一种采用定向卡瓦的自平衡带压作业装置的使用方法与流程

本发明涉及一种石油带压作业装置及方法，特别涉及一种采用定向卡瓦的自平衡带压作业装置。

背景技术：

在石油的开采过程中，由于地质因素、工艺等因素，造成了许多井的地层能量过大，这样，为防止环境污染及作业的安全，就需要“带压作业”。目前，现有的带压作业装置在结构上的特点是：一、双液压缸举升，二、液控管线，需要随举升液压缸的上升而游动，才能完成起降管的液压卡住功能，三、利用井口液压防喷器，进行防喷，进而达到带压作业的目的。

但是，这种带压作业装置进管已经使用了多年，但是在这么多年的使用中，也发现了一些问题：一、双液压缸举升，如中国专利文献公开号为cn108979580a，专利名称《油水井带压大修作业装置》，和中国专利文献公开号为cn107859499a，专利名称为《一种带压作业装置》，都是采用双液压缸举升，其存在一个二力即力矩的平衡问题，当二力不平衡时，对设备（即整个装置）的危害极大，而造成二力不平衡的因素却很多，如两个液压缸的受力面积、中心点到两个液压缸的中心轴线的距离、组装时的两个液压缸的平行度、与横梁的垂直度等，这些是装置自身存在的结构问题，同时，还有系统问题，如液体压力系统存在的液体磨阻、能量的耗散等问题，再加上有时人为的操作问题等。由于上述因素的存在，该结构经常出现问题；二、由于液控管线是一个高压管线，所以液控管线的上下游动存在着很大的风险；三、由于上述两项存在着风险，直接影响到压力工作系统的安全，由于整个压力工作系统存在一定的问题，所以就无法从根本上保证井口液压防喷器的正常工作。

另外，现有的工作平台没有设计快速逃生通道，这样，在出现井喷时，平台上的操作人员无法快速实现逃生。

综上所述，现有的带压作业装置有必要进行一次大的改动创新，为此，我们发明了“自行平衡式带压作业装置”就为了克服上述缺陷的。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种采用定向卡瓦的自平衡带压作业装置，利用环形液压缸实现举升的目的，同时，利用卡瓦的单向上，通过更换单向卡瓦的形式，实现无游动液控管线，起下管柱的目的，利用井口液压防喷器进行防喷，达到带压作业的目的；而且增设快速逃生通道，实现工作平台上的操作人员能快速逃生。

本发明提到的一种采用定向卡瓦的自平衡带压作业装置的使用方法，包括以下过程：

一、安装自平衡带压作业装置，在井口法兰（3）通过连接螺栓（4）连接大四通（6），在大四通（6）的上部连接三闸板防喷器（7），在三闸板防喷器（7）的上部连接环形液缸（8），在环形液缸（8）的上部安装起下定向卡瓦装置（10），且起下定向卡瓦装置（10）上次安装作业起下压帽（9），在所述环形液缸（8）的上方通过平台支架（13）固定装作业平台（14）；

二、在带压下入管柱时，将起下定向卡瓦装置（10）按照带压下入方式安装好，起下锥体（10.2）的窄头向下，通过锥体连接螺丝（10.4）连接在锥体定位环（10.5）上，所述卡瓦（10.3）的粗头向下，通过卡瓦支撑弹簧（10.6）连接在锥体定位环（10.5），这时，通过控制下入进液孔（8.5）的进液，就可使升降活塞（8.3）下移，这时，通过升降活塞（8.3）和作业起下压帽（9）带动起下锥体（10.2）向下移动，卡瓦（10.3）沿着起下锥体（10.2）外侧滑道向上移动并锁紧管柱（11），实现带压驱动管柱（11）向下移动一个活塞行程；

当带压驱动管柱（11）向下移动一个活塞行程后，向三闸板防喷器（7）的悬挂（7.2）打压，通过悬挂（7.2）暂时卡住管柱（11），然后，环形液缸（8）驱动升降活塞（8.3）向上移动，卡瓦（10.3）在重力作用和卡瓦支撑弹簧（10.6）的拉力下，沿着起下锥体（10.2）外侧滑道向下移动，使卡瓦松开管柱（11），使起下定向卡瓦装置（10）向上移动一个活塞行程，再次通过控制下入进液孔（8.5）的进液，升降活塞（8.3）和作业起下压帽（9）带动起下锥体（10.2）再次向下移动，依次循环操作可以实现连续带压下入管柱；

