CN108756744B - 一种盾构式套管内欠平衡气体反循环钻井设备 - Google Patents

一种盾构式套管内欠平衡气体反循环钻井设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种盾构式套管内欠平衡气体反循环钻井设备，其特征在于：是由：载车部分、猫道部分、四导柱部分和井下塔式钻具部分四部分构成。本发明盾构套内钻井与气体反循环欠平衡钻井设备，采用正，欠两平衡自动化钻井工艺钻井，实现车载整体搬迁转场，免拆卸，安装，灵活机动，不超限，载车自重35吨，桅杆立起高度15,5米，顶驱升至上止点高度21,5米，顶驱总长8米。本发明占地面积小、钻机部分可整体搬迁，气体欠平衡钻井进尺速度快，是常规钻机的5‑8倍。

Description

一种盾构式套管内欠平衡气体反循环钻井设备
技术领域
本发明属于钻井设备技术领域，适用于在施工超短半径，径向水平钻井工程中轨迹控制装置，特别涉及一种盾构式套管内欠平衡气体反循环钻井设备。
背景技术
目前，国内外在现有技术中传统钻机行业的钻机，都是根据井径钻井深浅定制和设计的，扭矩及拉力大而全，小也全。重复建造严重浪费资源。特别是钻深井，必须建造超大型钻井设备，转场，搬迁，运输超限，超重拆卸，组装等工作，非常麻烦，而且从钻井市场覆盖率非常小，单一，它也不可能承接浅井钻井工程，大型钻机不可能去钻浅井，中小型钻机也不可能钻超深钻井工程。传统钻机从安全角度看，还是采用绞车，天车，大钩，吊环，钢丝绳，浮动系统起下钻具，每个环节出现问题都非常危险，精度差，对于全部实现自动化难度大。工人劳动强度高，生命与机械安全难以保障。从钻井工艺方面看，全球在钻井工程当中95%还是采用正平衡钻井，也就是使用钻井液，由于钻井液比重大，产生累积压力大，它会使井下地层产生压持效应，使钻头破岩能力降低，特别地层会产生污染。在低压层处容易井漏，对于低渗透层的井漏可能不会被发现。由于液态的压持效应导致钻头磨损加快，造成频繁起钻更换钻头，所以将井架制造成36米-70米不等的高度，避免频繁卸钻杆影响钻井速度，但不能从根本上改变钻井工艺，解决上述问题。
发明内容
本发明克服了上述存在的缺陷，目的是为提高工作效率，降低钻井成本，通过采用一台钻机即可全部自动化，全天候，全疆域，只要钻机能进到场地，即可实现钻井钻几十米至1.5万米井深，提供一种盾构式套管内欠平衡气体反循环钻井设备。
本发明盾构式套管内欠平衡气体反循环钻井设备内容简述：
本发明盾构式套管内欠平衡气体反循环钻井设备，其特征在于：是由：载车部分、猫道部分、四导柱部分和井下塔式钻具部分四部分构成；
载车部分：由：载车、桅杆、顶驱滑车、套管机械手、钻杆机械手、下顶驱、上顶驱、管排、载车支腿和强力卸扣钳组成，桅杆、顶驱滑车设置在载车上，在顶驱滑车的下部设有套管机械手和钻杆机械手，在下顶驱的上部设有上顶驱，下顶驱的上部设有管排；顶驱滑车设置在桅杆上，顶驱滑车在桅杆可以上下滑动，顶驱滑车内设有上顶驱与下顶驱，套管机械手设置在顶驱滑车上，钻杆机械手设置在下顶驱上，通过下顶驱在顶驱滑车内滑动拉开套管与钻杆上管时所需距离。
