[發明專利]連續循環鉆井系統可承扭的卡瓦裝置

有效

• 申請號: 201210149629.3
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102678072A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 馬青芳;肖建秋;胡志堅;王愛國;邵強;齊建雄
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: E21B19/10
• 分類號: E21B19/10
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 李玉明

技術領域

本發明涉及石油鉆井裝備技術領域，特別涉及一種鉆井井口專用的卡瓦，具體是一種連續循環鉆井系統中可承受上卸扣反扭矩的卡瓦。

背景技術

目前，常規鉆井作業時，在接單根前，必須首先關閉高壓泵，停止鉆井液循環，當完成接單根操作后，再啟動高壓泵恢復鉆井液循環。當鉆井液循環停止時，井底產生的負激動壓力和巖屑沉降，極易導致井涌、氣侵、井壁坍塌和卡鉆等事故；當接單根后，重啟高壓鉆井泵，重新建立鉆井液循環，此時在井底引起的正激動壓力可能超過地層破裂壓力，造成鉆井液漏失。因此常規的鉆井液循環方式無法滿足窄鉆井液密度窗口等復雜地層的鉆井需求。

為了解決上述問題，國外首先提出了連續循環鉆井（Continuous?Circulation?System）的概念，并申請了相關專利（US6591916B1，US6315051B1，CA2550981A1）。之后國外研制出了連續循環系統樣機，并成功實現了商業化應用（SPE102851，SPE102859，SPE90702），成為一項先進的技術裝備。國外連續循環系統主要由主機、分流裝置、動力單元以及控制系統組成。主機是連續循環系統的核心，主要包括動力鉗（Iron?roughneck）、平衡補償裝置（Snubber）、三聯防噴器組（BOP）和底部動力卡瓦(Power?slip)等，其中動力鉗具有旋扣、緊扣及卸扣功能，同時平衡補償裝置與動力鉗配合動作，完成鉆桿接頭的準確對扣與上卸扣操作；防噴器組則由上半封、中間全封和下半封三組閘板防噴器組成，可在鉆桿接頭周圍形成密閉腔體，并利用防噴器組上半封、中間全封的開合動作配合分流裝置完成鉆井液循環通道的切換，實現接單根操作期間鉆井液的連續循環；底部動力卡瓦則用于承受鉆柱懸重，并提供上卸扣反扭矩。

接單根上卸扣時，底部動力卡瓦夾住下部鉆桿本體，使整個鉆柱重量通過動力卡瓦作用于轉盤補心上，同時底部動力卡瓦還作為背鉗提供上卸扣所需的反扭矩。

國外連續循環系統底部動力卡瓦不足之處是在主機實施鉆桿上卸扣操作的過程中，卡在鉆桿本體上的底部動力卡瓦，不僅要承受整個鉆柱的重量，還要作為背鉗提供上卸扣反扭矩，導致損傷鉆桿本體，甚至可能引起在鉆井過程中鉆桿斷裂等嚴重事故。另外，由于上卸扣過程中產生的鉆井液上頂力作用于主機動力鉗上，使主機受到向上的作用力，導致底部動力卡瓦具有向上運動的趨勢，使其對鉆桿的夾持力減小，可能導致上卸扣時卡瓦打滑卸不開扣，甚至出現鉆柱下滑發生溜鉆事故。

發明內容

本發明的目的是：提供一種連續循環鉆井系統可承扭的卡瓦裝置，能夾持鉆柱、承受整個鉆柱的重量，利用承載梁將鉆井液上頂力轉化為動力卡瓦對鉆柱的夾持力，消除鉆井液上頂力對卡瓦夾持能力的不利影響，通過承扭連接板將主機與轉盤補心相連，為主機提供上卸扣反扭矩，有效提高上卸扣操作的安全性和可靠性。解決連續循環鉆井系統在接單根操作期間的操作安全性問題，同時為連續循環鉆井系統主機提供了一種方便快捷的固定方式。

本發明采用的技術方案是：連續循環鉆井系統可承扭的卡瓦裝置，主要由一個動力卡瓦、一個轉盤補心、一對承扭連接板和四個承扭銷組成。其中：動力卡瓦安裝在轉盤補心內，動力卡瓦下端的外錐面與轉盤補心上端的內錐面相接觸；使用時動力卡瓦殼體上翼板位于承載梁的上部，一對承扭連接板位于轉盤補心的上面動力卡瓦的翼板的下面，并通過四個承扭銷與轉盤補心相連，使用時承扭連接板上的U型槽跨騎在主機底座的橫梁上。

所述的動力卡瓦，由一組氣缸、一組牙板、杠桿機構和殼體組成。牙板為契形結構，外側面為圓弧面，內側面有卡瓦牙；殼體內為圓錐面，外部上方為方形，頂部具有左右兩個翼板。氣缸的活塞桿通過杠桿機構與牙板相連；牙板圓弧面與殼體內錐面相接觸；氣缸置于殼體內。使用時兩個翼板位于二個承載梁的上部，方形外殼的左右側面與承載梁的內側面相接觸。通過承載梁將主機上的上頂力傳遞給動力卡瓦，并確定主機底座和轉盤的相對位置。

所述的轉盤補心，內部為上下兩段錐面結構，外部上端為方形結構，下端為階梯圓柱面結構，上表面有四個均布的垂直于上表面的圓柱孔。

所述的承扭連接板是一個帶有彎曲結構的板，彎曲端為U型槽結構，另一端為內圓弧形結構，靠近圓弧邊緣有二個對稱的扁方槽，安裝時，扁方槽卡住承扭銷的上部，使用時U型槽跨騎在主機底座的橫梁上，將反扭矩通過承扭連接板傳遞給承扭銷。