[实用新型]顶驱下套管装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油固井技术领域，特别涉及一种配合顶部驱动钻井装置进行下套管作业的下套管作业装置。

背景技术

根据钻井井身结构设计要求，每次阶段完钻后都需要下套管，并进行固井作业。下套管是将每根长度约10米的套管，一根一根地连接在一起组成套管柱，同时把套管柱下入井内；固井作业是在套管柱与井壁之间注入水泥浆，水泥浆凝固后把套管柱固定在井壁上。据统计，一口井需要占用高达12～20％的总钻机时间，把套管柱连接起来并下入井内。

大多数钻井队在完成这项特殊的下套管作业时，需要请一个专业“套管工作队”来完成。

常规下套管设备主要包括：钻台上用于固定下端套管柱的钻台气动卡瓦、用于旋紧(松)套管扣的液压套管钳、用于断续灌注泥浆的开放式灌泥浆装置、用于提升整个套管柱的上部气动卡瓦、用于提升套管单根的简易吊卡以及用于保护套管扣的对扣护套等其它辅助工具。

多年来下套管的流程几乎没有变化。连接每一根套管的流程是：使用简易吊卡提升套管单根；安装对扣护套对扣；在连接时使用液压套管钳旋转顶部套管单根；启动上部气动卡瓦，松开下部钻台气动卡瓦，使上部气动卡瓦支撑套管柱的全部重量，下放套管柱；按要求及时向套管柱内灌注泥浆，完成一根套管下入井内。重复以上流程，直至把全部套管连接并下放到井底。

然而，在钻井过程中，完钻后的井眼(尤其是裸眼)经常出现缩径、坍塌、岩屑沉淀等许多问题，会影响下套管作业进程。这些问题如果不能及时通过循环泥浆、旋转套管等措施有效解决，就可能导致套管无法正常下到井底。

目前，现有的常规下套管的方法能够有效地将套管单根连接在一起形成套管柱并下入井内，但明显存在如下改进空间：(1)套管旋扣操作复杂、扭矩不易精确控制；(2)悬挂在井眼中的套管柱不能旋转；(3)不能根据需要随时循环泥浆；(4)下套管作业效率不高，存在极大的安全隐患。

基于常规下套管作业的以上局限性，各国石油钻井公司积极开发更安全、高效的下套管装备，个别公司的产品已经得到成功应用。国内钻采科研机构也一直关注相关技术进展，并进行了积极探索。大港油田钻采院成功研制出两种循环下套管装置，一种是顶驱自动灌浆解卡装置，另一种是转盘钻自动灌浆解卡装置，均可以在下套管过程中，随时在井口灌钻井液，无须停止下套管作业，在下套管过程中出现遇阻现象还可以立刻建立循环，利用破岩磨铣引鞋清除砂床。中国石油钻井技术工程研究院机械所研制出了简易套管钻井技术，包括下套管的机械式套管夹持头，夹持头分外卡和内卡两种，分别适用于5-1/2″套管和7″以上套管，连接在方钻杆下方，通过夹紧装置夹住套管并驱动套管。由于下端设计有皮碗密封装置，可实现钻井液的正常循环。

顶驱装置是20世纪80年代以来发展起来的新型重大石油钻井技术装备，它取代转盘和方钻杆而直接驱动钻柱钻进，具有转矩和速度控制精确等优点，无论在钻进过程中，还是在起下钻过程中，都可以边旋转钻柱，边循环泥浆，大大减少了遇阻、卡死等复杂情况的出现。

通过对国内外相关技术的调研，根据国内油田需要，北京石油机械厂研究开发出了一种配合顶驱进行下套管作业的装置。该装置代替目前国内外钻井广泛使用的套管钳等下套管设备，可充分发挥顶驱的优越性，不仅实现了套管柱的自动化连接，而且可以提供旋转套管以及循环泥浆的能力，大大减少卡钻、遇阻等潜在的安全危害，极大地提高了下套管作业的成功率。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种顶驱下套管装置，实现可靠地对扣、套管旋扣和扭矩的精确控制，能随时旋转整个套管柱、随时灌注或循环泥浆，提高下套管施工的安全性和下套管的工作效率。

本实用新型采用的技术方案是：顶驱下套管装置是一种基于顶部驱动钻井系统，用于下套管作业的集机械、液压于一体的钻井设备。根据套管尺寸的不同分为内部驱动和外部驱动两种结构。当套管直径小于177.8mm时采用外部驱动装置，当套管直径大于或等于177.8mm时采用内部驱动装置。无论是内部驱动或外部驱动，顶驱下套管装置能分为连接机构、驱动机构、传递机构、限位机构、卡紧机构、密封机构等六部分。

顶驱下套管装置主要由心轴、上端盖、活塞缸、活塞、下端盖、推拉卡筒、限位卡环、卡瓦、卡瓦心轴、皮碗和导向头组成。心轴为圆柱状，心轴有中心孔，在心轴的下端螺纹连接有卡瓦心轴，卡瓦心轴为圆柱状，卡瓦心轴有中心孔，在卡瓦心轴的下端螺纹连接有导向头。导向头的外壁上套有皮碗。