專利名稱：半自動(dòng)鉆柱卡瓦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
半自動(dòng)鉆柱卡瓦是用于石油鉆井鉆柱起下鉆作業(yè)的一種工具。
由于國(guó)內(nèi)沒有能夠承受大載荷的鉆柱卡瓦，目前各油氣田當(dāng)井深超過1500米時(shí)，一律使用雙吊卡起下鉆柱。雙吊卡起下鉆速度較吊卡——卡瓦操作方法慢15～25％。吊卡——卡瓦操作時(shí)手提式卡瓦重量較大，提放卡瓦是鉆井井口操作中勞動(dòng)強(qiáng)度最大的操作。雙吊卡起下鉆柱是一種極危險(xiǎn)的操作方法。由于要頻繁的更換吊卡，稍有不慎，即會(huì)出現(xiàn)單吊環(huán)起升鉆柱的操作失誤，其后果往往是彎斷鉆桿接頭，導(dǎo)致鉆柱落井，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失；同時(shí)井口操作人員的人身安全也受到極大威脅。此類事故不時(shí)在各油氣田發(fā)生。
常用的手提式卡瓦的卡緊長(zhǎng)度只約220毫米，當(dāng)井深超過1500米時(shí)，鉆桿上被卡部分出現(xiàn)細(xì)脖子，從而降低了使用壽命。要增大卡瓦懸掛能力，只有加長(zhǎng)卡瓦長(zhǎng)度，而卡瓦加長(zhǎng)后，整個(gè)卡瓦重量將大大增加。國(guó)外市場(chǎng)上銷售的長(zhǎng)卡瓦一般重約80公斤。長(zhǎng)期操作重量如此之大的卡瓦是鉆工體力難以勝任的。因此，長(zhǎng)卡瓦也得不到普及和推廣。
由于要使用雙吊卡進(jìn)行起下鉆操作，因此，我國(guó)不得不將進(jìn)口的帶18°斜坡的鉆桿接頭全部加工成平臺(tái)階，這不但影響了鉆桿的強(qiáng)度，而且無法在井口有異常高壓時(shí)進(jìn)行強(qiáng)行起下鉆作業(yè)，也不便與刮泥器配套使用，造成我國(guó)鉆井井口操作長(zhǎng)期處于手工刮泥的落后狀態(tài)。
現(xiàn)有技術(shù)中，世界上只有美國(guó)的Varco公司生產(chǎn)一種半自動(dòng)彈簧卡瓦(Spring Slip)。通過引進(jìn)的Varco卡瓦的現(xiàn)場(chǎng)使用實(shí)踐證明，操作性能和操作習(xí)慣都不能適應(yīng)我國(guó)石油鉆井工業(yè)的現(xiàn)狀，其原因是1、Varco卡瓦的操作力是按美國(guó)鉆井井口操作人體重70～80公斤設(shè)計(jì)的，而我國(guó)鉆井井口操作人平均體重50～60公斤，因而中國(guó)人無法操作Varco卡瓦；2、Varco卡瓦的兩半塊卡盤體的下部有鉸鏈相聯(lián)，因而要求兩塊卡盤體同時(shí)裝入鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤孔內(nèi)，但由于我國(guó)絕大部分鉆井隊(duì)的鉆柱與鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤中心偏移很大，經(jīng)常斜倚在大方瓦錐孔的一側(cè)，“同時(shí)裝入”這一要求很難辦到，Varco卡瓦經(jīng)常無法安裝就位；3、Varco卡瓦體懸掛后，只有兩個(gè)自由度，周向無法自我調(diào)整。由于我國(guó)鉆桿幾乎全為進(jìn)口，價(jià)格昂貴，即使管體已有較大橢圓度出現(xiàn)，仍在使用，因而兩自由度的卡瓦體不能很好地與鉆桿嚙合，引起軸向滑移；4、Varco卡瓦錐座的外表面為圓柱形，卡瓦卡緊鉆柱后鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤無法帶動(dòng)鉆柱進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，這與我國(guó)起下鉆柱的操作習(xí)慣不符。
本實(shí)用新型的目的是提供一種特殊設(shè)計(jì)與制造的半自動(dòng)鉆柱卡瓦，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)應(yīng)用，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，取代傳統(tǒng)的手提式卡瓦，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全井段吊卡與卡瓦配套的起下鉆柱的科學(xué)操作。