CN114622849A - 一种自动抢接钻具止回阀装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动抢接钻具止回阀装置及其使用方法，包括旋转座、折叠臂和钳头组件，折叠臂包括由主液压缸控制的可折叠的前臂和后臂，主液压缸的缸筒和后臂的下端部均活动设于旋转座上，钳头组件设于前臂的下端部，前臂的上端部与后臂的上端部铰接，主液压缸的伸缩杆活动设于前臂的中部，钳头组件带动钻具止回阀安装于钻杆上。具有占地面积小，操作简洁的特点，能够有效、可靠的进行抢装钻具止回阀作业，避免出现人工抢接钻具止回阀工作出现的失误，可以提高抢喷工作的效率和可靠性，避免抢喷过程中的人员伤亡。

Description

一种自动抢接钻具止回阀装置及其使用方法

技术领域

本发明是一种自动抢接钻具止回阀装置及其使用方法，具体涉及井喷失控后自动抢接钻具止回阀及其使用方法，属于油气井井控设备技术领域。

背景技术

在油田钻井作业中，井喷事故时有发生，所谓井喷是指地层流体（油、气和水）无控制连续不断的涌出，喷出地面或侵入其他低压层位的现象。井喷发生后应立即采取应急措施，进行抢喷控制，否则一旦失控不但会造成钻井设备的损坏、油气井的报废等财产损失，甚至可能造成人员的伤亡。

目前国内各油田普遍的处理方法是由石油工人手动安装止回阀，但是，人工抢喷作业存在以下问题：一、井喷时一般会喷出大量泥浆、油气和各种有害气体，并且井喷时天然气含量如果较高还可能引起火灾和爆炸，如果含硫气井发生井喷地层中的硫化氢扩散到空气中，对人体造成非常大的危害，操作环境十分恶劣、危险。二、一旦内防喷工具失效，水眼喷出的流体喷射压力大，速度高，导致现场作业人员无法靠近。三、钻具止回阀对扣和旋扣都难以快速实现，严重影响现场抢接钻具止回阀成功率。

近年来，国内出现了自动抢接内防喷工具，由于钻台空间有限，自动抢接内防喷工具占据很大的钻台空间，或是钻接工具设计存在缺陷，影响正常钻井作业，因此，在实际抢喷作业中，自动抢接内防喷工具并未得到广泛应用。

例如，公开号为CN101718167A的发明专利记载的一种失控井抢装止回阀装置。使用时，先利用升降柱将装置固定在钻台上，然后将装置退至后端，然后连接好止回阀，在发生井喷时，操作人员通过远程控制操作，通过行走机构将装置送至转盘边缘，再控制升降伸缩机构将止回阀送至井口正上方，然后再将止回阀下移并与井口钻具的螺纹对接后，再启动旋紧机构，当止回阀旋紧后，顶针退出止回阀，止回阀的阀门关闭，从而实现油气的喷流控制。该装置为避免占用钻台空间而设置了行走机构，但却增加了装置的行程设置，井喷时，需先通过行走机构将装置送至转盘边缘再进行抢接工作，影响抢接效率，除此之外，该装置仅利用升降伸缩机构的升降液缸、伸缩液缸控制止回阀与井口以及井口钻具螺纹的对接，操作难度大，同样影响抢接效率。

又如，公开号为CN2010105820U的实用新型专利记载的一种钻修井用钻具止回阀、油管旋塞阀远程快速抢接装置。该装置通过移动总成带动定位总成和旋扣总成移动至井口管体上方，可实现旋转移动和推进移动，使用时，先将装置安装于井口管体外侧不影响正常钻修井施工的合理位置，待需要抢接时，先驱动回移动总成旋转移动，以带动定位总成旋转至适当位置时，再驱动定位总成推进移动以进行定位，定位后通过旋扣总成即可实现钻具止回阀的远程抢接。该装置虽然增加了定位总成对井口管体进行定位，便于了止回阀的校准工作，但该装置的移动总成仍然采用立柱和水平设置的主管为主体结构，即使设置在不影响正常钻修井施工的位置，也并未解决装置占地面积大的问题，若装置位置设置在钻井平台外，势必会降低设备的操作性和便捷性，不利于快速抢接。

发明内容

本发明为解决现有钻具止回阀存在的缺陷和不足，提供了一种自动抢接钻具止回阀装置，该装置采用主液压缸控制的前臂和后壁组成折叠臂，来替代现有钻具止回阀的移动机构，具有占地面积小，操作简洁，行程控制方便、效率高的特点。

