CN110939391A - 一种机械式外卡顶驱下套管装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油机械技术领域，具体是涉及一种机械式外卡顶驱下套管装置，包括顶驱机构、连接卡瓦机构、单根吊环总成和防转及位移补偿机构，连接卡瓦机构设置在顶驱机构的中部，单根吊环总成安装在顶驱机构的外部，防转及位移补偿机构设置在单根吊环总成的中部，顶驱机构包括上部连接组件、下部连接组件和引导组件，下部连接组件安装在上部连接组件的下端，引导组件设置在下部连接组件的下端。本发明设置上离合器和下离合器，在旋转下入整个套管串的过程中不会进一步增加套管扣的扭矩值及连接卡瓦机构卡紧套管处的变形，采用特殊的卡紧驱动方式避免因顶驱的自重产生的上移摩擦阻力，无需采取防止卡瓦外筒旋转的措施，简化了结构。

Description

一种机械式外卡顶驱下套管装置

技术领域

本发明涉及石油机械技术领域，具体是涉及一种机械式外卡顶驱下套管装置。

背景技术

机械式外卡顶驱下套管装置是一种基于顶部驱动钻井系统、用于下套管作业的全机械式装置。它可以不依赖于液压系统，具有安装方便快捷，不存在液压油泄露环境清洁的优点，可以大大节省设备成本。

但是，现有技术中的的下套管装置还存在以下不足之处，第一，没有设置离合器，无法保证在套管旋转下入的过程中保证套管已上扣扭矩的稳定；第二，现有技术中的卡紧驱动方式在工作时因顶驱的自重会产生的上移摩擦阻力，该摩擦力的存在会造成拖拽连接卡瓦机构一起旋转影响其卡紧套管，因此，需要外加防止卡瓦外筒旋转的措施以及结构，使得结构复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种机械式外卡顶驱下套管装置。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：一种机械式外卡顶驱下套管装置，包括顶驱机构、连接卡瓦机构、单根吊环总成和防转及位移补偿机构，所述连接卡瓦机构设置在顶驱机构的中部，所述单根吊环总成安装在顶驱机构的外部，所述防转及位移补偿机构设置在单根吊环总成的中部，所述顶驱机构包括上部连接组件、下部连接组件和引导组件，所述下部连接组件安装在上部连接组件的下端，所述引导组件设置在下部连接组件的下端。

进一步，所述上部连接组件包括上接头、推盘、驱动套、挡套、上离合器、上筒体、开口挡环和上凸轮套，所述上接头通过平键和锁紧螺母与推盘连接，所述上接头通过花键与驱动套连接，所述上接头通过花键以及开口挡环与下部连接组件连接，驱动套通过上离合器与上筒体连接，所述驱动套通过花键与上凸轮套连接，上离合器通过花键和挡套与上筒体相连。

进一步，所述上离合器与上筒体的连接处设有片弹簧；当完成套筒上扣后，需要下入套管串时，推盘上移，驱动套与上离合器重新结合，片弹簧可以压缩使得上离合器产生逆时针微小转动，进而使得离合器的结合过程更加顺利。

进一步，所述下部连接组件包括下离合器、上心轴挡套、下筒体、下凸轮套、多瓣上推套、上心轴、下心轴和下推套，所述下筒体的上端通过螺纹与上筒体连接，所述上接头通过花键和开口挡环与下离合器连接，所述下凸轮套通过螺纹与上凸轮套连接且下凸轮套通过花键与下筒体连接，所述多瓣上推套设置在下筒体的外壁上且两者之间滑动配合，下筒体通过螺纹与上心轴连接，所述上接头与上心轴滑动且转动配合，所述下凸轮套与上心轴挡套相配合且下凸轮套与上心轴转动配合，所述下心轴的上端与上心轴的下端连接，所述下推套的上端与多瓣上推套的下端卡合连接，所述下推套的一侧设有若干个与连接卡瓦机构滚动配合的导向轮。