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的由兩半組成的卡瓦錐座，其外形尺寸與鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤方瓦相同，在卡瓦錐座上分別裝有數(shù)根卡瓦體升降柱塞支撐著卡瓦體懸掛蓋，每一個(gè)懸掛蓋上懸掛著數(shù)個(gè)裝有卡瓦齒片的卡瓦體，卡瓦體升降柱塞內(nèi)采用浮動(dòng)套相聯(lián)結(jié)的內(nèi)外彈簧系統(tǒng)，在有限的空間內(nèi)，解決了彈簧剛度大，無法下壓；剛度小，卡瓦體無法復(fù)位的矛盾。卡瓦體通過旋轉(zhuǎn)座，旋轉(zhuǎn)座上的轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸，以及懸吊板下的轉(zhuǎn)銷，懸掛在懸掛蓋上，使得卡瓦體即可上下移動(dòng)，又可沿垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證鉆桿體不規(guī)則時(shí)能自動(dòng)找正，保證卡緊。半自動(dòng)鉆柱卡瓦是以彈簧為動(dòng)力的一種長(zhǎng)卡瓦。通過鉆桿卡于加工有國(guó)際通用錐角的母錐體的卡盤內(nèi)的操作，使懸掛卡瓦體的升降柱塞內(nèi)的彈簧被壓縮。當(dāng)鉆柱上提時(shí)，卡瓦體在升降柱塞內(nèi)已壓縮彈簧的彈力作用下，自動(dòng)彈起，再次懸掛于柱塞上?？ňo操作則是通過井口兩名操作人的身體重量來完成的。由于這種卡瓦操作中無需手工提放，因而卡緊長(zhǎng)度可增至480毫米，為普通手工卡瓦的4倍，故操作深度可根據(jù)鉆柱鋼級(jí)和壁厚的不同有很大提高，例如，P－110級(jí)鋼，壁厚為12.7毫米鉆柱，其安全操作深度可達(dá)6000米，懸掛重量為200噸。
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型是按照中國(guó)鉆井工人體重專門設(shè)計(jì)的?？ㄍ呱抵捎酶?dòng)套串聯(lián)彈簧結(jié)構(gòu)，獲得了小剛度、大變形量的升降特性，解決了要求操作力小，懸吊力大的矛盾。
2、半自動(dòng)卡瓦保持了傳統(tǒng)的兩半塊大方瓦分兩次裝入的方法，解決了Varco卡瓦無法解決的鉆柱與井口存在的偏心問題。
半自動(dòng)卡瓦的卡瓦錐座，完全按照傳統(tǒng)的大方瓦外形設(shè)計(jì)，因而保持了傳統(tǒng)的卸扣操作習(xí)慣。
3、本實(shí)用新型的卡瓦懸吊系統(tǒng)增加了繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的自由度，具有自動(dòng)找正，自動(dòng)卡緊的作用，提高了半自動(dòng)卡瓦工作的可靠性。
圖1是半自動(dòng)鉆柱卡瓦的頂視圖。
圖2是半自動(dòng)鉆柱卡瓦的剖面圖(說明書摘要附圖)。
圖3是卡瓦體升降柱塞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是卡瓦體懸掛結(jié)構(gòu)示意圖。
結(jié)合

實(shí)施例如下由兩半組成的卡瓦錐座(1)的內(nèi)部加工有用于鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤的API(美國(guó)石油學(xué)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)的卡瓦錐孔，其外形尺寸與鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤方瓦相同，在卡瓦錐座(1)上分別裝有四根卡瓦體升降柱塞(2)，支撐著卡瓦體懸掛蓋(3)，懸掛蓋(3)的兩端均有公母牙嚙合，每一個(gè)懸掛蓋上懸掛著兩個(gè)裝有卡瓦齒片的卡瓦體(4)。在懸掛蓋(3)的中部穿有同步銷(5)，銷孔為長(zhǎng)園形，待兩塊大方卡瓦錐座裝入轉(zhuǎn)盤后，再將同步銷插入懸掛蓋上的同步銷孔內(nèi)，使兩塊懸掛蓋達(dá)到上下同步移動(dòng)。
圖3是卡瓦體升降柱塞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。它由經(jīng)過鍍鉻防腐處理的柱塞(6)，柱塞上部的防塵圈(7)，柱塞下部?jī)山M直徑不同，剛度各異，旋向相反的內(nèi)彈簧(8)和外彈簧(9)，以及聯(lián)結(jié)它們的浮動(dòng)套(10)組成。為了防止在升降過程中空氣無法排除和吸入，在柱塞下部底座上開有通氣孔。采用浮動(dòng)套相聯(lián)結(jié)的內(nèi)外彈簧系統(tǒng)后，在有限的空間內(nèi)，解決了彈簧剛度大，無法下壓；剛度小，卡瓦體無法復(fù)位的矛盾。
