CN105888609B - 钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置 - Google Patents

钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置，钻井过程中，当井内流体从钻柱内孔喷出时，钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置将旋塞阀与钻杆接箍连接，连接完成后关闭旋塞阀开关，从而关闭钻柱内流体通道。本发明的钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置包括：生根系统、升降外套筒、升降油缸、升降内套筒、承载板、导轨、上弹簧补偿器、下弹簧补偿器、柔性连接系统、旋塞阀、旋扣系统、旋塞卡紧系统、前后滑动体顶板、前后滑动体底板、前进油缸、背钳、钻杆接箍、底盘、液压支腿、万向轮。本发明实现了井喷时在钻柱接箍上抢装旋塞阀的自动化，提高了井喷抢险过程的安全性，缩短了抢险时间，减少了经济损失，防止了井喷事故进一步恶化。

Description

钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置
技术领域
本发明涉及石油行业钻井作业过程中的井喷抢险装置，特别涉及陆地钻井起下钻过程中发生井喷时钻柱内防喷旋塞阀的自动抢装装置。
背景技术
在钻井起下钻柱过程中，井筒内钻井液高度处于动态变化的过程，起下钻时经常存在压井不及时，钻井液密度调配不合理以及操作失误等情况，极易引发井喷溢流事故。
当高压油气流从钻柱内孔喷出时，传统的方法是通过多名钻井工人在顶部钻杆接箍处通过人工抢装内防喷旋塞阀，由于井喷时井口流体喷射压力大，而且喷出的H2S等气体具有很强的毒性，因此人工抢装旋塞阀不仅是一项劳动强度极大、危险性极高的工作，而且还可能由于抢装时间长而导致井喷事故恶化，造成极大的损失。
发明内容
本发明针对钻井井喷时人工抢装旋塞阀存在的不足之处，提出了一种新型的液压自动控制的钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置，该内防喷旋塞阀自动抢装装置能够在井喷事故发生时，通过人工远程控制，快速实现旋塞阀与钻柱的上扣工作，减小了工人劳动强度，缩短了作业时间，增强了作业的安全性。
一种钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置，包括：生根系统（1）、升降外套筒（2）、升降油缸（3）、升降内套筒（4）、承载板（5）、导轨（6）、上弹簧补偿器（7）、下弹簧补偿器（8）、柔性连接系统（9）、旋塞阀（10）、旋扣系统（11）、旋塞卡紧系统（12）、前后滑动体顶板（13）、前后滑动体底板（14）、前进油缸（15）、背钳（16）、钻杆接箍（17）、底盘（18）、液压支腿（19）、万向轮（20）；
其中，万向轮（20）、液压支腿（19）、升降外套筒（2）、生根系统（1）分别与底盘（18）固定在一起，升降内套筒（4）、导轨（6）分别与承载板（5）固定在一起，前后滑动体底板（14）通过上弹簧补偿器（7）与前后滑动体顶板（13）连接，由于弹簧变形，前后滑动体顶板相对于前后滑动体底板（14）上下运动，柔性连接系统（9）的外筒与前后滑动体顶板（13）螺栓连接，旋扣系统（11）通过柔性连接系统（9）与前后滑动体顶板（13）柔性连接，旋塞阀（10）与旋扣系统（11）螺纹连接，旋扣系统（11）与旋塞卡紧系统（12） 螺栓连接，旋塞卡紧系统（12）通过下弹簧补偿器（8）与背钳（16）连接，钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置与钻柱初次定位后，背钳（16）卡紧钻杆，在外力作用下上弹簧补偿器（7）与下弹簧补偿器（8）中弹簧变形，旋塞阀（10）、旋扣系统（11）与旋塞卡紧系统（12）一同相对于背钳（16）做上下运动，升降外套筒（2）与升降内套筒（4）间通过升降油缸（3）做升降运动，前后滑动体底板（14）在承载板（5）上通过前进油缸（15）做前后运动，旋扣系统（11）在前后滑动体顶板（13）上内做偏心运动，旋扣系统带动旋塞阀做旋转运动。