猫道部分：由钻杆猫道、套管猫道、自动打包系统、套管、套管托架、钻杆托架、电机、猫头、钻杆、钻杆顶出机构、套管挡管销、钻杆挡管销、套管托架支腿和钻杆托架支腿组成，套管猫道与钻杆猫道纵向连接，两个套管托架与套管猫道横向连接，两个钻杆托架与钻杆猫道横向连接，猫头在钻杆猫道与套管猫道内，在钻杆猫道下部设有电机，钻杆托架与套管托架前端分别有一对钻杆挡管机构，套管挡管机构，套管猫道内有一对钻杆顶出顶出机构；在钻杆托架上设有钻杆，设置在钻杆猫道内，钻杆挡管销设置在钻杆托架上；在套管托架上设有套管，设置在套管猫道内，套管挡管销设置在套管托架上，猫头设置在钻杆猫道和套管猫道内，钻杆顶出机构设置在套管猫道内，自动打包系统设置在钻杆托架上，在套管托架的端部设有套管托架支腿，钻杆托架的端部设有钻杆托架支腿。
四导柱部分：由封井器、四导柱液压缸、钻机平台、封井器液压缸组组成，封井器下端与钻机平台连接，上端与桅杆连接，钻机平台上设有四导柱液压缸，四导柱液压缸与钻机平台固定连接，四导柱液压缸的侧面设有封井器液压缸组，四导柱液压缸上部与顶驱滑车连接。
井下塔式钻具部分：由钻杆、套管、冲击钻头、二级扩孔钻、四级扩孔钻、三级扩孔钻、外井封、空气锤、内井封和气渣分离器组成，在冲击钻头的上部依次设有二级扩孔钻、三级扩孔钻、四级扩孔钻，其外部设有套管，通过外井封固定连接。
本发明盾构套内钻井与气体反循环欠平衡钻井设备，采用正，欠两平衡自动化钻井工艺钻井，实现车载整体搬迁转场，免拆卸，安装，灵活机动，不超限，载车自重35吨，桅杆立起高度15,5米，顶驱升至上止点高度21,5米，顶驱总长8米。本发明占地面积小、钻机部分可整体搬迁，气体欠平衡钻井进尺速度快，是常规钻机的5-8倍。
附图说明
图1是盾构式套管内欠平衡气体反循环钻井设备结构示意图；
图2是盾构式套管内欠平衡气体反循环钻井设备侧视图；
图3是载车部分结构示意图；
图4是猫道结构示意图；
图5是四导柱结构示意图；
图6 是井下塔式钻具结构示意图；
图中：1是载车、2是桅杆、3是顶驱滑车、4是套管机械手、5是钻杆机械手、6是钻机平台、7是强力卸扣钳、8是钻杆猫道、9是套管猫道、10是自动打包系统、11是井下塔式钻具、12是四导柱、13是夹管器、14是套管、15是套管托架、16是钻杆托架、17是电机、18是猫头、19是钻杆、20是下顶驱、21是上顶驱、22管排、23是下平台、24是封井器、25是四导柱液压缸、26是载车支腿、27冲击钻头、28是二级扩孔钻、29是四级扩孔钻、30是三级扩孔钻、31是外井封、32是空气锤、33是内井封、34是气渣分离器、35是液压油箱、36是钻杆顶出机构、37是套管挡管销、38是钻杆挡管销、39套管托架支腿、40钻杆托架支腿、41封井器液压缸组、42主液压缸。
具体实施方式
本发明盾构套内钻井与气体反循环欠平衡钻井设备是这样实现的，下面结合附图作具体说明。
本发明盾构套内钻井与气体反循环欠平衡钻井设备，是由：井下塔式钻具、四导柱、猫道和载车四部分构成。
见图1～图3，载车部分由：载车1、桅杆2、顶驱滑车3、套管机械手4、钻杆机械手5、下顶驱20、上顶驱21、管排22、载车支腿26和强力卸扣钳7组成，桅杆2、顶驱滑车3设置在载车1上，在顶驱滑车3的下部设有套管机械手4和钻杆机械手5，在下顶驱20的上部设有上顶驱21，下顶驱20的上部设有管排22，完成桅杆2翻转。顶驱滑车3设置在桅杆2上，顶驱滑车3在桅杆2可以上下滑动，顶驱滑车3内设有上顶驱21与下顶驱20，下顶驱20可以在顶驱滑车3内滑动，套管机械手4设置在顶驱滑车3上，钻杆机械手5设置在下顶驱20上，通过下顶驱20在顶驱滑车3内滑动拉开套管14与钻杆19上管时所需距离，液压油箱35负责钻机液压系统的液压油供应；通过载车支腿26负责载车1工作时支撑地面稳定载车1。载车部分是钻机主体设备，顶驱滑车3的作用是向井下钻杆19、钻具11传导扭矩，并猫道部分配合完成抓取套管14与钻杆19，同时完成上卸扣功能。