进一步，所述引导组件包括密封皮碗和引锥，所述密封皮碗和引锥均设置在下心轴的下端，且密封皮碗设置在引锥的中部。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

第一，设置上离合器和下离合器，在下套管装置通过旋转上接头卡紧套管并继续旋转给套管上完扣达到预定的扭矩值后，使离合器结合，在旋转下入整个套管串的过程中不会进一步增加套管扣的扭矩值及连接卡瓦机构卡紧套管处的变形。

第二，采用特殊的卡紧驱动方式避免因顶驱的自重产生的上移摩擦阻力，因此，在通过上心轴旋转卡紧套管的过程中不需要克服顶驱自重产生的上移摩擦阻力及摩阻可能造成拖拽连接卡瓦机构一起旋转影响其卡紧套管，因此，无需采取防止卡瓦外筒旋转的措施，简化了结构。

附图说明

图1为机械式外卡顶驱下套管装置的局部剖视图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图1中B处的放大图；

图4为图1沿C-C线的剖视图；

图5为图1沿D-D线的剖视图；

图6为图5沿E-E线的剖视图；

图7为图1沿F-F线的剖视图；

图8为图1沿G-G线的剖视图；

图9为图1沿H-H线的剖视图；

图10为机械式外卡顶驱下套管装置的局部正视图一；

图11为机械式外卡顶驱下套管装置的局部正视图二；

图12为图11中I处的放大图；

图13为机械式外卡顶驱下套管装置的局部俯视图。

图中标号为：顶驱机构1，上部连接组件11，上接头111，推盘112，驱动套113，挡套114，上离合器115，上筒体116，开口挡环117，上凸轮套118，下部连接组件12，下离合器121，上心轴挡套122，下筒体123，下凸轮套124，多瓣上推套125，上心轴126，下心轴127，下推套128，导向轮129，引导组件13，密封皮碗131，引锥132，连接卡瓦机构2，卡瓦21，凸轮销22，凸轮槽挡块23，卡瓦外筒24，导向块25，端壳26，单根吊环总成3，吊环31，吊环心轴32，吊环支座33，电动缸34，单根吊卡35，吊环调节杆36，吊卡连接座37，卸扣38，防转及位移补偿机构4，防转组件41，上支架411，夹紧座412，压板413，宽度顶丝414，固定架415，厚度顶丝416，顶驱背钳417，位移补偿组件42，导轨421，滚轮架422，滚轮心轴423，滚轮424，片弹簧5，连接孔6，导入环9。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1至图13可知，一种机械式外卡顶驱下套管装置，包括顶驱机构1、连接卡瓦机构2、单根吊环总成3和防转及位移补偿机构4，所述连接卡瓦机构2设置在顶驱机构1的中部，所述单根吊环总成3安装在顶驱机构1的外部，所述防转及位移补偿机构4设置在单根吊环总成3的中部，所述顶驱机构1包括上部连接组件11、下部连接组件12和引导组件13，所述下部连接组件12安装在上部连接组件11的下端，所述引导组件13设置在下部连接组件12的下端；本发明在使用时，通过顶驱机构1、连接卡瓦机构2和单根吊环总成3的配合工作完成下套管作业，通过设置防转及位移补偿机构4实现套管上扣时的位移补偿，减小了上扣时的阻力，连接卡瓦21的结构设置便于对其进行更换，配置了单根吊环总成3，配合引导组件13，使得本发明下部插入套管时容易对正，提高作业效率；此外，本发明在使用时，顶驱机构1的上端设有顶驱，顶驱为现有技术，用于驱动本发明工作，在此不对齐进行赘述。

具体地，所述上部连接组件11包括上接头111、推盘112、驱动套113、挡套114、上离合器115、上筒体116、开口挡环117和上凸轮套118，所述上接头111通过平键和锁紧螺母与推盘112连接，所述上接头111通过花键与驱动套113连接，所述上接头111通过花键以及开口挡环117与下部连接组件12连接，驱动套113通过上离合器115与上筒体116连接，所述驱动套113通过花键与上凸轮套118连接，上离合器115通过花键和挡套114与上筒体116相连。

