一种不间断循环钻井装置制造方法及图纸

不间断循环钻井装置，应用于石油钻井技术领域。钻杆动力钳固定在平衡补偿油缸顶部的动力钳底板上；平衡补偿油缸垂直固定在支架总成的上连接板下面，平衡补偿油缸的活塞杆穿过上连接板，在平衡补偿油缸的活塞杆的顶端固定有动力钳底板。腔体总成固定在支架总成的上连接板和下连接板之间，钻井动力卡瓦的下端固定在钻井转盘的补心内，钻井动力卡瓦上端通过承载梁与支架总成连接起来，并且钻杆动力钳、腔体总成和钻井动力卡瓦的中心一致。效果是：不仅能在接单根期间保持钻井液不间断地循环排出钻屑，而且避免了上卸扣时背钳对钻杆本体造成损伤，消除了钻井液上顶力对卡瓦夹持能力的不利影响，改善卡瓦与钻柱之间的受力状态。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种不间断循环钻井装置
本技术涉石油行业中的钻井装备领域，具体是一种在接单根钻杆期间保持 钻井液不间断循环的钻井装置。
技术介绍
目前，常规钻井作业，在接单根钻杆前，必须首先关闭钻井液泵，停止钻井液 循环，当完成接单根钻杆操作后，再启动钻井液泵恢复钻井液循环。当钻井液循环停 止时，井底产生的负激动压力和岩屑沉降，极易导致井涌、气侵、井壁坍塌和卡钻等事 故；当接单根后，重启高压钻井泵，重新建立钻井液循环，此时在井底引起的正激动压 力可能超过地层破裂压力，造成钻井液漏失。因此常规的钻井液循环方式无法满足窄钻 井液密度窗口等复杂地层的钻井需求。为了解决上述问题，国外首先提出了连续循环钻井(ContinuousCirculation System)的概念，并申请了相关专利(US6591916B1，US6315051B1, CA2550981A1)。 之后国外研制出了连续循环系统样机，并成功实现了商业化应用(SPE1(^851， SPE102859, SPE90702)，成为一项先进的技术装备。国外连续循环系统主要由主机、 分流装置、动力单元以及控制系统组成。主机是连续循环系统的核心，主要包括钻杆动 力钳(Iron roughneck)、强行起下装置Mnubber)、三联防喷器组(BOP)和钻井动力卡瓦 (Power slip)等，其中钻杆动力钳具有旋扣、紧扣及卸扣功能，同时在强行起下装置的驱 动下钻杆能够上下移动；防喷器组则由上半封间板防喷器、中间全封间板防喷器和下半 封闸板防喷器组成，在钻杆接头周围形成密闭腔体，在上半封闸板防喷器与中间全封闸 板防喷器之间有一个旁通口；在下半封闸板防喷器与中间全封闸板防喷器之间有一个旁 通口，两个旁通口分别用于卸荷与分流；钻井动力卡瓦则用于承受钻柱悬重，并提供上 卸扣反扭矩。国外连续循环钻井系统的工作原理是当钻杆上接头位于下半封闸板防喷器 的上端时，关闭上半封闸板防喷器和下半封闸板防喷器，在接头周围形成一个密闭的容 腔；然后用钻井动力卡瓦夹住下部钻杆本体，使整个钻柱重量通过钻井动力卡瓦作用于 钻井转盘补心上，同时钻井动力卡瓦还作为背钳提供上卸扣所需的反扭矩；在容腔内填 充满高压钻井液后，利用钻杆动力钳夹住顶驱加长接头进行卸扣；接着用强行起下装置 将加长接头提升至中间全封闸板上端，并利用防喷器组上半封、中间全封的开合动作配 合分流装置完成钻井液循环通道的切换，此时钻井液完全从防喷器上的旁通口被泵入腔 体，而钻井液泵与立管之间的通道被完全切断；之后关闭全封间板防喷器，从而形成 上、下两个密闭腔室，在打开上腔旁通口卸压后，开启上半封闸板防喷器，并提出上部 钻杆，这样就完成了卸钻杆操作。同样利用与上述相反的控制流程能完成加接新钻杆的 操作，此时钻井液仍不断被泵入井内，从而实现钻井液的连续循环。