可选地，所述生根系统（1）包括：外壳体（21）、限位块（22）、钳头（23）、钳头推块（24）、锁紧楔块（25）、导向块（26）、连接体（27）、卡瓦（28）、液压油缸（29）、油缸座（30）；
万向轮带动整体装置通过限位块（22）实现整体装置相对于与钻杆接箍的初次定位，两侧液压油缸（29）分别推动两侧钳头推块（24）向钻柱运动，卡瓦（28）与钻杆本体产生一定接触力，两侧钳头推块（24）后的锁紧楔块（25）向前运动分别挡住各自位置处的钳头推块（24），液压支腿（19）将装置上抬，卡瓦（28）与钳头（23）锥面接触，卡瓦（28）抱住钻杆与钳头（23）沿锥面有相对运动，相对运动距离越大、卡瓦（28）将钻杆抱得越紧，生根系统利用自锁原理使整个装置与钻柱牢牢连接，为后续旋塞阀（10）与钻杆接箍（17）对中、旋扣提供平稳运动条件。
可选地，所述旋扣系统（11）通过柔性连接系统（9）与前后滑动体顶板（13）连接，旋扣系统（11）及柔性连接系统（9）包括：旋塞阀（10）、前后滑动体顶板（13）、外筒（31）、万向球（32）、滑动板（33）、外支撑板（34）、大齿轮（35）、轴承箱（36）、液压马达（37）、小齿轮（38）、片簧固定座（39）、片簧（40）；
片簧固定座（39）固定在外筒（31）内壁上，8片片簧（40）安装在片簧固定座（39）上，沿内壁均匀分布，滑动板（33）上装有四个万向球（32），不受外力作用时滑动板（33）在8片片簧（40）的作用下，与外筒（31）同轴心，外力作用时，滑动板（33）带动旋扣系统（11）在前后滑动体顶板（13）与上压板间滑动，实现旋塞阀（10）与钻杆接箍（17）液压动作对中过程中所存在的误差补偿。
本发明的有益成果是：
（1）实现了井喷时在钻柱接箍上抢装旋塞阀的自动化；
（2）提高了井喷抢险过程的安全性，缩短了抢险时间，减少了经济损失；
（3）防止了井喷事故进一步恶化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明的钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置整体结构示意图；
图2：本发明的生根系统半剖结构示意图；
图3：本发明的旋扣系统及柔性连接系统结构示意图。
附图标记：1-生根系统、2-升降外套筒、3-升降油缸、4-升降内套筒、5-承载板、6-导轨、7-上弹簧补偿器、8-下弹簧补偿器、9-柔性连接系统、10-旋塞阀、11-旋扣系统、12-旋塞卡紧系统、13-前后滑动体顶板、14-前后滑动体底板、15-前进油缸、16-背钳、17-钻杆接箍、18-底盘、19-液压支腿、20-万向轮、21-外壳体、22-限位块、23-钳头、24-钳头推块、25-锁紧楔块、26-导向块、27-连接体、28-卡瓦、29-液压油缸、30-油缸座、31-外筒、32-万向球、33-滑动板、34-外支撑板、35-大齿轮、36-轴承箱、37-液压马达、38-小齿轮、39-片簧固定座、40-片簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置，钻井过程中，当井内流体从钻柱内孔喷出时，钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置将旋塞阀与钻杆接箍连接，连接完成后关闭旋塞阀开关，从而关闭钻柱内流体通道。
如图1所示，本发明的钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置包括：生根系统1、升降外套筒2、升降油缸3、升降内套筒4、承载板5、导轨6、上弹簧补偿器7、下弹簧补偿器8、柔性连接系统9、旋塞阀10、旋扣系统11、旋塞卡紧系统12、前后滑动体顶板13、前后滑动体底板14、前进油缸15、背钳16、钻杆接箍17、底盘18、液压支腿19、万向轮20。
