CN107130928B - 一种修井作业井口卡瓦装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种修井作业井口卡瓦装置，包括：能够夹紧或松开直立管柱(40)的卡瓦(10)，能够上扣或卸的扣液压钳(20)，液压钳(20)位于卡瓦(10)的正上方，能够使液压钳(20)离开原位以及返回原位的摆臂(30)，摆臂(30)含有下连接件(31)和上连接件(32)，卡瓦(10)通过下连接件(31)与摆臂(30)连接，液压钳(20)通过上连接件(32)与摆臂(30)连接。该修井作业井口卡瓦装置采用液压卡瓦来代替两个吊卡的轮换，将原修井时井口部分绳连接改为固定件连接，以作业车载车液压系统为动力，从而实现减少人员配置，降低劳动强度，增强安全保障的目的。
Description
技术领域
本发明涉及油田的修井作业设备领域，具体的是一种修井作业井口卡瓦装置。
背景技术
当前修井作业起下管柱操作普遍沿用传统的作业方式，即在井口组合、拆分管柱时使用两个吊卡，一个作为吊卡，另一个充当坐卡，来回轮换。井口需要两名力气大的操作人员搬抬吊卡。每口作业井需要数百次反复搬抬，工作量大，负荷重；液压钳上扣、卸扣时，有遭受物体打击的风险；部分井作业空间小，致使操作人员应对突发状况的能力减弱；作业人员青壮年较少，中年操作工体力有限，搬抬吊卡不便；同时，作业队伍人数少，待修井量多，造成作业人员劳动强度大。
发明内容
为了解决现有组合与拆分管柱时员工劳动强度大的问题。本发明提供了一种修井作业井口卡瓦装置，该修井作业井口卡瓦装置通过采用液压卡瓦来代替两个吊卡的轮换，将原修井时井口部分绳连接改为固定件连接，以作业车载车液压系统为动力，从而实现减少人员配置，降低劳动强度，增强安全保障的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种修井作业井口卡瓦装置，包括：
卡瓦，能够夹紧或松开直立的管柱；
液压钳，能够上扣或卸扣，液压钳位于卡瓦的正上方；
摆臂，能够使液压钳离开原位以及返回原位，摆臂含有下连接件和上连接件，卡瓦通过下连接件与摆臂连接，液压钳通过上连接件与摆臂连接。
卡瓦部分以液压为动力，采用液压推拉式结构和机械滑动式结构相结合的方式实现管柱的夹紧与松弛；摆臂部分通过液压操控，使上连接部分带动液压钳摆动一定的角度，为作业机上提管柱留下作业空间；下连接件和上连接件起到连接摆臂、卡瓦和液压钳的作用。下连接件固定摆臂下部和卡瓦，上连接件固定摆臂和液压钳；液压钳部分通过液压操控，液压钳的下部抱死管柱，上部转动管柱上扣或卸扣。液压系统的工作动力由作业车液压系统提供，通过操作系统，经液压管路驱动卡瓦、摆臂、液压钳工作；操作系统，该装置将卡瓦和摆臂的控制集中在下连接部分的控制板处，通过操作杆控制各部分动作。
本发明的有益效果是：大幅提高修井作业自动化程度，减少人员配置，降低员工劳动强度，增强安全保障，为实现安全作业，高效作业提供了有力的技术支撑。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述修井作业井口卡瓦装置的总体结构示意图。
图2是液压钳和摆臂在图1中A方向的示意图。
图3是卡瓦的装配示意图。
图4是瓦座的主视图。
图5是瓦座的俯视图。
图6是缸筒的剖视图。
图7是瓦领的俯视图。
图8是图7中沿B-B方向的剖视图。
图9是瓦领燕尾槽导柱的断面形状示意图。
图10是瓦领与瓦棒的连接关系示意图。
