CN202745745U - 连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置 - Google Patents

Abstract

连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置，应用于石油钻井井口。主要由一个动力卡瓦、一个转盘补心、一对承扭连接板和四个承扭销组成。其中动力卡瓦安装在转盘补心内，动力卡瓦外锥面与转盘补心内锥面相接触；动力卡瓦壳体上翼板位于承载梁的上部，一对承扭连接板位于转盘补心的上面动力卡瓦的翼板的下面，并通过四个承扭销与转盘补心相连，承扭连接板上的U型槽跨骑在主机底座的横梁上。能够在接单根期间，利用该装置能够夹持钻柱，承受钻柱重量，利用承载梁将钻井液上顶力转化为动力卡瓦对钻柱的夹持力，消除钻井液上顶力对夹持能力的不利影响并提供上卸扣所需的反扭矩。

Description

连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置

技术领域

本实用新型涉及石油钻井装备技术领域，特别涉及一种钻井井口专用的卡瓦，具体是一种连续循环钻井系统中可承受上卸扣反扭矩的卡瓦。 

背景技术

目前，常规钻井作业时，在接单根前，必须首先关闭高压泵，停止钻井液循环，当完成接单根操作后，再启动高压泵恢复钻井液循环。当钻井液循环停止时，井底产生的负激动压力和岩屑沉降，极易导致井涌、气侵、井壁坍塌和卡钻等事故；当接单根后，重启高压钻井泵，重新建立钻井液循环，此时在井底引起的正激动压力可能超过地层破裂压力，造成钻井液漏失。因此常规的钻井液循环方式无法满足窄钻井液密度窗口等复杂地层的钻井需求。 

为了解决上述问题，国外首先提出了连续循环钻井（Continuous Circulation System）的概念，并申请了相关专利（US6591916B1，US6315051B1，CA2550981A1）。之后国外研制出了连续循环系统样机，并成功实现了商业化应用（SPE102851，SPE102859，SPE90702），成为一项先进的技术装备。国外连续循环系统主要由主机、分流装置、动力单元以及控制系统组成。主机是连续循环系统的核心，主要包括动力钳（Iron roughneck）、平衡补偿装置（Snubber）、三联防喷器组（BOP）和底部动力卡瓦(Power slip)等，其中动力钳具有旋扣、紧扣及卸扣功能，同时平衡补偿装置与动力钳配合动作，完成钻杆接头的准确对扣与上卸扣操作；防喷器组则由上半封、中间全封和下半封三组闸板防喷器组成，可在钻杆接头周围形成密闭腔体，并利用防喷器组上半封、中间全封的开合动作配合分流装置完成钻井液循环通道的切换，实现接单根 操作期间钻井液的连续循环；底部动力卡瓦则用于承受钻柱悬重，并提供上卸扣反扭矩。 

接单根上卸扣时，底部动力卡瓦夹住下部钻杆本体，使整个钻柱重量通过动力卡瓦作用于转盘补心上，同时底部动力卡瓦还作为背钳提供上卸扣所需的反扭矩。 

国外连续循环系统底部动力卡瓦不足之处是在主机实施钻杆上卸扣操作的过程中，卡在钻杆本体上的底部动力卡瓦，不仅要承受整个钻柱的重量，还要作为背钳提供上卸扣反扭矩，导致损伤钻杆本体，甚至可能引起在钻井过程中钻杆断裂等严重事故。另外，由于上卸扣过程中产生的钻井液上顶力作用于主机动力钳上，使主机受到向上的作用力，导致底部动力卡瓦具有向上运动的趋势，使其对钻杆的夹持力减小，可能导致上卸扣时卡瓦打滑卸不开扣，甚至出现钻柱下滑发生溜钻事故。 

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置，能夹持钻柱、承受整个钻柱的重量，利用承载梁将钻井液上顶力转化为动力卡瓦对钻柱的夹持力，消除钻井液上顶力对卡瓦夹持能力的不利影响，通过承扭连接板将主机与转盘补心相连，为主机提供上卸扣反扭矩，有效提高上卸扣操作的安全性和可靠性。解决连续循环钻井系统在接单根操作期间的操作安全性问题，同时为连续循环钻井系统主机提供了一种方便快捷的固定方式。 

