[发明专利]顶驱下套管装置

说明书

技术领域

本发明涉及顶驱下套管装置，是带有顶驱的钻机进行下套管操作的专用装置，属于油气开采设备技术领域。

背景技术

为了封隔地层，加固井壁，每口油气井在钻完后都要进行相应的下套管（即把套管连接起来并下入井内）、固井作业。一口井的下套管时间约占总钻机时间的12～20%。因此下套管的自动化程度对钻井完井效率产生较大影响。

常规下套管的方法为：使用简易吊卡提升单根套管；安装对扣套对扣；在连接时使用液压套管钳旋转顶部单根套管完成套管的上扣；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入井底。

常规下套管的方法能够有效的地将套管单根连接在一起形成套管柱下入井内，但仍存在以下问题：（1）套管旋扣复杂、劳动强度大且扭矩不易精确控制，扭矩过大损坏套管扣，扭矩过小上不紧扣套管造成井漏；（2）由于上部气动卡瓦无泥浆通道，造成下套管的过程中不能实现边旋转边循环泥浆，套管下不到指定的位置且由于长时间不活动套管柱易造成粘卡等井下事故；（3）下套管作业效率不高，劳动强度大且需要高空操作，因此存在极大的安全隐患。

随着顶驱的诞生，顶驱下套管便应运而生。如中国专利文献CN101487277B公开了一种用顶部驱动钻井装置下套管的方法，介绍了一种液压驱动卡瓦张开和收回的结构。如中国专利文献CN 202249762 U公开了一种内卡式顶驱下套管装置，其基本结构与CN101487277B一样，不同点在于把卡瓦改成了可现场更换的卡瓦以便提高其适应性。上述两专利的顶驱下套管装置，提高了下套管作业的自动化程度，钻完井效率得到提升、劳动强度得到降低，部分解决了常规下套管遇到的前述问题。

然而，上述两专利的顶驱下套管装置均采用液压驱动，易漏油污染环境，且液压油受环境因素影响较大。另外，上述两专利中的卡瓦的夹持范围较小，不能适应多种管径套管的使用。

发明内容

本发明在于提高下套管作业的自动化程度，并解决现有顶驱下套管装置污染环境且使用范围较小的问题。

为此，本发明提供了一种顶驱下套管装置，主要由承载主体和卡瓦组成，承载主体和顶驱的芯轴螺纹连接，和顶驱的水眼相连通，卡瓦安装在承载主体上并经径向位移和套管离合；卡瓦主要由不少于2组的卡瓦牙、卡瓦主体关于承载主体所在中心线均布而成；其中卡瓦主体的截面呈楔形，其两端面具有定半径等距分布的牙弧状平面螺纹；卡瓦牙的外表面上具有与套管可啮合的牙；卡瓦牙、卡瓦主体间形成滑轨和/或滑道连接；承载主体上具有和卡瓦数量相同的防扭卡槽，承载主体具有带平面螺纹的两平行的环形面；上述卡瓦安装在承载主体的防扭卡槽内，上述卡瓦中平面螺纹和承载主体中平面螺纹形成平面螺纹副。

该发明的顶驱下套管装置中，承载主体和顶驱的芯轴螺纹连接，顶驱的芯轴的旋转带动承载主体的旋转。卡瓦径向均布在承载主体内，并和承载主体的两环形面形成平面螺纹副。当承载主体正向旋转时，卡瓦在平面螺纹的作用下径向扩大直到牙咬住套管内壁。在承载主体进一步旋转以及套管的自重下，卡瓦牙在卡瓦主体的楔形面的滑轨和/或滑道上向下滑动，径向尺寸进一步扩大直至抱紧套管形成啮合。当当承载主体反向旋转时，卡瓦在平面螺纹的作用下径向缩小，牙松开套管内壁；卡瓦在承载主体进一步旋转下返回初始位置。

因此，该发明的顶驱下套管装置，巧妙的利用了平面螺纹副将顶驱的芯轴的转动转化为卡瓦在承载主体的径向移动，然后再利用卡瓦牙在卡瓦主体的楔形面上的滑动使得径向尺寸进一步扩大并达到和套管的啮合。该发明中，卡瓦牙运动轨迹形成的包络圆直径的变化范围比普通的楔形面的直径变化范围要大很多，这样就可夹持同一种规格任意壁厚的套管，甚至可以夹持规格变化不大的套管，因此具有更强的适应性，且无液压驱动，更环保。

作为进一步改进，该发明的顶驱下套管装置，其特征还在于上述卡瓦主体两侧开有槽，槽内设置有经螺栓固定在承载主体的防掉环。这样可防止卡瓦主体径向扩大时从防扭卡槽里掉落。

作为进一步改进，该发明的顶驱下套管装置，其特征还在于上述卡瓦主体上设有限位槽或限位块。这样可限定卡瓦牙在卡瓦主体的相对位移范围。