一種起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置及方法，屬于石油天然氣行業(yè)鉆井起下管柱作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油天然氣工業(yè)中，鉆井是打通從地面到油氣儲(chǔ)層通道的過(guò)程，在油氣資源勘探和開(kāi)發(fā)的過(guò)程中起著十分重要的作用。在鉆井過(guò)程中，井口動(dòng)力設(shè)備依靠鉆柱將動(dòng)力傳輸?shù)姐@頭上，鉆頭在井底不斷破巖鉆進(jìn)的同時(shí)也在逐漸磨損，引起鉆速下降，當(dāng)磨損到一定程度的時(shí)候就需要更換鉆頭。這時(shí)就需要將井下的全部鉆柱起出起鉆，更換鉆頭后再將全部鉆柱下入井內(nèi)下鉆，這就是鉆井中的起下鉆作業(yè)。在已經(jīng)鉆成的井眼中按照規(guī)定深度下入一定規(guī)格的套管，用以穩(wěn)定井眼、封隔復(fù)雜地層，為進(jìn)一步鉆進(jìn)或開(kāi)采做準(zhǔn)備，這就是鉆井中的下套管作業(yè)。概括起來(lái)，這些在鉆井過(guò)程中反復(fù)的將管柱包括鉆桿、套管等下入井底或提升至井口的過(guò)程就是起下管柱作業(yè)。鉆井液在鉆井過(guò)程中起著非常重要的作用，例如清除井底巖屑、平衡地層壓力、冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆柱、獲取所鉆地層資料以及傳輸鉆井動(dòng)力等。在起下管柱的過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)不同情況，進(jìn)行灌注或循環(huán)鉆井液作業(yè)，避免由于起下管柱引起的井底壓力激動(dòng)，減少和避免遇阻、遇卡和井噴等事故的發(fā)生。
[0003]我國(guó)石油鉆井除少數(shù)重點(diǎn)井采用頂驅(qū)鉆井外，常規(guī)井主要采用轉(zhuǎn)盤鉆井，一般需要通過(guò)接方鉆桿來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆井液的灌注和循環(huán)，這是上扣和卸扣的反復(fù)操作過(guò)程，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在起下鉆過(guò)程中如果遇阻，由于此時(shí)接方鉆桿困難，很難及時(shí)實(shí)現(xiàn)鉆井液的循環(huán)，容易導(dǎo)致卡鉆事故或井噴事故的發(fā)生。隨著鉆井向著復(fù)雜、高風(fēng)險(xiǎn)方向發(fā)展，如何降低轉(zhuǎn)盤鉆井起下管柱的風(fēng)險(xiǎn)，已經(jīng)迫在眉睫。從鉆井生產(chǎn)安全和提高效率角度出發(fā)，為保證鉆井生產(chǎn)的正常進(jìn)行，迫切需要一套能夠在起下管柱過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鉆井液灌注和循環(huán)的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置及方法。
[0005]一種全新的適用于常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)的起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置，可快速建立鉆井液循環(huán)通道，實(shí)現(xiàn)起下鉆過(guò)程中與管柱的可靠連接，免除了由于鉆井液循環(huán)所需要的頻繁的接卸方鉆桿操作，提高鉆機(jī)安全性，減少起下鉆過(guò)程中遇阻或遇卡事故的發(fā)生；另夕卜，此裝置的使用可以避免由于快速起下管柱引起的井口泥漿溢流，提高起下管柱效率。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置，耳座、U型螺栓固定在鉆機(jī)吊環(huán)上，其安裝位置應(yīng)該根據(jù)吊卡中夾持的管柱的端面確定，連接接頭的位置應(yīng)高出管柱端面130mm?150_左右為宜；耳座、U型螺栓應(yīng)根據(jù)鉆機(jī)使用的不同規(guī)格的吊環(huán)進(jìn)行匹配；
[0008]馬達(dá)安裝在減速箱的輸入端，減速箱內(nèi)部為齒輪減速機(jī)構(gòu)，通過(guò)減速獲得合適的輸出扭矩和輸出轉(zhuǎn)速；
[0009]連接接頭與減速箱的輸出端連接，連接接頭上裝有連接密封，起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置通過(guò)連接接頭和連接密封與管柱進(jìn)行連接和密封；
[0010]連接密封可通過(guò)密封壓塊、螺釘?shù)劝惭b在連接接頭上；
[0011]管線連接機(jī)構(gòu)的上端為鉆井液循環(huán)管線接口，管線連接機(jī)構(gòu)的下端與連接接頭相連接，形成鉆井液循環(huán)的通道；連接接頭為轉(zhuǎn)動(dòng)件；
[0012]第一氣缸通過(guò)銷軸與滑座相連，驅(qū)動(dòng)第一氣缸可帶動(dòng)滑座沿導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)；連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)第五銷軸和第六銷軸與滑座連接；連桿機(jī)構(gòu)包括第一連桿、第二連桿、第三連桿、驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)缸以及第五銷軸、第六銷軸；
