CN211573424U - 一种海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统，包括顶驱、顶驱液压吊卡、地面液压吊卡和转盘，转盘固定在钻井作业的钻台面井口上方，地面液压吊卡承载位置于转盘上，地面液压吊卡用于夹持和解除夹持穿过井口的立根，转盘上方设置有顶驱液压吊卡和顶驱，顶驱与顶驱液压吊卡连接，顶驱液压吊卡用于夹持和提升立根，顶驱用于通过顶驱液压吊卡将立根下钻后起出井内，顶驱液压吊卡和地面液压吊卡相互配合，以使得同一时间至少顶驱液压吊卡或地面液压吊卡夹持立根。本实用新型提高钻柱承载能力，改变承载点，解决了切换动力吊卡的难题，减少常规动力卡瓦及手动卡瓦夹持对钻柱伤害以及解决了上扣困难的问题。

Description

一种海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统

技术领域

本实用新型涉及海洋钻柱悬持装置技术领域，具体涉及一种海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统。

背景技术

海洋(大洋)钻探钻井作业通常是直井为主，采用绳索取芯方式，为了满足绳索取芯作业的要求，一般采用大口径的钻具进行钻井作业，其钻井深度最深可达11000米，钻具重量高达450吨。在这样的作业环境中，每次起下钻及钻进作业，给悬持钻柱重量的方法及工具提出了很大的挑战，目前使用的是卡瓦式和液压双吊卡切换两种悬持方法，但这两种方法均不能满足高效安全钻井作业要求。

对于卡瓦方式，常用的是具有三面锥面的卡瓦进行悬持，卡瓦内壁上布满卡瓦牙，通过卡瓦牙夹持钻柱而实现钻柱悬持，通常应用于常规油气钻探。由于在海洋钻探中，钻柱很重，导致钻柱的横向力量很大，从而使得卡瓦牙对钻柱产生更深的齿痕，长期采用卡瓦方式，齿痕越来越深，缩短钻柱的使用寿命，甚至会挤毁钻柱。

而对于液压双吊卡方式，通常应用于陆地钻探钻井作业，采用双手动吊卡，虽然承载能力大幅度提高了，也能够保护接头，但目前液压双吊卡方式只能适应于陆地自动化很低的陆地钻机，借助陆地钻机并配合使用人工扣吊卡，在海上平台和钻井船无法使用。而像日本地球号钻探船采用液压双吊卡方式，但是其每次下钻以及接柱都需要切换液压管线及吊卡，接头故障多，容易导致液压油泄漏，同时切换吊卡的效率较低，而且使用双吊卡，导致接头位置较低，需要配有专用的上扣工具。因此，目前还没有一种很好能够适应于海洋钻探钻井作业钻柱的悬持系统装置。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的提供一种海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统，其能够解决海洋钻探钻井作业钻柱悬持的问题。

实现本实用新型的目的的技术方案为：一种海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统，其特征在于，包括顶驱、顶驱液压吊卡、地面液压吊卡和转盘，转盘用于承载井下管柱重量，固定在钻台面井口上方，地面液压吊卡位于转盘上，地面液压吊卡用于夹持和解除夹持穿过井口的钻柱，转盘上方设置有顶驱液压吊卡和顶驱，顶驱与顶驱液压吊卡连接，顶驱液压吊卡用于夹持和提升立根，顶驱用于通过顶驱液压吊卡将立根下钻和/或取出井内，顶驱液压吊卡和地面液压吊卡相互配合，以使得同一时间至少顶驱液压吊卡或地面液压吊卡夹持立根。