具体地，所述上离合器115与上筒体116的连接处设有片弹簧5。

具体地，所述下部连接组件12包括下离合器121、上心轴挡套122、下筒体123、下凸轮套124、多瓣上推套125、上心轴126、下心轴127和下推套128，所述下筒体123的上端通过螺纹与上筒体116连接，所述上接头111通过花键和开口挡环117与下离合器121连接，所述下凸轮套124通过螺纹与上凸轮套118连接且下凸轮套124通过花键与下筒体123连接，所述多瓣上推套125设置在下筒体123的外壁上且两者之间滑动配合，下筒体123通过螺纹与上心轴126连接，所述上接头111与上心轴126滑动且转动配合，所述下凸轮套124与上心轴挡套122相配合且下凸轮套124与上心轴126转动配合，所述下心轴127的上端与上心轴126的下端连接，所述下推套128的上端与多瓣上推套125的下端卡合连接，所述下推套128的一侧设有若干个与连接卡瓦机构2滚动配合的导向轮129。

具体地，所述连接卡瓦机构2包括卡瓦21、凸轮销22和卡瓦外筒24，所述卡瓦外筒24的上端通过螺纹与上部连接组件11固定连接，所述卡瓦外筒24的下端设有导向块25，所述导向块25的一侧设有凸轮槽，所述凸轮销22设置在卡瓦外筒24内，所述卡瓦21通过固定键设置在导向块25、凸轮销22和凸轮槽之间，所述卡瓦外筒24的下端设有端壳26；当上部连接组件11和下部连接组件12配合工作，顶驱带动上接头111及驱动套113顺时针旋转，通过花键带动上凸轮套118也顺时针旋转，通过螺纹与之配合的下凸轮套124在上筒体116上的花键的约束下不可旋转仅向下移动并推动与下筒体123配合的多瓣上推套125向下移动，进而驱动下推套128及卡瓦21与卡瓦外筒24做轴向相对移动，卡瓦21在做轴向移动的同时并做径向移动，从而卡紧套管；当需要使用旋转下入套管时，带动上筒体116及卡瓦外筒24一同旋转，将不会进一步增加套管已上扣的扭矩及卡瓦21卡紧处的变形。当套管下入困难需要同时利用下压和旋转下入时，顶驱下移直到推盘112与上筒体116的上端面接触施加向下的压力，此时下离合器121与上心轴挡套122结合，最终带动卡瓦外筒24一同旋转，实现同时下压和旋转，达到不会进一步增加套管已上扣的扭矩及卡瓦21卡紧处的变形的目的。当完成一根套管的下入，通过套管卡瓦21把套管串与钻机转盘固定，移动顶驱脱开离合器，逆时针旋转顶驱使下推套128及卡瓦21与卡瓦外筒24做轴向相对向上移动，卡瓦21在做向上移动的同时并做向外移动，从而松开套管。向上移动顶驱把下套管装置从套管中移出完成一根套管的下入作业。

具体地，所述凸轮槽内设有凸轮槽挡块23。

结合上部连接组件11和下部连接组件12的配合工作进行下管套作业时，通过电驱动的单根吊环总成3吊取单根套管，并将套管的一端与引导组件13对准，顶驱机构1的下部插入单根套管内直到单根套管的上端接触到上心轴126的下端，此时，驱动套113在弹簧的作用下，驱动套113的上端与上离合器115结合，进而能够防止驱动套113不能相对于上筒体116发生转动，进而不会产生卡紧套管的动作，顶驱推动推盘112顶驱结构的上端向下移动，当推盘112接触到驱动套113的上端面时带动驱动套113一同向下移动并与上离合器115脱离，此时，驱动套113可以相对于上筒体116发生旋转，此时，驱动套113继续详细移动大约上扣位移补偿的距离，顶驱带动上接头111及驱动套113顺时针转动，通过花键带动上凸轮套118也顺时针转动，通过螺纹与上凸轮套118配合的下凸轮套124在上筒体116上的花键的约束下不可旋转，因此下凸轮套124此时仅仅向下移动，并推动与下筒体123配合的多瓣上推套125向下移动，驱动下推套128以及连接卡瓦机构2工作将套管卡紧，当上扣完成需要下入套管串时，顶驱上移，驱动套113与上离合器115重新结合，当需要使用旋转下入套管时带动上筒体116及连接卡瓦21结构的局部旋转，将不会进一步增加套管已上扣的扭矩。