三、在带压上起管柱时，将起下定向卡瓦装置（10）按照带压上起方式安装好，起下锥体（10.2）的粗头向下，通过锥体连接螺丝（10.4）连接在锥体定位环（10.5）上，所述卡瓦（10.3）的窄头向下，通过卡瓦支撑弹簧（10.6）连接在作业起下压帽（9），通过控制举升进液孔（8.4）的进液，就可使升降活塞（8.3）上升，在升降活塞（8.3）和作业起下压帽（9）带动起下锥体（10.2）向上移动，卡瓦（10.3）沿着起下锥体（10.2）外侧滑道向下移动并锁紧管柱（11），实现带压驱动管柱（11）向上移动一个活塞行程；

当带压驱动管柱（11）向上移动一个活塞行程后，通过三闸板防喷器（7）的悬挂（7.2）暂时卡住管柱（11），然后，环形液缸（8）驱动升降活塞（8.3）向下移动，卡瓦（10.3）在卡瓦支撑弹簧（10.6）的拉力下，沿着起下锥体（10.2）外侧滑道向上移动，使卡瓦松开管柱（11），实现起下定向卡瓦装置（10）向下移动一个活塞行程；依次循环操作可以实现带压上起管柱。

优选的，上述起下定向卡瓦装置（10）包括锥体扶正环（10.1）、起下锥体（10.2）、卡瓦（10.3）、锥体连接螺丝（10.4）、锥体定位环（10.5），所述起下锥体（10.2）通过锥体连接螺丝（10.4）连接在锥体定位环（10.5）上，起下锥体（10.2）的上端通过锥体扶正环（10.1）扶正位置，所述起下锥体（10.2）的内侧滑动配合卡瓦（10.3）。

优选的，上述卡瓦（10.3）包括卡瓦主体（10.3.1）、工字型滑道（10.3.2）、上弹簧连接孔（10.3.3）、卡瓦牙（10.3.4）、下弹簧连接孔（10.3.5），所述卡瓦主体（10.3.1）为直角梯形结构，外侧的斜边设有工字型滑道（10.3.2），内侧的直角边设有卡瓦牙（10.3.4），所述卡瓦牙（10.3.4）的内侧为弧形结构，用于与管柱（11）配合；所述卡瓦主体（10.3.1）的上表面处设有上弹簧连接孔（10.3.3），下表面处设有下弹簧连接孔（10.3.5）。

优选的，上述起下锥体（10.2）包括锥体主体（10.2.1）、锥体连接螺孔（10.2.2）、工字型滑槽（10.2.3），所述锥体主体（10.2.1）外侧为弧形结构，内侧为斜边，且设有倾斜的工字型滑槽（10.2.3），用于与卡瓦配合；所述锥体主体（10.2.1）的中心设有锥体连接螺孔（10.2.2）。

优选的，在所述作业平台（14）的外侧分别向外延伸设有快速逃生笼，在遇到井喷事故时，在作业平台（14）操作的工作人员快速跑到逃生孔工作板（14.1），逃生孔工作板（14.1）会发生反转，工作人员落入到安全网（14.7）内，逃生保护反板（14.2）倒扣在作业平台（14）的外延伸处，将整个快速逃生笼盖住保护，保护工作人员，反转平衡板（14.3）位于逃生保护反板（14.2）的下侧，避免逃生保护反板（14.2）再次反转。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

一、本发明将双液压缸举升，改为环形液缸举升，克服了双液压缸的力矩的不平衡问题，同时，减轻了整个装备的重量，如上下的两个横梁最重的工件可以省略掉，双缸变成单缸重量也减少许多，节省了加工成本，方便了作业；而且由于双缸变成了环形液缸，使整个系统的布局，更合理，也提高了操作台的操作空间；

二、将原来的液压游动卡瓦改为机械式的起下定向卡瓦装置，避免了多根高压液控管线随举升的高度变化而上下游动，这样不但减少了液控管线的数量，同时，也避免了因为高压液控管线来回的多次游动，造成的液控管线的损坏，减少了液控管线的损坏带来的高风险问题，从而使作业变得更安全；