进一步地，还包括滑移架，滑移架设置在转盘上，地面液压吊卡直接设置在滑移架上，滑移架用于移动地面液压吊卡。

进一步地，所述立根包括临时连接钻杆和至少一根钻杆，临时连接钻杆的长度小于钻杆的长度，临时连接钻杆位于钻杆上方并与钻杆连接。

进一步地，所述钻杆包括公接头和母接头，两个钻杆之间通过公接头和母接头连接。

进一步地，所述顶驱通过吊环与顶驱液压吊卡连接。

进一步地，所述顶驱液压吊卡夹持立根的临时连接钻杆。

进一步地，所述地面液压吊卡夹持立根的钻杆。

本实用新型的有益效果为：1.使用临时连接钻杆方式，提高钻柱承载能力，改变承载点，解决了切换动力吊卡的难题；

2.使用地面吊卡方式进行支撑和夹持钻柱，减少常规动力卡瓦及手动卡瓦夹持对钻柱伤害；

3.使用轨道式动力吊卡，提高系统自动化，增加安全系统及提高工作效率；

4.可以解决双吊卡导致接头过低，上扣困难的问题。

附图说明

图1-图6为各个悬持状态下的结构示意图；

其中，1-吊环、2-顶驱液压吊卡、3-地面液压吊卡、4-滑移架、5- 转盘。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方案，对本实用新型做进一步描述。

如图1至图6所示，一种海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统，包括顶驱(图中未示出)、顶驱液压吊卡2、地面液压吊卡3、转盘 5和滑移架4，转盘5用于作为钻井作业的钻台面，转盘5直接铺设固定在井口上方，滑移架4设置在转盘5上，地面液压吊卡3直接设置在滑移架4上，滑移架4用于移动地面液压吊卡3，以使得地面液压吊卡3靠近和远离井口，从而使得地面液压吊卡3能够夹持和解除夹持穿过井口的立根。转盘5的上方设置有顶驱液压吊卡2，顶驱液压吊卡2通过吊环1与顶驱连接，顶驱液压吊卡2用于夹持和提取立根，顶驱用于通过顶驱液压吊卡2将立根下钻至井内。

本实用新型的工作原理包括如下步骤：

步骤1：井内设置立根和临时连接钻杆的井下钻柱，并在每个立根的最上端(也即顶部)预接一个短钻杆，预接短钻杆后的立根竖立存放在井架的存放区上，井架位于作业井的井口正上方，短钻杆的长度通常小于钻杆的长度，可以采用螺纹上扣方式将短钻杆预接在立根的顶部。一个立根通常至少由3-4个钻杆依次连接而成。钻杆包括杆体和分设在杆体两端的公接头和母接头，分别记为上接头和下接头，通过公接头和母接头可以在当前钻杆的上端和下端分别连接另一个钻杆，从而将各个钻杆依次连接而成，形成一个立根。该短钻杆也即是当作临时连接钻杆，其结构与钻杆相同，只是长度更短，起到临时连接和吊起各个钻杆的作用。

步骤2：通过设置在转盘5上的地面液压吊卡3夹持钻柱的顶部立根，以将立根固定悬持住，以支撑立根的重量。

步骤3：通过顶驱下放吊环1与顶驱连接的顶驱液压吊卡2到低位合适位置，顶驱液压吊卡2扣住立根顶部的短钻杆，上提顶驱液压吊卡2，待顶驱液压吊卡2受力后，随后松开地面液压吊卡3，立根从地面液压吊卡3松脱，并将地面液压吊卡3移动至安全区域，以将地面液压吊卡3从井口上方的转盘5移至别处，可通过滑移架4将地面液压吊卡3移动至安全区域内。待移开地面液压吊卡3后，顶驱液压吊卡2提起立根直至立根最上端的钻杆的上接头距离转盘5高度在预设高度范围内，则停止起钻，根据预接短钻杆长度预设高度通常设置为150CM(厘米)。

步骤4：待立根的最上端的钻杆的上接头提升至相应高度后，再次将地面液压吊卡3移入至井口上方的转盘5处，并通过地面液压吊卡3再次将立根夹持住，也即通过地面液压吊卡3扣住立根。随后，顶驱释放重量，顶驱液压吊卡2打开，以将当前立根从顶驱液压吊卡2中脱离，也即顶驱液压吊卡2下放释放钻柱重量后，地面液压吊卡 3受力后，卸开钻杆接头，顶驱液压吊卡提离立根，井下钻柱与立根分离。排管机抓住钻杆后，顶驱液压吊卡2打开，排管机移立根至立根盒处存放，随后重复上述步骤进行下钻。