本发明的另一目的在于提供一种自动抢接钻具止回阀装置的使用方法，该装置主要应用于井口自动抢喷工作，能够有效、可靠的进行抢装钻具止回阀作业，避免出现人工抢接钻具止回阀工作出现的失误，在井喷严重、抢喷工作人员无法到达现场时，工作人员可以一键启动装置进行抢险，可以提高抢喷工作的效率和可靠性，避免抢喷过程中的人员伤亡。

本发明通过下述技术方案实现：一种自动抢接钻具止回阀装置，包括旋转座、折叠臂和钳头组件，折叠臂包括由主液压缸控制的可折叠的前臂和后臂，主液压缸的缸筒和后臂的下端部均活动设于旋转座上，钳头组件设于前臂的下端部，前臂的上端部与后臂的上端部铰接，主液压缸的伸缩杆活动设于前臂的中部，钳头组件带动钻具止回阀安装于钻杆上。

所述后臂包括后上臂和后下臂，后上臂和后下臂的下端部均活动设于旋转座上，后上臂和后下臂的上端部通过臂连接壳活动连接；所述前臂包括前上臂和前下臂，前上臂和前下臂的下端部与钳头组件连接，前上臂和前下臂的上端部通过臂连接壳活动连接，所述后上臂或后下臂的上端部与前上臂或前下臂的上端部铰接。

所述后上臂或后下臂的上端部通过臂连接板与前上臂或前下臂的上端部铰接。

所述折叠臂还包括连接座，所述后上臂和后下臂的下端部、主液压缸的缸筒均活动设于连接座的上方，连接座底部设于旋转座上。

所述旋转座包括连接底座和以及设于连接底座上的回转支承，回转支承由旋转驱动机构控制，连接座底部设于回转支承上。

所述连接底座设于钻井井架二层台上。

所述回转支承的旋转角度为0～90℃。

所述钳头组件上设臂钳连接壳，前上臂和前下臂的下端部活动设于臂钳连接壳，前上臂的下端部近臂钳连接壳，前下臂的下端部近主液压缸。

所述钳头组件包括伸缩臂、控制钻具止回阀旋转的主钳以及夹紧钻杆的备钳，伸缩臂的上部为相对于伸缩臂下部竖向移动的伸缩部件，主钳设于伸缩部件上，臂钳连接壳和备钳均设于伸缩臂的下部。

一种基于上述自动抢接钻具止回阀装置的使用方法，将旋转座固定于钻井井架二层台的两井架大腿之间备用，并控制主液压缸收缩，使前臂和后臂折叠后与井架大腿保持平行；抢接作业时，控制旋转座旋转至预定角度，再控制主液压缸伸出，使前臂和后壁伸展，待备钳达到预定位置后，控制备钳夹紧钻杆完成对中后，再控制伸缩臂的伸缩部件带动主钳向下移动，待主钳达到预定位置后，控制主钳带动钻具止回阀旋转，待钻具止回阀安装在钻杆上后，完成抢接作业。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过折叠臂的结构，缩小了现有钻具止回阀采用升降和平行移动机构所占用的空间位置，可方便的安装于钻井井架二层台的两井架大腿之间，在平时的钻井作业中，处于待命状态，折叠收缩并平行于两井架大腿，可以最大限度的节省钻台空间。

（2）本发明结构简单，操作便捷，可以实现抢喷作业的机械化、自动化的控制，从而避免了人身伤害事故和井喷造成的损失，减少了现场工人的工作量，提高了抢喷作业的安全性。

（3）本发明的钳头组件通过伸缩臂、主钳和备钳的配合，不仅可实现抢接作业时，钻杆的对中操作并完成钻具止回阀的旋转固定，还可在抢喷完成后，夹持住钻具止回阀，完成钻具止回阀与自动抢接钻具止回阀装置的脱离，进一步提高抢接作业的操作效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图（一）。

图2为本发明的结构示意图（二）。

其中，1—旋转座，101—连接底座，102—回转支承，2—折叠臂，201—主液压缸，202—前臂，202-1—前上臂，202-2—前下臂，203—后臂，203-1—后上臂，203-2—后下臂，204—臂连接壳，205—臂连接板，206—连接座，3—钳头组件，301—伸缩臂，302—主钳，303—备钳，4—臂钳连接壳。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本实施例是一种自动抢接钻具止回阀装置。