见图1、图2、图4 猫道部分：由钻杆猫道8、套管猫道9、自动打包系统10、套管14、套管托架15、钻杆托架16、电机17、猫头18、钻杆19、钻杆顶出机构36、套管挡管销37、钻杆挡管销38、套管托架支腿39和钻杆托架支腿40组成，套管猫道9与钻杆猫道8纵向连接，两个套管托架15与套管猫道9横向连接，两个钻杆托架16与钻杆猫道8横向连接，猫头18在钻杆猫道8与套管猫道9内，在钻杆猫道8下部设有电机17，通过电机17驱动做往复运动，钻杆托架16与套管托架15前端分别有一对钻杆挡管机构38，套管挡管机构37，套管猫道9内有一对钻杆顶出顶出机构36。在钻杆托架16上设有钻杆19，设置在钻杆猫道8内，钻杆挡管销38设置在钻杆托架16上；在套管托架15上设有套管14，设置在套管猫道9内，套管挡管销37设置在套管托架15上，猫头18设置在钻杆猫道8和套管猫道9内，钻杆顶出机构36设置在套管猫道9内，自动打包系统10设置在钻杆托架16上，在套管托架15的端部设有套管托架支腿39，钻杆托架16的端部设有钻杆托架支腿40。在猫道部分完成钻杆19自动穿入套管内，配合载车机械手抓取钻杆19和套管14，并在卸管时将钻杆19导入钻杆猫道8内，由钻杆顶出机构36将钻杆19推出猫道进入钻管托架16，并由自动打包系统10捆扎打包。
见图5，四导柱部分：由封井器24、四导柱液压缸25、钻机平台6、封井器液压缸组41组成，封井器24下端与钻机平台6连接，上端与桅杆2连接，钻机平台6上设有四导柱液压缸25，四导柱液压缸25与钻机平台6固定连接，四导柱液压缸25的侧面设有封井器液压缸组41，四导柱液压缸25上部与顶驱滑车3连接，完成大载荷钻井的需要。当钻深井时井下载荷超出载车负荷，将四导柱部分与载车配合连接强化钻机载荷，并在井口配合封井器24防止井喷。通过封井器液压缸组41夹住套管14与钻杆19同时封闭井下气体，为换接钻杆19套管14创造有利条件。
见图6，井下塔式钻具部分：由钻杆19、套管14、冲击钻头27、二级扩孔钻28、四级扩孔钻29、三级扩孔钻30、外井封31、空气锤32、内井封33和气渣分离器34组成，在冲击钻头27的上部依次设有二级扩孔钻28、三级扩孔钻30、四级扩孔钻29，其外部设有套管14，通过外井封31固定连接。由冲击钻头27完成一级破碎，二级扩孔钻28完成二级破碎，三级扩孔钻29完成套外三级破碎，四级扩孔钻完成四级套外破碎，为套管14随套与固井打下空间。内井封33与外井封31保证井下四个扩孔钻处于欠平衡钻井状态，气渣分离器34是分离气与渣的通道，使破碎岩屑进入钻杆内排除井外，同时保证空气锤32供气。在钻具部分：上部与钻杆套管连接，通过内井封33外井封31保证井下处于欠平衡状态，通过二级扩孔钻28、四级扩孔钻29、三级扩孔钻30保证套管随钻进入井下。
本发明盾构套内钻井与气体反循环欠平衡钻井设备，采用正，欠两平衡自动化钻井工艺钻井，实现车载整体搬迁转场，免拆卸，安装，灵活机动，不超限，载车自重35吨，桅杆立起高度15,5米，顶驱升至上止点高度21,5米，顶驱总长8米。本发明占地面积小、钻机部分可整体搬迁，气体欠平衡钻井进尺速度快，是常规钻机的5-8倍。

