一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦的制作方法
【专利摘要】一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦，由防扭卡瓦座(1)、防扭卡瓦体(2)、液压缸(3)、液压控制系统(4)、防扭卡瓦牙(5)、支撑板(6)、导向杆(7)、扶正环(8)等组成。两瓣防扭卡瓦座(1)可自由开合并与转盘大方瓦互换，分瓣式防扭卡瓦体(2)与防扭卡瓦座(1)通过内侧面接触可上下滑动并设有周向防扭槽，防扭卡瓦牙(5)安装在防扭卡瓦体(2)上可以卡持不同尺寸的石油管柱，液压缸(3)安装在防扭卡瓦座(1)上并与液压控制系统(4)连接，液压缸(3)的活塞杆与导向杆(7)同时固定在支撑板(6)上，扶正环(8)安装在防扭卡瓦座(1)的居中位置。
【专利说明】一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油和天然气钻井过程中自动卡持并固定钻杆、钻铤或套管并可以防止管柱扭转的一种井口液压动力工具，特别是具有与顶驱配套使用代替管柱动力钳拆、装石油管柱的一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦。
【背景技术】
[0002]在石油和天然气钻井起、下钻过程中，双吊卡作业或单吊卡加手动卡瓦作业方式已经不能满足现代钻井施工对高效、安全、环保等方面的要求，随之出现的多功能钻杆气动卡瓦、多功能管杆气动卡瓦和钻铤、套管气动卡瓦等大大提高了井口的操作安全性能、降低了工人劳动强度和提高了起、下钻工作效率，但气动卡瓦无法满足卡紧管柱直接拆卸扣时对石油管柱防止扭转的要求，也无法实现卡紧、松开管柱时不同的卡持力要求，且存在动作不平稳、噪声等问题；另一方面，为了满足钻机搬迀、安装的需要，现代轻便型钻机数量越来越多，特别是近几年快速发展的煤层气钻井对中、浅井钻机的设备配套提出了新的要求，需要最大程度地减少钻台设备配置，如去除笨重的钻井管柱动力钳、铁钻工等井口设备，在实现钻机远程自动控制的同时，提高钻机自动化控制水平。
[0003]中国专利:多功能杆管气动卡瓦(CN201020519940.9)和中国专利:多功能钻井管柱气动卡瓦(CN201120039748.4)即为利用气缸作为动力实现卡紧石油管柱的动力卡瓦，由于气源压力较低，驱动卡瓦体升降时主要实现了对管柱的承重作用而无法完全实现对管柱的防扭功能。又如中国专利:多功能液压动力卡瓦(201220149452.2)采用两级液压缸驱动卡瓦体升降来卡紧石油管柱，具备了一定的防扭能力，但当井深较浅管柱重量不大时普通液压卡紧力也不够大从而无法实现利用顶驱装置直接拆卸石油管柱的功能。再如中国专利:闸板式双向自紧密封卡瓦(CN201320238790.8)采用液压缸和液压控制系统驱动卡瓦牙双向卡紧或松开油管，主要为油田油水井不压井作业设备配套，只能卡持油管且不具备防扭功能，均不能实现顶驱钻机卡紧管柱并直接拆卸扣的要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦，不仅可用于钻井起、下钻过程中有效卡持并固定钻杆、套管或钻铤等石油管柱，而且对于顶驱钻机，由顶驱设备配合该液压动力卡瓦可以直接拆卸、旋接不同尺寸的石油管柱，从而取代钻井管柱动力钳，简化钻台设备配置。
[0005]本发明主要由防扭卡瓦座(I)、防扭卡瓦体(2)、液压缸(3)、液压控制系统(4)、防扭卡瓦牙(5)、支撑板(6)、导向杆(7)、扶正环(8)等组成。其特征在于:两瓣防扭卡瓦座(I)可自由开合并与转盘大方瓦互换，分瓣式防扭卡瓦体(2)与防扭卡瓦座(I)通过内侧面接触可上下滑动并设有周向防扭槽，防扭卡瓦牙(5)安装在防扭卡瓦体(2)上可以卡持不同尺寸的石油管柱，液压缸(3)安装在防扭卡瓦座(I)上并与液压控制系统(4)连接，液压缸(3)的活塞杆与导向杆(7)同时固定在支撑板(6)上，扶正环(8)安装在防扭卡瓦座(I)的居中位置。