在利用主机实施钻杆上卸扣操作的过程中，卡在钻杆本体上的钻井动力卡瓦， 不仅要承受整个钻柱的重量，还要作为背钳提供上卸扣反扭矩，导致损伤钻杆本体，甚至可能引起在钻井过程中钻杆断裂等严重事故。另外，由于上卸扣过程中产生的钻井液 上顶力作用于主机钻杆动力钳上，使主机受到向上的作用力，导致钻井动力卡瓦具有向 上运动的趋势，使其对钻杆的夹持力减小，可能导致上卸扣时卡瓦打滑卸不开扣，甚至 出现钻柱下滑的事故。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种不间断循环钻井装置，在接单根期间保持钻井 液不间断循环，提高上卸扣操作安全性。利用不间断循环钻井装置，不仅在接单根期间 能够保持钻井液的不间断循环，从而在整个钻进期间实现稳定的当量循环密度和不间断 的钻屑排出，而且能够避免上卸扣时背钳对钻杆本体造成损伤，消除钻井液上顶力对卡 瓦夹持能力的不利影响，改善卡瓦与钻柱之间的受力状态，提高上卸扣操作的安全性和 可靠性。本技术采用的技术方案是一种不间断循环钻井装置，主要由钻杆动力 钳、动力钳底板、平衡补偿油缸、腔体总成、上腔旁通阀、下腔旁通阀、支架总成和钻 井动力卡瓦组成，钻杆动力钳固定在平衡补偿油缸顶部的动力钳底板上，利用钻杆动力 钳的牙板能夹紧钻杆，并通过钻杆动力钳驱动钻杆转动，完成钻杆上卸扣操作。平衡补 偿油缸垂直固定在支架总成的上连接板下面，平衡补偿油缸的活塞杆穿过上连接板，在 平衡补偿油缸的活塞杆的顶端固定有动力钳底板。腔体总成固定在支架总成的上连接板 和下连接板之间，上腔旁通阀通过管线与腔体总成的上旁通口连接；下腔旁通阀通过管 线与腔体总成的下旁通口连接，上腔旁通阀和下腔旁通阀分别起到卸压和分流钻井液的 作用。钻井动力卡瓦的下端固定在钻井转盘的补心内，并且钻井动力卡瓦上端通过承载 梁与支架总成连接起来，并且钻杆动力钳、腔体总成和钻井动力卡瓦的中心一致。使用 时，支架总成固定在钻井转盘上平面上。所述的平衡补偿油缸有四个，四个平衡补偿油缸的活塞杆的顶端对称固定在动 力钳底板的下部。四个平衡补偿油缸能使动力钳底板和钻杆动力钳上下移动或处于浮动 状态，有利于在钻杆动力钳上卸扣时保护接头螺纹。动力钳底板中部有钻杆通过孔，上连接板有钻杆通过孔，下连接板有钻杆通过 孔，动力钳底板的钻杆通过孔中心线、上连接板的钻杆通过孔中心线和下连接板的钻杆 通过孔中心线与钻杆动力钳的中心线在同一条直线上。腔体总成由一个上半封闸板防喷器、一个全封闸板防喷器、一个下半封闸板防 喷器和一个背钳组成，在上半封间板防喷器的下部连接有全封间板防喷器，全封间板防 喷器的下部连接有背钳，背钳的下部连接有下半封间板防喷器。下半封间板防喷器固定 在下连接板上。在上半封间板防喷器与全封间板防喷器之间有上旁通接口，上旁通接口 连接有管线和上腔旁通阀；在全封间板防喷器与背钳之间有下旁通接口，下旁通接口连 接有管线和下腔旁通阀。当腔体总成的上半封闸板防喷器和下半封闸板防喷器关闭时， 在腔体总成内形成一个密闭腔；当上半封闸板防喷器与全封闸板防喷器关闭时，在上半 封闸板防喷器与全封间板防喷器之间形成一个上腔，上旁通口与上腔联通；在全封闸板 防喷器与下半封闸板防喷器关闭时，在全封闸板防喷器与下半封闸板防喷器之间形成一 个下腔，下旁通口与下腔联通。所述的支架总成由上连接板、支柱、下连接板、高度调节器、底座和承载梁组 成，在四个平板形底座的上部分别固定有高度调节器。调整高度调节器，能使支架总成 保持水平状态。四个支柱的下端分别固定在高度调节器上部。在四个支柱的下端并在四 个支柱之间焊接有横梁，在横梁上采用螺栓固定有承载梁，两个承载梁相互平行并在同 一水平面内。方便钻井动力卡瓦与支架总成之间的安装和拆卸。钻井动力卡瓦的壳体外 壁有卡槽，承载梁在卡槽内，钻井动力卡瓦固定在支架总成上。