[0013]第二氣缸的一端通過(guò)第七銷軸與滑座相連，另一端通過(guò)第四銷軸與連桿機(jī)構(gòu)連接，第二氣缸推動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0014]驅(qū)動(dòng)軸是連桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，其下端與減速箱的箱體連接，推動(dòng)減速箱與連桿機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)；
[0015]控制系統(tǒng)由氣源處理原件、第二壓力表、壓力旁通閥、第四調(diào)壓閥、第五壓力表、第六換向閥、第七換向閥、第八換向閥、第九壓力表、第十調(diào)壓閥組成；
[0016]馬達(dá)的控制管路上分別安裝有第十調(diào)壓閥、第九壓力表以及第八換向閥，通過(guò)控制第八換向閥實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)；
[0017]第一氣缸為單作用氣缸，連接缸筒上端的氣源管線，缸筒下側(cè)通大氣；當(dāng)壓力旁通閥和第六換向閥打開(kāi)，氣缸上端接通氣源壓力，對(duì)應(yīng)動(dòng)作為推動(dòng)滑座向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)壓力旁通閥關(guān)閉、第六換向閥打開(kāi)時(shí)，可調(diào)節(jié)第四調(diào)壓閥使第一氣缸的上推力略小于裝置本體的重力，對(duì)應(yīng)動(dòng)作為滑座緩慢下降；
[0018]第二氣缸為雙作用氣缸，該氣缸的行程決定了連桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，氣缸收回對(duì)應(yīng)了裝置的收回狀態(tài)；氣缸推出對(duì)應(yīng)了裝置的連接密封狀態(tài)。
[0019]吊卡卡持的管柱上方時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)啟動(dòng)馬達(dá)正轉(zhuǎn)，通過(guò)減速箱帶動(dòng)連接接頭與管柱快速旋扣；連接密封安裝在連接接頭上；連接密封與管柱端面發(fā)生接觸并發(fā)生一定的壓縮量；當(dāng)完成起下管柱作業(yè)中鉆井液灌注和循環(huán)時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)控制馬達(dá)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，連接接頭與管柱快速卸扣；通過(guò)控制系統(tǒng)操作驅(qū)動(dòng)第一氣缸和第二氣缸，推動(dòng)連接接頭向上移動(dòng)并擺動(dòng)至吊卡外側(cè)。
[0020]一種起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置及方法，含有以下步驟；
[0021]步驟1、通過(guò)U型螺栓等緊固件將起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置的本體固定在鉆機(jī)的吊環(huán)上，連接鉆井液管線及馬達(dá)、氣缸的控制氣路管線；
[0022]步驟2、在鉆井起下管柱作業(yè)中，當(dāng)需要灌注和循環(huán)鉆井液時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)分別操作兩個(gè)驅(qū)動(dòng)缸，推動(dòng)連接接頭擺動(dòng)到井口位置并下降至吊卡夾持的管柱上方；
[0023]步驟3、通過(guò)控制系統(tǒng)操作馬達(dá)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速箱帶動(dòng)連接接頭與管柱快速旋扣，此時(shí)連接密封與管柱端面發(fā)生接觸并發(fā)生一定的壓縮量，產(chǎn)生密封效果。此時(shí)可以開(kāi)啟鉆機(jī)的灌漿閥門，根據(jù)需要進(jìn)行灌注和循環(huán)鉆井液；
[0024]步驟4、當(dāng)灌注或循環(huán)鉆井液結(jié)束時(shí)，關(guān)閉鉆機(jī)的灌漿閥門，通過(guò)控制系統(tǒng)操作馬達(dá)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，連接接頭與管柱快速卸扣；
[0025]步驟5、通過(guò)控制系統(tǒng)操作驅(qū)動(dòng)缸，推動(dòng)連接接頭向上運(yùn)動(dòng)并擺動(dòng)至吊卡外側(cè)，留出管柱作業(yè)空間，不與正常起下管柱作業(yè)發(fā)生干涉，此時(shí)可以進(jìn)行正常的起下管柱作業(yè)；