该装置主要由旋转座1、折叠臂2和钳头组件3组成，钳头组件3可采用现有钻具止回阀的结构，以实现钻具止回阀旋转并固定在钻杆上，本实施例的主要改进点在于折叠臂2上，通过折叠臂2的改进，可以实现钻具止回阀装置在钻井平台上整体空间的缩小，同时便于操作和控制。旋转座1可配合折叠臂2实现钳头组件3角度和位置的调整。

折叠臂2由前臂202和后臂203组成，前臂202和后臂203由主液压缸201控制，实现可折叠和伸展的功能，主液压缸201的缸筒和后臂203的下端部均活动设于旋转座1上，前臂202的上端部与后臂203的上端部铰接，钳头组件3设于前臂202的下端部，主液压缸201的伸缩杆活动设于前臂202的中部。主液压缸201的伸缩杆伸出时，带动前臂202和后壁伸展，主液压缸201的伸缩杆收缩时，带动前臂202和后壁折叠。

在一个可能的实施例中，如图1、图2所示，后臂203由后上臂203-1和后下臂203-2组成，其中，后上臂203-1和后下臂203-2的下端部均活动设于旋转座1上，后上臂203-1和后下臂203-2的上端部通过臂连接壳204活动连接。前臂202由前上臂202-1和前下臂202-2组成，其中，前上臂202-1和前下臂202-2的下端部与钳头组件3连接，前上臂202-1和前下臂202-2的上端部通过臂连接壳204活动连接，后上臂203-1（或后下臂203-2）的上端部与前上臂202-1（或前下臂202-2）的上端部铰接。或者是在前臂202和后臂203之间设臂连接板205，使后上臂203-1（或后下臂203-2）的上端部通过臂连接板205与前上臂202-1（或前下臂202-2）的上端部铰接。

进一步的，折叠臂2可通过连接座206与旋转座1进行连接，例如：将后上臂203-1和后下臂203-2的下端部、主液压缸201的缸筒均活动设于连接座206的上方，连接座206底部设于旋转座1上。折叠臂2可通过臂钳连接壳4与钳头组件3进行连接，例如：将前上臂202-1和前下臂202-2的下端部活动设于臂钳连接壳4上，前上臂202-1的下端部设于近臂钳连接壳4的位置，前下臂202-2的下端部设于近主液压缸201的位置，具体结构及连接方式可参见图1、图2所示结构。

实施例2：

本实施例是基于实施例1所述自动抢接钻具止回阀装置中旋转座1的一个具体实施例。

如图1、图2所示，旋转座1由连接底座101和回转支承102组成，回转支承102由旋转驱动机构控制其转动，旋转角度可控制在0～90℃，连接座206底部通过回转支承102设于连接底座101上，连接底座101可设于钻井井架二层台上。

实施例3：

本实施例是基于实施例1所述自动抢接钻具止回阀装置中钳头组件3的一个具体实施例。

如图1、图2所示，钳头组件3由伸缩臂301、主钳302和备钳303组成，伸缩臂301的上部为相对于伸缩臂301下部竖向移动的伸缩部件，主钳302设于伸缩部件的顶部，臂钳连接壳4和备钳303均设于伸缩臂301的下部。具体实施时，主钳302由主钳液压马达控制，可带动主钳302上钻具止回阀旋转，备钳303由备钳液压缸控制，可带动备钳303夹紧钻杆，以配合主钳302实现钻具止回阀的安装。

实施例4：

本实施例是上述自动抢接钻具止回阀装置使用时的一个具体实施例。

首先，将连接底座101固定于钻井井架二层台的两井架大腿之间备用，调整回转支承102的角度并控制主液压缸201的伸缩杆收缩，使前臂202和后臂203折叠后与井架大腿保持平行，以最大限度的节省钻台空间，折叠状态可参见图1（图中省略井架）。

抢接作业时，控制回转支承102旋转至预定角度，再控制主液压缸201的伸缩杆伸出，使前臂202和后壁伸展，待备钳303达到预定位置后，控制备钳303夹紧钻杆完成对中动作，再控制伸缩臂301的伸缩部件带动主钳302向下移动，待主钳302达到预定位置后，控制主钳302带动钻具止回阀旋转，待钻具止回阀安装在钻杆上后，完成抢接作业。