[0006]本发明的有益效果在于:一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦不仅可以给石油管柱施加可靠的液压卡紧力，保证卡紧或松开石油管柱时动作更加平稳，而且当液压动力卡瓦卡紧石油管柱时，液压控制系统工作压力为高压，防扭卡瓦牙(5)不仅有效卡紧石油管柱，同时提供了垂直方向的悬持力和防止管柱扭转的周向扭矩，可以实现卡紧管柱时由顶驱设备直接拆、装石油管柱；当液压动力卡瓦松开管柱时，液压控制系统为低压工作，只需要提供支撑卡瓦体重量的垂直向上液压力即可，液压控制系统安全保护回路同时工作。高、低压控制压力和安全保护回路均可实现远程操作，由司钻一人控制，不仅简化了钻台设各配置，而且提高了钻井自动化操作水平，液压管线全部置于钻台面底部，钻台上没有多余控制管线，井口操作更加安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦的结构示意图。
[0008]图2为一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦液压控制系统原理图。
【具体实施方式】
[0009]下面接合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0010]如附图1、2所示的一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦，图1为松开石油管柱的工作状态。主要由防扭卡瓦座(I)、防扭卡瓦体(2)、液压缸(3)、液压控制系统(4)、防扭卡瓦牙(5)、支撑板(6)、导向杆(7)、扶正环(8)等组成。两瓣防扭卡瓦座(I)可自由开合，分瓣式防扭卡瓦体(2)与防扭卡瓦座(I)通过内侧面接触并可上下滑动，防扭卡瓦牙(5)安装在防扭卡瓦体(2)上，液压缸(3)安装在防扭卡瓦座(I)上并与液压控制系统(4)连接，液压缸(3)的活塞杆与导向杆(7)同时固定在支撑板(6)上，扶正环(8)安装在防扭卡瓦座(I)的居中位置。
[0011]在常规转盘驱动的钻井施工中，只有起、下钻时才将石油管柱液压动力卡瓦安装在转盘大方瓦孔内，正常钻进时需要将液压动力卡瓦取出。起、下钻提升管柱前，司钻控制图中的液压控制系统⑶中手动换向阀(30)左位工作，减压阀(31)低压工作，液压缸(3)活塞上行，带动导向杆(7)推动支撑板(6)上升，从而拉动防扭卡瓦体(2)沿防扭卡瓦座
(I)内侧面上行，分瓣式防扭卡瓦体(2)形成的圆逐渐增大，石油管柱先上提接卡再实现起、下钻操作；反之，需要卡紧管柱拆卸扣时，司钻控制手动换向阀(30)右位工作，此时电磁阀(33)和电磁阀(32)左位工作，多作用增压缸(34)持续增压，液压缸(3)活塞下行，带动导向杆(7)及支撑板(6)下降，从而拉动防扭卡瓦体(2)沿防扭卡瓦座(I)内侧面下行，分瓣式防扭卡瓦体(2)形成的圆逐渐减小，直至抱合卡紧管柱为止，并可施加高压有效卡紧石油管柱，起、下钻过程中扶正环(8)可以随时起到扶正石油管柱的作用，防止石油管柱外圆直接磨损防扭卡瓦座(I)，同时也避免管柱接箍磕碰到防扭卡瓦体(2)上的防扭卡瓦牙(5)等部件。
[0012]对于配备顶驱装置的石油钻机来说，液压动力卡瓦可以一直安装在转盘大方瓦孔内不必取出，全部液压控制系统管线均从钻台底部穿过，钻台面上没有多余管线。正常钻进时用顶驱装置控制钻进，液压动力卡瓦处于松开石油管柱的位置(如图1所示)，需要起、下钻或接单根操作时，司钻控制液压动力卡瓦的手动换向阀右位工作，同时多作用增压缸持续增压，液压缸(3)活塞下行，推动导向杆(7)拉动支撑板(6)下降，带动防扭卡瓦体(2)沿防扭卡瓦座(I)内侧面下行，分瓣式防扭卡瓦体(2)形成的圆逐渐减小，直至抱合卡紧管柱为止，并施加高压有效卡紧石油管柱，此时可以直接利用顶驱设备实现拆、装石油管柱作业。管柱上、卸扣完成后，司钻操作液压控制系统手动换向阀左位工作，使液压缸(3)活塞上行，带动导向杆(7)推动支撑板(6)上升，从而拉动防扭卡瓦体(2)沿防扭卡瓦座(I)内侧面上行，分瓣式防扭卡瓦体(2)形成的圆逐渐增大，让开通道，石油管柱可上行、下放实现正常起、下钻操作，此时液压控制系统为低压工作。
