CN209212184U - 钻杆导引机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种钻杆导引机构，包括有连接底座、回转臂和驱动油缸；回转臂一端枢接在连接底座上，回转臂另一端枢接有U形导引夹，驱动油缸的缸体枢接在连接底座，驱动油缸的活塞杆枢接在回转臂上；连接底座、回转臂和驱动油缸构成一曲柄摇块机构；驱动油缸的缸体上固定设置一能测量活塞杆位移的位移传感器；U形导引夹的两侧臂上分别相对设有一弹性卡锁机构。该钻杆导引机构用于在连续循环钻井过程中引导及扶正钻杆，能够确保钻杆进入或脱出动力钳时与连续循环钻井装置的主机轴线对中，防止钻杆及动力钳的卡瓦牙受伤害；提高接卸钻杆的速度和效率；保证上卸扣操作时动力钳的三瓣卡瓦均匀夹持钻杆本体，有效避免伤害钻杆接头螺纹。

Description

钻杆导引机构

技术领域

本实用新型是关于石油行业的钻井装备，尤其涉及一种用于连续循环钻井装置的钻杆导引机构。

背景技术

专利ZL201010271989.1提出了一种不间断循环钻井装置，主要由钻杆动力钳、动力钳底板、平衡补偿油缸、腔体总成、上腔旁通阀、下腔旁通阀、支架总成和钻井动力卡瓦组成。连续循环钻井在整个钻进期间内实现了稳定的当量循环密度和不间断的岩屑排出，全面改善了井眼条件和钻井安全。该技术特别适合窄钻井液密度窗口条件下的安全钻井。另外，在大位移井、水平井、高压高温井、欠平衡井中，该技术可最大限度地保证井壁不发生垮塌，避免卡钻，降低了钻井事故，提高机械钻速。

连续循环钻井装置主机的动力钳是环形闭式结构，接单根过程中新接入钻杆进入动力钳或起钻卸单根过程中将预移出钻杆移出动力钳时，钻杆与动力钳内的卡瓦可能会发生磕碰，从而导致钻杆或动力钳的卡瓦牙伤害的现象发生。因此，现有不间断循环钻井装置需要设计一辅助扶正装置来扶正新接入钻杆(或预移出钻杆)，使其竖直进入(或脱出)动力钳；在接单根过程中，连接新接入钻杆与顶驱加长接头螺纹时，也需要辅助扶正装置以确保新接入钻杆与顶驱加长接头顺利对扣；在密闭腔体内连接新接入钻杆与其下部钻柱的螺纹时，还是需要辅助扶正装置，以使新接入钻杆与其下的下部钻柱轴心严格对中(下部钻柱和连续循环钻井装置主机的轴心是对中的)，由此，才能保证不伤害密闭腔体内的钻杆接头螺纹；再者，动力钳的卡紧机构为三瓣对心结构，上卸扣操作夹紧钻杆时为保证动力钳的三瓣卡瓦均匀夹持钻杆本体，也需要一种辅助扶正装置，来确保钻杆与连续循环钻机装置主机轴线严格对中。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种钻杆导引机构，以克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种钻杆导引机构，用于在连续循环钻井过程中引导及扶正钻杆，确保钻杆进入或脱出动力钳时与连续循环钻井装置的主机轴线对中，防止钻杆及动力钳的卡瓦牙受伤害；提高接卸钻杆的速度和效率。

本实用新型的另一目的在于提供一种钻杆导引机构，保证上卸扣操作时动力钳的三瓣卡瓦均匀夹持钻杆本体，有效避免伤害钻杆接头螺纹。

本实用新型的目的是这样实现的，一种钻杆导引机构，该钻杆导引机构安装在连续循环钻井装置的动力钳上，所述钻杆导引机构包括有连接底座、回转臂和驱动油缸；连接底座固定连接在连续循环钻井装置主机的动力钳上，回转臂一端枢接在连接底座上，回转臂另一端枢接有U形导引夹，驱动油缸的缸体枢接在连接底座，驱动油缸的活塞杆枢接在回转臂上；所述连接底座、回转臂和驱动油缸构成一曲柄摇块机构；驱动油缸的缸体上固定设置一能测量活塞杆位移的位移传感器；U形导引夹的两侧臂上分别相对设有一弹性卡锁机构。

