一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦的制作方法
【專利摘要】一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦，由防扭卡瓦座(1)、防扭卡瓦體(2)、液壓缸(3)、液壓控制系統(4)、防扭卡瓦牙(5)、支撐板(6)、導向桿(7)、扶正環(8)等組成。兩瓣防扭卡瓦座(1)可自由開合并與轉盤大方瓦互換，分瓣式防扭卡瓦體(2)與防扭卡瓦座(1)通過內側面接觸可上下滑動并設有周向防扭槽，防扭卡瓦牙(5)安裝在防扭卡瓦體(2)上可以卡持不同尺寸的石油管柱，液壓缸(3)安裝在防扭卡瓦座(1)上并與液壓控制系統(4)連接，液壓缸(3)的活塞桿與導向桿(7)同時固定在支撐板(6)上，扶正環(8)安裝在防扭卡瓦座(1)的居中位置。
【專利說明】一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油和天然氣鉆井過程中自動卡持并固定鉆桿、鉆鋌或套管并可以防止管柱扭轉的一種井口液壓動力工具，特別是具有與頂驅配套使用代替管柱動力鉗拆、裝石油管柱的一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦。
【背景技術】
[0002]在石油和天然氣鉆井起、下鉆過程中，雙吊卡作業或單吊卡加手動卡瓦作業方式已經不能滿足現代鉆井施工對高效、安全、環保等方面的要求，隨之出現的多功能鉆桿氣動卡瓦、多功能管桿氣動卡瓦和鉆鋌、套管氣動卡瓦等大大提高了井口的操作安全性能、降低了工人勞動強度和提高了起、下鉆工作效率，但氣動卡瓦無法滿足卡緊管柱直接拆卸扣時對石油管柱防止扭轉的要求，也無法實現卡緊、松開管柱時不同的卡持力要求，且存在動作不平穩、噪聲等問題；另一方面，為了滿足鉆機搬迀、安裝的需要，現代輕便型鉆機數量越來越多，特別是近幾年快速發展的煤層氣鉆井對中、淺井鉆機的設備配套提出了新的要求，需要最大程度地減少鉆臺設備配置，如去除笨重的鉆井管柱動力鉗、鐵鉆工等井口設備，在實現鉆機遠程自動控制的同時，提高鉆機自動化控制水平。
[0003]中國專利:多功能桿管氣動卡瓦(CN201020519940.9)和中國專利:多功能鉆井管柱氣動卡瓦(CN201120039748.4)即為利用氣缸作為動力實現卡緊石油管柱的動力卡瓦，由于氣源壓力較低，驅動卡瓦體升降時主要實現了對管柱的承重作用而無法完全實現對管柱的防扭功能。又如中國專利:多功能液壓動力卡瓦(201220149452.2)采用兩級液壓缸驅動卡瓦體升降來卡緊石油管柱，具備了一定的防扭能力，但當井深較淺管柱重量不大時普通液壓卡緊力也不夠大從而無法實現利用頂驅裝置直接拆卸石油管柱的功能。再如中國專利:閘板式雙向自緊密封卡瓦(CN201320238790.8)采用液壓缸和液壓控制系統驅動卡瓦牙雙向卡緊或松開油管，主要為油田油水井不壓井作業設備配套，只能卡持油管且不具備防扭功能，均不能實現頂驅鉆機卡緊管柱并直接拆卸扣的要求。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦，不僅可用于鉆井起、下鉆過程中有效卡持并固定鉆桿、套管或鉆鋌等石油管柱，而且對于頂驅鉆機，由頂驅設備配合該液壓動力卡瓦可以直接拆卸、旋接不同尺寸的石油管柱，從而取代鉆井管柱動力鉗，簡化鉆臺設備配置。
[0005]本發明主要由防扭卡瓦座(I)、防扭卡瓦體(2)、液壓缸(3)、液壓控制系統(4)、防扭卡瓦牙(5)、支撐板(6)、導向桿(7)、扶正環(8)等組成。其特征在于:兩瓣防扭卡瓦座(I)可自由開合并與轉盤大方瓦互換，分瓣式防扭卡瓦體(2)與防扭卡瓦座(I)通過內側面接觸可上下滑動并設有周向防扭槽，防扭卡瓦牙(5)安裝在防扭卡瓦體(2)上可以卡持不同尺寸的石油管柱，液壓缸(3)安裝在防扭卡瓦座(I)上并與液壓控制系統(4)連接，液壓缸(3)的活塞桿與導向桿(7)同時固定在支撐板(6)上，扶正環(8)安裝在防扭卡瓦座(I)的居中位置。