以上实施例中，为更好的实现各部件的操作，所述的“活动连接”和“活动设于”均可采用铰接、合页等可实现其转动或旋转操作的任一连接方式；所述“设于”、“连接”均可采用螺栓、销子等可实现部件固定或定位的任一连接方式；所述的“控制”可通过电气连接或无线信号连接的方式实现数据通信，以完成指定或设定操作的执行。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动抢接钻具止回阀装置，其特征在于：包括旋转座（1）、折叠臂（2）和钳头组件（3），折叠臂（2）包括由主液压缸（201）控制的可折叠的前臂（202）和后臂（203），主液压缸（201）的缸筒和后臂（203）的下端部均活动设于旋转座（1）上，钳头组件（3）设于前臂（202）的下端部，前臂（202）的上端部与后臂（203）的上端部铰接，主液压缸（201）的伸缩杆活动设于前臂（202）的中部，钳头组件（3）带动钻具止回阀安装于钻杆上。

2.根据权利要求1所述的一种自动抢接钻具止回阀装置，其特征在于：所述后臂（203）包括后上臂（203-1）和后下臂（203-2），后上臂（203-1）和后下臂（203-2）的下端部均活动设于旋转座（1）上，后上臂（203-1）和后下臂（203-2）的上端部通过臂连接壳（204）活动连接；所述前臂（202）包括前上臂（202-1）和前下臂（202-2），前上臂（202-1）和前下臂（202-2）的下端部与钳头组件（3）连接，前上臂（202-1）和前下臂（202-2）的上端部通过臂连接壳（204）活动连接，所述后上臂（203-1）或后下臂（203-2）的上端部与前上臂（202-1）或前下臂（202-2）的上端部铰接。

3.根据权利要求2所述的一种自动抢接钻具止回阀装置，其特征在于：所述后上臂（203-1）或后下臂（203-2）的上端部通过臂连接板（205）与前上臂（202-1）或前下臂（202-2）的上端部铰接。

4.根据权利要求2所述的一种自动抢接钻具止回阀装置，其特征在于：所述折叠臂（2）还包括连接座（206），所述后上臂（203-1）和后下臂（203-2）的下端部、主液压缸（201）的缸筒均活动设于连接座（206）的上方，连接座（206）底部设于旋转座（1）上。

5.根据权利要求4所述的一种自动抢接钻具止回阀装置，其特征在于：所述旋转座（1）包括连接底座（101）和以及设于连接底座（101）上的回转支承（102），回转支承（102）由旋转驱动机构控制，连接座（206）底部设于回转支承（102）上。

6.根据权利要求5所述的一种自动抢接钻具止回阀装置，其特征在于：所述连接底座（101）设于钻井井架二层台上。

7.根据权利要求5所述的一种自动抢接钻具止回阀装置，其特征在于：所述回转支承（102）的旋转角度为0～90℃。

8.根据权利要求2所述的一种自动抢接钻具止回阀装置，其特征在于：所述钳头组件（3）上设臂钳连接壳（4），前上臂（202-1）和前下臂（202-2）的下端部活动设于臂钳连接壳（4），前上臂（202-1）的下端部近臂钳连接壳（4），前下臂（202-2）的下端部近主液压缸（201）。

9.根据权利要求8所述的一种自动抢接钻具止回阀装置，其特征在于：所述钳头组件（3）包括伸缩臂（301）、控制钻具止回阀旋转的主钳（302）以及夹紧钻杆的备钳（303），伸缩臂（301）的上部为相对于伸缩臂（301）下部竖向移动的伸缩部件，主钳（302）设于伸缩部件上，臂钳连接壳（4）和备钳（303）均设于伸缩臂（301）的下部。

10.一种如权利要求1所述自动抢接钻具止回阀装置的使用方法，其特征在于：将旋转座固定于钻井井架二层台的两井架大腿之间备用，并控制主液压缸（201）收缩，使前臂（202）和后臂（203）折叠后与井架大腿保持平行；抢接作业时，控制旋转座旋转至预定角度，再控制主液压缸（201）伸出，使前臂（202）和后壁伸展，待备钳（303）达到预定位置后，控制备钳（303）夹紧钻杆完成对中后，再控制伸缩臂（301）的伸缩部件带动主钳（302）向下移动，待主钳（302）达到预定位置后，控制主钳（302）带动钻具止回阀旋转，待钻具止回阀安装在钻杆上后，完成抢接作业。

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