在本实用新型的一较佳实施方式中，U形导引夹呈两侧臂水平并列同一平面设置，U形导引夹的枢轴水平设于其侧臂上且枢轴通过其质心，U形导引夹随回转臂摆动时处于平动状态。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述回转臂包括平行设置的第一回转臂和第二回转臂，第一回转臂和第二回转臂由连接杆连接为一体；所述驱动油缸包括有平行设置的第一驱动油缸和第二驱动油缸，所述位移传感器设置在第一驱动油缸的缸体上。

在本实用新型的一较佳实施方式中，U形导引夹的开口处两侧臂的相对内侧面形成向开口端渐扩的喇叭状。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述回转臂为一伸缩杆结构，其中支撑杆枢接在连接底座上，移动杆的自由端枢接U形导引夹。

在本实用新型的一较佳实施方式中，弹性卡锁机构包括在U形导引夹的两侧臂上分别设置的孔径呈外侧大内侧小的阶梯形通孔，所述阶梯形通孔内形成一靠近侧臂内侧的第一环形阶梯面；阶梯形通孔的小径孔中设置一柱形卡锁头，柱形卡锁头呈直径前小后大的阶梯状并形成一第二环形阶梯面，柱形卡锁头的前端朝向侧臂内侧从小径孔穿出其第二环形阶梯面抵靠于阶梯形通孔的第一环形阶梯面上；阶梯形通孔的大径孔中螺旋设置一圆形弹簧座，所述圆形弹簧座与柱形卡锁头的后端面之间设有一压缩弹簧。

在本实用新型的一较佳实施方式中，柱形卡锁头的后端面设有一凹孔；该弹簧座朝向柱形卡锁头一侧向前凸设一延伸柱，所述延伸柱能穿入所述凹孔中，所述压缩弹簧套设在延伸柱上，所述压缩弹簧的前端抵顶于柱形卡锁头的后端面。

在本实用新型的一较佳实施方式中，柱形卡锁头的前端为球面；柱形卡锁头与阶梯形通孔为轴孔间隙配合。

在本实用新型的一较佳实施方式中，位移传感器通过传感器架固定连接在驱动油缸的缸体上；传感器架由两个对合套设于驱动油缸缸体的半圆套构成，每个半圆套的开口端两侧分别向外侧凸设有连接凸耳，两个半圆套两侧对应的连接凸耳分别由螺栓连接；其中一个半圆套侧壁设有一连接座，所述位移传感器固定在该连接座上。

由上所述，本实用新型钻杆导引机构用于在连续循环钻井过程中引导及扶正钻杆，能够确保钻杆进入或脱出动力钳时与连续循环钻井装置的主机轴线对中，防止钻杆及动力钳的卡瓦牙受伤害；提高接卸钻杆的速度和效率；保证上卸扣操作时动力钳的三瓣卡瓦均匀夹持钻杆本体，有效避免伤害钻杆接头螺纹。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型钻杆导引机构安装在连续循环钻井装置上的结构示意图。

