多功能鑽井管柱氣動卡瓦的製作方法
2023-05-19 22:57:36 1
專利名稱：多功能鑽井管柱氣動卡瓦的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種石油和天然氣鑽井過程中自動卡持鑽杆、鑽鋌或套管的一種井口機械化動力工具，特別是涉及一種具有起鑽自動刮泥、卡持不同尺寸鑽井管柱並防止管柱扭轉、自動扶正管柱等多種功能於一體，且簡化氣動裝置操作的多功能鑽井管柱氣動卡瓦。
背景技術：
現有石油和天然氣鑽井過程中，大都採用雙吊卡作業或單吊卡加手提式卡瓦作業方式，這兩種工作方式均存在工人勞動強度大，工作效率低，安全性能差等問題。特別是雙吊卡作業方式容易造成單吊環起鑽引發的重大工程和人身事故等問題，而手提式卡瓦雖然可以提高工作效率，但重量較大，工人反覆操作勞動強度特別高。針對以上問題，中國專利92242347.4 「半自動管柱卡瓦」採用一種特殊設計的升降柱塞彈簧系統及兩塊不相聯的卡瓦錐座、三自由度的懸吊裝置，利用柱塞彈簧和操作人員的施加外力及體重實現卡瓦體的升降，仍存在自動化程度低，勞動強度大，工作效率低、 安全性能差等問題。另有中國專利02212500.0「動力卡瓦」提供了一種利用外置式氣缸為動力的管柱卡瓦，氣缸固定在大方瓦上面，卡瓦體實際工作高度較高，不利於井口設備和人員的操作。又如中國專利:03221040.X 「石油管柱氣動卡瓦」和200320100403. 0 「多功能全自動鑽杆氣動卡瓦」分別提供了一種改良的氣動卡瓦，使鑽杆起、下操作簡單，提高了自動化程度，降低了工人的勞動強度。再如中國專利200520105076. 7「組合式油井作業用氣動卡瓦」和200820223023. 9 「多用途管柱氣動卡瓦」公布的氣動卡瓦設計了自動刮泥器結構，但刮泥器固定安裝無法拆卸，造成使用不便，另外由於卡瓦座尺寸限制可以適用的卡瓦體尺寸數量有限，無法滿足全部鑽井管柱的起下鑽或下套管作業。國外也有類似的動力卡瓦，但工作高度均在600mm以上，井口進行液壓大鉗拆卸鑽杆扣及擺放防噴盒等操作時相當困難，不適合我國國情使用。除此以外，上述的幾種氣動卡瓦都是固定型號對應一種規格的鑽杆，而井上作業時鑽鋌、鑽杆和套管的起、下經常交叉進行，在起、下不同規格的管柱時就必須更換不同的氣動卡瓦，操作起來非常麻煩且成本增加，同時氣動鑽杆卡瓦由於不具備防扭功能不能適用於下套管作業，且鑽檯面上一般都是雙向進出氣控制，布置的4根氣管線影響了井口的正常操作，此外氣缸內置式的氣路系統存在維護、保養特別麻煩等缺點。 正是由於存在著上述問題，氣動卡瓦在國內沒有得到廣泛的推廣應用。
實用新型內容本實用新型解決的技術問題是提供一種多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其多個撬裝式氣缸只需對應連接兩路氣路管線，單向進氣，減小了氣動卡瓦的整體高度，使維護更加方便，簡化了氣缸的操作，提高了操作的安全性。本實用新型解決的另一技術問題是提供一種多功能鑽井管柱氣動卡瓦，具有適用所有鑽井管柱、防止管柱扭轉和自動刮泥等功能。[0006]本實用新型的技術解決方案是—種多功能鑽井管柱氣動卡瓦，該多功能鑽井管柱氣動卡瓦包括有卡瓦座、卡瓦體、氣動裝置、導向杆及支撐板；其中所述卡瓦座包括兩瓣卡瓦座體，所述卡瓦座於所述卡瓦座體的連接端設有一能自由開合的方瓦銷；所述卡瓦體的外側面與該卡瓦座的內側面為相互配合接觸的圓錐面，且所述卡瓦體內側面設有卡瓦牙；所述氣動裝置包括撬裝式結構的多個氣缸及兩路氣路管線，所述氣缸安裝於所述卡瓦座的內孔並連接所述氣路管線， 所述多個氣缸的上部及下部分別經由兩路所述氣路管線連通設置，所述多個氣缸之間的氣路管線埋設於所述卡瓦座內所開設的管槽中；所述氣缸的活塞杆上端連接並固定於所述支撐板下表面；所述導向杆能夠上下移動地設於該卡瓦座上，且突出於該卡瓦座上表面，所述導向杆上端連接並固定於所述支撐板下表面；所述支撐板經由連杆片與所述卡瓦體鉸接。