[发明专利]一种顶驱钻井设备接箍卡紧式下套管装置及其使用方法

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种下套管装置，尤其是一种顶驱钻井设备接箍卡紧式下套管装置，属于石油固井技术领域。

背景技术

顶部驱动钻井装置是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，它取代传统的转盘加方钻杆而直接驱动钻柱钻进，具有精确控制转矩和转速等优点，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，极大减少了遇阻、卡钻等复杂情况的发生。

国外顶驱下套管装置研发较早，主要有内卡式和外卡式两种。内卡式顶驱下套管装置夹持套管内表面，外卡式顶驱下套管装置夹持套管外表面。国外的这两种顶驱下套管装置通过顶驱的液压源，使驱动机构上、下油缸充油，推动驱动机构上、下运动，进而实现夹持机构与套管的松开或夹紧。该装置的夹持机构为卡瓦牙结构，驱动机构为楔形锥面结构。这种结构的下套管装置对管柱的夹持力随下放管柱重力的增大而增大，当下放管柱的重力过大时，卡瓦牙夹持机构会损坏管柱表面，因此该结构的下套管装置适用于中浅井。同时，对于不同直径套管进行下套管作业需要更换卡瓦牙夹持机构，会影响生产效率和作业时间。

国内最近几年才开始对顶驱下套管装置进行研发，主要生产厂家有中国石油集团钻井工程技术研究院北京石油机械厂。北京石油机械厂的顶驱下套管装置的工作原理与 Tesco 公司的产品相似，都采用液压驱动的方式，其主要产品有XTG178 和 XTG244 两种型号。以上存在的缺陷和不足仍然存在，影响到下套管装置的安全性和效率实现，制约了下套管装置的推广与应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种顶驱钻井设备接箍卡紧式下套管装置及其使用方法，通过将中心管与顶驱装置连接，液压缸提供主要动力，驱动中心管带动钳头主体，钳头主体通过两个楔形法兰斜面的配合作用，抓紧套管，防止套管脱落的同时还可以在下放套管过程中进行适当旋转和下压套管，既防止了卡钻现象，又安全可靠，提高工作效率，减少工人劳动量。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种顶驱钻井设备接箍卡紧式下套管装置，中心管从上至下依次设有旋转密封连接板、悬挂支撑座、主液压缸和钳头主体，钳头主体下方设有套管吊卡，悬挂支撑座下端面设有悬挂体，悬挂体下端面固定连接有吊环，吊环下端与套管吊卡连接，吊环表面上设有吊环倾斜液压缸。

优选地，所述钳头主体上端面设有环形球面法兰，环形球面法兰套装在中心管下半部分，环形球面法兰下端面固定连接有楔形法兰Ⅰ，环形球面法兰和楔形法兰Ⅰ之间设有环形外球面块，螺栓依次贯穿环形球面法兰和环形外球面块后和楔形法兰Ⅰ固定连接，楔形法兰Ⅰ内侧与楔形法兰Ⅱ活动连接，楔形法兰Ⅰ和楔形法兰Ⅱ的斜面配合滑动连接，楔形法兰Ⅱ圆周分布在钳头主体的外圆周面上，楔形法兰Ⅱ内侧固定连接有钳牙，钳牙长度与钳头主体对应，钳牙与钳头主体中心线平行设置。

优选地，所述中心管外圆周设有压块，压块另一侧与楔形法兰Ⅱ连接，压块下端面设有刚性密封圈，刚性密封圈与所述钳牙上端面连接；所述的中心管外圆周设有舌形密封塞，舌形密封塞的长度与环形球面法兰厚度对应；所述的楔形法兰Ⅰ和压块之间设有蝶型弹簧，蝶型弹簧一端与楔形法兰Ⅰ连接，另一端与压块连接。

优选地，所述楔形法兰Ⅱ为8个均匀分布在钳头主体的外圆周面上；所述的中心管贯穿主液压缸而且中心管的中心线与主液压缸的中心线重合。

优选地，所述上中心管上端设有API螺纹，螺纹呈楔形。

一种采用顶驱钻井设备接箍卡紧式下套管装置进行装夹，使用步骤如下：

1）首先，通过旋转旋转密封连接板使得API螺纹连接与顶驱液压系统相连；

2）其次，通过开启顶驱液压系统驱动吊环倾斜液压缸，使悬挂在悬挂体上的吊环倾斜一定角度，打开套管吊卡抓取石油套管，整体装置在顶驱的带动下向上移动，使抓取的套管与地面套管的管扣对中；

3）接着，将主液压缸充油，推动中心管上下运动，进而中心管带动钳头主体运动；

4）再次，通过主液压缸驱动环形球面法兰向下移动，通过环形球面法兰与环形外球面块的球面配合使钳头主体旋转一定角度，令石油套管顺利进入钳头主体的角度补偿，通过蝶型弹簧实现纵向位移补偿，环形球面法兰继续下移，继而推动楔形法兰Ⅰ下移，使得楔形法兰Ⅰ和楔形法兰Ⅱ各个块之间实现斜面滑动，从而收紧个楔形法兰Ⅱ，使得各个钳牙收紧进而抓紧套管；

5）最后，通过控制顶驱液压系统使得抓取套管和地面套管顺利对接。

本发明的有益效果为：