[0013]本发明适用于所有类型的石油钻机钻盘，可用于卡持所有规格尺寸的钻杆、钻铤和套管等石油管柱，在顶驱设备最大扭矩满足使用要求的情况下可适用于任何类型的石油钻机，取代石油管柱液压动力钳，由顶驱设备配合液压动力卡瓦实现起、下钻及钻进过程中拆装石油管柱，大大提高石油钻机的自动化控制水平。
【权利要求】
1.一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦，其主要由防扭卡瓦座(I)、防扭卡瓦体(2)、液压缸(3)、液压控制系统(4)、防扭卡瓦牙(5)、支撑板(6)、导向杆(7)、扶正环(8)组成，其特征在于:两瓣防扭卡瓦座(I)可自由开合并与转盘大方瓦互换，分瓣式防扭卡瓦体(2)与防扭卡瓦座(I)通过内侧面接触可上下滑动并设有周向防扭槽，防扭卡瓦牙(5)安装在防扭卡瓦体(2)上可以卡持不同尺寸的钻井管柱，液压缸(3)安装在防扭卡瓦座(I)上并与液压控制系统(4)连接，液压缸(3)的活塞杆与导向杆(7)同时固定在支撑板(6)上，扶正环(8)安装在防扭卡瓦座(I)的居中位置。
2.根据权利要求1所述的一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦，其特征在于:液压控制系统(4)有多作用增压缸和远程控制增、减压装置，可实现液压动力卡瓦卡紧或松开石油管柱时不同的压力要求并实现远程控制；起、下钻提升管柱前，液压控制系统(4)中手动换向阀(30)左位工作，减压阀(31)低压工作，液压缸(3)活塞上行，带动导向杆(7)推动支撑板(6)上升，从而拉动防扭卡瓦体(2)沿防扭卡瓦座(I)内侧面上行，分瓣式防扭卡瓦体(2)形成的圆逐渐增大，石油管柱先上提接卡再实现起、下钻操作；反之，需要卡紧管柱拆卸扣时，控制手动换向阀(30)右位工作，此时电磁阀(33)和电磁阀(32)左位工作，多作用增压缸(34)持续增压，液压缸(3)活塞下行，带动导向杆(7)及支撑板(6)下降，从而拉动防扭卡瓦体(2)沿防扭卡瓦座(I)内侧面下行，分瓣式防扭卡瓦体(2)形成的圆逐渐减小，直至抱合卡紧管柱为止。
3.根据权利要求1所述的一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦，其特征在于:液压控制系统管线均安装在卡瓦座侧面和底面，钻台面上没有多余液压管线。
4.根据权利要求1所述的一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦，其特征在于:由高、低压控制的液压动力卡瓦可取代顶驱钻机的管柱动力钳，顶驱设备配合液压动力卡瓦直接拆卸、旋接不同尺寸的石油管柱，简化钻台设备配置；正常钻进时用顶驱装置控制钻进，液压动力卡瓦处于松开石油管柱的位置，需要起、下钻或接单根操作时，控制液压动力卡瓦的手动换向阀右位工作，同时多作用增压缸持续增压，液压缸(3)活塞下行，推动导向杆(7)拉动支撑板(6)下降，带动防扭卡瓦体(2)沿防扭卡瓦座(I)内侧面下行，分瓣式防扭卡瓦体(2)形成的圆逐渐减小，直至抱合卡紧管柱为止，并施加高压有效卡紧石油管柱；管柱上、卸扣完成后，操作液压控制系统手动换向阀左位工作，使液压缸(3)活塞上行，带动导向杆(7)推动支撑板(6)上升，从而拉动防扭卡瓦体(2)沿防扭卡瓦座(I)内侧面上行，分瓣式防扭卡瓦体(2)形成的圆逐渐增大，让开通道，石油管柱可上行、下放实现正常起、下钻操作，此时液压控制系统为低压工作。
5.根据权利要求1所述的一种可拆装石油管柱的液压动力卡瓦，其特征在于:防扭卡瓦体(2)和防扭卡瓦牙(5)设计为快装结构，便于拆卸，可现场快速更换不同规格尺寸的钻杆、钻铤或套管防扭卡瓦体(2)或防扭卡瓦牙(5)。
【文档编号】E21B19/10GK204225800SQ201420679391
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】姜建胜 申请人:中国石油大学(北京)