上述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其中，所述卡瓦體外側面與該卡瓦座內側面接觸的圓錐面上設有階梯式臺階。上述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其中，所述卡瓦體與所述連杆片之間為能夠快速拆卸或安裝的卡銷式連接結構。上述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其中，所述卡瓦體內側面安裝有卡瓦牙，所述卡瓦牙與所述卡瓦體內側面之間設有燕尾槽固定結構，且所述卡瓦牙經由壓塊固定於所述卡瓦體內側面，所述卡瓦牙為標準件式卡瓦牙結構。上述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其中，所述支撐板上鉸接有易於拆卸的刮泥託盤，所述刮泥託盤和支撐板形成的腔體內設有浮動式刮泥盤，該刮泥盤與所述刮泥託盤的下表面連接。上述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其中，所述卡瓦座底部中間部位設有扶正耐磨環，且該扶正耐磨環與所述卡瓦座之間為便於現場更換的燕尾槽滑入式連接結構。上述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其中，所述卡瓦體外側頂部與所述卡瓦座內側頂部設有相互配合的凹凸槽防扭轉結構。上述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其中，所述氣動裝置包括兩個氣缸，且所述兩個氣缸分別設於兩瓣所述卡瓦座體上，所述氣動裝置的氣路管線為單向進氣結構。上述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其中，該氣動卡瓦包括四個卡瓦體，且所述四個卡瓦體對稱分布設置。由以上說明得知，本實用新型與現有技術相比較，確實具有如下優點1、撬裝式氣缸結構大大降低了氣動卡瓦的工作高度，使其卡緊鑽杆時工作面基本與鑽臺面平齊，而且氣缸更加便於現場維修保養。2、四路氣路管線在卡瓦座內部即合併為兩路，減少了鑽檯面上氣路管線數量，提高了操作安全性。3、在支撐板上增設易裝拆的刮泥託盤並內置刮泥盤，不僅實現了刮泥和卡持鑽杆的雙重功能，而且下入鑽杆或套管時可以很方便地取下。4、多功能鑽井管柱氣動卡瓦內部的卡瓦體包括不同的規格系列，而且便於現場更換卡瓦體以及不同尺寸的卡瓦牙，適用於不同規格尺寸的鑽杆、套管和鑽鋌等，實現了現場更換卡瓦體或卡瓦牙，而不必整體更換氣動卡瓦，簡化了操作程序，降低了鑽井成本。
圖1為本實用新型多功能鑽井管柱氣動卡瓦的剖面示意圖；圖2為本實用新型多功能鑽井管柱氣動卡瓦的立體示意圖(無刮泥託盤狀態)；圖3為本實用新型多功能鑽井管柱氣動卡瓦的氣動裝置設置示意圖；圖4為本實用新型多功能鑽井管柱氣動卡瓦的氣動裝置的氣紅剖視圖；圖5A、5B分別為本實用新型卡瓦牙壓塊主視示意圖和左視示意圖。主要元件標號說明1 卡瓦座2 卡瓦體3 氣紅31 第ー氣紅 32 第ニ氣紅 33 活塞杆4 氣路管線5 卡瓦牙 6 刮泥託盤 7 刮泥盤8:支撐板 9:連杆片10:導向杆11 方瓦銷 12 扶正耐磨環
