CN113719245A - 用于油气井套管弃置作业装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于油气井套管弃置作业装置及方法，包括作业机架，作业机架底部设有下操作平台，下操作平台上设有举升装置，举升装置的活动端与游动液压套管卡瓦连接，举升装置底部设有固定液压套管卡瓦；作业机架上设有吊杆，吊杆上设有旋转吊臂，旋转吊臂用于悬挂套管切割装置和/或打孔装置。本发明适用范围广，适用于陆地、海上的大型套管举升作业，模块化、高集成化设计使设备结构紧凑、占用空间、重量小，尤其适用于海上作业载荷、面积受限的小平台作业。

Description

用于油气井套管弃置作业装置及方法

技术领域

本发明属于油气井弃井作业领域，特别涉及一种用于油气井套管弃置作业装置及方法。

背景技术

处于开发末期的海洋油气田，因安全及环保要求，部分低产、无经济效益或存在安全环保隐患井需要进行封固和废弃，因此，弃置作业中需对隔水套管进行回收。由于水泥对套管的固封作用，起拔作业负荷大，国内海洋油田弃井作业时大多仍采用两股钢丝绳连接套管，通过钻修机大钩进行起吊，本领域还未有专用作业设备，也未形成专业作业方法。国外已有部分采用带压作业设备主机改造的设备，但因不是专用设备，因此未能形成系统配套（例如中国专利文献CN203654287U公开的“护筒起拔设备”）。目前通过钻修机大钩进行套管的起拔，存在的问题在于：

1、大钩的起拔力控制精确度低、钢丝绳作业稳定性差，存在一定的安全隐患；

2、钻修设备配置的旋转系统设备结构庞大复杂，设备成本高，作业效率低；

3、在海上平台使用氧焊进行套管割孔，不利于环保。

4、采用传统钻修机大钩作业，占地面积广，集成度低，重量大，对于海洋平台面积及承载能力要求高。

5、采用手动夹持套管卡瓦，夹持稳定性差，无法实现逻辑控制，作业效率低。

6、采用吊机吊臂吊装套管，作业成本高，劳动强度大，操作不便。

7、大多未配置滑移底座，井间搬运需全部拆除后重新组装，非常不便；少数钻修机安装滑移底座，因滑移底座重量较大，对于平台要求较高，使用不便。

8、作业方式不固定，大多采用氧焊切割打孔，作业效率低，作业风险高。

9、无固定方式，大多临时寻找液压管线，进行冲洗作业，作业效率低，使用不便。

发明内容

鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的用于油气井套管弃置作业装置及方法，本发明适用范围广，适用于陆地、海上的大型套管举升作业，模块化、高集成化设计使设备结构紧凑、占用空间、重量小，尤其适用于海上作业载荷、面积受限的小平台作业。

为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：

一种用于油气井套管弃置作业装置，包括作业机架，作业机架底部设有下操作平台，下操作平台上设有举升装置，举升装置的活动端与游动液压套管卡瓦连接，举升装置底部设有固定液压套管卡瓦；作业机架上设有吊杆，吊杆上设有旋转吊臂，旋转吊臂用于悬挂套管切割装置和/或打孔装置。

优选的方案中，所述的举升装置包括油缸底座，油缸底座上设有多个油缸，油缸包括缸筒和活塞杆，多个缸筒之间通过油缸支撑板连接，活塞杆顶部连接游动液压套管卡瓦安装板，游动液压套管卡瓦安装板上装有游动液压套管卡瓦；油缸底座上装有固定液压套管卡瓦。

优选的方案中，所述的旋转吊臂上设有多个吊孔，吊孔用于悬挂套管切割装置和打孔装置，套管切割装置用于对套管进行切割，打孔装置用于在套管顶部打孔。

优选的方案中，所述的作业机架与滑移导轨滑动连接，滑移导轨上设有棘爪链接，棘爪链接与作业机架之间通过推力油缸连接。

优选的方案中，所述的作业机架还包括中间承载架和上操作平台，中间承载架设置在下操作平台上，且下操作平台与中间承载架之间通过螺栓或销轴连接；上操作平台设置在中间承载架上，且中间承载架与上操作平台之间通过螺栓或销轴连接。

优选的方案中，所述的下操作平台上设有移动控制箱，上操作平台上设有远程操作台。

优选的方案中，所述的下操作平台、中间承载架和上操作平台均设有套管贯穿的通道，固定液压套管卡瓦和游动液压套管卡瓦设置在所述通道的外边缘。

优选的方案中，所述的作业机架上设有滑移水龙头支架，滑移水龙头支架位于举升装置旁；滑移水龙头支架包括水龙头滑移导轨，水龙头滑移导轨上设有可滑动的支架底座，支架底座与水龙头安装板套接，支架底座内设有水龙头支架伸缩油缸，水龙头支架伸缩油缸用于驱动水龙头安装板移动；水龙头安装板上用于安装水龙头。