图2：为本实用新型钻杆导引机构的结构示意图。

图3:为本实用新型中U形导引夹的剖视结构示意图。

图4:为图3中I处局部放大结构示意图。

图5:为本实用新型中传感器架的结构示意图。

图6:为本实用新型钻杆导引机构开始引导钻杆位置示意图。

图7:为本实用新型钻杆导引机构引导钻杆至与连续循环钻井装置主机对中位置示意图。

图8:为本实用新型中钻杆进入动力钳之后钻杆导引机构回位位置示意图。

附图标号：

100、钻杆导引机构；

1、回转臂；

11、第一回转臂；

12、第二回转臂；

13、连接杆；

2、驱动油缸；

21、缸体；

22、活塞杆；

28、第一驱动油缸；

29、第二驱动油缸；

3、U形导引夹；

31、侧臂；

32、喇叭口；

4、位移传感器；

5、弹性卡锁机构；

51、阶梯形通孔；

511、第一环形阶梯面；

52、柱形卡锁头；

521、第二环形阶梯面；

522、凹孔；

53、弹簧座；

531、延伸柱；

54、压缩弹簧；

6、传感器架；

61、半圆套；

611、连接凸耳；

62、连接座；

9、连接底座；

91、第一铰接座；

92、第二铰接座；

200、连续循环钻井装置；

201、动力钳；

202、腔体总成。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～图8所示，本实用新型提出一种钻杆导引机构100，该钻杆导引机构100安装在连续循环钻井装置200的动力钳201上，所述钻杆导引机构100包括有连接底座9、回转臂1和驱动油缸2；连接底座9固定连接在连续循环钻井装置200主机的动力钳201上，回转臂1一端枢接在连接底座9上，回转臂1另一端枢接有U形导引夹3，驱动油缸2的缸体21枢接在连接底座9，驱动油缸2的活塞杆22枢接在回转臂1上；在本实施方式中，所述连接底座9包括与回转臂1枢接的第一铰接座91和与驱动油缸2枢接的第二铰接座92，第一铰接座91设置在动力钳201顶面的中心一侧，第二铰接座92设置在动力钳201顶面的中心另一侧，所述连接底座9、回转臂1和驱动油缸(包括缸体21和活塞杆22)构成一曲柄摇块机构；其中，驱动油缸2为主动部件，活塞杆22沿着缸体21往复移动时，缸体21绕第二铰接座92摆动，同时，回转臂1也绕着第一铰接座91摆动；驱动油缸的缸体21上固定设置一能测量活塞杆22位移的位移传感器4，在本实施方式中，位移传感器4通过测量活塞杆22的位移量，推算出回转臂1的起升角度，进而准确获取U形导引夹3的位置信息；U形导引夹3的两侧臂31上分别相对设有一弹性卡锁机构5；在本实施方式中，U形导引夹3呈两侧臂31水平并列同一平面设置，U形导引夹3的枢轴水平设于其两侧臂31上且枢轴通过其质心，U形导引夹3随回转臂1摆动时处于平动状态。

本实用新型钻杆导引机构使用时，驱动油缸2的活塞杆22外伸，驱动与其相连接的回转臂摆动，同时回转臂1带动U形导引夹3平动升起，当位移传感器4检测到U形导引夹3到达预定位置(即：钻杆和U形导引夹3开始接触位置)时，活塞杆22停止外伸。U形导引夹3上的开口结构可快速引导钻杆进入U形导引夹内，钻杆压缩弹性卡锁机构5向U形导引夹内回缩，钻杆进入U形导引夹后弹性卡锁机构5自动弹出，防止钻杆从U形导引夹中脱出，同时也可防止钻杆在随后的运动中晃动，进一步提高了对中精度和效率。钻杆向连续循环钻井装置200主机中心移动时，活塞杆22随动回缩，直至位移传感器4检测到钻杆处于与连续循环钻井装置200主机的主轴心对中位置时，活塞杆22停止回缩动作，钻杆整个移动过程中U形导引夹始终扶正钻杆，直至钻杆竖直通过动力钳201进入到连续循环钻井装置200的腔体总成202中的预定位置完成必要的操作后，驱动油缸2的活塞杆22完全回缩，钻杆导引机构完全落下，趴在主机动力钳的起升盖上，钻杆导引机构100停止工作。

由上所述，本实用新型钻杆导引机构用于在连续循环钻井过程中引导及扶正钻杆，能够确保钻杆进入或脱出动力钳时与连续循环钻井装置的主机轴线对中，防止钻杆及动力钳的卡瓦牙受伤害；提高接卸钻杆的速度和效率；保证上卸扣操作时动力钳的三瓣卡瓦均匀夹持钻杆本体，有效避免伤害钻杆接头螺纹。

进一步，在本实施方式中，如图2所示，所述回转臂1包括平行设置的第一回转臂11和第二回转臂12，第一回转臂11和第二回转臂12由连接杆13连接为一体；所述驱动油缸2包括有平行设置的第一驱动油缸28和第二驱动油缸29，所述位移传感器4设置在第一驱动油缸28的缸体上。