具體實施方式
本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，是ー種具有設計新穎的撬裝式氣紅、單 向進氣、適用所有鑽井管柱、防止管柱扭轉和自動刮泥等功能的多功能鑽井管柱氣動卡瓦， 其維護方便，操作安全，克服了現有技術於實際應用中給鑽井作業帶來不便的諸多缺陷。本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，該多功能鑽井管柱氣動卡瓦包括有卡瓦 座、卡瓦體、氣動裝置、導向杆及支撐板；卡瓦座包括兩瓣卡瓦座體，卡瓦座於卡瓦座體的連 接端設有ー能自由開合的方瓦銷；卡瓦體的外側面與卡瓦座的內側面為相互配合接觸的圓 錐面，且卡瓦體內側面設有卡瓦牙；氣動裝置包括撬裝式結構的多個氣紅及兩路氣路管線， 氣紅安裝於卡瓦座的內孔並連接所述氣路管線，多個氣紅的上部及下部分別經由兩路氣路 管線連通設置，多個氣紅之間的氣路管線埋設於卡瓦座內所開設的管槽中；氣紅的活塞杆 上端連接並固定於支撐板下表面；導向杆能夠上下移動地設於該卡瓦座上，且突出於該卡 瓦座上表面，導向杆上端連接並固定於支撐板下表面；支撐板經由連杆片與卡瓦體鉸接。為了對本實用新型的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明 本實用新型的具體實施方式
。請參照圖1及圖2所示，為本實用新型多功能鑽井管柱氣動卡瓦的較佳實施例的 剖面示意圖，該圖中本實用新型處於鬆開管柱狀態下，即卡瓦體處於升起的位置。如圖所 示，該多功能鑽井管柱氣動卡瓦包括卡瓦座1、卡瓦體2、氣動裝置、導向杆10及支撐板8 等；卡瓦座1包括兩瓣卡瓦座體，卡瓦座體的其中ー端相互連接在ー起，另ー端能夠自由開 合，當該卡瓦座1閉合時，能夠對應組合形成ー中空筒狀結構；卡瓦座1於卡瓦座體的連接 端設有ー能自由開合的方瓦銷11，因此，兩個卡瓦座體於連接端能夠以方瓦銷11為軸心自 由轉動開合。本實用新型的卡瓦座1的內側面與卡瓦體2的外側面為相互配合接觸的圓錐 面，多個卡瓦體2對應卡瓦座1內側面設置，且能夠沿卡瓦座1內側面的錐面滑動，而卡瓦 體2的內側面保持豎直方向不變。卡瓦體2於卡瓦座1內側面的滑動過程中，卡瓦體2根 據卡瓦座1內側面上下內徑的不同從而改變卡瓦體2所圍成的圓柱形空間的直徑大小，從 而達到對管柱抱緊和鬆開的目的。卡瓦體2的內側面還設有卡瓦牙，以增強卡瓦對管柱的夾持摩擦，夾緊管柱。較佳的，本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦包括有四個卡瓦體2，且所述四個卡瓦體2對稱分布設置，並形成有一圓柱形空間，用以對應容納管柱。本實用新型的氣動裝置包括有撬裝式結構的多個氣缸3及兩路氣路管線4，氣缸3 安裝於卡瓦座1的內孔並連接氣路管線4，氣路管線4埋設於卡瓦座1內所開設的管槽中， 多個氣缸3的上部及下部分別經由兩路氣路管線4連通設置。在一較佳實施例中，如圖3及圖4所示，本實用新型多功能鑽井管柱氣動卡瓦的氣動裝置設置示意圖及本實用新型多功能鑽井管柱氣動卡瓦的氣動裝置的氣缸剖視圖，該氣動卡瓦的氣動裝置設有兩個氣缸3 (第一氣缸31及第二氣缸3 ，分別設於兩瓣卡瓦座體上，且沿氣動卡瓦的徑向相對設置。其中第一氣缸31於卡瓦座上方設有兩個外接氣路管線接口，用以通過氣路管線4連接設置在外部提供壓力氣體的氣控閥。