[0026]重復(fù)步驟2?步驟5，直至完成全部起下管柱作業(yè)中鉆井液的灌注和循環(huán)。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置，提供一種全新的適用于常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)的起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)的途徑和方法，該裝置采用連桿機(jī)構(gòu)定位對(duì)正，采用馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)連接螺紋建立鉆井液循環(huán)通道，能夠?qū)崿F(xiàn)起下管柱過(guò)程中與管柱的快速連接，隨時(shí)進(jìn)行鉆井液灌注和循環(huán)，減少由于起下管柱引起的井底壓力激動(dòng)，避免因起鉆導(dǎo)致鉆井液液面下降、井筒壓力失衡及溢流的發(fā)生，提高鉆井起下管柱作業(yè)的安全性，減少起下鉆過(guò)程中遇阻、遇卡和井噴事故的發(fā)生；同時(shí)，該裝置的使用可以避免常規(guī)鉆井中由于鉆井液循環(huán)所需要的頻繁的接卸方鉆桿操作，具有安全、高效等特點(diǎn)。
[0028]本發(fā)明是全新的設(shè)計(jì)，根據(jù)查新，目前國(guó)內(nèi)還不存在該類設(shè)備，因而本發(fā)明屬于填補(bǔ)空白的技術(shù)發(fā)明。
[0029]本發(fā)明的原理樣機(jī)經(jīng)廠內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試表明，滿足設(shè)計(jì)要求，具有安裝快捷、操作方便、安全可靠的特點(diǎn)，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。
【附圖說(shuō)明】
[0030]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，如圖其中:
[0031]圖1是起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置的主視圖，此時(shí)裝置處于收回狀態(tài)，避開(kāi)井口位置，可以進(jìn)行正常的起下鉆作業(yè)；
[0032]圖2是該裝置處于工作狀態(tài)示意圖，裝置與井口管柱建立連接，此時(shí)可以進(jìn)行鉆井液灌注和循環(huán)；
[0033]圖3是該裝置俯視圖，此時(shí)裝置處于收回狀態(tài)；
[0034]圖4是該裝置俯視圖，此圖對(duì)應(yīng)圖2的管柱連接狀態(tài)；
[0035]圖5是連接接頭和連接密封的剖視圖；
[0036]圖6是控制系統(tǒng)的原理圖。
[0037]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0038]顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明的宗旨所做的許多修改和變化屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0039]實(shí)施例1:如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置，包括:馬達(dá)1、減速箱2、連接密封3、連接接頭4、驅(qū)動(dòng)軸5、導(dǎo)軌座9、第一氣缸10、銷軸
11、滑座12、連桿機(jī)構(gòu)13、導(dǎo)軌14、耳座15、U型螺栓16、鉆井液循環(huán)管線接口 17、管線連接機(jī)構(gòu)18、驅(qū)動(dòng)缸19、密封壓塊21、螺釘22和控制系統(tǒng)20等組成。為輔助說(shuō)明，圖紙還包括鉆機(jī)的吊卡6、管柱7、吊環(huán)8。其組成關(guān)系如下:
[0040]如圖1、圖2所示，起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置可以通過(guò)耳座15、U型螺栓16等固定在鉆機(jī)吊環(huán)8上，其安裝位置應(yīng)該根據(jù)吊卡6中夾持的管柱7的端面確定，連接接頭4的位置應(yīng)高出管柱7端面130_?150_左右為宜。耳座15、U型螺栓16應(yīng)根據(jù)鉆機(jī)使用的不同規(guī)格的吊環(huán)8進(jìn)行匹配；
[0041]馬達(dá)I安裝在減速箱2的輸入端，減速箱內(nèi)部為齒輪減速機(jī)構(gòu)，通過(guò)減速獲得合適的輸出扭矩和輸出轉(zhuǎn)速；
[0042]連接接頭4與減速箱2的輸出端連接，連接接頭4上裝有連接密封3，起下管柱鉆井液灌注和循環(huán)裝置通過(guò)連接接頭4和連接密封3與管柱7進(jìn)行連接和密封；
[0043]連接密封3可通過(guò)密封壓塊21、螺釘22等安裝在連接接頭4上，如圖5所示；
[0044]管線連接機(jī)構(gòu)18的上端為鉆井液循環(huán)管線接口 17，管線連接機(jī)構(gòu)18的下端與連接接頭4相連接，形成鉆井液循環(huán)的通道；因?yàn)檫B接接頭4為轉(zhuǎn)動(dòng)件,鉆井液循環(huán)管線為非轉(zhuǎn)動(dòng)部分，因此連接機(jī)構(gòu)18需可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)和靜止的分離；
[0045]第一氣缸10通過(guò)銷軸11與滑座12相連，驅(qū)動(dòng)第一氣缸10可帶動(dòng)滑座12沿導(dǎo)軌14上下運(yùn)動(dòng)；連桿機(jī)構(gòu)13通過(guò)第五銷軸13.5和第六銷軸13.6與滑座12連接；連桿機(jī)構(gòu)13包括第一連桿13.1、第二連桿13.2、第三連桿13.3、驅(qū)動(dòng)軸5、驅(qū)動(dòng)缸19以及第五第五銷軸13.5、第六銷軸13.6