带标准补心的气动卡瓦的研究与应用

研究了一种带标准补心的气动卡瓦,它由卡瓦座、气缸、活塞杆、卡瓦体、支撑盘、配气座、销轴及气路管线构成。两块卡瓦座通过铰链连接为一个整体,内部装有4个气缸,气缸的活塞杆上装有支撑盘,支撑盘下面装有卡瓦体,卡瓦体置于卡瓦座内。该气动卡瓦采用全内置式气缸气路结构,解决了外置气路设备易损坏的问题,卡紧钻杆时工作面基本与钻台面平齐,方便液压大钳的使用。其卡瓦座适用于标准补心,如需进行不同规格的钻杆起下钻作业可以通过更换不同规格的卡瓦体来实现,卸下卡瓦体后能满足使用手提式卡瓦非正常情况作业,实现了钻井气动卡瓦的多功能性,使用安全可靠。     

动力卡瓦装置

本专利提出了一种改进了的、配合转盘使用的动力卡瓦装置,特别谈到了使钻杆动力卡瓦下到转盘中的工作位置以及从该位置起出的方法。迄今为止,已有几种用于上卸钻杆接头时减轻体力劳动的动力卡瓦装置。但就发明人所知,没有一种是完全满意的。举例来说,以前提出的几种动力卡瓦的一个重大缺点是,难以在平衡     

钻杆接头过转盘倒划眼装置设计与应用

转盘驱动钻机在钻进的过程中,钻具遇到阻卡正好在转盘面对着钻杆接头情况下,通常使用了卡瓦倒划眼进行解卡作业,其难点在于钻杆接头处的耐磨带和钻杆加厚部分减少了卡瓦与钻杆的接触面积,转盘驱动扭矩通过卡瓦很难传递到钻具,卡瓦倒划眼的安全操作难度极大、卡钻风险极高。为此,针对性地设计出了一种钻杆接头过转盘倒划眼装置,该装置的实质就是当钻杆接头在转盘内时将坐钻杆卡瓦位置上移,避开钻杆接头的耐磨带及加厚部分的位置,使钻杆卡瓦与钻杆本体接触来有效传递转盘扭矩。结合倒划眼作业状况及装置原理,进而形成了使用该装置的钻杆接头过转盘的倒划眼技术。现场应用试验结果表明,该装置能有效地解决倒划眼时钻杆接头及加厚部位过转盘的作业安全问题,降低划眼中的事故复杂。该装置在四川盆地东部地区的XCH6井进行了现场应用试验,能够安全实现倒划眼作业,快速解除井下复杂。     

复合接头钻杆钻井新技术

为了解决现有动力卡瓦牙板的齿尖会对钻杆造成伤害和动力卡瓦对钻杆的施力处会留下齿痕,一旦井内出现较高浓度的硫化氢就会造成钻杆氢脆断裂等问题,研究了复合接头钻杆钻井新技术及钻杆悬挂装置。该装置主要由复合接头钻杆、方瓦座、承载滑块、气缸、支承轴和螺钉等组成,可在井口对钻柱进行轴向承载,取代依靠卡瓦牙板与钻杆径向楔紧来承载钻柱重力的动力卡瓦。现场应用表明,该技术设计先进、结构简单、工作可靠,并且可减轻工人的劳动强度。     

中石化石油工程机械有限公司研制出自动化动力猫道装置

<正>动力猫道装置是指在钻井、修井过程中,将井场钻具自动送上和放下钻台的装置。动力猫道可与钻杆自动处理装置、二层台钻具自动排放装置、铁钻工、气动卡瓦等联合使用,实现井口钻杆操作全自动化或半自动化,大大提高钻井工作效率,增强施工的安全性。目前,国外的动力猫道主要有固定式、举升式、机械手臂等3种。固定式动力猫道适用于低钻台或小型钻机,如修井机和2 000m以下的小钻机,缺点是钻具与V形槽之间的摩擦大,对钻具的保护不够。举升式动力猫道比较适用于我国陆地大型钻机,但国外设计的尺寸比较     

液压动力卡瓦结构设计及力学分析

液压动力卡瓦是井口机械自动化的重要工具。介绍了国内外液压动力卡瓦的发展现状,分析了卡瓦卡紧管柱条件、卡瓦上提不自锁条件、最大半锥角αmax、卡瓦最小工作面积及卡瓦牙的牙形、材料和硬度等影响卡瓦性能的因素,并对其主要部件——卡瓦牙和卡瓦座进行了有限元分析和动力学分析,结果表明强度满足使用要求。     

MZJ6型钻机动力水龙头滑车装置研制

煤层气车装钻机的动力水龙头的钻杆连接方式存在劳动强度大及生产效率低的问题。设计了一种动力水龙头滑车装置。该滑车装置利用鼠洞位置进行垂直钻杆连接,采用液压反馈控制技术,大幅降低了劳动强度,提高了钻进效率,满足了国内外用户对煤层气钻机使用性能不断提高的要求。     

