件下）。
然后进行第一卡瓦1、第二卡瓦4的相背运动：第一卡瓦1夹持管柱后，第二卡瓦4迅速开启。随后第一卡瓦1夹持管柱上行至第一卡瓦升降液缸3活塞杆全行程的上极限位置，同时第二卡瓦4下行至第二卡瓦升降液缸6活塞杆全行程的下极限位置，空行程复位。在同一个时间段内，在各自的卡瓦升降液缸的活塞杆带动下，第一瓦1和第二卡瓦4各完成“一个冲程”，同理，接着进入下“一个冲程”的循环。
管柱的起升运动分别由第一卡瓦1与第二卡瓦4相向运动时段起升运动和相背运动时段的起升运动的循环交替完成。
第一卡瓦1开启时下行运动的空行程，由第二卡瓦4夹持管柱进行上行的工作行程弥补。第二卡瓦4开启时下行运动为空行程，则由第一卡瓦1夹持管柱上行工作行程来弥补。如果忽略卡瓦的夹持和开启的转换时间，可以认为管柱的起出是连续的。并且管柱在运动过程中始终处于被一个卡瓦夹持的状态，其对应的卡瓦升降液缸活塞杆处于向上运动——即工作行程。而同时另一卡瓦处于开启状态，对应的卡瓦升降液缸活塞杆处于回程复位——即空行程。每个卡瓦的空行程不单独占用时间，而由另外一个卡瓦的工作行程来弥补，因为两个卡瓦先夹持、后开启交替运行，所以管柱始终处于被夹持而上升的运动状态。所以管柱运动没有等待和停止，是连续不间断的。
井内整根管柱在第一卡瓦1和第二卡瓦4的有序控制下随着各自卡瓦升降液缸的活塞杆运动而被起出井外。
（2）管柱下入作业：
管柱下入作业开始时，第一卡瓦1、第二卡瓦4均位于各自卡瓦升降液缸的下极限位置。首先第二卡瓦4夹持管柱，第一卡瓦1处于开启状态。第一卡瓦1上行至第一卡瓦升降液缸3行程的上极限位置，管柱下入作业准备完毕。
开始第一卡瓦1、第二卡瓦4的相向运动。第一卡瓦1夹持管柱后，第二卡瓦4迅速开启。随后第一卡瓦1夹持管柱下行至第一卡瓦升降液缸3活塞杆全行程的中部位置，同时第二卡瓦4上行至第二卡瓦升降液缸6活塞杆全行程的中部位置（卡瓦升降液缸活塞杆的伸出和收回为等速条件下）。然后进行第一卡瓦1、第二卡瓦4相背运动。第二卡瓦4夹持管柱后，第一卡瓦1迅速开启。第二卡瓦4夹持管柱下行至第二卡瓦升降液缸6活塞杆全行程下极限位置，同时第一卡瓦1上行至第一卡瓦升降液缸3活塞杆全行程的上极限位置，空行程复位。同理，接着进入下“一个冲程”的循环。
整根管柱在第一卡瓦1和第二卡瓦4的有序控制下，随着各自卡瓦升降液缸的活塞杆的运动被下入到井内。运动形态同起出时一样。这两种结构的卡瓦升降液缸的活塞杆行程利用率为50%。
实施例3、实施例4的工作状态如下 ：
见图4、图5，工作时第一组游动卡瓦机构和第二组游动卡瓦机构的卡瓦不仅在卡瓦升降液缸的带动下做垂直升降运动，还要做水平移动，实现卡瓦前进夹持和松开退出的动作，由于能退出工作位置，所以两组游动卡瓦机构可以互相不干涉和阻挡。由于第一卡瓦1和第二卡瓦4的卡瓦体做成开口形状，卡瓦可以前进夹持和松开退出，两组卡瓦机构安装的最佳位置是把第一卡瓦1、第一上横梁2和第二卡瓦4、第二上横梁5安装在同一平面内，门型框架起降机构互相平行（参见图4、图5）。可以看出，第一卡瓦1和第二卡瓦4在同一个时间段里的运动形式为：上、下运动轨迹互相平行，并且平行于被夹持的管柱9的轴线，从上、下极限位置开始时相向运动，过空间相遇点后相背运动，但各卡瓦的运动方向始终不变，到达上下极限位置前没有拐点。它们的运动互相不干涉和阻挡。夹持时以管柱9轴线为中心线，进行工作行程，松开后退出，远离管柱9中心线进行空行程复位。在“一个冲程”中，第一组游动卡瓦机构和第二组游动卡瓦机构的工作行程和空行程交替循环，完成管柱9的连续起出或下入。这种结构的卡瓦升降液缸的活塞杆行程利用率为100%。
Claims (5)
1.一种双游动卡瓦装置，其特征在于：由两组游动卡瓦机构组成，第一卡瓦、第一上横梁、2个第一卡瓦升降液缸、第一下支承梁组成第一组游动卡瓦机构，第一卡瓦装在第一上横梁上，第一上横梁和第一卡瓦升降液缸的活塞杆连接构成门型框架起降机构，第一卡瓦升降液缸通过第一下支承梁固定在井口装置的短接上；第二卡瓦、第二上横梁、2个第二卡瓦升降液缸、第二下支承梁组成第二组游动卡瓦机构，第二卡瓦装在第二上横梁上，第二上横梁和第二卡瓦升降液缸的活塞杆连接构成门型框架起降机构，第二卡瓦升降液缸通过第二下支承梁固定在井口装置的短接上。
2. 根据权利要求1所述的双游动卡瓦装置，其特征在于：第一组游动卡瓦机构与第二组游动卡瓦机构构成门型框架空间交叉的四方形立体结构；第一组游动卡瓦机构的第一卡瓦升降液缸位于第二组游动卡瓦机构的第二卡瓦升降液缸的外侧，通过与井口装置的短接连接构成轴线在同一平面上的门型框架并列的立体结构；管柱穿过第一卡瓦和第二卡瓦的卡瓦体内孔中心，插入井口装置内。
3. 根据权利要求2所述的双游动卡瓦装置，其特征在于：第一卡瓦和第二卡瓦的卡瓦体内孔为内圆柱、内圆锥、内棱柱或内棱锥闭式的几何形状。
4. 根据权利要求1所述的双游动卡瓦装置，其特征在于：第一组游动卡瓦机构与第二组游动卡瓦机构构成门型框架空间平行的四方形立体结构。
5. 根据权利要求2所述的双游动卡瓦装置，其特征在于：第一卡瓦和第二卡瓦的卡瓦体内孔一侧为开口形状，开口宽度大于管柱的直径。
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