其中，万向轮20、液压支腿19、升降外套筒2、生根系统1分别与底盘18固定在一起，升降内套筒4、导轨6分别与承载板5固定在一起，前后滑动体底板14通过上弹簧补偿器7与前后滑动体顶板13连接，由于弹簧变形，前后滑动体顶板可以相对于前后滑动体底板14上下运动，柔性连接系统9的外筒与前后滑动体顶板13螺栓连接，旋扣系统11通过柔性连接系统9与前后滑动体顶板13柔性连接，旋塞阀10与旋扣系统11螺纹连接，旋扣系统11与旋塞卡紧系统12 螺栓连接，旋塞卡紧系统12通过下弹簧补偿器8与背钳16连接，钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置与钻柱初次定位后，背钳16卡紧钻杆，在外力作用下上弹簧补偿器7与下弹簧补偿器8中弹簧变形，旋塞阀10、旋扣系统11与旋塞卡紧系统12可以一同相对于背钳16做上下运动，升降外套筒2与升降内套筒4间通过升降油缸3可以做升降运动，前后滑动体底板14可以在承载板5上通过前进油缸15做前后运动，旋扣系统11可以在前后滑动体顶板13上内做一定的偏心运动，旋扣系统带动旋塞阀做旋转运动。
如图2所示，生根系统1包括：外壳体21、限位块22、钳头23、钳头推块24、锁紧楔块25、导向块26、连接体27、卡瓦28、液压油缸29、油缸座30。
万向轮带动整体装置通过限位块22实现整体装置相对于与钻杆接箍的初次定位，两侧液压油缸29分别推动两侧钳头推块24向钻柱运动，卡瓦28与钻杆本体产生一定接触力，两侧钳头推块24后的锁紧楔块25可以向前运动分别挡住各自位置处的钳头推块24，液压支腿19将装置上抬，卡瓦28与钳头23锥面接触，卡瓦28抱住钻杆与钳头23沿锥面有相对运动，相对运动距离越大、卡瓦28将钻杆抱得越紧，生根系统利用自锁原理使整个装置与钻柱牢牢连接，为后续旋塞阀10与钻杆接箍17对中、旋扣提供平稳运动条件。
旋扣系统11通过柔性连接系统9与前后滑动体顶板13连接，如图3所示，旋扣系统11及柔性连接系统9包括：旋塞阀10、前后滑动体顶板13、外筒31、万向球32、滑动板33、外支撑板34、大齿轮35、轴承箱36、液压马达37、小齿轮38、片簧固定座39、片簧40。
片簧固定座39固定在外筒31内壁上，8片片簧40安装在片簧固定座39上，沿内壁均匀分布，滑动板33上装有四个万向球32，不受外力作用时滑动板33在8片片簧40的作用下，与外筒31同轴心，外力作用时，滑动板33带动旋扣系统11在前后滑动体顶板13与上压板间滑动，能够实现旋塞阀10与钻杆接箍17液压动作对中过程中所存在的误差补偿。
本发明的钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置抢装旋塞阀的实施过程如下：
万向轮20带动整体装置动作到一定位置，生根系统中液压油缸29推动钳头推块24运动，左右两个钳头23内的卡瓦28接触到钻杆本体后，左右两钳头推块24后方的锁紧楔块25动作将钳头推块24锁紧，液压支腿19做支起动作，使生根系统中的卡瓦牢牢卡紧钻杆本体，前进油缸15推动前后滑动体底板14向前运动，背钳16上的行程限位块接触到钻杆时运动停止，升降油缸3泄压，在重力作用下，升降内套筒4沿升降外套筒2向下运动，旋塞阀10的公扣碰触到钻杆接箍17母扣后停止运动，背钳16做抓紧钻杆接箍17动作，如果此时钻柱轴线与旋塞阀10轴线在一条直线上，与背钳16外框架相连的旋塞阀10、旋扣系统11和旋塞卡紧系统12在水平面内不会运动，如果此时钻柱轴线与旋塞阀10轴线不在一条直线上，背钳16带动旋塞阀10、旋扣系统11和旋塞卡紧系统12会克服柔性连接系统9中片簧40的预紧力，相对于钻杆在水平面内有一定运动，直到钻柱轴线与旋塞阀10轴线在一条直线上，在水平面中运动的同时，旋塞阀10、旋扣系统11和旋塞卡紧系统12在重力作用下会压缩上弹簧补偿器7和下弹簧补偿器8相对于背钳16向下运动，使旋塞阀的公扣始终与钻杆接箍17母口接触，当旋塞阀10与钻杆接箍17对好扣之后，旋扣系统11中的液压马达37通过小齿轮38、大齿轮35带动旋塞阀10旋转，旋塞阀10与钻杆接箍17上扣，旋塞阀10与钻杆接箍17间竖直方向的相对运动距离由上弹簧补偿器7和下弹簧补偿器8补偿。