当套管下入困难需要同时利用下压和旋转下入时，顶驱下移直到推盘112与上筒体116的上端面接触施加向下的压力，此时下离合器121与上心轴挡套122结合，最终带动连接卡瓦21的局部一同旋转，实现同时下压和旋转，达到不会进一步增加套管已上扣的扭矩。

当完成一根套管的下入，把套管串与钻机转盘固定，移动顶驱脱开离合器，逆时针旋转顶驱使下推套128及连接卡瓦机构2工作，连接卡瓦机构2在做向上移动的同时并做向外移动，从而松开套管。向上移动顶驱把下套管装置从套管中移出完成一根套管的下入作业。

具体地，所述引导组件13包括密封皮碗131和引锥132，所述密封皮碗131和引锥132均设置在下心轴127的下端，且密封皮碗131设置在引锥132的中部；引导组件13的作用是将本发明的下端引导插入套管内，其中，引锥132的直径自下而上逐渐增大，能够进一步的提高引导组件13的引导效果。

具体地，所述单根吊环总成3包括两个吊环31，所述顶驱机构1的中部设有吊环心轴32和吊环支座33，所述吊环心轴32的两端均与吊环支座33连接，两个所述吊环31均通过吊环心轴32与吊环支座33连接，所述吊环支座33的两侧均设有电动缸34，两个所述电动缸34的一端均与吊环支座33铰接，两个吊环31的下端均设有铰接支座，两个电动缸34分别与两个铰接支座一一对应且每个电动缸34的另一端均和与其对应的铰接支座铰接；吊环31通过吊卡吊取套管时，通过电动缸34的伸出和缩回任意调节吊环31的前倾和后倾角度，快速实现套管与本发明下端的对正，便于其高效插入套管。

具体地，所述顶驱机构1的下方设有单根吊卡35，每个所述吊环31的下端均设有吊环调节杆36，每个所述吊环调节杆36的下端均设有吊卡连接座37，所述单根吊卡35的两侧均设有卸扣38，两个卸扣38与两个吊卡连接座37一一对应且相互配合。

具体地，每个所述吊环调节杆36上均设有若干个呈等间距分布的连接孔6；可通过其上的多个连接孔6实现吊环31长度的调节以适应不同规格套管及本发明不同配置长度的需要。

具体地，所述防转及位移补偿机构4包括防转组件41和位移补偿组件42，所述防转组件41和位移补偿组件42均设置在顶驱机构1的一侧且防转组件41设置在位移补偿组件42的上端。

具体地，所述防转组件41包括上支架411和固定在上支架411上的两个夹紧座412，所述上支架411呈竖直设置且上支架411的下端与位移补偿组件42连接，每个所述夹紧座412上设有导向槽，所述导向槽内设有两个与其滑动配合的压板413，所述夹紧座412的两端均设有与压板413配合的宽度顶丝414，所述上支架411的旁侧设有固定架415，所述固定架415贯穿两个压板413的中部，每个所述压板413上均设有用于固定固定架415的厚度顶丝416，所述固定架415的下端设有与其固定连接的顶驱背钳417；压板413可根据不同规格顶驱背钳417的固定架415的宽度在导向槽内滑动调节并通过宽度顶丝414及厚度顶丝416快速夹紧，夹紧前还可进行高度的任意调节，提高了本发明的适用范围，且由于该安装方式不需要拆掉完成下套管作业后还需再恢复原形态顶驱背钳417上的导入环9，然后把防转组件41固定在原固定导入环9的螺栓孔上，大大提高了安装效率。