本实用新型采用的技术方案是：连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置，主要由一个动力卡瓦、一个转盘补心、一对承扭连接板和四个承扭销组成。其中：动力卡瓦安装在转盘补心内，动力卡瓦下端的外锥面与转盘补心上端的内锥面相接触；使用时动力卡瓦壳体上翼板位于承载梁的上部，一对承扭连接板位于转盘补心的上面动力卡瓦的翼板的下面， 并通过四个承扭销与转盘补心相连，使用时承扭连接板上的U型槽跨骑在主机底座的横梁上。 

所述的动力卡瓦，由一组气缸、一组牙板、杠杆机构和壳体组成。牙板为楔形结构，外侧面为圆弧面，内侧面有卡瓦牙；壳体内为圆锥面，外部上方为方形，顶部具有左右两个翼板。气缸的活塞杆通过杠杆机构与牙板相连；牙板圆弧面与壳体内锥面相接触；气缸置于壳体内。使用时两个翼板位于二个承载梁的上部，方形外壳的左右侧面与承载梁的内侧面相接触。通过承载梁将主机上的上顶力传递给动力卡瓦，并确定主机底座和转盘的相对位置。 

所述的转盘补心，内部为上下两段锥面结构，外部上端为方形结构，下端为阶梯圆柱面结构，上表面有四个均布的垂直于上表面的圆柱孔。 

所述的承扭连接板是一个带有弯曲结构的板，弯曲端为U型槽结构，另一端为内圆弧形结构，靠近圆弧边缘有二个对称的扁方槽，安装时，扁方槽卡住承扭销的上部，使用时U型槽跨骑在主机底座的横梁上，将反扭矩通过承扭连接板传递给承扭销。 

承扭销为柱体，分为上下二部分，上部方柱体的横截面为长方形，下部圆柱体的横截面为圆形。下部圆柱体在转盘补心的销孔内，上部方柱体在承扭连接板的扁方槽内。承扭连接板和转盘补心通过承扭销相连接。使用时将反扭矩通过转盘补心传递给转盘。 

安装和工作时，本实用新型与连续循环主机底座和承载梁配合使用。 

简述连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置的安装、卸钻杆和接单根过程，有利于理解本实用新型。 

1、安装过程：参阅图3和图4 

首先，将转盘补心2放入转盘23中，将承载梁6通过螺栓与主机底座5相连；然后，将主机底座5放在转盘23上，并以转盘23的中心为对称点，承载梁6平行与钻机大门；将四个承扭销4的圆柱端分别插入 转盘补心2的4个销孔中；将二个承扭连接板3的U型槽21分别跨骑在主机底座5的二个横梁19上，圆弧端靠近转盘补心2的中心，将四个承扭销的扁方端插入二个承扭连接板3的四个扁方槽22中，将主机底座的左右方向固定；最后，安放动力卡瓦1，将动力卡瓦1的上部方形外壳的两个平行面贴紧两个承载梁6的内表面，从而将主机底座5前后固定，顶部二个翼板20分别放在二个承载梁6的上面，将主机底座5上下固定。 

2、卸钻杆过程：参阅图5： 

首先，提升顶部驱动钻井装置（简称：顶驱）和钻柱，当钻柱7提升至设定位置时，启动动力卡瓦1夹紧钻柱7；之后下放顶驱18使钻柱7通过动力卡瓦1座于转盘10上，此时转盘10承受整个钻柱7的重量；启动腔内背钳9夹紧钻杆接头8，同时启动动力钳牙板14夹紧顶驱加长接头17，并关闭上半封闸板24和下半封闸板25，在上半封闸板24和下半封闸板25之间形成密封腔，在关闭上腔旁通阀27后，打开下旁通阀28，向腔体总成12内充填钻井液并增压；当腔体总成12内的压力与立管压力相等时，利用钻杆动力钳15卸开钻柱7与顶驱加长接头17的连接，在卸开过程中，高压钻井液对加长接头17产生上顶力，该上顶力通过通过动力钳牙板14传递给平衡补偿液缸13，通过平衡补偿液缸的液压力平衡该钻井液上顶力，在由平衡补偿液缸13通过主机框架11、主机底座5和承载梁6，最后传递给动力卡瓦1的翼板20，对动力卡瓦1壳体产生一个向上的拉力，由于动力卡瓦1的锥面作用使动力卡瓦1夹持钻柱7更可靠。 