在本实施方式中，如图3所示，U形导引夹3的开口处两侧臂31的相对内侧面形成向开口端渐扩的喇叭口32，可快速引导钻杆进入U形导引夹3内。

在本实施方式中，所述回转臂1还可以为一伸缩杆结构，其中支撑杆枢接在连接底座上，移动杆的自由端枢接于U形导引夹3。

如图4所示，在本实施方式中，弹性卡锁机构5包括在U形导引夹3的两侧臂31上分别设置的孔径呈外侧大内侧小的阶梯形通孔51，所述阶梯形通孔51内形成一靠近侧臂内侧的第一环形阶梯面511；阶梯形通孔51的小径孔中设置一柱形卡锁头52，柱形卡锁头52呈直径前小后大的阶梯状并形成一第二环形阶梯面521，柱形卡锁头52的前端朝向侧臂内侧从小径孔穿出其第二环形阶梯面521抵靠于阶梯形通孔51的第一环形阶梯面511上，可防止柱形卡锁头52从U形导引夹3中脱出；阶梯形通孔51的大径孔中螺旋设置一圆形弹簧座53，所述圆形弹簧座53与柱形卡锁头52的后端面之间设有一压缩弹簧54。弹簧座53与阶梯形通孔51的大径孔为螺纹连接，通过旋调弹簧座53的位置，可以调节压缩弹簧的预紧力大小。

进一步，如图4所示，柱形卡锁头52的后端面设有一凹孔522；该弹簧座53朝向柱形卡锁头52一侧向前凸设一延伸柱531，所述延伸柱531能穿入所述凹孔522中，所述压缩弹簧54套设在延伸柱531上，所述压缩弹簧54的前端抵顶于柱形卡锁头52的后端面。延伸柱531可对套装于其上的圆柱压缩弹簧内圈起导向作用。

在本实施方式中，柱形卡锁头52的前端为球面，便于钻杆顺利进入U形导引夹3内；柱形卡锁头52与阶梯形通孔51为轴孔间隙配合，方便柱形卡锁头52灵活外伸或回缩。

如图5所示，在本实施方式中，位移传感器4通过传感器架6固定连接在驱动油缸2的缸体上；传感器架6由两个对合套设于驱动油缸缸体21的半圆套61构成，每个半圆套61的开口端两侧分别向外侧凸设有连接凸耳611，两个半圆套61两侧对应的连接凸耳611分别由螺栓连接；其中一个半圆套61侧壁设有一连接座62，所述位移传感器4固定在该连接座62上。驱动油缸缸体21相应位置设有柱形浅槽，传感器架套设于缸体21的圆柱浅槽中，拧紧连接螺栓将传感器架固定于驱动油缸缸体21上。

本实用新型中使用的是位移传感器；根据实际需要可选用其他类型的定位传感器。

下面以接单根过程为例，具体说明本实用新型钻杆导引机构的工作过程。

接单根过程中，卸开顶驱加长接头与其下部钻柱8后，接入新钻杆7时，两个驱动油缸的活塞杆同步外伸，驱动与对应活塞杆相固连的两个回转臂摆动，并带动U形导引夹3平动升起，当位移传感器4检测到U形导引夹3到达预定位置(即：钻杆7和U形导引夹3开始接触的位置)时，如图6所示，各驱动油缸的活塞杆停止外伸。U形导引夹3上的喇叭口32可快速引导钻杆7进入U形导引夹3内，钻杆7压缩弹性卡锁机构5的柱形卡锁头52向U形导引夹3的侧臂内回缩，钻杆7进入U形导引夹3后，柱形卡锁头52在压缩弹簧54的弹力作用下自动弹出，防止钻杆7在随后的运动过程中从U形导引夹3中脱出及晃动，进一步提高了对中精度和效率。随后起吊装置(图中未示出)带动钻杆7向连续循环钻井装置主机中心移动，驱动油缸的活塞杆随动回缩，钻杆导引机构100始终扶正钻杆7，直至位移传感器4检测到钻杆7处于与连续循环钻井装置主机的主轴心对中的位置时，如图7所示，驱动油缸的活塞杆停止回缩动作，钻杆导引机构100继续扶正钻杆7，直至钻杆7竖直通过动力钳201进入到腔体总成202中的预定位置后，驱动油缸的活塞杆完全回缩(如图8所示)，钻杆导引机构完成工作归位。

