CN216665528U - 一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，包括钻杆和用于夹持钻杆的卡瓦机构，所述卡瓦机构包括若干个相互连接且可抱合成中空柱状体的卡瓦座，所述卡瓦座上设置有卡瓦牙，在所述卡瓦牙与钻杆接触的一侧预制有用于检测卡瓦夹持力的传感器，所述传感器通过信号线与外部显示仪器连接；在每个卡瓦座的顶部均设置有限位结构，相邻两个限位结构的之间的空隙小于其下方对应的两个相邻卡瓦座之间留出的空隙。本实用新型通过传感器反馈钻杆的夹持力，并在卡瓦座上设置限位结构，避免钻杆被卡瓦挤坏。

Description

一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置

技术领域

本实用新型涉及钻井技术领域，尤其涉及一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置。

背景技术

卡瓦是钻井过程中起下钻时用于卡住和悬持钻柱、套管柱的工具。随着油气勘探开发不断向深部地层发展以及现代科学技术的进步，深井、超深井钻井技术不断提高，应用规模也日益扩大，当井深达到6000米以上时，井筒内钻杆悬重超过了200吨。常规卡瓦作用于钻杆的径向夹持力会随着井深的增加、钻杆重量增加而增大，一旦夹持力作用下超过钻杆屈服强度，钻杆夹持部位将产生变形，如不能及时发现并更换将会为钻井作业带来井下风险。

现有技术中CN106338438A公开了一种管柱卡瓦极限承载能力测试装置，其技术方案为：一种管柱卡瓦极限承载能力测试装置，主要由底座、齿轮箱、电动机、传动轴、滚珠丝杠、施压板、柱状筒、横梁、顶板、卡瓦座、卡瓦体、卡瓦牙板、止动块、螺钉、管柱、中心杆、支撑盘、上扶正盘、上变形传感器、中变形传感器、下变形传感器、下扶正盘、承压盘、螺柱和拉力传感器组成，所述电动机的转动经齿轮箱传递使两根滚珠丝杠同步转动，装有卡瓦体的卡瓦座放置于顶板上，卡瓦体上的卡瓦牙板沿管柱圆周方向设置并抱紧管柱；当电动机运转后，滚珠丝杠的向下运动将使施压板作用于承压盘并将载荷传至拉力传感器上。结合拉力传感器所测载荷以及变形传感器所测管柱变形量，可确定卡瓦夹持状态下管柱的极限承载能力。

上述专利所述的管柱卡瓦极限承载能力测试装置作为一种测试模型，在管柱的不同位置分别设置了传感器，检测管柱的极限承载能力，而无法应用于实际的钻井作业中，对卡瓦夹持力进行监控、预警以及相应的措施保护。

发明内容

本实用新型旨在解决实际的钻井作业中存在卡瓦夹持力未知的问题，提出了一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，该保护装置通过在卡瓦牙中预埋应变传感器实时监测钻杆的夹持力，并通过改进卡瓦的形式防止钻杆被卡瓦挤坏。

为了实现上述发明目的，本实用新型的技术方案如下：

一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，包括钻杆和用于夹持钻杆的卡瓦机构，其特征在于，所述卡瓦机构包括若干个相互连接且可抱合成中空柱状体的卡瓦座，所述卡瓦座上设置有卡瓦牙，在所述卡瓦牙与钻杆接触的一侧预制有用于检测卡瓦夹持力的传感器，所述传感器通过信号线与外部显示仪器连接；在每个卡瓦座的顶部均设置有限位结构，相邻两个限位结构的之间的空隙小于其下方对应的两个相邻卡瓦座之间留出的空隙，在卡瓦座进一步缩紧破坏钻杆前，限位结构率先合并在一起起到限位作用。

进一步的，所述限位结构与卡瓦座本体为一体成型结构。

进一步的，所述卡瓦座为三瓣式卡瓦座，对应的限位结构的形状为三分之一圆环面，各个卡瓦牙上的限位结构随着卡瓦牙之间的抱合其端面也相互接触，围合成一个完整圆环。

进一步的，所述传感器沿钻杆的周向及轴向在卡瓦牙上均匀分布。

进一步的，所述传感器为应变片或应变传感器。

进一步的，所述外部显示仪器为内置处理器且具有显示屏的数控操作台，所述数控操作台连接有警报装置，数控操作台通过内部软件设置有夹持力预警值，当检测到的卡瓦夹持力大于该预警值时触发警报装置。

进一步的，所述警报装置包括用于视觉提醒的闪烁灯和用于发出警报的喇叭。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型所述的重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，对卡瓦座结构进行了改进，通过在卡瓦座上设置限位结构，防止卡瓦抱合过紧将钻杆损坏，通过在卡瓦牙中预埋应变传感器检测并反馈钻杆的夹持力；

2、本实用新型所述的重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，将应变传感器与外部显示仪器连接，通过内部软件换算出夹持力，并设置夹持力预警值，在达到钻杆破坏临界夹持力之前进行及时的预警，避免钻杆被卡瓦挤坏。

3、本实用新型所述的重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，通过限位结构和传感系统的配合，实现钻杆的双重保护；

4、本实用新型所述的重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，所述传感器预制在卡瓦牙中，并沿钻杆的周向及轴向在卡瓦牙上均匀分布，能够较好的对卡瓦的夹持力进行检测。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为卡瓦座及限位结构的示意图；