图11是瓦棒的俯视图。
图12是瓦棒的左视图。
图13是图12中沿C-C方向的剖视图。
图14是抱瓦的仰视图。
图15是图14中沿D-D方向的剖视图。
图16是本发明所述修井作业井口卡瓦装置的使用状态示意图。
图17是液压系统的示意图。
10、卡瓦；20、液压钳；30、摆臂；40、管柱；
101、瓦座；102、限位挡板；103、抱瓦；104、抱瓦燕尾槽导柱；105、瓦座燕尾槽导柱；106、瓦棒定位销；107、瓦棒；108、瓦领燕尾槽导柱；109、瓦领；110、瓦领定位销；111、下端盖；112、活塞；113、缸筒；114、液压腔；115、上端盖； 116、上环形凹槽；117、上凸环；118、下环形凹槽；119、下凸环；120、第一液压注入孔；121、第二液压注入孔；
31、下连接件；32、上连接件；33、摆臂主体。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种修井作业井口卡瓦装置，包括：
卡瓦10，能够夹紧或松开直立的管柱40；
液压钳20，能够上扣或卸扣，液压钳20位于卡瓦10的正上方；
摆臂30，能够使液压钳20离开原位以及返回原位，摆臂30含有下连接件31和上连接件32，卡瓦10通过下连接件31与摆臂30连接，液压钳20通过上连接件32 与摆臂30连接，如图1、图2和图16所示。
在本实施例中，卡瓦10含有管柱40能够穿过的壳体，该壳体内含有活塞112 和用于夹紧管柱40的多个抱瓦103，抱瓦103呈条状，活塞112为筒状结构，活塞 112内设有用于供管柱40穿过的内贯通孔，活塞112呈直立状态，所述多个抱瓦103 均位于活塞112的下方或上方，所述多个抱瓦103沿活塞112的周向依次间隔排列，所述多个抱瓦103与活塞112通过传动组件连接，当活塞112沿竖直方向移动时，抱瓦103能够收拢或张开从而相应的实现夹紧或松开管柱40。
在本实施例中，该壳体包括套设于活塞112外的液压缸，该液压缸含有从上向下依次连接固定的上端盖115、缸筒113和下端盖111，上端盖115、缸筒113和下端盖111均套设于活塞112外，缸筒113内设有环形的液压腔114，如图3所示，活塞 112外设有环形突起，该环形突起位于该液压腔114内，该环形突起将液压腔114分隔为封闭的液压上腔和液压下腔。当向液压上腔注入压力液时，活塞112将会向下移动，当向液压下腔注入压力液时，活塞112将会向上移动。
在本实施例中，缸筒113的上端内设有上环形凹槽116，上环形凹槽116的中心线与缸筒113的中心线重合，上环形凹槽116与液压腔114之间形成上凸环117，上环形凹槽116与缸筒113的筒壁内的第一液压注入孔120连通，上凸环117与上端盖 115之间存在间隙，缸筒113的下端内设有下环形凹槽118，下环形凹槽118的中心线与缸筒113的中心线重合，下环形凹槽118与液压腔114之间形成下凸环119，下环形凹槽118与缸筒113的筒壁内的第二液压注入孔121连通，下凸环119与下端盖 111之间存在间隙，如图6所示。上凸环117的上端面和下凸环119的下端面之间的距离小于缸筒113的轴向长度，进入第一液压注入孔120的压力液可以依次经过上环形凹槽116和上凸环117后进入液压上腔，进入第二液压注入孔121的压力液可以依次经过下环形凹槽118和下凸环119后进入液压下腔。
