一种适应顶驱作业的三节直立套装井架及其起升方法与流程

本发明涉及直立井架，尤其涉及一种适应顶驱作业的三节直立套装井架及其起升方法。

背景技术：

1、据了解，大庆油区仍然大量保留着取换套管的修井工艺。取换套管作业是一种工况复合型的修井作业，其作业过程涵盖了起原井生产管柱、套铣及取套等，过程中涉及到起下管柱和套铣取套两大类管柱操作、穿插进行。起下管柱作业追求效率，以双根起下为宜；套铣作业目的是铣掉套管外侧的固井水泥环，使套管自由，再采取切割或倒扣的方式将井内破损或变形的旧套管取出，要求长期稳定可靠的旋转钻进。因此需要研究一种能高效完成双根起下管柱、单根旋转钻进的设备。

2、匹配顶驱作业的车装式钻修设备在每次转场前后，随着“一趟钻”技术的推广，井架在转场上变得更加频繁。但井架的每次转场，井架内安装的设备须拆卸进行单独运输，如顶驱，首先，受限于井架的内部空间，现有的井架的横梁布置在井架的横截面的中间位置，加上顶驱在井架内部的活动空间，会导致井架的宽度超宽，增加井架的运输难度；其次，顶驱在伸缩井架的内部缺少固定结构，因此在拆除井架前就会将顶驱拆卸，进行单独运输。井架的每次转场均涉及到了顶驱的拆卸和安装，费时费力，导致井架的转场效率低。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种适应顶驱作业的三节直立套装井架及其起升方法，其解决了现有技术中存在的井架内部的顶驱在转场过程中需要拆除后单独运输，导致井架的转场效率低的问题。

2、根据本发明的实施例，一种适应顶驱作业的三节直立套装井架，包括井架下体、油缸驱动滑动套装于井架下体内的井架中体以及油缸驱动滑动套装于井架中体内的井架上体，井架下体、井架中体和井架上体的前腿内侧壁处于同一平面内，且井架下体、井架中体和井架上体的前腿内侧均设置有供顶驱运动的顶驱导轨，且各顶驱导轨直接顺畅交接，井架下体底端设置有用于将固定顶驱固定于顶驱导轨上的拉杆。

3、优选的，所述顶驱导轨包括布置于所述井架下体、井架中体和井架上体前腿内侧的导向杆，且所述井架下体、井架中体和井架上体内的导向杆之间等距分布，所述顶驱两侧均设置有安装架，并通过安装架转动设置有滚轮组，滚轮组中相邻的滚轮之间设置有供单个导向杆插入的间隙。

4、优选的，所述井架下体与井架中体之间连接有中体伸缩油缸，所述井架中体与井架上体之间设置有上体伸缩油缸，中体伸缩油缸和上体伸缩油缸并排布置。

5、优选的，所述井架下体、井架中体和井架上体的横截面均成“u”形，所述中体伸缩油缸和上体伸缩油缸布置于井架的背部。

6、优选的，井架内部两侧均设置有所述中体伸缩油缸，所述上体伸缩油缸位于两个所述中体伸缩油缸之间，所述井架下体和井架中体内布置有中体油缸扶正器，所述井架中体和井架上体内布置有上体油缸扶正器，中体油缸扶正器和上体油缸扶正器上分别设置有圆弧形或环形的导向块，并通过圆弧形或环形的导向块分别与中体伸缩油缸或上体伸缩油缸的外壁贴合。

7、优选的，所述中体伸缩油缸为双伸缩油缸，所述上体伸缩油缸为单伸缩油缸。

8、优选的，所述井架下体和井架中体的顶部分别布置有用于支撑所述井架中体和井架上体的中体承载组件和上体承载组件，中体承载组件和上体承载组件均包括两个承载盒、一端铰接于一个承载盒一侧的“l”形承载块以及一端铰接于承载块转角处，另一端铰接于井架上的锁销气缸，两个承载盒分别布置于两个相互套装的井架之间，承载块的活动端可通过锁销气缸的收缩而转动至水平状态，且水平的活动端位于另一个承载盒的正上方或正下方。