[0006]本發明的有益效果在于:一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦不僅可以給石油管柱施加可靠的液壓卡緊力，保證卡緊或松開石油管柱時動作更加平穩，而且當液壓動力卡瓦卡緊石油管柱時，液壓控制系統工作壓力為高壓，防扭卡瓦牙(5)不僅有效卡緊石油管柱，同時提供了垂直方向的懸持力和防止管柱扭轉的周向扭矩，可以實現卡緊管柱時由頂驅設備直接拆、裝石油管柱；當液壓動力卡瓦松開管柱時，液壓控制系統為低壓工作，只需要提供支撐卡瓦體重量的垂直向上液壓力即可，液壓控制系統安全保護回路同時工作。高、低壓控制壓力和安全保護回路均可實現遠程操作，由司鉆一人控制，不僅簡化了鉆臺設各配置，而且提高了鉆井自動化操作水平，液壓管線全部置于鉆臺面底部，鉆臺上沒有多余控制管線，井口操作更加安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦的結構示意圖。
[0008]圖2為一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦液壓控制系統原理圖。
【具體實施方式】
[0009]下面接合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0010]如附圖1、2所示的一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦，圖1為松開石油管柱的工作狀態。主要由防扭卡瓦座(I)、防扭卡瓦體(2)、液壓缸(3)、液壓控制系統(4)、防扭卡瓦牙(5)、支撐板(6)、導向桿(7)、扶正環(8)等組成。兩瓣防扭卡瓦座(I)可自由開合，分瓣式防扭卡瓦體(2)與防扭卡瓦座(I)通過內側面接觸并可上下滑動，防扭卡瓦牙(5)安裝在防扭卡瓦體(2)上，液壓缸(3)安裝在防扭卡瓦座(I)上并與液壓控制系統(4)連接，液壓缸(3)的活塞桿與導向桿(7)同時固定在支撐板(6)上，扶正環(8)安裝在防扭卡瓦座(I)的居中位置。
[0011]在常規轉盤驅動的鉆井施工中，只有起、下鉆時才將石油管柱液壓動力卡瓦安裝在轉盤大方瓦孔內，正常鉆進時需要將液壓動力卡瓦取出。起、下鉆提升管柱前，司鉆控制圖中的液壓控制系統⑶中手動換向閥(30)左位工作，減壓閥(31)低壓工作，液壓缸(3)活塞上行，帶動導向桿(7)推動支撐板(6)上升，從而拉動防扭卡瓦體(2)沿防扭卡瓦座
(I)內側面上行，分瓣式防扭卡瓦體(2)形成的圓逐漸增大，石油管柱先上提接卡再實現起、下鉆操作；反之，需要卡緊管柱拆卸扣時，司鉆控制手動換向閥(30)右位工作，此時電磁閥(33)和電磁閥(32)左位工作，多作用增壓缸(34)持續增壓，液壓缸(3)活塞下行，帶動導向桿(7)及支撐板(6)下降，從而拉動防扭卡瓦體(2)沿防扭卡瓦座(I)內側面下行，分瓣式防扭卡瓦體(2)形成的圓逐漸減小，直至抱合卡緊管柱為止，并可施加高壓有效卡緊石油管柱，起、下鉆過程中扶正環(8)可以隨時起到扶正石油管柱的作用，防止石油管柱外圓直接磨損防扭卡瓦座(I)，同時也避免管柱接箍磕碰到防扭卡瓦體(2)上的防扭卡瓦牙(5)等部件。
[0012]對于配備頂驅裝置的石油鉆機來說，液壓動力卡瓦可以一直安裝在轉盤大方瓦孔內不必取出，全部液壓控制系統管線均從鉆臺底部穿過，鉆臺面上沒有多余管線。正常鉆進時用頂驅裝置控制鉆進，液壓動力卡瓦處于松開石油管柱的位置(如圖1所示)，需要起、下鉆或接單根操作時，司鉆控制液壓動力卡瓦的手動換向閥右位工作，同時多作用增壓缸持續增壓，液壓缸(3)活塞下行，推動導向桿(7)拉動支撐板(6)下降，帶動防扭卡瓦體(2)沿防扭卡瓦座(I)內側面下行，分瓣式防扭卡瓦體(2)形成的圓逐漸減小，直至抱合卡緊管柱為止，并施加高壓有效卡緊石油管柱，此時可以直接利用頂驅設備實現拆、裝石油管柱作業。管柱上、卸扣完成后，司鉆操作液壓控制系統手動換向閥左位工作，使液壓缸(3)活塞上行，帶動導向桿(7)推動支撐板(6)上升，從而拉動防扭卡瓦體(2)沿防扭卡瓦座(I)內側面上行，分瓣式防扭卡瓦體(2)形成的圓逐漸增大，讓開通道，石油管柱可上行、下放實現正常起、下鉆操作，此時液壓控制系統為低壓工作。