三、在起下作业操作中采用单向的卡瓦，只是在下入和上起过程中，调转卡瓦和起下锥体的方向，这样通过纯机械式的结构，不仅节省了成本，而且，避免了采用液压游动卡瓦带来的很多高压液控管线的风险；

四，另外，还可以在作业平台的外侧增加快速逃生笼，可以使作业平台上的操作人员有快速逃生的通道，避免井喷带来的人员伤亡，而且吊笼式的结构可以快速实现逃生和对人员的保护，其结构简单，可以实现快速逃生。

附图说明

附图1是本发明的总装示意图；

附图2是本发明带压作业施工示意图；

附图3是管柱带压下入的局部结构示意图；

附图4是管柱带压上起的局部结构示意图；

附图5是锥体定位环的半剖示意图；

附图6是锥体定位环的俯视图；

附图7是卡瓦的结构示意图；

附图8是卡瓦的俯视图；

附图9是锥体扶正环的结构示意图；

附图10是起下锥体的结构示意图；

附图11是起下锥体的俯视图；

附图12是实施例2的作业平台和快速逃生笼的俯视图；

附图13是快速逃生笼的正常时的结构示意图；

附图14是快速逃生笼的反扣后的结构示意图；

附图15是实施例3的快速逃生笼的结构示意图；

上图中：人工井底1、油井套管2、井口法兰3、连接螺栓4、高压阀5、大四通6、三闸板防喷器7、环形液缸8、作业起下压帽9、起下定向卡瓦装置10、管柱11、丝堵12、平台支架13、作业平台14、作业吊卡15、油管接箍16，

半封7.1、悬挂7.2、动密封7.3、环缸基座8.1、环缸密封缸套8.2、升降活塞8.3、举升进液孔8.4、下降进液孔8.5，

锥体扶正环10.1、起下锥体10.2、卡瓦10.3、锥体连接螺丝10.4、锥体定位环10.5、卡瓦支撑弹簧10.6；逃生孔工作板14.1、逃生保护反板14.2、反转平衡板14.3、反转轴套14.4、反转固定轴14.5、安全悬绳14.6、安全网14.7；

扶正环主体10.1.1、扶正槽10.1.2和中心孔10.1.3，锥体主体10.2.1、锥体连接螺孔10.2.2、工字型滑槽10.2.3，卡瓦主体10.3.1、工字型滑道10.3.2、上弹簧连接孔10.3.3、卡瓦牙10.3.4、下弹簧连接孔10.3.5。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，参照附图1和2，本发明提到的一种采用定向卡瓦的自平衡带压作业装置，包括井口法兰3、连接螺栓4、大四通6、三闸板防喷器7，井口法兰3通过连接螺栓4连接大四通6，在大四通6的上部连接三闸板防喷器7，其改进之处是：还包括环形液缸8、作业起下压帽9、起下定向卡瓦装置10、平台支架13、作业平台14、作业吊卡15，在三闸板防喷器7的上部连接环形液缸8，在环形液缸8的上部设有起下定向卡瓦装置10，且起下定向卡瓦装置10通过作业起下压帽9固定连接；在所述环形液缸8的上方设有作业平台14，且作业平台14通过平台支架13支撑固定，平台支架13的下端延伸至地面处，在管柱11的顶部上方安设有作业吊卡15，通过作业吊卡15实现对管柱11进行吊装，通过环形液缸8、作业起下压帽9、起下定向卡瓦装置10实现管柱11的带压下入或上起操作。

参照附图3和4，本发明提到的环形液缸8包括环缸基座8.1、环缸密封缸套8.2、升降活塞8.3、举升进液孔8.4、下降进液孔8.5，所述环缸基座8.1的底部设有连接螺孔，用于与三闸板防喷器7的顶部连接；所述环缸基座8.1的上部安装环缸密封缸套8.2，且环缸密封缸套8.2为环形结构，中心空腔的内径与油井套管2的内径相同；所述环缸密封缸套8.2的缸套内安装环形的升降活塞8.3，升降活塞8.3的顶部连接起下定向卡瓦装置10；所述环缸密封缸套8.2的上侧设有下降进液孔8.5，下侧设有举升进液孔8.4；在下降进液孔8.5注入高压液压油时，升降活塞8.3沿着环缸密封缸套8.2下降，通过起下定向卡瓦装置10带动管柱11向井内下入；在举升进液孔8.4注入高压液压油时，升降活塞8.3沿着环缸密封缸套8.2上升，通过起下定向卡瓦装置10带动管柱11向地面上方上提。

