一种钻杆夹持系统及降低其部件间冷焊接效应的方法技术方案

提供一种油井或气井的钻杆夹持系统，该系统具有卡盘和钻杆夹持组件，前者具有相互作用接触表面，后者具有啮合的相互作用接触表面，与卡盘的相互接触表面形成滑动啮合，其中，该卡盘和钻杆夹持组件分别由第一材料组成。第二材料固定在卡盘或钻杆夹持组件的相互作用接触表面上，其中第二材料在组成上不同于第一材料，从而可以防止卡盘和钻杆夹持组件之间的冷焊接，而且该第二材料基本上不或者完全不溶入到第一材料的原子结构中。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及防止钻杆夹持组件(slip assembly)的部件产生冷作效应(cold working)的改进装置和方法，具体涉及将一种材料贴合在钻杆夹持部分(slip segment)或者卡盘(slip bowl)接触表面上，以防止钻杆夹持部分和卡盘之间冷作效应的装置和方法。
技术介绍
在钻油井或者天然气井时，通常采用平台来支承圆形转动台，用马达等将转动能量加在该转动台上，使转动台沿环形方向转动。该转动台包括中央方钻杆衬套(central kelly bushing)，该衬套具有中心开口或者孔，钻杆或者钻杆组穿过该开孔。方杆衬套通常包括4个“销钉孔”，该销钉孔接收在转盘方瓦衬套(master bushing)上的销钉，该转盘方瓦衬套在与方钻杆衬套相互锁定时驱动该方钻杆。转动台、方钻杆、转盘方瓦衬套和方钻杆衬套是技术术语，这些术语表示钻机的不同部件，该钻机向钻杆组件施加必须的转动力，以进行钻探。在这种技术中众所周知这种钻井设备。 当从钻杆组上加上或者取下钻杆时，将普通称作钻杆夹持装置(slips)的楔形件插入到转动台的中心开口中，以啮合卡盘。该钻杆夹持装置楔固在该钻杆上，以防止钻杆掉入井中。通常用手工方法放置井口钻杆夹持装置，该钻杆夹持装置或者钻杆夹持组件(由许多链接在一起的许多钻杆夹持件构成)通常包括钻井工人手握的以便提升的把手，该把手通常称为“大脖子(roughnecks)”。通常钻机装有这种有手握的钻杆夹持件(hand slip)。在用大夹钳等从钻杆组上取下钻杆时，钻杆组的其余部分可以这样支承，使得可以从钻杆组上加上或者取下附加的钻杆部分。 更现代化的常用的井口钻杆夹持系统(slip system)称为“强力钻杆夹持系统(power slip)”，该系统包括许多钻杆夹持部分或者钻杆夹持组件，该组件卡在卡盘中，以便在卡盘随转动台绕钻杆转动时，防止钻杆夹持装置垂直运动。该钻杆夹持装置和卡盘作成为使得钻杆夹持部分的外表面以滑动摩擦方式接触卡盘的内表面。 通常由这些强力钻杆夹持系统产生的问题是，在钻杆夹持装置和卡盘之间的滑动摩擦力，在卡盘绕钻杆夹持件转动时，容易使这些部件粘住或者咬合。因为钻杆夹持装置和卡盘二者一般均用钢制造，所以在受到高接触压力和高滑动摩擦力同时作用时，这两个部件容易以所谓冷焊接的方式粘接在一起。两个部件的原子/或者元素结构越相似，这些部件的冷焊接的可能性越高。这种冷焊接可能是灾难性的，因为咬合的部件容易使钻杆随转动台一起转动，造成钻杆与钻杆组不可能脱开。 通常用来降低钻杆夹持件和卡盘之间冷作效应的一种方法是用润滑剂例如润滑油来润滑这些部件。然而这种方法需要不断进行润滑，或者通常每20-30转便需要加一次润滑油，这样做成本很高，而且对环境有害。 因此，需要一种花钱少的，对环境安全的方法来处理钻杆夹持部分或者卡盘的接触表面，以便降低钻杆夹持部件和卡盘之间的冷作效应。