[0013]本發明適用于所有類型的石油鉆機鉆盤，可用于卡持所有規格尺寸的鉆桿、鉆鋌和套管等石油管柱，在頂驅設備最大扭矩滿足使用要求的情況下可適用于任何類型的石油鉆機，取代石油管柱液壓動力鉗，由頂驅設備配合液壓動力卡瓦實現起、下鉆及鉆進過程中拆裝石油管柱，大大提高石油鉆機的自動化控制水平。
【權利要求】
1.一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦，其主要由防扭卡瓦座(I)、防扭卡瓦體(2)、液壓缸(3)、液壓控制系統(4)、防扭卡瓦牙(5)、支撐板(6)、導向桿(7)、扶正環(8)組成，其特征在于:兩瓣防扭卡瓦座(I)可自由開合并與轉盤大方瓦互換，分瓣式防扭卡瓦體(2)與防扭卡瓦座(I)通過內側面接觸可上下滑動并設有周向防扭槽，防扭卡瓦牙(5)安裝在防扭卡瓦體(2)上可以卡持不同尺寸的鉆井管柱，液壓缸(3)安裝在防扭卡瓦座(I)上并與液壓控制系統(4)連接，液壓缸(3)的活塞桿與導向桿(7)同時固定在支撐板(6)上，扶正環(8)安裝在防扭卡瓦座(I)的居中位置。
2.根據權利要求1所述的一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦，其特征在于:液壓控制系統(4)有多作用增壓缸和遠程控制增、減壓裝置，可實現液壓動力卡瓦卡緊或松開石油管柱時不同的壓力要求并實現遠程控制；起、下鉆提升管柱前，液壓控制系統(4)中手動換向閥(30)左位工作，減壓閥(31)低壓工作，液壓缸(3)活塞上行，帶動導向桿(7)推動支撐板(6)上升，從而拉動防扭卡瓦體(2)沿防扭卡瓦座(I)內側面上行，分瓣式防扭卡瓦體(2)形成的圓逐漸增大，石油管柱先上提接卡再實現起、下鉆操作；反之，需要卡緊管柱拆卸扣時，控制手動換向閥(30)右位工作，此時電磁閥(33)和電磁閥(32)左位工作，多作用增壓缸(34)持續增壓，液壓缸(3)活塞下行，帶動導向桿(7)及支撐板(6)下降，從而拉動防扭卡瓦體(2)沿防扭卡瓦座(I)內側面下行，分瓣式防扭卡瓦體(2)形成的圓逐漸減小，直至抱合卡緊管柱為止。
3.根據權利要求1所述的一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦，其特征在于:液壓控制系統管線均安裝在卡瓦座側面和底面，鉆臺面上沒有多余液壓管線。
4.根據權利要求1所述的一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦，其特征在于:由高、低壓控制的液壓動力卡瓦可取代頂驅鉆機的管柱動力鉗，頂驅設備配合液壓動力卡瓦直接拆卸、旋接不同尺寸的石油管柱，簡化鉆臺設備配置；正常鉆進時用頂驅裝置控制鉆進，液壓動力卡瓦處于松開石油管柱的位置，需要起、下鉆或接單根操作時，控制液壓動力卡瓦的手動換向閥右位工作，同時多作用增壓缸持續增壓，液壓缸(3)活塞下行，推動導向桿(7)拉動支撐板(6)下降，帶動防扭卡瓦體(2)沿防扭卡瓦座(I)內側面下行，分瓣式防扭卡瓦體(2)形成的圓逐漸減小，直至抱合卡緊管柱為止，并施加高壓有效卡緊石油管柱；管柱上、卸扣完成后，操作液壓控制系統手動換向閥左位工作，使液壓缸(3)活塞上行，帶動導向桿(7)推動支撐板(6)上升，從而拉動防扭卡瓦體(2)沿防扭卡瓦座(I)內側面上行，分瓣式防扭卡瓦體(2)形成的圓逐漸增大，讓開通道，石油管柱可上行、下放實現正常起、下鉆操作，此時液壓控制系統為低壓工作。
5.根據權利要求1所述的一種可拆裝石油管柱的液壓動力卡瓦，其特征在于:防扭卡瓦體(2)和防扭卡瓦牙(5)設計為快裝結構，便于拆卸，可現場快速更換不同規格尺寸的鉆桿、鉆鋌或套管防扭卡瓦體(2)或防扭卡瓦牙(5)。
【文檔編號】E21B19/10GK204225800SQ201420679391
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月14日 優先權日:2014年11月14日
【發明者】姜建勝 申請人:中國石油大學(北京)