上述兩個外接氣路管線4接口分別與第一氣缸31的上部及下部連通，從而控制氣缸活塞的上下運動，從而帶動活塞杆33運動。另外，第一氣缸31的上部及下部與第二氣缸32的上部及下部經由兩路氣路管線4分別對應連通，且兩個氣缸3之間的氣路管線4埋設於卡瓦座1內側面的管槽中， 氣動裝置的氣路管線4為單向進氣結構，簡化了對壓力氣體的控制。因此，外界提供壓力氣體能夠控制兩個氣缸3的活塞同時上升或同時下降。請再參照圖1及圖2所示，本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其卡瓦座1設有多根突出卡瓦座1上表面且能夠上下移動的導向杆10，導向杆10上端連接並固定於支撐板8的下表面，氣缸3的活塞杆33上端連接並固定於支撐板8下表面，並通過多個氣缸 3的活塞上升或下降運動，帶動活塞杆33作上升或下降運動。支撐板8經由連杆片9與卡瓦體2鉸接，使氣缸3的活塞杆33、導向杆10、支撐板8及卡瓦體2形成聯動機構，且卡瓦體2隨著氣缸3的活塞杆33的上下運動而能夠在卡瓦座1內側面上滑動。本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦的一具體實施例中，其卡瓦體2與連杆片 9之間為能夠快速拆卸或安裝的卡銷式連接結構，能夠在使用現場快速拆卸或安裝卡瓦體 2。較佳的，卡瓦體2內側面安裝有卡瓦牙5，卡瓦牙5與卡瓦體2內側面之間設有燕尾槽固定結構，且卡瓦牙5經由壓塊51固定於所述卡瓦體2內側面(如圖5A及圖5B所示)，如圖所示，壓塊51可採用螺釘緊固的方式，也可以採用其他方式，將壓塊51緊緊的壓在卡瓦牙 5的燕尾槽結構上，將卡瓦牙5固定到卡瓦體2上。卡瓦牙5為標準件式卡瓦牙結構，在實際使用中，可根據不同規格尺寸的鑽杆、鑽鋌或套管選擇相應的卡瓦牙標準件，便於拆卸， 可於現場根據所需夾持的管柱的規格進行卡瓦牙5的快速更換，當更換的管柱直徑相差較大時，可採取更換卡瓦體和卡瓦牙的方式，當更換的管柱直徑相差較小時，可採用只更換卡瓦牙的方式。以此，本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦適用於ZP175、205、520、275、375 和495等任何類型的鑽機鑽盤，可用於卡持從31//到65/8"系列鑽杆和674"、7"系列鑽鋌，以及472"到13"系列套管等不同規格尺寸的鑽井管柱，特殊設計的快裝式結構有利於現場維護和更換。較佳的，本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其卡瓦體2外側面與卡瓦座1內側面接觸的圓錐面上設有階梯式臺階，如圖1所示，該階梯式臺階的結構能夠使卡瓦體在鬆開管體的過程中，當卡瓦體上升到該階梯式臺階以上時，脫離卡瓦座內側圓錐面的限制， 迅速向外側移動，擴大中間圓柱形空間的直徑，從而減少卡瓦體上升距離同時實現讓開管
6柱通行的通道，減少作業時間，提高作業效率。本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，在卡持管柱過程中，為了防止管柱轉動， 卡瓦體2外側頂部與卡瓦座1內側頂部設有相互配合的凹凸槽防扭轉結構，採用凹凸槽體的限制結構，限制了卡瓦體左右兩側的移動，從而實現了卡瓦體的防扭轉功能，保證了鑽井作業的效率和安全。請再參閱圖1所示，本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦的較佳實施例中，支撐板8上鉸接有易於拆卸的刮泥託盤6，刮泥託盤6和支撐板8形成的腔體內設有浮動式刮泥盤7，刮泥盤7與刮泥託盤6的下表面固定連接，從而實現起升管柱時自動刮泥的功能，將鑽杆表面粘附的泥漿刮入井口。