优选的方案中，所述的用于油气井套管弃置作业装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：利用推力油缸将整个作业机架移送至作业区域；

S2：启动游动液压套管卡瓦将套管锁紧，松开固定液压套管卡瓦；

S3：启动举升装置，多台油缸同时动作将套管向上拔起；

S4：当套管起拔一段高度后，举升装置停止，启动固定液压套管卡瓦将套管锁紧；

S5：松开游动液压套管卡瓦，举升装置启动并将活塞杆收回；

S6：利用打孔装置对套管顶部进行打孔，利用套管切割装置切断套管，套管打孔或切割过程中利用水龙头安装板上安装的水龙头进行冷却；

S7：利用旋转吊臂将被切割断的套管转移；

S8：重复步骤S2-S7 ，往复进行套管的起拔切割作业。

本专利可达到以下有益效果：

1、本发明，采用模块化、高集成化设计，设备结构紧凑、占用空间、重量小，尤其适用于海上作业载荷、面积受限的小平台作业。

2、本套管弃置作业装置采用远程控制的夹持大通径套管卡瓦，降低安装强度、提升夹持稳定性。作业时通过固定液压套管卡瓦、游动液压套管卡瓦逻辑配合完成套管夹持，通过举升油缸伸缩完成套管起拔，有效提高工作效率。

3、本套管弃置作业装置设计的旋转式吊臂，采用液压油缸助推0-270度旋转，操作方便，井口对中性好，有效降低劳动强度。

4、本套管弃置作业装置设计有轻型滑移底座模块及链接，适用于多井口快速移动作业，省去了拆装、搬运设备的时间。

5、本发明采用的固定进给式套管打孔装具，双钻销式结构，套管两侧同时钻孔，实现可固定多个套管柱打孔，相比常规氧焊割孔，提高了作业效率、安全性、环保性。

6、本发明采用的重型套管切割液压带锯装置，满足大壁厚的单个或多个套管切割，相比常规氧焊切割，提高了效率、安全性，施工更加规范化。

7、本发明在上操作平台设计有水龙头移动导轨，有效对中井口实施旋转作业，提高套管底部切割作业效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明主视图；

图2为本发明俯视图;

图3为本发明举升装置结构图；

图4为本发明滑移水龙头支架结构图；

图5为本发明三维结构图。

图中：滑移导轨1、棘爪链接2、推力油缸3、移动控制箱4、下操作平台5、中间承载架6、上操作平台7、套管切割装置8、旋转吊臂9、远程操作台10、油缸底座12、油缸支撑板13、游动液压套管卡瓦安装板14、缸筒15、活塞杆16、固定液压套管卡瓦17、游动液压套管卡瓦18、水龙头滑移导轨19、支架底座20、水龙头安装板21、水龙头支架伸缩油缸22、吊杆23。

具体实施方式

优选的方案如图1至图5所示，一种用于油气井套管弃置作业装置，作业机架底部设有下操作平台5，下操作平台5上设有举升装置，举升装置的活动端与游动液压套管卡瓦18连接，举升装置底部设有固定液压套管卡瓦17；作业机架上设有吊杆23，吊杆23上设有旋转吊臂9，旋转吊臂9用于悬挂套管切割装置8和/或打孔装置。

举升装置用于带动游动液压套管卡瓦18上下移动，游动液压套管卡瓦18与固定液压套管卡瓦17相配合用于往复起拔套管。套管切割装置8用于切割被起拔后的套管，吊杆23上的旋转吊臂9一方面为套管切割装置8提供了吊点，另一方面便于将切割后的套管移送出去。打孔装置用于对被切割的套管进行打孔，再利用吊绳和旋转吊臂9将套管移出。优选地，先对套管进行打孔，再进行切割。

进一步地，举升装置包括油缸底座12，油缸底座12上设有多个油缸，油缸包括缸筒15和活塞杆16，多个缸筒15之间通过油缸支撑板13连接，活塞杆16顶部连接游动液压套管卡瓦安装板14，游动液压套管卡瓦安装板14上装有游动液压套管卡瓦18；油缸底座12上装有固定液压套管卡瓦17。固定液压套管卡瓦17、游动液压套管卡瓦18和油缸三者相配合用于起拔套管。

油缸优选为四个，油缸底座12、油缸支撑板13、游动液压套管卡瓦安装板14和缸筒15组焊行成一套举升框架，活塞杆16用于驱动游动液压套管卡瓦18上下移动。

进一步地，旋转吊臂9上设有多个吊孔，吊孔用于悬挂套管切割装置8和打孔装置，套管切割装置8用于对套管进行切割，打孔装置用于在套管顶部打孔。

上操作平台7一侧设有吊杆23，吊杆23带有旋转吊臂9，旋转摆臂上设计有多个吊孔，用于调节吊钩的位置；吊杆用于悬挂套管切割装置和打孔装置、及吊运被切割断的套管。旋转吊臂9采用液压油缸助推，其旋转角度为0-270度。