上连接板固定在四个支 柱的顶端，下连接板固定在四个支柱上。安装时，钻井动力卡瓦的下端通过方补心固定在钻井转盘中心孔内，用于夹持 钻柱并承受整个钻柱的重量；利用钻井动力卡瓦的壳体承受钻井液上顶力，能消除上顶 力对卡瓦夹持力的不利影响，不会出现由上顶力引起钻井动力卡瓦的卡瓦打滑或钻杆下 滑的现象。简述本技术不间断循环钻井装置的接单根钻杆过程和卸钻杆过程，有利于 理解本技术。将不间断循环钻井装置固定在钻井转盘8上部。卸钻杆的过程参阅图3。首先，提升顶部驱动钻井装置(简称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不间断循环钻井装置，其特征在于：主要由钻杆动力钳（１）、动力钳底板（２）、平衡补偿油缸（１１）、腔体总成（３）、上腔旁通阀（４）、下腔旁通阀（５）、支架总成（６）和钻井动力卡瓦（７）组成，钻杆动力钳（１）固定在平衡补偿油缸（１１）顶部的动力钳底板（２）上；平衡补偿油缸（１１）垂直固定在支架总成（６）的上连接板（１０）下面，平衡补偿油缸（１１）的活塞杆穿过上连接板（１０），在平衡补偿油缸（１１）的活塞杆的顶端固定有动力钳底板（２）；腔体总成（３）固定在支架总成（６）的上连接板（１０）和下连接板（１７）之间，上腔旁通阀（４）通过管线与腔体总成（３）的上旁通口连接；下腔旁通阀（５）通过管线与腔体总成（３）的下旁通口连接；钻井动力卡瓦（７）的下端固定在钻井转盘（８）的补心内，钻井动力卡瓦（７）上端通过承载梁（２０）与支架总成（６）连接起来，并且钻杆动力钳（１）、腔体总成（３）和钻井动力卡瓦（７）的中心一致。

【技术特征摘要】
1.一种不间断循环钻井装置，其特征在于主要由钻杆动力钳(1)、动力钳底板 (2)、平衡补偿油缸(11)、腔体总成(3)、上腔旁通阀(4)、下腔旁通阀(5)、支架总成 (6)和钻井动力卡瓦(7)组成，钻杆动力钳(1)固定在平衡补偿油缸(11)顶部的动力钳底 板(2)上；平衡补偿油缸(11)垂直固定在支架总成(6)的上连接板(10)下面，平衡补偿 油缸(11)的活塞杆穿过上连接板(10)，在平衡补偿油缸(11)的活塞杆的顶端固定有动力 钳底板⑵；腔体总成⑶固定在支架总成(6)的上连接板(10)和下连接板(17)之间， 上腔旁通阀(4)通过管线与腔体总成(3)的上旁通口连接；下腔旁通阀(5)通过管线与腔 体总成(3)的下旁通口连接；钻井动力卡瓦(7)的下端固定在钻井转盘(8)的补心内，钻 井动力卡瓦(7)上端通过承载梁(20)与支架总成(6)连接起来，并且钻杆动力钳(1)、腔 体总成(3)和钻井动力卡瓦(7)的中心一致。2.根据权利要求1所述的不间断循环钻井装置，其特征是所述的平衡补偿油缸 (11)有四个，四个平衡补偿油缸(11)的活塞杆的顶端对称固定在动力钳底板(2)的下 部。3.根据权利要求1所述的不间断循环钻井装置，其特征是动力钳底板(2)中部有钻 杆通过孔，上连接板(10)有钻杆通过孔，下连接板(17)有钻杆通过孔，动力钳底板(2) 的钻杆通过孔中心线、上连接板(10)的钻杆通过孔中心线和下连接板(17)的钻杆通过孔 中心线与钻杆动力钳(1)的中心线在同一条直线上。4.根据权利要求1、2或3所述的不间断循环钻井装置，其特征是腔体总成(3)由 一个上半封闸板防喷器(12)、一个全封闸板防喷器(13)、一个下半封闸板防喷器(16)和 一个背钳(14)组成，在上半封闸板防喷器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：马青芳，胡志坚，肖建秋，王爱国，邵强，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]