刮泥託盤6與支撐板8之間為便於拆卸的鉸接結構，在無需使用刮泥盤7時，能夠將其快速取下而不影響鑽井作業。本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦的一具體實施例中，還具有在起下管柱過程中防止管柱偏斜的扶正功能，具體的，本實施例的卡瓦座底部中間部位設有扶正耐磨環 12，且扶正耐磨環12與卡瓦座1之間為便於現場更換的燕尾槽滑入式連接結構。扶正耐磨環12安裝在卡瓦座1底部，且其內徑小於當卡瓦體2提升後形成的圓柱形空間的直徑，因此，扶正耐磨環12能夠於起下管柱過程中，若管柱出現偏斜情況時，能夠有效的扶正鑽井管柱，防止管柱直接磨損卡瓦座1，同時也避免管柱接箍磕碰到卡瓦體2上的卡瓦牙5等部件，延長了氣動卡瓦的使用壽命。其採用燕尾槽結構，便於扶正耐磨環12的維護和更換。以下為本實用新型多功能鑽井管柱氣動卡瓦的一較佳實施例，以鑽井起、下鑽作業為例，其具體工作過程如下本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦實施應用前，應先根據需要起降的鑽井管柱的規格，選擇對應的卡瓦牙5標準件安裝在卡瓦體2內側面上；若在鑽井過程中需要夾持不同規格的管柱，只需要快速更換相對應的卡瓦體2或卡瓦牙5即可，無需更換整個氣動卡瓦，方便快捷。本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦開始工作時，在提升管柱前，司鑽操作氣控閥控制氣缸3通過氣路管線4從氣缸3底部先進氣，氣缸3的活塞在高壓氣體的推動下上行，而活塞杆33帶動支撐板8上升，支撐板8拉動連杆片9帶動卡瓦體2沿卡瓦座1錐面滑動上行，四片卡瓦體2形成的圓柱形空間的開口直徑逐漸增至最大，以此讓開管柱通道， 此時，管柱能夠自由上行，同時刮泥盤7開始工作，將鑽杆表面粘附的泥漿刮入井口。當下鑽時，本實用新型的多功能鑽井管柱氣動卡瓦工作過程與起鑽作業時基本相同，通過先控制氣缸3下部進氣上提活塞杆33，而帶動支撐板8上行，從而使卡瓦體2上升， 讓開管柱通道後再下放管柱。操作前可以將易於拆卸的刮泥託盤6先行拆下，以方便下放管柱。另外，當需要卡住管柱拆卸扣，即使氣動卡瓦夾持鑽井管柱時，則控制氣控閥通過氣路管線4從氣缸3的上部進氣，氣缸3的活塞杆33在高壓氣體的推動下下行，帶動支撐板8下降，支撐板8通過連杆片9帶動卡瓦體2沿卡瓦座1內側的錐面滑動下行，四片卡瓦體2形成的圓柱形空間的開口直徑逐漸減小，直至抱合卡緊鑽杆為止，通過卡瓦牙5增強對管柱的夾持摩擦力，有效夾持鑽井管柱。以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式
，並非用以限定本實用新型的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬於本實用新型保護的範圍。
