[發(fā)明專利]基于頂部驅(qū)動(dòng)裝置的上卸扣系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910322605.5
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN111827905B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王博;楚飛;高瀚;雷宇;謝宏峰;齊建雄;王洋紳;程騰飛;于川
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團(tuán)有限公司;中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司;北京石油機(jī)械有限公司
• 主分類號: E21B19/16
• 分類號: E21B19/16
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 王天堯;任默聞

本發(fā)明公開了一種基于頂部驅(qū)動(dòng)裝置的上卸扣系統(tǒng)及其控制方法，該上卸扣系統(tǒng)包括：絞車、頂部驅(qū)動(dòng)裝置、井口大鉗和控制設(shè)備；頂部驅(qū)動(dòng)裝置包括：頂驅(qū)主軸、液動(dòng)卡瓦、背鉗、電機(jī)；其中，液動(dòng)卡瓦用于抓取立根；電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)頂驅(qū)主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)旋扣以連接或斷開立根上端與頂驅(qū)主軸之間的螺紋；背鉗用于卡緊鉆柱；井口大鉗用于連接或斷開立根下端與鉆柱上端之間的螺紋；絞車上安裝有絞車傳感器，用于檢測頂部驅(qū)動(dòng)裝置的位置信息，并反饋至控制設(shè)備；控制設(shè)備用于控制液動(dòng)卡瓦、電機(jī)、背鉗和井口大鉗執(zhí)行相應(yīng)的功能以實(shí)現(xiàn)上扣或卸扣操作。本發(fā)明能夠減少上卸扣作業(yè)過程中所需操作人員的數(shù)量，降低操作風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油開采領(lǐng)域，尤其涉及一種基于頂部驅(qū)動(dòng)裝置的上卸扣系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

本部分旨在為權(quán)利要求書中陳述的本發(fā)明實(shí)施例提供背景或上下文。此處的描述不因?yàn)榘ㄔ诒静糠种芯统姓J(rèn)是現(xiàn)有技術(shù)。

頂部驅(qū)動(dòng)裝置(簡稱頂驅(qū)裝置或頂驅(qū))是一種新型的鉆井裝備，與采用方鉆桿和轉(zhuǎn)盤的傳統(tǒng)鉆進(jìn)方式相比，頂部驅(qū)動(dòng)裝置可以在井架空間上部直接驅(qū)動(dòng)鉆柱旋轉(zhuǎn)并沿專用導(dǎo)軌向下送進(jìn)，完成旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、循環(huán)鉆井液、接立根、上卸扣、倒劃眼等多種鉆井操作。

上卸扣是鉆井、下套管起下鉆工序中重要的步驟之一。傳統(tǒng)意義上的上扣指的是利用井口動(dòng)力鉗將立根接在鉆柱與方鉆桿之間；卸扣指的是斷開方鉆桿與鉆柱連接的第一扣。上卸扣的時(shí)候，一般使用下鉗固定住下面的鉆桿，上鉗夾住上面的鉆桿正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)以達(dá)到上緊、斷開螺紋的目的。為了保護(hù)絲扣，上卸扣過程中，上鉗和下鉗體之間的間距須隨著螺紋的旋入或旋出而變化；其中，上扣只要滿足規(guī)定的上扣扭即可，而卸扣則一般需要緊扣扭矩的數(shù)倍扭矩(沖扣)。

利用頂部驅(qū)動(dòng)裝置配合井口動(dòng)力鉗來進(jìn)行上卸扣作業(yè)，可大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率和作業(yè)安全性。目前，頂部驅(qū)動(dòng)裝置配合井口動(dòng)力鉗的上卸扣過程如下：

①坐放鉆柱：完成鉆進(jìn)后，操作人員將吊卡(卡瓦)放入鉆臺(tái)面，司鉆人員下放鉆柱使吊卡(卡瓦)卡緊鉆柱；

②頂部驅(qū)動(dòng)裝置卸扣：司鉆人員操作頂驅(qū)控制臺(tái)的組合按鈕(一般同時(shí)操作兩個(gè)按鈕)對頂驅(qū)下達(dá)卸扣指令，頂驅(qū)主軸反轉(zhuǎn)與鉆桿脫離，卸扣的同時(shí)，司鉆人員需要操作手柄緩慢上提頂驅(qū)，避免磨扣；

③提起單根/立根：司鉆人員觀察到螺紋完全脫開后，通過控制臺(tái)上提頂驅(qū)，操作吊環(huán)傾斜，操作人員引導(dǎo)單根/立根進(jìn)入吊卡并手動(dòng)關(guān)閉吊卡，司鉆人員上提頂驅(qū)并操作按鈕，使吊環(huán)提起單根/立根脫離鉆臺(tái)面；

④連接單根/立根：司鉆人員將傾斜油缸切換至浮動(dòng)狀態(tài)，使吊環(huán)以自由狀態(tài)對正井口；緩慢下放頂驅(qū)，使單根/立根下端與鉆柱上端對扣，操作人員使用井口大鉗上扣，連接單根/立根與鉆柱。繼續(xù)下放頂驅(qū)，單根/立根上端進(jìn)入頂驅(qū)裝置導(dǎo)向環(huán)，與頂驅(qū)裝置保護(hù)接頭對扣。司鉆人員控制頂驅(qū)裝置以小扭矩旋扣，再根據(jù)計(jì)算值進(jìn)行緊扣，同時(shí)緩慢下放頂驅(qū)以補(bǔ)償螺紋旋入的長度。

通過對現(xiàn)有頂部驅(qū)動(dòng)裝置配合井口動(dòng)力鉗的上卸扣過程分析，現(xiàn)有上卸扣控制過程存在如下缺陷：

(一)人工成本高。實(shí)際作業(yè)中，除去司鉆，必須配置二層臺(tái)操作人員1名，鉆臺(tái)操作人員2～3人；

(二)鉆臺(tái)面、二層臺(tái)必須配備操作人員，作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，二層臺(tái)作業(yè)屬于高空作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)高；

(三)對司鉆人員的操作要求高。上卸扣過程中，司鉆人員需要控制各種設(shè)備，必須操作各種按鈕、按鍵、手柄，且多個(gè)重要環(huán)節(jié)須人工判斷和干預(yù)，一旦出現(xiàn)工作疏忽將造成重大的安全事故及經(jīng)濟(jì)損失。

針對上述缺陷，對于基于頂部驅(qū)動(dòng)裝置的上卸扣作業(yè)，現(xiàn)有技術(shù)中急需一種能夠上卸扣自動(dòng)控制方法，以減少上卸扣作業(yè)中，人為干預(yù)，操作繁瑣且安全性低的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容