在本实施例中，该壳体还包括有筒状的瓦座101，瓦座101的中心线与活塞112 的中心线重合，该液压缸与瓦座101上下设置，瓦座101套设于所述多个抱瓦103 外，即优选所述多个抱瓦103均位于活塞112的下方，瓦座101的内表面为顶端朝下底端朝上的圆锥台状，每个抱瓦103均能够沿瓦座101的内表面同步移动，如图3 至图5所示。
在本实施例中，该传动组件含有瓦领109和多个瓦棒107，瓦领109呈圆环状，瓦领109内含有用于管柱40穿过的内通孔，瓦领109的中心线与活塞112的中心线重合，瓦领109的上部与活塞112通过螺纹连接固定，瓦领109的下部与所述多个瓦棒107的上端连接，所述多个瓦棒107均位于瓦领109的下方，所述多个瓦棒107 的外侧面均与瓦座101的内表面连接，所述多个瓦棒107的内侧面与抱瓦103的外侧面一一对应连接固定，瓦棒107位于抱瓦103和瓦座101之间，瓦棒107的数量和位置与抱瓦103一一对应，优选瓦棒107和抱瓦103均为三个，如图3、图7和图8所示。
在本实施例中，瓦领109的下端面内为顶端朝上底端朝下的圆锥台状，瓦棒107 的上端面与瓦领109的下端面相匹配，瓦领109的下端面内设有瓦领下燕尾槽，瓦棒 107的上端面内设有瓦棒上燕尾槽，该瓦领下燕尾槽和瓦棒上燕尾槽均沿瓦领109的下端面的径向开设，瓦棒107与瓦领109通过瓦领燕尾槽导柱108连接，如图9和图 10所示，瓦领燕尾槽导柱108的一部分位于该瓦领下燕尾槽内，瓦领燕尾槽导柱108 的另一部分位于该瓦棒上燕尾槽内，瓦领燕尾槽导柱108的一部分与该瓦领下燕尾槽相匹配，瓦领燕尾槽导柱108的另一部分与该瓦棒上燕尾槽相匹配，瓦领燕尾槽导柱 108与瓦领109通过瓦领定位销110连接固定，当活塞112带动瓦领109向上移动时，瓦棒107能够沿瓦领109的下端面的径向远离活塞112的中心线，当活塞112带动瓦领109向下移动时，瓦棒107能够沿瓦领109的下端面的径向靠近活塞112的中心线。
在本实施例中，瓦棒107的外侧面与瓦座101的内表面相匹配，瓦座101的内表面内设有瓦座内燕尾槽，瓦棒107的外侧面内设有瓦棒外燕尾槽，该瓦棒外燕尾槽和瓦座内燕尾槽均沿瓦座101的内表面的径向开设，瓦棒107与瓦座101通过瓦座燕尾槽导柱105连接，瓦座燕尾槽导柱105的一部分位于该瓦棒外燕尾槽内，瓦座燕尾槽导柱105的另一部分位于该瓦座内燕尾槽内，瓦座燕尾槽导柱105与瓦棒107通过瓦棒定位销106连接固定，当活塞112带动瓦领109向上移动时，瓦棒107能够沿瓦座 101的内表面的径向远离活塞112的中心线，当活塞112带动瓦领109向下移动时，瓦棒107能够沿瓦座101的内表面的径向靠近活塞112的中心线。
瓦座燕尾槽导柱105与瓦领燕尾槽导柱108的断面形状基本相同，瓦棒107与瓦领109通过瓦领燕尾槽导柱108的连接方式和瓦棒107与瓦座101通过瓦座燕尾槽导柱105的连接方式基本相同，即瓦棒107与瓦座101通过瓦座燕尾槽导柱105的连接方式也可以参考图9和图10所示。当活塞112带动瓦领109向上移动时，瓦棒107 和抱瓦103能够同步的沿瓦座101的内表面的径向远离活塞112的中心线，即瓦棒 107和抱瓦103沿图3中B方向移动，从而实现抱瓦103松开直立的管柱40。当活塞 112带动瓦领109向下移动时，瓦棒107和抱瓦103能够同步的沿瓦座101的内表面的径向靠近活塞112的中心线，即瓦棒107和抱瓦103沿图3中B的反向移动，从而实现抱瓦103夹紧固定住直立的管柱40。