權利要求1.一種多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其特徵在於，該多功能鑽井管柱氣動卡瓦包括有卡瓦座、卡瓦體、氣動裝置、導向杆及支撐板；其中所述卡瓦座包括兩瓣卡瓦座體，所述卡瓦座於所述卡瓦座體的連接端設有一能自由開合的方瓦銷；所述卡瓦體的外側面與該卡瓦座的內側面為相互配合接觸的圓錐面，且所述卡瓦體內側面設有卡瓦牙；所述氣動裝置包括撬裝式結構的多個氣缸及兩路氣路管線，所述氣缸安裝於所述卡瓦座的內孔並連接所述氣路管線，所述多個氣缸的上部及下部分別經由兩路所述氣路管線連通設置，所述多個氣缸之間的氣路管線埋設於所述卡瓦座內所開設的管槽中；所述氣缸的活塞杆上端連接並固定於所述支撐板下表面；所述導向杆能夠上下移動地設於該卡瓦座上，且突出於該卡瓦座上表面，所述導向杆上端連接並固定於所述支撐板下表面；所述支撐板經由連杆片與所述卡瓦體鉸接。
2.如權利要求1所述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其特徵在於，所述卡瓦體外側面與該卡瓦座內側面接觸的圓錐面上設有階梯式臺階。
3.如權利要求1所述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其特徵在於，所述卡瓦體與所述連杆片之間為能夠快速拆卸或安裝的卡銷式連接結構。
4.如權利要求1所述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其特徵在於，所述卡瓦體內側面安裝有卡瓦牙，所述卡瓦牙與所述卡瓦體內側面之間設有燕尾槽固定結構，且所述卡瓦牙經由壓塊固定於所述卡瓦體內側面，所述卡瓦牙為標準件式卡瓦牙結構。
5.如權利要求1所述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其特徵在於，所述支撐板上鉸接有易於拆卸的刮泥託盤，所述刮泥託盤和支撐板形成的腔體內設有浮動式刮泥盤，該刮泥盤與所述刮泥託盤的下表面連接。
6.如權利要求1所述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其特徵在於，所述卡瓦座底部中間部位設有扶正耐磨環，且該扶正耐磨環與所述卡瓦座之間為便於現場更換的燕尾槽滑入式連接結構。
7.如權利要求1所述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其特徵在於，所述卡瓦體外側頂部與所述卡瓦座內側頂部設有相互配合的凹凸槽防扭轉結構。
8.如權利要求1所述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其特徵在於，所述氣動裝置包括兩個氣缸，且所述兩個氣缸分別設於兩瓣所述卡瓦座體上，所述氣動裝置的氣路管線為單向進氣結構。
9.如權利要求1所述的多功能鑽井管柱氣動卡瓦，其特徵在於，該氣動卡瓦包括四個卡瓦體，且所述四個卡瓦體對稱分布設置。
專利摘要一種多功能鑽井管柱氣動卡瓦，包括有卡瓦座、卡瓦體、氣動裝置、導向杆及支撐板；卡瓦座包括兩瓣卡瓦座體，卡瓦體的外側面與該卡瓦座的內側面為相互配合接觸的圓錐面，且卡瓦體內側面設有卡瓦牙；氣動裝置包括撬裝式結構的多個氣缸及兩路氣路管線，氣缸安裝於卡瓦座的內孔並連接氣路管線，多個氣缸的上部及下部分別經由兩路氣路管線連通，多個氣缸之間的氣路管線埋設於卡瓦座內所開設的管槽中；氣缸的活塞杆上端連接並固定於支撐板下表面；導向杆設於卡瓦座上，導向杆上端連接並固定於支撐板下表面；支撐板經由連杆片與卡瓦體鉸接。以此，減小了本實用新型的整體高度，使結構更簡單，維護更加方便，同時簡化了氣缸的操作，提高了操作的安全性。
文檔編號E21B19/10GK201991465SQ201120039748
公開日2011年9月28日 申請日期2011年2月16日 優先權日2011年2月16日
發明者姜建勝, 林立 申請人:中國石油大學(北京)