将顶驱加长接头17提升至全封闸板26上部；关闭立管通道23，使钻井液完全通过下腔旁通阀28流入腔内后，关闭全封闸板26，在上半封闸板24和全封闸板25之间形成隔离的上腔，在全封闸板26和下半封闸板25之间形成密闭的下腔；然后开启上旁通阀27，使上腔室卸荷排浆；在确定上腔室卸荷后，打开上半封闸板24和动力钳牙板14，提升顶驱 18，将顶驱加长接头17提离腔体总成12和动力钳15，同时利用平衡补偿油缸13下放钻杆动力钳1，自此完成卸钻杆操作。 

3、接单根过程：参阅图6和图7。 

首先，将钻杆与顶驱加长接头连接。将钻杆16吊入连续循环主机腔体总成12内，启动动力卡牙板14加紧钻杆16，下放顶驱18，启动顶驱旋转上扣，使顶驱加长接头17与钻杆16连接。此过程中，动力钳15为上扣背钳，动力钳15通过主机框架11将扭矩传递给主机底座5，主机底座5通过承扭销4和转盘补心2通过承扭连接板将扭矩传递给转盘10，由转盘10承受上扣时的反扭矩。 

松开动力钳牙板14，上提顶驱18，使钻杆30下接头距全封闸板26上50mm；用平衡补偿液缸13将动力钳15提升至一定高度，启动动力钳牙板14夹紧钻杆16，同时关闭上半封闸板24；在关闭上腔旁通阀27后，打开立管通道23，向腔体总成12的上腔室内充填钻井液并增压；当上腔室和下腔室的压力相等时，打开全封闸板26，使上腔室和下腔室连通；之后关闭下旁通阀28，钻井液完全通过立管通道23和钻杆16流入腔内后，用动力钳15和平衡补偿液缸13驱动钻杆16与钻柱7对接，并完成上扣操作；接着打开下旁通阀28使腔体卸荷，之后打开上半封闸板24和下半封闸25排浆；最后打开动力钳牙板14和背钳9，提升顶驱18，松开动力卡瓦1，完成接钻杆操作。 

在操作过程中，高压钻井液对钻杆16将产生上顶力，该上顶力通过通过动力钳牙板14传递给平衡补偿液缸13，通过平衡补偿液缸的液压力平衡该钻井液上顶力，在由平衡补偿液缸13通过主机框架11、主机底座5和承载梁6，最后传递给动力卡瓦1的翼板20，对动力卡瓦1壳体产生一个向上的拉力，由于动力卡瓦1的锥面作用使动力卡瓦1夹持钻柱7更可靠。 

本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种连续循环钻井系统 可承扭的卡瓦装置，能够在接单根期间，利用该装置能够夹持钻柱，承受钻柱重量，利用承载梁将钻井液上顶力转化为动力卡瓦对钻柱的夹持力，消除钻井液上顶力对夹持能力的不利影响以及提供上卸扣所需的反扭矩。该动力卡瓦通过承载梁与主机相连，不仅承受钻柱的重量，而且消除了钻井液上顶力对卡瓦夹持能力的影响；通过承扭连接板将主机与转盘补心相连，将上卸扣所需的反扭矩转嫁到转盘和转盘底座上，为主机提供上卸扣反扭矩，有效提高上卸扣操作的安全性和可靠性。该实用新型改善了卡瓦与钻柱之间的受力状态，可有效提高上卸扣操作的安全可靠性，同时为连续循环钻井系统主机提供了一种方便快捷的固定方式。 

附图说明

图1是本实用新型连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置三维结构示意图。 

图2是本实用新型连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置结构剖面示意图。 

图3是连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置安装三维结构示意图。 

图4是连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置安装俯视示意图。 

图5表示的是开始卸钻杆操作示意图。 

图6和图7表示的是接单根操作示意图。 

图中，1-动力卡瓦；2-转盘补心；3-承扭连接板；4-承扭销；5-主机底座；6-承载梁；7-钻柱；8-钻杆接头；9-背钳；10-转盘；11-主机框架；12-腔体总成；13-平衡补偿液缸；14-动力钳牙板；15-动力钳；16-钻杆；17-顶驱加长接头；18-顶驱；19-横梁；20-翼板；21-U型槽；22-扁方槽；23-立管通道；24-上半封闸板；25-下半封闸板；26-全封闸板；27-上旁通阀；28-下旁通阀；29-气缸；30-牙板；32-杠杆机构；31-壳体。 