技术实现思路
本专利技术提供了一种油井和气井的钻杆夹持系统，包括卡盘，具有相互作用接触表面；钻杆夹持组件，具有啮合的相互作用接触表面，该表面与卡盘的相互作用接触表面形成滑动啮合，其中，卡盘和钻杆夹持组件分别由第一材料构成；第二材料，固定在卡盘或者钻杆夹持组件的相互作用接触表面上，其中，该第二材料在组成上不同于第一材料，用于防止在卡盘和钻杆夹持组件之间的冷焊接，该第二材料不溶合在第一材料的原子结构中；其中，所述钻杆夹持组件包括多个指形件，该指形件啮合在卡盘的多个槽内，用于防止钻杆夹持组件相对于卡盘向侧向移动，同时可使钻杆夹持组件相对于卡盘转动。 本专利技术还提供了一种降低油井或气井钻杆夹持系统的钻杆夹持组件和卡盘之间冷焊接效应的方法，该方法包括形成具有相互作用接触表面的卡盘；形成钻杆夹持组件，该组件具有啮合的相互作用接触表面，与卡盘的相互作用接触表面形成滑动啮合，其中，该卡盘和钻杆夹持组件分别由第一材料组成；将第二材料固定在卡盘或者钻杆夹持组件的相互作用接触表面上，其中，该第二材料在组成上不同于第一材料，用于防止在卡盘和钻杆夹持组件之间的冷焊接，该第二材料不溶合在第一材料的原子结构中；以及在卡盘上形成多个槽，在钻杆夹持组件上形成啮合的指形件，该指形件啮合卡盘的槽，用于防止钻杆夹持组件相对于卡盘侧向运动，同时可使钻杆夹持组件相对于卡盘转动。 附图说明 下面参考附图进行详细说明，从这些说明中，可以更好理解本专利技术的这些和其它的特征与优点，这些附图是图1是示意图，示出本专利技术的装在转动台上的强力钻杆夹持系统；图2是顶视图，示出图1所示强力钻杆夹持系统的卡盘；图3是图2所示卡盘的沿图2的3-3线截取的横截面侧视图；图4是顶视图，示出图1所示强力钻杆夹持系统的钻杆夹持组件，图中该组件位于“打开位置”；图5是图4所示钻杆夹持组件沿图4所示的5-5线截取的横截面侧视图；图6是图1所示强力钻杆夹持系统的钻杆夹持组件顶视图，图中该钻杆夹持组件位于“关闭”位置。 具体实施方式 图1示出用于悬挂钻杆或者钻杆组14的常规转动台12，该转动台绕井口的垂直轴线16转动。该转动台包括本专利技术的强力钻杆夹持系统10，该强力钻杆夹持系统最好是VarcoBJ的PS21/30强力钻杆夹持系统。该系统包括卡盘20和钻杆夹持组件22，前者装在转动台的中心开孔18中，而后者可转动地装在该卡盘中。在一个实施例中，该钻杆夹持组件22包括许多钻杆夹持部分，这些部分具有锥形外壁，这些壁适合于啮合卡盘的圆锥形内壁，从而可以制止钻杆夹持组件22在卡盘内侧向运动，但不阻止转动运动。各个钻杆夹持部分沿内表面有夹持钻杆组的嵌入件，以防止钻杆掉入井孔中。定中装置24配置在卡盘的顶部，以便定中钻杆组或者使该钻杆组与垂直轴线对准。在一个实施例中，材料51或者贴合在钻杆夹持部分的锥形外壁上，或者加在卡盘的锥形内壁上，以减小在钻井操作期间钻杆夹持组件和卡盘之间的冷作效应。 下面参考图2和图3，该卡盘20包括弧形的或者C形的部分30，这些部分形成半圆形的局部闭合的环形主体。该卡盘用合金钢或低合金钢例如CMS02级的150-135号钢铸成比较好，用CMS01级钢铸成更好，最好用CMS02级的135-125号钢铸成。该部分还包括环形外表面36和锥形朝上的内表面38。该部分对垂直轴线16是对称的，形成可以接收钻杆夹持组件22的中心孔35(图1)。 