液压动力卡瓦技术现状与发展趋势研究

自动液压动力卡瓦是井口机械自动化的重要一环。介绍了液压动力卡瓦的产品分类及特点,概述了液压动力卡瓦技术发展现状,尤其对当前NOV、B+V以及Weatherford公司的典型液压动力卡瓦的结构参数和性能特点进行了重点分析研究。最后指出了液压动力卡瓦的发展趋势:1向承载多样化,夹持多元化方向发展;2向高安全性、高可靠性方向发展;3向控制操作智能化、集成化方向发展。     

使用气动卡瓦钻杆变形原因分析

气动卡瓦具有操作简便、大幅提高钻井效率的优势,但在使用过程中存在钻杆变形的问题。文章阐明了气动卡瓦的工作原理,测量了钻杆变形后的尺寸并分析了气动卡瓦夹持钻杆本体的受力情况。根据塑性区内最小压力挤毁公式计算了?139.7 mm钻杆的最小挤毁压力,并与使用过程中?139.7 mm钻杆承受的压强进行对比。基于理论计算的结果,从钻杆动力钳卸扣、DB吊钳卸扣和气动卡瓦推荐取值三个方面分析了钻杆变形的原因。基于钻杆变形的原因,确定了气动卡瓦的安全系数,气动钻杆卡瓦推荐?139.7 mm钻杆的最大起下钻吨位为180 t。同时在气动卡瓦使用过程中确保钻杆坐卡的平稳且居中。坚持动力钳卸扣,卸不开扣时及时采用吊卡坐卡后用DB吊钳卸扣。在坐卡吨位较高时及时转换为用吊卡起下钻,确保安全使用钻具。采用上述措施后,川东钻探公司后续井气动卡瓦使用过程再未出现过钻杆夹持部分变形,显著提高了钻井作业的效率。     

卡瓦作用下钻杆的损伤机理及对策

卡瓦体背锥与转盘补心间的摩擦系数μ对钻杆所受径向载荷影响极大。为保证卡瓦能牢固地夹持住钻杆,应选取较小的μ值;而为使钻杆承受较小的径向载荷,μ值应较大。实际操作中应通过室内实验及现场试验,在保证卡瓦能有效夹持钻杆的基础上获得较大的摩擦系数。卡瓦与补心不符API标准,卡瓦与钻杆规格不对应,使用损坏的牙板,牙板新旧混装,摩擦系数过小或过大,用卡瓦旋转钻杆以及钻杆振动等都易加剧钻杆的损伤,使用过程中应避免这些情况的出现。     

液控式卡瓦互锁装置的研制与应用

为防止承重卡瓦组或防顶卡瓦组同时打开,导致管柱飞出或落井事故,目前国内外普遍采用机械式、电磁阀式等多种卡瓦互锁装置。针对目前机械式卡瓦互锁装置卡顿严重,同时打开卡瓦时需拆卸限位装置引起的操作困难问题,以及电磁式卡瓦互锁装置的电磁设备电路复杂、防爆要求高、恶劣环境易损坏引起的短寿命和高成本问题,利用液压先导阀组的逻辑控制功能,并将液路进行集成模块化,研发了一种新型的液控式卡瓦互锁装置,解决了机械式及电磁式卡瓦互锁装置存在的问题。现场应用证实了新型卡瓦互锁装置具有精度高、安装与操作简便、环境适用性好的优点。     

微小井眼CT钻井牵引器系统结构设计

针对微小井眼连续油管（CT）滑动钻井技术在井眼中不旋转、井下遇阻严重、送进困难、钻压无法施加等难题,设计了一种微小井眼CT滑动钻井井下电控液压驱动牵引器。该牵引器主要包括上卡瓦支撑与牵引系统、中心滑管总成、控制系统、下卡瓦支撑系统,采用电控液压回路实现钻井液压能牵引驱动,适用于小井眼,灵活性和稳定性好,牵引过程能保证正常的钻井液循环,柔性弯曲适应能力强,能实现双向牵引和断电保护,能顺利下入和取出CT管柱,解决了因井下CT摩阻较大,下入和取出困难、钻压难施加等技术难题。     

有杆泵举升锚定技术分析与工具设计

为提高有杆举升系统的泵效,需要在泵下部位锚定管柱。双向卡瓦液压油管锚在解封时上、下卡瓦不能同步释放,解封不到位,容易造成油井大修作业; 常规的单向卡瓦油管锚存在坐封成功率低、自锁效果不理想的问题。对有杆泵管柱进行受力分析,并研制了一种单向卡瓦液压油管锚。该油管锚采用压缩式弹簧,确保卡瓦锚定的可靠性,坐封时可用于有杆泵抽油井锚定管柱,解封时也可以作为管柱泄油的工具,达到锚定管柱与泄油工艺合二为一的效果。该单向卡瓦液压油管锚解决了现有油管锚存在的坐封成功率低、自锁效果不好的问题。     