其中，

1、卡瓦座；2、钻杆；3、传感器；4、限位结构；5、卡瓦牙；6、显示屏；7、数控操作台；8、警报装置；9、信号线；10、方瓦。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、 “安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本实施例提供了一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，该保护装置应用于钻井过程中，防止对钻杆2的夹持力过大造成钻杆2的损坏。如图1-2所示，本装置包括钻杆2和用于夹持钻杆2的卡瓦机构，所述卡瓦机构包括若干个相互连接可抱合成中空柱状体的卡瓦座1，卡瓦座1放置于方瓦10中，随着钻杆2的深入，卡瓦座1逐渐锁紧，卡瓦座1上的卡瓦牙5逐渐抱紧钻杆2，本申请在现有卡瓦座的基础上进行了改进，如图2所示为改进后的卡瓦座1，在每个卡瓦座1的顶部均设置有限位结构4，相邻两个限位结构4的之间的空隙小于其下方对应的两个相邻卡瓦座1之间留出的空隙。所述卡瓦座1为三瓣式卡瓦座，对应的限位结构4的形状为三分之一圆环面，各个卡瓦座1上的限位结构4随着卡瓦座1的锁紧其端面也相互靠拢，直至围合成一个完整圆环，圆环中部留出的孔隙用于钻杆2通过。在卡瓦受力向下逐渐缩紧时，位于卡瓦座1顶部的限位结构4会率先碰到一起，在卡瓦座1进一步缩紧破坏钻杆2前，限位盘合并成一个整体起到限位作用。

实施例2

本实施例提供了一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，该保护装置应用于钻井过程中，防止对钻杆2的夹持力过大造成钻杆2的损坏。如图1-2所示，本装置包括钻杆2和用于夹持钻杆2的卡瓦机构，所述卡瓦机构包括若干个相互连接可抱合成中空柱状体的卡瓦座1，卡瓦座1放置于方瓦10中，随着钻杆2的深入，卡瓦座1逐渐锁紧，卡瓦座1上的卡瓦牙5逐渐抱紧钻杆2，本申请在现有卡瓦座的基础上进行了改进，如图2所示为改进后的卡瓦座1，在每个卡瓦座1的顶部均设置有限位结构4，相邻两个限位结构4的之间的空隙小于其下方对应的两个相邻卡瓦座1之间留出的空隙。

本实施例中，卡瓦座1采用普通的三瓣式卡瓦座，对应的限位结构4的形状为三分之一圆环面，各个卡瓦牙5上的限位结构4随着卡瓦牙5之间的抱合其端面也相互接触，围合成一个完整圆环。在卡瓦受力向下逐渐锁紧时，位于卡瓦座1顶部的限位结构4会率先碰到一起，从而限制卡瓦收缩过紧，导致钻杆2的损坏。

优选的，限位结构4与卡瓦本体为一体成型结构。

进一步的，在卡瓦座1上的卡瓦牙5与钻杆2接触的一侧预制有用于检测卡瓦夹持力的传感器3，该传感器3通过信号线9与外部显示仪器连接。所述传感器3沿钻杆2的周向及轴向在卡瓦牙5上均匀分布，优选的，所述传感器3为应变片或应变传感器3。

外部显示仪器采用内置处理器且具有显示屏6的数控操作台7，数控操作台7连接有警报装置8，数控操作台7通过内部软件设置有夹持力预警值，当检测到的卡瓦夹持力大于该预警值时触发警报装置8。警报装置8包括用于视觉提醒的闪烁灯和用于发出警报的喇叭。

在制作卡瓦时，将应变片固定设置在卡瓦牙5板与钻杆2接触的表面，围绕钻杆2的周缘，在钻杆2的长度方向上间隔设置。该应变片通过信号线9与数控操作台7电性连接，数控操作台7将应变片检测到的模拟信号通过处理器转化和计算后得到卡瓦的实时夹持力并通过显示屏6进行显示，且通过数控操作台7可预设卡瓦的夹持力预警值，当到达该预警值时通过警报装置8报警。

Claims (7)

1.一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，包括钻杆（2）和用于夹持钻杆（2）的卡瓦机构，其特征在于，所述卡瓦机构包括若干个相互连接且可抱合成中空柱状体的卡瓦座（1），所述卡瓦座（1）上设置有卡瓦牙（5），在所述卡瓦牙（5）与钻杆（2）接触的一侧预制有用于检测卡瓦夹持力的传感器（3），所述传感器（3）通过信号线（9）与外部显示仪器连接；在每个卡瓦座（1）的顶部均设置有限位结构（4），相邻两个限位结构（4）之间的空隙小于其下方对应的两个相邻卡瓦座（1）之间的空隙，在卡瓦座（1）进一步缩紧破坏钻杆（2）前，限位结构（4）率先合并在一起起到限位作用。

2.根据权利要求1所述的一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，其特征在于：所述限位结构（4）与卡瓦座（1）本体为一体成型结构。

3.根据权利要求1所述的一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，其特征在于：所述卡瓦座（1）为三瓣式卡瓦座，对应的限位结构（4）的形状为三分之一圆环面，各个卡瓦牙（5）上的限位结构（4）随着卡瓦牙（5）之间的抱合其端面也相互接触，围合成一个完整圆环。

4.根据权利要求1所述的一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，其特征在于：所述传感器（3）沿钻杆（2）的周向及轴向在卡瓦牙（5）上均匀分布。

5.根据权利要求1或4所述的一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，其特征在于：所述传感器（3）为应变片或应变传感器（3）。

6.根据权利要求1所述的一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，其特征在于：所述外部显示仪器为内置处理器且具有显示屏（6）的数控操作台（7），所述数控操作台（7）连接有警报装置（8），数控操作台（7）通过内部软件设置有夹持力预警值，当检测到的卡瓦夹持力大于该预警值时触发警报装置（8）。

7.根据权利要求6所述的一种重载式卡瓦夹持钻杆保护装置，其特征在于：所述警报装置（8）包括用于视觉提醒的闪烁灯和用于发出警报的喇叭。

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