当旋塞阀10与钻杆接箍17上扣完成后，液压马达37停止工作，关闭旋塞阀10的阀门开关，井喷得到控制，旋塞卡紧系统12动作卡紧旋塞阀10，液压马达37反转，旋扣系统11与旋塞阀10卸扣，直到旋塞阀10与旋扣系统11脱开扣，液压马达37停止作业，其间旋塞阀10与旋扣系统11间竖直方向上的相对运动距离由上弹簧补偿器7和下弹簧补偿器8补偿。卸扣完成后钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置撤离。
本发明实现了井喷时在钻柱接箍上抢装旋塞阀的自动化，提高了井喷抢险过程的安全性，缩短了抢险时间，减少了经济损失，防止了井喷事故进一步恶化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置，其特征在于，包括：生根系统(1)、升降外套筒(2)、升降油缸(3)、升降内套筒(4)、承载板(5)、导轨(6)、上弹簧补偿器(7)、下弹簧补偿器(8)、柔性连接系统(9)、旋塞阀(10)、旋扣系统(11)、旋塞卡紧系统(12)、前后滑动体顶板(13)、前后滑动体底板(14)、前进油缸(15)、背钳(16)、钻杆接箍(17)、底盘(18)、液压支腿(19)、万向轮(20)；
其中，万向轮(20)、液压支腿(19)、升降外套筒(2)、生根系统(1)分别与底盘(18)固定在一起，升降内套筒(4)、导轨(6)分别与承载板(5)固定在一起，前后滑动体底板(14)通过上弹簧补偿器(7)与前后滑动体顶板(13)连接，由于弹簧变形，前后滑动体顶板相对于前后滑动体底板(14)上下运动，柔性连接系统(9)的外筒与前后滑动体顶板(13)螺栓连接，旋扣系统(11)通过柔性连接系统(9)与前后滑动体顶板(13)柔性连接，旋塞阀(10)与旋扣系统(11)螺纹连接，旋扣系统(11)与旋塞卡紧系统(12)螺栓连接，旋塞卡紧系统(12)通过下弹簧补偿器(8)与背钳(16)连接，钻柱内防喷旋塞阀自动抢装装置与钻柱初次定位后，背钳(16)卡紧钻杆，在外力作用下上弹簧补偿器(7)与下弹簧补偿器(8)中弹簧变形，旋塞阀(10)、旋扣系统(11)与旋塞卡紧系统(12)一同相对于背钳(16)做上下运动，升降外套筒(2)与升降内套筒(4)间通过升降油缸(3)做升降运动，前后滑动体底板(14)在承载板(5)上通过前进油缸(15)做前后运动，旋扣系统(11)在前后滑动体顶板(13)上做偏心运动，旋扣系统(11)带动旋塞阀(10)做旋转运动；
所述生根系统(1)包括：外壳体(21)、限位块(22)、钳头(23)、钳头推块(24)、锁紧楔块(25)、导向块(26)、连接体(27)、卡瓦(28)、液压油缸(29)、油缸座(30)；
万向轮带动整体装置动作，通过限位块(22)实现整体装置相对于钻杆接箍的初次定位，两侧液压油缸(29)分别推动两侧钳头推块(24)向钻柱运动，卡瓦(28)与钻杆本体产生一定接触力，两侧钳头推块(24)后的锁紧楔块(25)向前运动分别挡住各自位置处的钳头推块(24)，液压支腿(19)将装置上抬，卡瓦(28)与钳头(23)锥面接触，卡瓦(28)抱住钻杆与钳头(23)沿锥面有相对运动，相对运动距离越大、卡瓦(28)将钻杆抱得越紧，生根系统利用自锁原理使整个装置与钻柱牢牢连接，为后续旋塞阀(10)与钻杆接箍(17)对中、旋扣提供平稳运动条件；
所述旋扣系统(11)及柔性连接系统(9)包括：外筒(31)、万向球(32)、滑动板(33)、外支撑板(34)、大齿轮(35)、轴承箱(36)、液压马达(37)、小齿轮(38)、片簧固定座(39)、片簧(40)；
片簧固定座(39)固定在外筒(31)内壁上，8片片簧(40)安装在片簧固定座(39)上，沿内壁均匀分布，滑动板(33)上装有四个万向球(32)。
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