起钻移出钻杆时，钻杆导引机构100的操作顺序与接单根(或立柱)刚好相反，在此不再赘述。

综上所述，本实用新型提供的钻杆导引机构是用于连续循环钻井作业中，在接单根(或立柱)和起下钻期间，该钻杆导引机构可快速引导钻杆与连续循环钻井装置主机的主轴心对中，提高接卸钻杆的速度和效率；保证上卸扣操作时动力钳的三瓣卡瓦均匀夹持钻杆，有效避免密闭腔室内的钻杆接头螺纹伤害；也可防止钻杆进入或移出动力钳时与动力钳的卡瓦碰撞而导致的钻杆或动力钳的卡瓦牙伤害现象发生。

本实用新型的钻杆导引机构，不仅限于连续循环钻井作业引导钻杆和连续循环钻井装置主机对中应用，其结构尺寸改变后也可用于其他类似管体的引导机构。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种钻杆导引机构，该钻杆导引机构安装在连续循环钻井装置的动力钳上，其特征在于，所述钻杆导引机构包括有连接底座、回转臂和驱动油缸；连接底座固定连接在连续循环钻井装置主机的动力钳上，回转臂一端枢接在连接底座上，回转臂另一端枢接有U形导引夹，驱动油缸的缸体枢接在连接底座，驱动油缸的活塞杆枢接在回转臂上；所述连接底座、回转臂和驱动油缸构成一曲柄摇块机构；驱动油缸的缸体上固定设置一能测量活塞杆位移的位移传感器；U形导引夹的两侧臂上分别相对设有一弹性卡锁机构。

2.如权利要求1所述的钻杆导引机构，其特征在于，U形导引夹呈两侧臂水平并列同一平面设置，U形导引夹的枢轴水平设于其侧臂上且枢轴通过其质心，U形导引夹随回转臂摆动时处于平动状态。

3.如权利要求1或2所述的钻杆导引机构，其特征在于，所述回转臂包括平行设置的第一回转臂和第二回转臂，第一回转臂和第二回转臂由连接杆连接为一体；所述驱动油缸包括有平行设置的第一驱动油缸和第二驱动油缸，所述位移传感器设置在第一驱动油缸的缸体上。

4.如权利要求1或2所述的钻杆导引机构，其特征在于，U形导引夹的开口处两侧臂的相对内侧面形成向开口端渐扩的喇叭状。

5.如权利要求1或2所述的钻杆导引机构，其特征在于，所述回转臂为一伸缩杆结构，其中支撑杆枢接在连接底座上，移动杆的自由端枢接U形导引夹。

6.如权利要求1或2所述的钻杆导引机构，其特征在于，弹性卡锁机构包括在U形导引夹的两侧臂上分别设置的孔径呈外侧大内侧小的阶梯形通孔，所述阶梯形通孔内形成一靠近侧臂内侧的第一环形阶梯面；阶梯形通孔的小径孔中设置一柱形卡锁头，柱形卡锁头呈直径前小后大的阶梯状并形成一第二环形阶梯面，柱形卡锁头的前端朝向侧臂内侧从小径孔穿出其第二环形阶梯面抵靠于阶梯形通孔的第一环形阶梯面上；阶梯形通孔的大径孔中螺旋设置一圆形弹簧座，所述圆形弹簧座与柱形卡锁头的后端面之间设有一压缩弹簧。

7.如权利要求6所述的钻杆导引机构，其特征在于，柱形卡锁头的后端面设有一凹孔；该弹簧座朝向柱形卡锁头一侧向前凸设一延伸柱，所述延伸柱能穿入所述凹孔中，所述压缩弹簧套设在延伸柱上，所述压缩弹簧的前端抵顶于柱形卡锁头的后端面。

8.如权利要求7所述的钻杆导引机构，其特征在于，柱形卡锁头的前端为球面；柱形卡锁头与阶梯形通孔为轴孔间隙配合。

9.如权利要求1或2所述的钻杆导引机构，其特征在于，位移传感器通过传感器架固定连接在驱动油缸的缸体上；传感器架由两个对合套设于驱动油缸缸体的半圆套构成，每个半圆套的开口端两侧分别向外侧凸设有连接凸耳，两个半圆套两侧对应的连接凸耳分别由螺栓连接；其中一个半圆套侧壁设有一连接座，所述位移传感器固定在该连接座上。