进一步地，作业机架与滑移导轨1滑动连接，滑移导轨1上设有棘爪链接2，棘爪链接2与作业机架之间通过推力油缸3连接。推力油缸3用于带动下操作平台5移动，下操作平台5用于承载工作载荷与设备重量。

下操作平台5采用高强度钢材，能承受工作载荷与设备的自重，下操作平台5的底座中心开有孔，保证中心的通过性；下操作平台5与中间承载架6采用螺栓或销轴连接的方式能够快速拆装；平台设有护栏、安全门与爬梯，通过爬梯可到达上层操作平台。中间承载架6上部与上部操作平台7通过螺栓或销轴连接，用于支撑上部操作平台7及上操作平台7上的作业设备。中间承载架6一侧设有爬梯，通往上部操作平台。

上操作平台7底座中心开孔，保证中心的通过性；上操作平台7一侧设有爬梯与盖板，为操作人员在上下两操作平台之间提供通道；上操作平台7四周设有围栏，保证的作业人员的安全行，围栏四周设有踢脚板，防止物件掉落。

进一步地，作业机架还包括中间承载架6和上操作平台7，中间承载架6设置在下操作平台5上，且下操作平台5与中间承载架6之间通过螺栓或销轴连接；上操作平台7设置在中间承载架6上，且中间承载架6与上操作平台7之间通过螺栓或销轴连接。

进一步地，下操作平台5上设有移动控制箱4，上操作平台7上设有远程操作台10。远程操作台10布置有举升载荷仪、管路液压等指示仪表。远程操作台有以下作用：

作用一：远程控制举升油缸的运动方向、速度；

作用二：控制水龙头安装支架21的起升、下降；

作用三：控制固定液压套管卡瓦17、游动液压套管卡瓦18的开合；

作用四：控制旋转吊臂9的旋转。

进一步地，下操作平台5、中间承载架6和上操作平台7均设有套管贯穿的通道，固定液压套管卡瓦17和游动液压套管卡瓦18设置在所述通道的外边缘。

进一步地，作业机架上设有滑移水龙头支架，套管打孔或切割过程中利用水龙头安装板21上安装的水龙头进行冷却，滑移水龙头支架位于举升装置旁；滑移水龙头支架包括水龙头滑移导轨19，水龙头滑移导轨19上设有可滑动的支架底座20，支架底座20与水龙头安装板21套接，支架底座20内设有水龙头支架伸缩油缸22，水龙头支架伸缩油缸22用于驱动水龙头安装板21移动；水龙头安装板21上用于安装水龙头。支架底座20可沿水龙头滑移导轨19来回移动。支架底座20与水龙头安装板21采用内外矩形管嵌套安装方式，水龙头安装板21的小矩形管插入支架底座20的大矩形管中，支架底座20内设水龙头支架伸缩油缸22，在水龙头支架伸缩油缸22的驱动下，水龙头能上下移动。

优选的方案中，所述的用于油气井套管弃置作业装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：利用推力油缸3将整个作业机架移送至作业区域；

S2：启动游动液压套管卡瓦18将套管锁紧，松开固定液压套管卡瓦17；

S3：启动举升装置，多台油缸同时动作将套管向上拔起；

S4：当套管起拔一段高度后，举升装置停止，启动固定液压套管卡瓦17将套管锁紧；

S5：松开游动液压套管卡瓦18，举升装置启动并将活塞杆16收回；

S6：利用打孔装置对套管顶部进行打孔，利用套管切割装置8切断套管，套管打孔或切割过程中利用水龙头安装板21上安装的水龙头进行冷却；

S7：利用旋转吊臂9将被切割断的套管转移；

S8：重复步骤S2-S7 ，往复进行套管的起拔切割作业。

工作原理如下：

利用举升装置向上起拔套管到一定长度，利用打孔装置打孔，套管切割装置锯断套管，套管切割装置的型号为DWS 2448，打孔装置的型号为PDP520，通过吊杆将被锯断的套管吊出。配置的套管切割装置采用悬挂助推旋转，能够实现套管切割装置准确对中井口作业。配置的水龙头可沿水龙头滑移导轨19滑移的同时能在竖直方向上下移动，能紧密配合套管起拔时垂直方向上的移动；能紧密配合套管打孔及切割装置进行冷却作业。