在本实施例中，抱瓦103的外侧面与瓦棒107的内侧面相匹配，瓦棒107的内侧面内设有瓦棒内燕尾槽，抱瓦103的外侧面内设有抱瓦外燕尾槽，如图11、图12和图13所示，该瓦棒内燕尾槽和抱瓦外燕尾槽均沿活塞112的轴向开设，瓦棒107与抱瓦103通过抱瓦燕尾槽导柱104连接，抱瓦燕尾槽导柱104的一部分位于该瓦棒内燕尾槽内，抱瓦燕尾槽导柱104的另一部分位于该抱瓦外燕尾槽内，抱瓦103的上端外设有外突出部，该外突出部朝向瓦棒107，抱瓦103的内侧面设有用于夹紧管住40 的凸牙，抱瓦103的下端外设有限位挡板102，抱瓦103与限位挡板102通过螺钉连接，该外突出部与限位挡板102配合能够使抱瓦燕尾槽导柱104固定于瓦棒107和抱瓦103之间从而可以防止瓦棒107与抱瓦103分离，如图14和图15所示。
瓦棒107与抱瓦103通过抱瓦燕尾槽导柱104的连接方式和瓦棒107与瓦座101 通过瓦座燕尾槽导柱105的连接方式基本相同，即瓦棒107与抱瓦103通过抱瓦燕尾槽导柱104的连接方式也可以参考图9和图10所示。另外，活塞112与瓦领109的运动轨迹相同，瓦棒107与抱瓦103的运动轨迹相同。即活塞112与瓦领109均沿图 3中的上下方向移动，瓦棒107和抱瓦103均沿图3中B的正向或反向移动，即最终抱瓦103和瓦棒107的运动轨迹均为沿图3中B的正方向或反方向同步移动。
在本实施例中，摆臂30还含有摆臂主体33，摆臂主体33呈直立的圆柱状结构，下连接件31与上连接件32平行，下连接件31和上连接件32均与摆臂主体33连接，即下连接件31的两端分别与摆臂主体33的下部和卡瓦10的外部连接固定，上连接件32的两端分别与摆臂主体33的上部和液压钳20的外部连接固定，摆臂主体33 能够依靠液压驱动上连接件32和液压钳20以摆臂主体33的中心线为轴转动一定角度。如图2所示，摆臂主体33能够使上连接件32和液压钳20以摆臂主体33的中心线为轴转动一定角度，从而使液压钳20离开管柱40的上部。
在本发明中，卡瓦10、液压钳20和摆臂30均采用液压作为动力源，摆臂主体 33可以为套管结构，摆臂主体33内设有液压腔，通过注入压力液使内外套管之间产生转动。本发明所述的修井作业井口卡瓦装置的液压系统如图17所示，其中上部左侧表示液压钳20的液压控制，上部中间表示摆臂30的液压控制，上部右侧表示卡瓦 10的液压控制。液压钳20与目前作业现场所用液压钳相同，即液压钳20为现有市售产品，液压钳20的下部可以抱死管柱，液压钳20的上部能够转动管柱上扣或卸扣。本发明所述的修井作业井口卡瓦装置还含有用于控制该修井作业井口卡瓦装置运行的操作系统。
本发明所述的修井作业井口卡瓦装置的工作过程如下：
以管柱回收为例，起重装置上提管柱40至合适位置，液压系统控制活塞112上移，抱瓦103和瓦棒107沿图3中B的反向移动，从而使卡瓦10的抱瓦103夹紧并固定管柱40，此时管柱40悬停在井口，摆臂30将液压钳20转动至卡瓦10的正上方，此时液压钳20的中心线、卡瓦10的中心线和管柱40的中心线重合，使液压钳 20套设于管柱40上的接箍外，液压钳20对管柱40卸扣，卸扣完毕后摆臂30使液压钳20转动并离开原位，作业机操作带有吊卡的起重装置将卸开扣的管柱40提走，放至管桥，随后作业机将吊卡移至剩余管柱的接箍处，卡住接箍，液压系统控制活塞 112下移，抱瓦103和瓦棒107沿图3中B的方向移动，使卡瓦10的抱瓦103松开管柱，作业机上提管柱40，使管柱40的下一个接箍与液压钳20处于同一高度，摆臂30再将液压钳20转动至卡瓦10的正上方，液压钳20对管柱40卸扣，如此重复动作起管。下管时反向操作即可。