智能钻井电缆传输电接头设计

在钻井的各种信号传输中,电缆传输有着固有的优点,是未来智能钻井信号传输的发展方向。在电缆传输中,要求钻杆公母接头旋紧时能自动实现电缆电路相通,而要实现这一功能必须在每根电缆的端点连接一个特殊设计的电接头。在分析研究了国外各种电接头设计的基础上,根据电接头工作状态和环境,重新设计出一种新型电接头。该电接头采用了圆柱压缩螺旋弹簧结构,延长了其寿命、降低了接触电阻,增强了密封性能;在密封件端部采用了唇形结构,使电接头具有自洁功能;充分利用钻杆公母接头连接处空间,降低了钻井液循环能耗。具有结构简单、密封性能好、自动补偿、自洁、吸振及抗扭等功能,且对钻杆接头类型、钻井工艺参数都无任何特殊要求。该电接头的设计对电缆传输技术的发展起到了一定的推动作用。     

用于海底管道维修的组合式机械三通研制

组合式机械三通是海底管道维修的重要设备,主要由上半瓦、下半瓦、轴向密封条、径向密封条、半瓦锥塞以及联接螺栓等组成。由于采用螺栓联接,避免了焊接质量差的水下焊接,可直接用于海底管道维修。该组合式机械三通密封的特殊设计使之能配合开孔机开出与管道内径相等的孔;组合式机械三通两端设置的半瓦锥塞具有紧紧咬住管道的能力,使之在工作过程中具有防止其本身及相连设备翻倒的功能。     

QJ159A整体机械式随钻震击器的研制及应用

针对液压式、机械式随钻震击器因密封材料受介质腐蚀和井底高温的影响,技术性能不稳定,使用寿命低的问题,研制了QJ159A整体机械式随钻震击器。该震击器以卡瓦和卡瓦心轴组成锁紧机构,弹性套靠压力下的变形量来控制锁紧机构解锁,打击机构产生打击。现场应用表明,该震击器设计原理正确,技术性能可靠,可用于直井、定向井、大位移水平井、欠平衡空气钻井等。它接于钻具组合,可随时解除钻进和起下钻遇到的各类阻卡。     

新型卡瓦打捞筒的研制及应用

基于弹性胀缩原理,设计了多锥面卡瓦(篮瓦、螺瓦);利用筒体内左旋锯齿螺纹锥面对卡瓦的楔紧作用,使卡瓦咬紧落鱼(断落钻具);根据落鱼特征,加工加长筒、壁钩式引鞋,研制新型卡瓦打捞筒。该打捞筒抗拉强度高,打捞落鱼尺寸范围大,可实现打捞、退出、钻井液循环作业,能解决鱼头有毛刺、破损及严重偏离井眼轴线的打捞技术问题,在胜利油田打捞作业中发挥了重要作用。     

水平井封隔器卡瓦的有限元分析及结构改进

在石油钻采中，封隔器卡瓦承受巨大压力易发生断裂，直接影响到封隔器的密封性能，从而影响油井的开采过程及生产安全。运用有限元分析软件ANSYS Workbench对卡瓦进行有限元数值模拟分析。施加140 kN载荷时，卡瓦最大应力为230.11 MPa，超过其材料的最大抗压强度；对卡瓦封隔器试验模型进行压裂试验，试验施加压力为186.33 kN时卡瓦发生断裂，测得抗压强度为233 MPa；对卡瓦进行结构设计，卡瓦牙间距尺寸分别为15 mm、25 mm和30 mm。根据有限元分析结果，卡瓦牙间距为30 mm时卡瓦应力、应变分布趋于均匀，所承受的最大载荷为240 kN，最大应力为230.66 MPa、最大变形量为0.058 mm，证明此卡瓦结构尺寸较为合理。     

超深水平井钻井水力参数优选

基于传热学理论和井筒流动特性,通过建立超深水平井的井筒物理模型和温度场模型,考虑螺杆钻具的工作特性,以钻头和螺杆钻具组合的最大水力能量作为优选目标,建立了水力参数优选模型,分析了温度、压力对最小携岩排量的影响,并计算了最优排量和其他水力参数。结果表明:与不考虑温度、压力影响时相比,考虑温度、压力影响时的最小携岩排量增加了1倍;最小携岩排量随着钻井液密度和塑性黏度的降低而增大,塑性黏度是其主要影响因素;不同时刻的最小携岩排量存在一临界点,在临界点上、下井段确定最小携岩排量时,应采用不同时刻对应的最小携岩排量。因此,在超深水平井复合钻井时,应充分考虑温度、压力对水力参数优选的影响,以保证井眼清洁,提高钻井效率。