[发明专利]一种下套管作业连续循环装置及连续循环方法

说明书

技术领域

本发明属于钻井工程领域，具体涉及一种下套管作业连续循环装置及下套管连续循环方法。

背景技术

目前，在钻井施工过程中，其下套管作业时的灌浆和建立循环所采用的工艺是：将套管坐在转盘上，手持带弯头的泥浆管线，向套管内进行灌浆，然后接洗井接头及方钻杆循环。这种方法带来的问题：一是套管在井口静止时间过长，加大了套管粘卡几率；二是人工手持管线灌注，液体压力难控制，容易发生人身伤害事故；三是泥浆循环作业环节多，每次循环需要接卸洗井接头及方钻杆；四是套管作业时间较长，中间静止多易造成套管下入遇阻严重、套管下不到位和井喷、井漏等复杂情况发生。目前，为了解决上述问题已有个别的下套管连续循环的装置，但因为适用的范围有限，或可操控性较差，所以生产上很少有用。

发明内容

本发明公开了一种下套管作业连续循环装置，包括夹持系统和灌注与循环系统，其中夹持系统用于夹持被下套管，控制整套装置的提升与下放，灌注与循环系统用以实现下套管过程中泥浆的灌注与循环。

其中，所述夹持系统包括挂环、竖直液缸、组合连接装置、一对耳环连接液缸、一对连接臂和一对次抓卡，其中竖直液缸连接在挂环下面，竖直液缸下面连接组合连接装置，两个耳环连接液缸的无杆端背靠背铰接安装在组合连接架上，另一端连接连接臂，连接臂的自由端设置次抓卡，竖直液缸控制整套装置的提升与下放，两个耳环连接液缸控制左右两个次抓卡的张开与闭合。

其中，连接臂包括驱动小臂和次抓臂，驱动小臂的一端铰接到耳环连接液缸的有杆端，另一端连接次抓臂，次抓臂的自由端设置次抓卡，驱动小臂和次抓臂在相互连接处与组合连接架铰接。

此外，组合连接装置包括组合连接架和组合连接头。

其中， 灌注与循环系统设置在夹持系统的下端，包括由壬连管、芯管、皮碗密封、单流阀、上接头和下接头，由壬连管连接在夹持系统的组合连接头上，用于与鹅颈管连接，导入泥浆；单流阀设置在芯管的上面，位于上接头内，保证灌入到芯管内的泥浆单方向向下流动；皮碗密封设置在芯管管壁外大约中部的高度位置处；下接头连接在芯管下端，上接头和下接头配合使用，可方便地根据套管的尺寸更换不同规格的皮碗密封，实现工作过程的坐封。

进一步，灌注与循环系统还包括导向头，导向头大致为锥形，与下接头连接，能方便插入到套管中。

本发明还公开了采用上述下套管作业连续循环装置下套管的方法，包括如下步骤：

1）将挂环悬挂固定在大钩下方；

2) 竖直液缸驱动整个装置向下运动，将灌注与循环系统下入套管中；

3）两端的耳环连接液缸的活塞杆推出，带动连接臂旋转，两个次抓卡在吊卡的下边夹住套管并锁紧；

4）泥浆通过由壬接管进入灌注与循环系统，灌注与循环系统中的单流阀打开，进行泥浆灌注；

5）套管内灌满泥浆，压力增大，灌注与循环系统的芯管外的皮碗密封坐封；

6）由芯管注入到套管中的泥浆到达井底后从套管壁外与井筒内之间的环形空间中向上返出，装置进入泥浆循环操作。

进一步，在完成一根套管单根下放后，停泥浆泵，套管内压力降低，密封解除，次抓卡解锁，两端耳环连接液缸的活塞杆收回，次抓卡张开，竖直液缸提升，将灌注与循环系统从已经下入的套管中抽出，解开吊卡，大钩提拉整个装置上升。

进一步，在步骤2）中，组合连接头下端接触到套管上端的套管接箍后竖直液缸停止下行。

本发明的有益效果是：在下套管作业过程中利用本发明的装置，不仅能实现下套管过程的泥浆连续循环，而且工作时左右两次抓卡闭合锁扣在夹持套管的吊卡下边，将套管内循环的泥浆对灌注与循环系统产生的上顶力与整个套管柱的重量相抵消，在克服上顶力难题上方法简单可靠。

本发明结构合理而紧凑，使用时可操作性强,在下套管作业时使用本装置可避免套管粘卡，减少井壁的缩径和坍塌造成的下套困难，可保证套管顺利下入，因而节约了生产成本。

附图说明

图1：下套管作业连续循环装置非工作状态连接图；

图2：下套管作业连续循环装置工作状态连接图；

图3：夹持系统结构图；

图4：夹持系统中组合连接装置连接图；

图5：自动灌注与循环系统结构图。

附图标记说明：

1. 大钩，  2. 挂环，  3. 竖直液缸，4. 耳环连接液缸，

5. 由壬连管，  6. 芯管，  7. 皮碗密封，8. 下接头，