Claims (1)

1.一种盾构式套管内欠平衡气体反循环钻井设备，其特征在于：是由载车部分、猫道部分、四导柱部分和井下塔式钻具部分四部分构成；
载车部分：由载车(1)、桅杆(2)、顶驱滑车(3)、套管机械手(4)、钻杆机械手(5)、下顶驱(20)、上顶驱(21)、管排(22)、载车支腿(26)和强力卸扣钳(7)组成；
桅杆(2)、顶驱滑车(3)设置在载车(1)上，在顶驱滑车(3)的下部设有套管机械手(4)和钻杆机械手(5)；
顶驱滑车(3)设置在桅杆(2)上，顶驱滑车(3)在桅杆(2)上可以上下滑动，顶驱滑车(3)内设有上顶驱(21)与下顶驱(20)，在下顶驱(20)的上部设有上顶驱(21)，下顶驱(20)的上部设有管排(22)；套管机械手(4)设置在顶驱滑车(3)上，钻杆机械手(5)设置在下顶驱(20)上，通过下顶驱(20)在顶驱滑车(3)内滑动拉开套管(14)与钻杆(19)上管时所需距离；
猫道部分：由钻杆猫道(8)、套管猫道(9)、自动打包系统(10)、套管(14)、套管托架(15)、钻杆托架(16)、电机(17)、猫头(18)、钻杆(19)、钻杆顶出机构(36)、套管挡管销(37)、钻杆挡管销(38)、套管托架支腿(39)和钻杆托架支腿(40)组成；
套管猫道(9)与钻杆猫道(8)纵向连接，两个套管托架(15)与套管猫道(9)横向连接，两个钻杆托架(16)与钻杆猫道(8)横向连接，在钻杆猫道(8)下部设有电机(17)，钻杆托架(16)的前端有一对钻杆挡管机构，钻杆挡管机构为钻杆挡管销(38)，套管托架(15)的前端有一对套管挡管机构，套管挡管机构为套管挡管销(37)，套管猫道(9)内有一对钻杆顶出机构(36)；
在钻杆托架(16)上设有钻杆(19)，钻杆(19)能进入钻杆猫道(8)内，钻杆挡管销(38)设置在钻杆托架(16)上；
在套管托架(15)上设有套管(14)，套管(14)能进入套管猫道(9)内，套管挡管销(37)设置在套管托架(15)上，猫头(18)设置在钻杆猫道(8)和套管猫道(9)内，钻杆顶出机构(36)设置在套管猫道(9)内，自动打包系统(10)设置在钻杆托架(16)上，在套管托架(15)的端部设有套管托架支腿(39)，钻杆托架(16)的端部设有钻杆托架支腿(40)；
四导柱部分：由封井器(24)、四导柱液压缸(25)、钻机平台(6)、封井器液压缸组(41)组成；
封井器(24)下端与钻机平台(6)连接，封井器(24)上端与桅杆(2)连接，钻机平台(6)上设有四导柱液压缸(25)，四导柱液压缸(25)与钻机平台(6)固定连接，四导柱液压缸(25)的侧面设有封井器液压缸组(41)，四导柱液压缸(25)上部与顶驱滑车(3)连接；
井下塔式钻具部分：由钻杆(19)、套管(14)、冲击钻头(27)、二级扩孔钻(28)、四级扩孔钻(29)、三级扩孔钻(30)、外井封(31)、空气锤(32)、内井封(33)和气渣分离器(34)组成；
在冲击钻头(27)的上部依次设有二级扩孔钻(28)、三级扩孔钻(30)、四级扩孔钻(29)；
冲击钻头(27)外部设有套管(14)，通过外井封(31)固定连接。
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