本发明所述的修井作业井口卡瓦装置在进行现场试验时，取得了理想的适用效果：操作人员通过操作杆控制卡瓦、摆臂、液压钳工作，装置在16MPa的工作压力下，卡瓦部分能抱死管柱，摆臂部分摆动灵活，液压钳转动自如，管柱上扣卸扣效果较好。能很好的替代两个吊卡的轮换，从而大幅提高修井作业自动化程度，减少人员配置，降低员工劳动强度，增强安全保障，为实现安全作业，高效作业提供了有力的技术支撑。
本发明适用于目前所有采用液压修井机的小修作业现场，目前可实现φ114mm和φ89mm两种管柱的起下，具有广阔的应用前景。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (9)
1.一种修井作业井口卡瓦装置，其特征在于，该修井作业井口卡瓦装置包括：
卡瓦(10)，能够夹紧或松开直立的管柱(40)；
液压钳(20)，能够上扣或卸扣，液压钳(20)位于卡瓦(10)的正上方；
摆臂(30)，能够使液压钳(20)离开原位以及返回原位，摆臂(30)含有下连接件(31)和上连接件(32)，卡瓦(10)通过下连接件(31)与摆臂(30)连接，液压钳(20)通过上连接件(32)与摆臂(30)连接；
卡瓦(10)含有管柱(40)能够穿过的壳体，该壳体内含有活塞(112)和用于夹紧管柱(40)的多个抱瓦(103)，活塞(112)为筒状结构，活塞(112)内设有用于供管柱(40)穿过的内贯通孔，活塞(112)呈直立状态，所述多个抱瓦(103)均位于活塞(112)的下方或上方，所述多个抱瓦(103)沿活塞(112)的周向依次间隔排列，所述多个抱瓦(103)与活塞(112)通过传动组件连接，当活塞(112)沿竖直方向移动时，抱瓦(103)能够夹紧或松开管柱(40)。
2.根据权利要求1所述的修井作业井口卡瓦装置，其特征在于，该壳体包括套设于活塞(112)外的液压缸，该液压缸含有从上向下依次连接固定的上端盖(115)、缸筒(113)和下端盖(111)，缸筒(113)内设有环形的液压腔(114)，活塞(112)外设有环形突起，该环形突起位于该液压腔(114)内，该环形突起将液压腔(114)分隔为封闭的液压上腔和液压下腔。
3.根据权利要求2所述的修井作业井口卡瓦装置，其特征在于，缸筒(113)的上端内设有上环形凹槽(116)，上环形凹槽(116)的中心线与缸筒(113)的中心线重合，上环形凹槽(116)与液压腔(114)之间形成上凸环(117)，上环形凹槽(116)与缸筒(113)的筒壁内的第一液压注入孔(120)连通，上凸环(117)与上端盖(115)之间存在间隙，缸筒(113)的下端内设有下环形凹槽(118)，下环形凹槽(118)的中心线与缸筒(113)的中心线重合，下环形凹槽(118)与液压腔(114)之间形成下凸环(119)，下环形凹槽(118)与缸筒(113)的筒壁内的第二液压注入孔(121)连通，下凸环(119)与下端盖(111)之间存在间隙。
4.根据权利要求2所述的修井作业井口卡瓦装置，其特征在于，该壳体还包括有筒状的瓦座(101)，瓦座(101)的中心线与活塞(112)的中心线重合，该液压缸与瓦座(101)上下设置，瓦座(101)套设于所述多个抱瓦(103)外，所述多个抱瓦(103)均位于活塞(112)的下方，瓦座(101)的内表面为顶端朝下底端朝上的圆锥台状，每个抱瓦(103)均能够沿瓦座(101)的内表面同步移动。