在外边，主体部分30的外表面36由圆筒形肩部分40和辅助的直径减小的外圆筒表面42形成，该圆筒肩部分从该部分的上部分向外伸出。如图1所示，该辅助外表面42装在该中心开孔18内，并约束在该孔内，而该肩部分40装在中心开孔18的凹槽17中，并与旋转台的肩部15对接，使得卡盘20被有效地支承在转动台12上。 下面再参考图3，在内部，卡盘部分的锥形内表面38是波纹状的，从而形成许多伸入中心孔35的沟槽44。该锥形内表面38和沟槽44一起形成卡盘20的用于接收和啮合钻杆夹持组件22外表面的锥形接触表面46。该沟槽44做成可以使钻杆夹持组件22凹入卡盘20，使得钻杆夹持组件22占据少量的中心孔35，从而在钻杆夹持组件位于如下所述的“打开”位置时，在钻杆夹持组件22中留下钻杆组14的较大游隙。 下面参考图2，局部封闭的环形主体部分30具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油井和气井的钻杆夹持系统，包括：　　　　卡盘，具有相互作用的接触表面；　　　　钻杆夹持组件，具有啮合的相互作用表面，该表面与卡盘相互作用接触表面形成滑动啮合，其特征在于，卡盘和钻杆夹持组件分别由第一材料构成；　　　　第二材料，固定在卡盘或者钻杆夹持组件的相互作用表面上，其中，该第二材料在组成上不同于第一材料，从而可防止在卡盘和钻杆夹持组件之间的冷焊接；该第二材料基本上不或者完全不溶合在第一材料的原子结构中。

【技术特征摘要】
US 2001-10-5 60/327,241书的范围确定。权利要求1.一种油井和气井的钻杆夹持系统，包括卡盘，具有相互作用接触表面；钻杆夹持组件，具有啮合的相互作用接触表面，该表面与卡盘的相互作用接触表面形成滑动啮合，其中，卡盘和钻杆夹持组件分别由第一材料构成；第二材料，固定在卡盘或者钻杆夹持组件的相互作用接触表面上，其中，该第二材料在组成上不同于第一材料，用于防止在卡盘和钻杆夹持组件之间的冷焊接，该第二材料不溶合在第一材料的原子结构中；其中，所述钻杆夹持组件包括多个指形件，该指形件啮合在卡盘的多个槽内，用于防止钻杆夹持组件相对于卡盘向侧向移动，同时可使钻杆夹持组件相对于卡盘转动。2.如权利要求1所述的钻杆夹持系统，其特征在于，第一材料包括钢，而第二材料包括非钢的金属材料。3.如权利要求2所述的钻杆夹持系统，其特征在于，该非钢的金属材料选自一组材料，该组材料包括铜合金、青铜合金、镍合金和铝合金。4.如权利要求2所述的钻杆夹持系统，其特征在于，该非钢的金属材料的洛氏硬度C在35-56的范围内。5.如权利要求2所述的钻杆夹持系统，其特征在于，该非钢的金属材料其厚度在1/4-1/16英寸的范围内。6.如权利要求2所述的钻杆夹持系统，其特征在于，该非钢的金属材料是一种镀层，该镀层镀在卡盘或者钻杆夹持组件的相互作用接触表面上。7.如权利要求2所述的钻杆夹持系统，其特征在于，该非钢的金属材料焊接在卡盘或者钻杆夹持组件的相互作用接触表面上。8.如权利要求2所述的钻杆夹持系统，其特征在于，该非钢的金属材料用机械固定方法固定在卡盘或者钻杆夹持组件的相互作用接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰内斯WH范赖青格恩，罗纳尔达斯RM罗林，戴维B梅森，
申请(专利权)人：瓦克IP公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]