参照附图3和4，本发明提到的起下定向卡瓦装置10包括锥体扶正环10.1、起下锥体10.2、卡瓦10.3、锥体连接螺丝10.4、锥体定位环10.5，所述起下锥体10.2通过锥体连接螺丝10.4连接在锥体定位环10.5上，起下锥体10.2的上端通过锥体扶正环10.1扶正位置，所述起下锥体10.2的内侧滑动配合卡瓦10.3，通过升降活塞8.3和作业起下压帽9带动起下锥体10.2移动，并通过卡瓦10.3带动管柱11移动。

参照附图5和6，本发明提到的锥体定位环10.5为环形结构，且设有四组定位孔10.5.1，并且锥体定位环设有外螺纹10.5.2，锥体定位环10.5通过外螺纹10.5.2与升降活塞8.3顶部的。

参照附图7和8，本发明提到的卡瓦10.3包括卡瓦主体10.3.1、工字型滑道10.3.2、上弹簧连接孔10.3.3、卡瓦牙10.3.4、下弹簧连接孔10.3.5，所述卡瓦主体10.3.1为直角梯形结构，外侧的斜边设有工字型滑道10.3.2，内侧的直角边设有卡瓦牙10.3.4，所述卡瓦牙10.3.4的内侧为弧形结构，用于与管柱11配合；所述卡瓦主体10.3.1的上表面处设有上弹簧连接孔10.3.3，下表面处设有下弹簧连接孔10.3.5。

参照附图10和11，本发明提到的起下锥体10.2包括锥体主体10.2.1、锥体连接螺孔10.2.2、工字型滑槽10.2.3，所述锥体主体10.2.1外侧为弧形结构，内侧为斜边，且设有倾斜的工字型滑槽10.2.3，用于与卡瓦配合；所述锥体主体10.2.1的中心设有锥体连接螺孔10.2.2。

参照附图9，本发明提到的锥体扶正环10.1包括扶正环主体10.1.1、扶正槽10.1.2和中心孔10.1.3，所述扶正环主体10.1.1为圆形结构，在中心设有圆形的中心孔10.1.3，扶正环主体10.1.1上设有多个扶正槽10.1.2，可以用于对起下锥体10.2的扶正。

本发明提到的一种采用定向卡瓦的自平衡带压作业装置的使用方法，包括以下过程：

一、安装自平衡带压作业装置，在井口法兰3通过连接螺栓4连接大四通6，在大四通6的上部连接三闸板防喷器7，在三闸板防喷器7的上部连接环形液缸8，在环形液缸8的上部安装起下定向卡瓦装置10，且起下定向卡瓦装置10上次安装作业起下压帽9，在所述环形液缸8的上方通过平台支架13固定装作业平台14；

二、在带压下入管柱时，将起下定向卡瓦装置10按照带压下入方式安装好，起下锥体10.2的窄头向下，通过锥体连接螺丝10.4连接在锥体定位环10.5上，所述卡瓦10.3的粗头向下，通过卡瓦支撑弹簧10.6连接在锥体定位环10.5，这时，通过控制下入进液孔8.5的进液，就可使升降活塞8.3下移，这时，通过升降活塞8.3和作业起下压帽9带动起下锥体10.2向下移动，卡瓦10.3沿着起下锥体10.2外侧滑道向上移动并锁紧管柱11，实现带压驱动管柱11向下移动一个活塞行程；

当带压驱动管柱11向下移动一个活塞行程后，向三闸板防喷器7的悬挂7.2打压，通过悬挂7.2暂时卡住管柱11，然后，环形液缸8驱动升降活塞8.3向上移动，卡瓦10.3在重力作用和卡瓦支撑弹簧10.6的拉力下，沿着起下锥体10.2外侧滑道向下移动，使卡瓦松开管柱11，使起下定向卡瓦装置10向上移动一个活塞行程，再次通过控制下入进液孔8.5的进液，升降活塞8.3和作业起下压帽9带动起下锥体10.2再次向下移动，依次循环操作可以实现连续带压下入管柱；