9、优选的，所述承载块的活动端的一侧布置有带锁销孔的限位块，且限位块可在所述承载块的活动端转动至水平状态时通过插销进行所述承载块的固定。

10、优选的，所述中体承载组件安装于所述井架下体的顶部，所述上体承载组件安装于所述井架上体的底部。

11、一种适应顶驱作业的三节直立套装井架的起升方法，包括如下步骤： 步骤一，将相互套装形式的井架下体、井架中体和井架上体直立安装在钻台上，并根据通过拉杆固定在井架下体内的顶驱的转轴对准井口中心线，完成井架的底部的固定； 步骤二，依次启动中体伸缩油缸和上体伸缩油缸，在中体伸缩油缸伸出的过程中通过中体油缸扶正器对中体伸缩油缸进行导向，在中体伸缩油缸完全伸出后，启动中体承载组件中的锁销气缸，锁销气缸收缩，带动中体承载组件中的承载块转动，承载块的活动端转动至水平状态后，控制中体伸缩油缸收缩，使得井架中体底部的中体承载盒的底面与中体承载组件中的承载块的顶面接触，下体承载盒的顶面与承载块的底面接触，并在中体承载组件中的限位块上进行穿销，实现井架下体对井架中体的支撑； 步骤三，在井架中体固定后，启动上体伸缩油缸，通过上体油缸扶正器进行上体伸缩油缸的导向，在上体伸缩油缸完全伸出后，启动上体承载组件中的锁销气缸，锁销气缸收缩，带动上体承载组件中的承载块转动，承载块的活动端转动至水平状态后，控制上体伸缩油缸收缩，使得井架中体顶部的上体承载盒的底面与上体承载组件中的承载块的顶面接触，中体承载盒的顶面与承载块的底面接触，并在上体承载组件中的限位块上进行穿销，实现井架中体对井架上体的支撑； 步骤四，通过井架上体上的天车收卷缆绳，将一端铰接在井架中体上的二层台拉动至水平状态，控制二层台底部倾斜布置的气缸伸出，并通过穿销将该气缸的活动端与井架中体上布置的耳板连接，最后可启动顶驱沿顶驱导轨在井架下体、井架中体和井架上体之间竖直移动。

12、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

13、1、井架上体与井架中体套合、井架中体与井架下体套合；井架下体、井架中体、井架上体的各前立柱内侧面平齐，便于布置顶驱导轨、顶驱导向轮与各导轨间的交接顺畅。

14、2、井架上体由一个上体伸缩油缸带动伸缩，井架中体由双个中体伸缩油缸带动伸缩，三条油缸并排交错布置，确保三条伸缩油缸扶正器的安装空间，同时在井架截面的高度方向缩减了尺寸。

15、3、井架上体、井架中体和井架下体均焊有顶驱导轨，顶驱导轨中的导向杆错开布置，确保顶驱运行的全行程内有一条作为导轨的导向杆可供使用，且井架上体与井架中体、井架中体与井架下体导轨交接顺畅。

16、4、顶驱导轨与井架上体、井架中体和井架下体的前立柱集成，起到引导顶驱运行的作用，同时顶驱的反扭矩由井架主体直接承担，无需额外设计专用的反扭矩结构。

17、5、由于井架下体底端的拉杆的设置，配合井架上体顶部的天车，使得在移运状态下顶驱不拆，随合套的井架主体一同运输；作业前状态顶驱随井架主体一同起升；极大减少钻修井设备匹配顶驱作业时的作业前准备工作量。

18、6、井架下体与井架中体间采用液缸驱动/从外向内插入的锁销；井架中体与井架上体间采用液缸驱动/从内向外插入的锁销，克服了机械式锁销梁占用井架截面空间、影响游车大钩及顶驱运行的缺点。

19、7、井架上体截面、井架中体截面由h型布局改为u型布局，扩大的井口空间，更适用于直立型式的井架。

20、8、以净空高度为33m的井架为例，三节井架型式与双节井架型式在运输状态的总长度分别为15.2m和20.0m，能减少约4.8m。