圖4是卡瓦體懸掛結(jié)構(gòu)示意圖。旋轉(zhuǎn)座(11)通過螺母(12)與懸掛蓋(3)相聯(lián)。旋轉(zhuǎn)座(11)中軸上有一臺(tái)階(A)，因此當(dāng)螺母上緊后仍能旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)座橫向上有轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸(14)，轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸上安裝有懸吊板(15)。懸吊板下端通過轉(zhuǎn)銷(16)與卡瓦體(4)相聯(lián)。通過這一套懸吊系統(tǒng)后，卡瓦體即可上下移動(dòng)，又可沿垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證鉆桿體不規(guī)則時(shí)能自動(dòng)找正，保證卡緊。
權(quán)利要求1.一種用于石油鉆機(jī)起下鉆操作的半自動(dòng)鉆柱卡瓦，其中包括卡瓦錐座(1)、卡瓦體升降柱塞(2)、懸掛蓋(3)和卡瓦體(4)，其特征是安裝在卡瓦錐座(1)上的數(shù)個(gè)卡瓦體升降柱塞(2)是由兩個(gè)剛度不同、外徑大小各異、旋向相反、由浮動(dòng)套(10)相連接的串聯(lián)組合彈簧(8、9)和柱塞(6)，裝在防塵罩內(nèi)構(gòu)成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半自動(dòng)鉆柱卡瓦，其特征是卡瓦錐座(1)是由互不聯(lián)結(jié)的兩半塊組成，并起來后其外形為上方下圓，其外形尺寸與鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤方瓦相同，內(nèi)部加工有用于鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤的API(美國(guó)石油學(xué)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)的卡瓦錐孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半自動(dòng)鉆柱卡瓦，其特征是所述卡瓦升降柱塞(2)內(nèi)的柱塞(6)表面鍍鉻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半自動(dòng)鉆柱卡瓦，其特征是在卡瓦體升降柱塞(2)上的懸掛蓋(3)的兩端均有公母牙嵌嚙合，中部穿有同步銷(5)，其水平方向的銷孔為長(zhǎng)圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半自動(dòng)鉆柱卡瓦，其特征是卡瓦體(4)通過懸吊板(15)和旋轉(zhuǎn)座(11)聯(lián)在懸掛蓋(3)上，旋轉(zhuǎn)座(11)上有一個(gè)臺(tái)階，旋轉(zhuǎn)座(11)可相對(duì)懸掛蓋(3)旋轉(zhuǎn)，懸吊板(15)通過旋轉(zhuǎn)座(11)上的轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸(14)可旋轉(zhuǎn)，卡瓦體(4)通過懸吊板(15)下端的轉(zhuǎn)銷(16)亦可旋轉(zhuǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型是一種用于石油鉆柱起下鉆作業(yè)的半自動(dòng)卡瓦。與現(xiàn)有手提式鉆柱卡瓦相比，其特點(diǎn)在于減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度；防止了單吊環(huán)起升管柱引發(fā)的重大工程與人身事故；解決了手提式卡瓦無法用于深井的難題。與彈簧卡瓦相比，其特點(diǎn)在于應(yīng)用了特殊設(shè)計(jì)的升降柱塞彈簧系統(tǒng)，適用于中國(guó)人操作；兩塊不相聯(lián)的卡瓦錐座，保證了鉆柱中心偏移下使用；特殊設(shè)計(jì)的卡瓦錐座與大方瓦有相同的結(jié)構(gòu)，保持了卸扣的傳統(tǒng)操作；三自由度的懸吊裝置，提供了卡瓦自動(dòng)找正和卡緊的條件。
文檔編號(hào)E21B19/00GK2140426SQ9224234
公開日1993年8月18日 申請(qǐng)日期1992年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月5日
發(fā)明者龔偉安 申請(qǐng)人:長(zhǎng)慶石油勘探局鉆采工藝研究院