三、在带压上起管柱时，将起下定向卡瓦装置10按照带压上起方式安装好，起下锥体10.2的粗头向下，通过锥体连接螺丝10.4连接在锥体定位环10.5上，所述卡瓦10.3的窄头向下，通过卡瓦支撑弹簧10.6连接在作业起下压帽9，通过控制举升进液孔8.4的进液，就可使升降活塞8.3上升，在升降活塞8.3和作业起下压帽9带动起下锥体10.2向上移动，卡瓦10.3沿着起下锥体10.2外侧滑道向下移动并锁紧管柱11，实现带压驱动管柱11向上移动一个活塞行程；

当带压驱动管柱11向上移动一个活塞行程后，通过三闸板防喷器7的悬挂7.2暂时卡住管柱11，然后，环形液缸8驱动升降活塞8.3向下移动，卡瓦10.3在卡瓦支撑弹簧10.6的拉力下，沿着起下锥体10.2外侧滑道向上移动，使卡瓦松开管柱11，实现起下定向卡瓦装置10向下移动一个活塞行程；依次循环操作可以实现带压上起管柱。

实施例2，本发明提到一种采用定向卡瓦的自平衡带压作业装置，与实施例1不同之处是：

参照附图12-14，在作业平台14的两端外侧分别向外延伸，并在外延伸处的外侧分别设有两个快速逃生笼，所述快速逃生笼包括逃生孔工作板14.1、逃生保护反板14.2、反转平衡板14.3、反转轴套14.4、反转固定轴14.5、安全悬绳14.6、安全网14.7，所述逃生孔工作板14.1和逃生保护反板14.2的中心设有反转轴套14.4，并且可以绕反转固定轴14.5旋转，所述逃生孔工作板14.1为长方形板材，逃生保护反板14.2由两个长方形板材组成，外端的长方形板材与内端长方形板材不在同一个水平面，这样，可以使逃生保护反板14.2反扣时可以压紧在作业平台的外延处；

在逃生孔工作板14.1和逃生保护反板14.2的上表面安装有反转平衡板14.3，在作业平台14的外侧设有安全悬绳14.6，安全悬绳14.6的下方设有安全网14.7。

本发明的使用方法是：

在出现井喷事故时，在作业平台14操作的工作人员能够快速跑到逃生孔工作板14.1，逃生孔工作板14.1会立刻发生反转，工作人员落入到安全网14.7内，逃生保护反板14.2倒扣在作业平台14的外延伸处，将整个快速逃生笼盖住保护，保护工作人员，其中，逃生保护反板14.2的特殊结构可以使逃生保护反板14.2与作业平台的外延伸处接触更严密，保护效果更好；由于反转平衡板14.3位于逃生保护反板14.2的下侧，避免逃生保护反板14.2再次反转，直至井喷事故结束后，再将快速逃生笼中的安全网上的工作人员救下作业平台，解决了井喷一瞬间给工作人员带来的伤害。

实施例3，本发明提到一种采用定向卡瓦的自平衡带压作业装置，与实施例2不同之处是：

参照附图15，在作业平台14的外侧分别向外延伸设有多个快速逃生笼，所述快速逃生笼包括逃生孔工作板14.1、逃生保护反板14.2、反转平衡板14.3、反转轴套14.4、反转固定轴14.5、安全悬绳14.6、安全网14.7，所述逃生孔工作板14.1和逃生保护反板14.2都采用长方形板材，逃生保护反板14.2的长度大于逃生孔工作板14.1的长度，且中心设有反转轴套14.4，并且可以绕反转固定轴14.5旋转，在逃生孔工作板14.1和逃生保护反板14.2的上表面安装有反转平衡板14.3，在作业平台14的外侧设有安全悬绳14.6，安全悬绳14.6的下方设有安全网14.7。

本发明的使用方法是：

在出现井喷事故时，在作业平台14操作的工作人员能够快速跑到逃生孔工作板14.1，逃生孔工作板14.1会立刻发生反转，工作人员落入到安全网14.7内，逃生保护反板14.2倒扣在作业平台14的外延伸处，将整个快速逃生笼盖住保护，保护工作人员，由于反转平衡板14.3位于逃生保护反板14.2的下侧，避免逃生保护反板14.2再次反转，直至井喷事故结束后，再将快速逃生笼中的安全网上的工作人员救下作业平台，解决了井喷一瞬间给工作人员带来的伤害。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。