具体实施方式

实施例1：以一个连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置为例，对本实用新型作进一步详细说明。 

参阅图2。连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置主要由一个动力卡瓦1、一个转盘补心2、一对承扭连接板3和四个承扭销4组成。其中动力卡瓦1安装在转盘补心2内，动力卡瓦1外锥面与转盘补心2内锥面相接触；动力卡瓦1壳体上翼板20位于承载梁6的上部，一对承扭连接板3位于转盘补心2的上面动力卡瓦1的翼板20的下面，并通过四个承扭销4与转盘补心2相连，承扭连接板3上的U型槽21跨骑在主机底座5的横梁19上。 

所述的动力卡瓦1，由一组气缸29、一组牙板30、杠杆机构32和壳体31组成。牙板30为楔形结构，外侧面为圆弧面，内侧面有卡瓦牙；壳体31内为圆锥面，外部上方为方形，顶部具有左右两个宽度为80mm，厚度为40mm的翼板20。气缸29的活塞杆通过杠杆机构32与牙板30相连；牙板30圆弧面与壳体31内锥面相接触；气缸29置于壳体31内。两个翼板20位于二个承载梁6的上部，方形外壳的左右侧面与承载梁6的内侧面相接触。通过承载梁6将主机上的上顶力传递给动力卡瓦1，并确定主机底座和转盘10的相对位置。 

所述的转盘补心2，内部为上下两段锥面结构，外部上端为方形结构，下端为阶梯圆柱面结构，上表面有四个均布的垂直于上表面的直径为40mm的圆柱孔。 

所述的承扭连接板3是一个带有弯曲结构厚度为40mm的板，弯曲端为U型槽21结构，另一端为内圆弧形结构，靠近圆弧边缘有二个对称的扁方槽22，安装时，扁方槽22卡住承扭销4的上部方柱体，U型槽21跨骑在主机底座5的横梁19上，以将反扭矩通过承扭连接板3传递给承扭销4。 

承扭销4为柱体，分为上下二部分，上部方柱体的横截面为长方形，下部圆柱体的横截面为圆形。下部圆柱体在转盘补心2的销孔内，上部方柱体在承扭连接板3的扁方槽22内。承扭连接板3和转盘补心2通过承扭销4相连接。将反扭矩通过转盘补心2传递给转盘10。 

安装和工作时，本实用新型与连续循环主机底座5和承载梁6配合使用。 

Claims (1)

1.一种连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置，其特征在于：主要由一个动力卡瓦(1)、一个转盘补心(2)、一对承扭连接板(3)和四个承扭销(4)组成；其中：动力卡瓦(1)安装在转盘补心(2)内，动力卡瓦(1)下端的外锥面与转盘补心(2)上端的内锥面相接触；一对承扭连接板(3)位于转盘补心(2)的上面动力卡瓦(1)的翼板(20)的下面，并通过四个承扭销(4)与转盘补心(2)相连；

所述的动力卡瓦(1)，由一组气缸(29)、一组牙板(30)、杠杆机构(32)和壳体(31)组成；牙板(30)为楔形结构，外侧面为圆弧面，内侧面有卡瓦牙；壳体(31)内为圆锥面，外部上方为方形，顶部具有左右两个翼板(20)；气缸(29)的活塞杆通过杠杆机构(32)与牙板(30)相连；牙板(30)圆弧面与壳体(31)内锥面相接触；气缸(29)置于壳体(31)内；

所述的转盘补心(2)，内部为上下两段锥面结构，外部上端为方形结构，下端为阶梯圆柱面结构，上表面有四个均布的垂直于上表面的圆柱孔；

所述的承扭连接板(3)是一个带有弯曲结构的板，弯曲端为U型槽(21)结构，另一端为内圆弧形结构，靠近圆弧边缘有二个对称的扁方槽(22)，安装时，扁方槽(22)卡住承扭销(4)的上部方柱体；

承扭销(4)为柱体，分为上下二部分，上部方柱体的横截面为长方形，下部圆柱体的横截面为圆形；下部圆柱体在转盘补心(2)的销孔内，上部方柱体在承扭连接板(3)的扁方槽(22)内；承扭连接板(3)和转盘补心(2)通过承扭销(4)相连接。 

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