本发明提供的一种用于套管起拔切割作业装置，作业机架由上而下依次包括上部操作平台7、中间承载架6和下部操作平台5，共三层。作业机架一侧面安装有吊杆23并配备旋转吊臂9，旋转吊臂9设计有多吊装孔便于调节安装位置，吊孔挂有套管切割装置和打孔装置，用于切割套管和对套管进行钻吊孔，上、下操作平台之间通过设计的爬梯连通。中间承载架起增高作用，保证上下操作平台之间的高度与操作人员的高度相匹配，提供足够的操作空间。下部操作平台安装有举升装置，底部设有滑移轨道1，能实现多井口连续快速作业。

本装置采用液压缸举升机结构，负载能力大，模块化设计，轻型导轨链接，转场移运方便，占用空间小，作业效率高，能有效解决常规钻修井机在海上平台作业载荷及平台空间受限的问题。另外，为油气井弃井作业提供有针对性且具高效率的作业工具，套管打孔、拔管、套管切割于一体的高集成度的作业设备，提高弃井作业效率，降低作业成本，创造更大的经济效益。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于油气井套管弃置作业装置，包括作业机架，其特征在于：作业机架底部设有下操作平台（5），下操作平台（5）上设有举升装置，举升装置的活动端与游动液压套管卡瓦（18）连接，举升装置底部设有固定液压套管卡瓦（17）；作业机架上设有吊杆（23），吊杆（23）上设有旋转吊臂（9），旋转吊臂（9）用于悬挂套管切割装置（8）和/或打孔装置。

2.根据权利要求1所述的用于油气井套管弃置作业装置，其特征在于：举升装置包括油缸底座（12），油缸底座（12）上设有多个油缸，油缸包括缸筒（15）和活塞杆（16），多个缸筒（15）之间通过油缸支撑板（13）连接，活塞杆（16）顶部连接游动液压套管卡瓦安装板（14），游动液压套管卡瓦安装板（14）上装有游动液压套管卡瓦（18）；油缸底座（12）上装有固定液压套管卡瓦（17）。

3.根据权利要求1所述的用于油气井套管弃置作业装置，其特征在于：旋转吊臂（9）上设有多个吊孔，吊孔用于悬挂套管切割装置（8）和打孔装置，套管切割装置（8）用于对套管进行切割，打孔装置用于在套管顶部打孔。

4.根据权利要求1所述的用于油气井套管弃置作业装置，其特征在于：作业机架与滑移导轨（1）滑动连接，滑移导轨（1）上设有棘爪链接（2），棘爪链接（2）与作业机架之间通过推力油缸（3）连接。

5.根据权利要求1或4所述的用于油气井套管弃置作业装置，其特征在于：作业机架还包括中间承载架（6）和上操作平台（7），中间承载架（6）设置在下操作平台（5）上，且下操作平台（5）与中间承载架（6）之间通过螺栓或销轴连接；上操作平台（7）设置在中间承载架（6）上，且中间承载架（6）与上操作平台（7）之间通过螺栓或销轴连接。

6.根据权利要求5所述的用于油气井套管弃置作业装置，其特征在于：下操作平台（5）上设有移动控制箱（4），上操作平台（7）上设有远程操作台（10）。

7.根据权利要求5所述的用于油气井套管弃置作业装置，其特征在于：下操作平台（5）、中间承载架（6）和上操作平台（7）均设有套管贯穿的通道，固定液压套管卡瓦（17）和游动液压套管卡瓦（18）设置在所述通道的外边缘。

8.根据权利要求1所述的用于油气井套管弃置作业装置，其特征在于：作业机架上设有滑移水龙头支架，滑移水龙头支架位于举升装置旁；滑移水龙头支架包括水龙头滑移导轨（19），水龙头滑移导轨（19）上设有可滑动的支架底座（20），支架底座（20）与水龙头安装板（21）套接，支架底座（20）内设有水龙头支架伸缩油缸（22），水龙头支架伸缩油缸（22）用于驱动水龙头安装板（21）移动；水龙头安装板（21）上用于安装水龙头。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的用于油气井套管弃置作业装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：利用推力油缸（3）将整个作业机架移送至作业区域；

S2：启动游动液压套管卡瓦（18）将套管锁紧，松开固定液压套管卡瓦（17）；

S3：启动举升装置，多台油缸同时动作将套管向上拔起；

S4：当套管起拔一段高度后，举升装置停止，启动固定液压套管卡瓦（17）将套管锁紧；

S5：松开游动液压套管卡瓦（18），举升装置启动并将活塞杆（16）收回；

S6：利用打孔装置对套管顶部进行打孔，利用套管切割装置（8）切断套管，套管打孔或切割过程中利用水龙头安装板（21）上安装的水龙头进行冷却；

S7：利用旋转吊臂（9）将被切割断的套管转移；

S8：重复步骤S2-S7 ，往复进行套管的起拔切割作业。

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