为了实现上述钻柱悬持方法，需要借助一套对应的钻柱悬持系统，如图1所示,图1-图6也正是钻柱悬持步骤的过程。所述钻柱悬持系统包括顶驱、顶驱液压吊卡2、地面液压吊卡3、转盘5和滑移架4，转盘5用于作为钻井作业的钻台面，转盘5直接铺设固定在井口上方，滑移架4设置在转盘5上，地面液压吊卡3直接设置在滑移架4上，滑移架4用于移动地面液压吊卡3，以使得地面液压吊卡3靠近和远离井口，从而使得地面液压吊卡3能够夹持和解除夹持穿过井口的立根。转盘5的上方设置有顶驱液压吊卡2，顶驱液压吊卡2通过吊环 1与顶驱连接，顶驱液压吊卡2用于夹持和提取立根，顶驱用于通过顶驱液压吊卡2将井下立根下钻和/或起钻至钻台立根盒内。

本实用新型使用短钻杆方式，提高钻柱承载能力，改变承载点，解决了切换液压吊卡的难题。现有双吊卡提下钻方式为地面液压吊卡和顶驱液压吊卡交替使用，切换吊卡时需要拆卸吊环、液压吊卡油管，操作繁琐。而采用短钻杆后，顶驱液压吊卡为顶驱专用，地面液压吊卡为钻台面转盘处专用，无需进行切换。

本实用新型使用地面吊卡方式进行支撑和夹持钻柱，减少常规动力卡瓦及手动卡瓦夹持对钻柱伤害。而采用卡瓦夹持钻杆，作用点在钻杆杆体，通过卡瓦牙与杆体的横向挤压，产生纵向的摩擦力承载钻杆重量，钻杆重量越大，横向的挤压力越大，导致卡瓦牙嵌入钻杆杆体，损坏钻杆。使用双吊卡，液压吊卡内部有锥面，与钻杆接头和杆体之间的锥面吻合，作用点在接头的锥面处，靠锥面支承钻杆重量，接触面积大，不会对钻杆造成损伤。

本实用新型使用轨道式动力吊卡，提高系统自动化，增加安全系统及提高工作效率。

本实用新型可以解决双吊卡导致接头过低，上扣困难的问题。现有双吊卡提下钻，需要拆卸的钻杆螺纹位置与钻台面转盘的距离仅为吊卡本体的高度，接头位置较低，海洋钻井常用的钻杆螺纹拧卸设备位置较高，不方便作业。采用短钻杆后，需要拆卸的钻杆螺纹位置与钻杆转盘面的距离是吊卡本体高度和短钻杆本体长度，接头位置高，方便螺纹拧卸设备作业。

本说明书所公开的实施例只是对本实用新型单方面特征的一个例证，本实用新型的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本实用新型的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统，其特征在于，包括顶驱、顶驱液压吊卡、地面液压吊卡和转盘，转盘用于承载井下管柱重量，固定在钻台面井口上方，地面液压吊卡位于转盘上，地面液压吊卡用于夹持和解除夹持穿过井口的钻柱，转盘上方设置有顶驱液压吊卡和顶驱，顶驱与顶驱液压吊卡连接，顶驱液压吊卡用于夹持和提升立根，顶驱用于通过顶驱液压吊卡将立根下钻和/或取出井内，顶驱液压吊卡和地面液压吊卡相互配合，以使得同一时间至少顶驱液压吊卡或地面液压吊卡夹持立根。

2.根据权利要求1所述的海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统，其特征在于，还包括滑移架，滑移架设置在转盘上，地面液压吊卡直接设置在滑移架上，滑移架用于移动地面液压吊卡。

3.根据权利要求1所述的海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统，其特征在于，所述立根包括临时连接钻杆和至少一根钻杆，临时连接钻杆的长度小于钻杆的长度，临时连接钻杆位于钻杆上方并与钻杆连接。

4.根据权利要求3所述的海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统，其特征在于，所述钻杆包括公接头和母接头，两个钻杆之间通过公接头和母接头连接。

5.根据权利要求1所述的海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统，其特征在于，所述顶驱通过吊环与顶驱液压吊卡连接。

6.根据权利要求1所述的海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统，其特征在于，所述顶驱液压吊卡夹持立根的临时连接钻杆。

7.根据权利要求1所述的海洋深部钻探钻井作业钻柱悬持系统，其特征在于，所述地面液压吊卡夹持立根的钻杆。

Images