5.根据权利要求4所述的修井作业井口卡瓦装置，其特征在于，该传动组件含有瓦领(109)和多个瓦棒(107)，瓦领(109)呈圆环状，瓦领(109)内含有用于管柱(40)穿过的内通孔，瓦领(109)的中心线与活塞(112)的中心线重合，瓦领(109)的上部与活塞(112)连接固定，瓦领(109)的下部与所述多个瓦棒(107)连接，所述多个瓦棒(107)的外侧面均与瓦座(101)的内表面连接，所述多个瓦棒(107)的内侧面与抱瓦(103)的外侧面一一对应连接固定。
6.根据权利要求5所述的修井作业井口卡瓦装置，其特征在于，瓦领(109)的下端面内为顶端朝上底端朝下的圆锥台状，瓦棒(107)的上端面与瓦领(109)的下端面相匹配，瓦领(109)的下端面内设有瓦领下燕尾槽，瓦棒(107)的上端面内设有瓦棒上燕尾槽，该瓦领下燕尾槽和瓦棒上燕尾槽均沿瓦领(109)的下端面的径向开设，瓦棒(107)与瓦领(109)通过瓦领燕尾槽导柱(108)连接，瓦领燕尾槽导柱(108)的一部分位于该瓦领下燕尾槽内，瓦领燕尾槽导柱(108)的另一部分位于该瓦棒上燕尾槽内，瓦领燕尾槽导柱(108)与瓦领(109)通过瓦领定位销(110)连接固定，当活塞(112)带动瓦领(109)向上移动时，瓦棒(107)能够沿瓦领(109)的下端面的径向远离活塞(112)的中心线。
7.根据权利要求6所述的修井作业井口卡瓦装置，其特征在于，瓦棒(107)的外侧面与瓦座(101)的内表面相匹配，瓦座(101)的内表面内设有瓦座内燕尾槽，瓦棒(107)的外侧面内设有瓦棒外燕尾槽，该瓦棒外燕尾槽和瓦座内燕尾槽均沿瓦座(101)的内表面的径向开设，瓦棒(107)与瓦座(101)通过瓦座燕尾槽导柱(105)连接，瓦座燕尾槽导柱(105)的一部分位于该瓦棒外燕尾槽内，瓦座燕尾槽导柱(105)的另一部分位于该瓦座内燕尾槽内，瓦座燕尾槽导柱(105)与瓦棒(107)通过瓦棒定位销(106)连接固定，当活塞(112)带动瓦领(109)向上移动时，瓦棒(107)能够沿瓦座(101)的内表面的径向远离活塞(112)的中心线。
8.根据权利要求5所述的修井作业井口卡瓦装置，其特征在于，抱瓦(103)的外侧面与瓦棒(107)的内侧面相匹配，瓦棒(107)的内侧面内设有瓦棒内燕尾槽，抱瓦(103)的外侧面内设有抱瓦外燕尾槽，该瓦棒内燕尾槽和抱瓦外燕尾槽均沿活塞(112)的轴向开设，瓦棒(107)与抱瓦(103)通过抱瓦燕尾槽导柱(104)连接，抱瓦燕尾槽导柱(104)的一部分位于该瓦棒内燕尾槽内，抱瓦燕尾槽导柱(104)的另一部分位于该抱瓦外燕尾槽内，抱瓦(103)的上端外设有外突出部，该外突出部朝向瓦棒(107)，抱瓦(103)的下端外连接有限位挡板(102)，该外突出部与限位挡板(102)配合能够使抱瓦燕尾槽导柱(104)固定于瓦棒(107)和抱瓦(103)之间防止瓦棒(107)与抱瓦(103)分离。
9.根据权利要求1所述的修井作业井口卡瓦装置，其特征在于，摆臂(30)还含有摆臂主体(33)，摆臂主体(33)呈直立的圆柱状结构，下连接件(31)与上连接件(32)平行，下连接件(31)和上连接件(32)均与摆臂主体(33)连接，摆臂主体(33)能够依靠液压驱动上连接件(32)和液压钳(20)以摆臂主体(33)的中心线为轴转动一定角度。
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