具体地，所述顶驱背钳417的下端设有导入环9，所述导入环9呈喇叭状，喇叭状的导入换便于将顶驱固定，方便对准。

具体地，所述移补偿组件包括导轨421，所述导轨421呈竖直设置在顶驱机构1的旁侧且导轨421的上端与上支架411固定连接，所述单根吊环总成3上设有滚轮架422，所述滚轮架422上设有两个滚轮心轴423，每个所述滚轮心轴423上均设有滚轮424；通过上述设置能够在本发明旋转时起到防止单根吊环总成3旋转的作用，并且还可沿导轨421移动实现位移补偿功能。

Claims (5)

1.一种机械式外卡顶驱下套管装置，其特征在于：包括顶驱机构（1）、连接卡瓦机构（2）、单根吊环总成（3）和防转及位移补偿机构（4），所述连接卡瓦机构（2）设置在顶驱机构（1）的中部，所述单根吊环总成（3）安装在顶驱机构（1）的外部，所述防转及位移补偿机构（4）设置在单根吊环总成（3）的中部，所述顶驱机构（1）包括上部连接组件（11）、下部连接组件（12）和引导组件（13），所述下部连接组件（12）安装在上部连接组件（11）的下端，所述引导组件（13）设置在下部连接组件（12）的下端。

2.根据权利要求1所述的一种机械式外卡顶驱下套管装置，其特征在于：所述上部连接组件（11）包括上接头（111）、推盘（112）、驱动套（113）、挡套（114）、上离合器（115）、上筒体（116）、开口挡环（117）和上凸轮套（118），所述上接头（111）通过平键和锁紧螺母与推盘（112）连接，所述上接头（111）通过花键与驱动套（113）连接，所述上接头（111）通过花键以及开口挡环（117）与下部连接组件（12）连接，驱动套（113）通过上离合器（115）与上筒体（116）连接，所述驱动套（113）通过花键与上凸轮套（118）连接，上离合器（115）通过花键和挡套（114）与上筒体（116）相连。

3.根据权利要求2所述的一种机械式外卡顶驱下套管装置，其特征在于：所述上离合器（115）与上筒体（116）的连接处设有片弹簧（5）。

4.根据权利要求2所述的一种机械式外卡顶驱下套管装置，其特征在于：所述下部连接组件（12）包括下离合器（121）、上心轴挡套（122）、下筒体（123）、下凸轮套（124）、多瓣上推套（125）、上心轴（126）、下心轴（127）和下推套（128），所述下筒体（123）的上端通过螺纹与上筒体（116）连接，所述上接头（111）通过花键和开口挡环（117）与下离合器（121）连接，所述下凸轮套（124）通过螺纹与上凸轮套（118）连接且下凸轮套（124）通过花键与下筒体（123）连接，所述多瓣上推套（125）设置在下筒体（123）的外壁上且两者之间滑动配合，下筒体（123）通过螺纹与上心轴（126）连接，所述上接头（111）与上心轴（126）滑动且转动配合，所述下凸轮套（124）与上心轴挡套（122）相配合且下凸轮套（124）与上心轴（126）转动配合，所述下心轴（127）的上端与上心轴（126）的下端连接，所述下推套（128）的上端与多瓣上推套（125）的下端卡合连接，所述下推套（128）的一侧设有若干个与连接卡瓦机构（2）滚动配合的导向轮（129）。

5.根据权利要求4所述的一种机械式外卡顶驱下套管装置，其特征在于：所述引导组件（13）包括密封皮碗（131）和引锥（132），所述密封皮碗（131）和引锥（132）均设置在下心轴（127）的下端，且密封皮碗（131）设置在引锥（132）的中部。

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