[实用新型]顶部驱动气体反循环钻井地面装备系统有效

专利信息
申请号: 202020323231.7 申请日: 2020-03-16
公开(公告)号: CN211900442U 公开(公告)日: 2020-11-10
发明(设计)人: 王清岩 申请(专利权)人: 吉林大学
主分类号: E21B3/02 分类号: E21B3/02;E21B21/14;E21B21/08;E21B15/00;E21B19/02;E21B44/00
代理公司: 长春市吉利专利事务所(普通合伙) 22206 代理人: 李晓莉
地址: 130000 吉*** 国省代码: 吉林;22
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摘要:
搜索关键词: 顶部 驱动 气体 循环 钻井 地面 装备 系统
【权利要求书】:

1.顶部驱动气体反循环钻井地面装备系统,其特征在于,包括:钻机主体、顶驱导轨(4)、顶部驱动反循环钻井装置(5)、管路系统、流体动力系统及监控系统,

所述钻机主体包括钻机底座(1)、钻机井架(2)、二层台(6)、天车(11)及游车(12),在钻机底座(1)的钻台面上布置有司钻房(3)、左偏房和右偏房,司钻房(3)内设置有操作面板和主控电控柜;右偏房内设置有电测系统控制柜(13);在钻机底座(1)的平台下方且沿顶部驱动反循环钻井装置(5)主轴回转轴线所在位置同轴布置有防喷器(10);钻机井架(2)安装在钻机底座(1)上;二层台(6)、天车(11)及游车(12)均安装在钻机井架(2)上,天车(11)位于钻机井架(2)的顶部;

所述顶驱导轨(4)的上部采用销轴悬挂在天车(11)的底部,顶驱导轨(4)的下段采用反扭距梁安装在钻机井架(2)上;

所述顶部驱动反循环钻井装置(5)采用滚轮滑车(34)与顶驱导轨(4)滑动配合,顶部驱动反循环钻井装置(5)通过提升吊臂上方的万向节(30)与游车(12)采用销轴连接,钻机的主提升钢绳绕过游车(12)与天车(11)间的滑轮组形成绳系,在钻机的主提升绞车驱动下,游车(12)完成提升与下放顶部驱动反循环钻井装置(5)动作;顶部驱动反循环钻井装置(5)上配备有多工质配流套(7)、分体式鹅颈管(8)、负压冲管(9)、顶驱旋转头(27)、回转驱动装置(28)、顶驱遥控防喷器(29)、顶驱主传动箱(31)、顶驱手动防喷器(32)、顶驱背钳(33)、顶驱随动电控箱(35)、绝对值编码器(36)、顶驱供水管(40)及顶驱进气管(41),顶驱主传动箱(31)用于驱动顶部驱动反循环钻井装置(5)的主轴回转,顶部驱动反循环钻井装置(5)的主轴中心通道用于排渣;顶驱背钳(33)安装在顶驱背钳架上;多工质配流套(7)安装在顶部驱动反循环钻井装置(5)的主轴下方,多工质配流套(7)采用石油钻杆接头螺纹与顶驱手动防喷器(32)相联接,多工质配流套(7)的外部通过防回转拉杆(21)和销轴联接在顶部驱动反循环钻井装置(5)的顶驱背钳架上,多工质配流套(7)上的对外连接孔道采用密封管螺纹接头连接顶驱供水管(40)及顶驱进气管(41),多工质配流套(7)用于输入压缩空气、高压水以及在顶部驱动反循环钻井装置(5)的主轴下方形成旋流引射;顶驱背钳架采用销轴安装在顶驱旋转头(27)上;顶驱旋转头(27)上法兰与回转驱动装置(28)输出法兰之间采用高强度螺栓组连接;绝对值编码器(36)用于测量和限制回转驱动装置(28)输出法兰的转动角度;负压冲管(9)安装在顶部驱动反循环钻井装置(5)的主轴上方,同时负压冲管(9)与顶驱遥控防喷器(29)连接;分体式鹅颈管(8)采用螺栓组连接在负压冲管(9)上;

其中,多工质配流套(7)包括壳体(701)、上接头(702)、深沟球轴承(703)、单列圆锥滚子轴承(704)、下接头(705)、环式逆止阀(706)、压缩弹簧(707)、配气芯轴(708)、上锥套(709)、下芯管(710)及旋转格莱圈(711),壳体(701)采用防回转拉杆(21)和销轴连接在顶部驱动反循环钻井装置(5)的顶驱背钳架上,壳体(701)上加工有进气孔c、雾化孔d、引射孔e及阻尼孔f,进气孔c、雾化孔d及引射孔e中心位于同一直线上,且进气孔c、雾化孔d和引射孔e均为沿壳体(701)径向贯穿的螺纹孔,阻尼孔f为沿壳体(701)径向布置的贯穿孔;上接头(702)的上端采用石油钻杆接头螺纹与顶驱手动防喷器(32)相连接,上接头(702)的下端与下接头(705)采用矮压艾克姆梯形螺纹连接;配气芯轴(708)的上部具有圆锥形外表面,该圆锥型外表面与上锥套(709)的圆锥型内孔相配合,配气芯轴(708)下部外圆柱段依次加工有进气环槽u、注水环槽v以及引射环槽w,配气芯轴(708)上的密封档肩将各槽分隔开来,在壳体(701)内孔对应配气芯轴(708)各密封档肩的配合段均布置有旋转格莱圈(711);配气芯轴(708)的下部具有圆柱型内孔,该圆柱型内孔与下芯管(710)上部的外圆柱相配合;上锥套(709)与下芯管(710)上均具有限位挡肩,分别与上接头(702)及下接头(705)的内部台肩相接触;在上接头(702)上对应进气孔c、雾化孔d及引射孔e的位置加工有导流槽g,进气孔c通过导流槽g接通进气环槽u;雾化孔d通过导流槽g接通注水环槽v,引射孔e通过导流槽g接通引射环槽w;环式逆止阀(706)用于关断双壁钻具环形进气通道,在初始状态下,环式逆止阀(706)在压缩弹簧(707)的作用下贴紧上接头(702)下端锥面,将进气环槽u与下接头(705)和下芯管(710)之间形成的环形进气通道相阻隔;封隔进气环槽u与注水环槽v的密封档肩的环形截面上沿轴向加工有喷射孔h;引射环槽w连通位于配气芯轴(708)上部的螺旋喷射槽k,螺旋喷射槽k为右旋;壳体(701)上的阻尼孔分上下两组,各组沿轴线均布,位于下方的阻尼孔f布置在单列圆锥滚子轴承(704)和进气孔c之间,位于上方的阻尼孔f布置在深沟球轴承(703)和引射孔e之间,在壳体(701)内孔孔壁上与阻尼孔f对应位置加工有卸压环槽,阻尼孔f钻透壳体(701)后与卸压环槽相通,同时在卸压环槽两侧均布置有旋转格莱圈(711);下接头(705)与双壁管具采用右旋或左旋石油钻杆接头螺纹连接;下芯管(710)的下端与双壁管具的内管相插接;

其中,分体式鹅颈管(8)包括弯管体(801)、法兰接头体(802)、法兰套筒(803)、安装法兰(804)及排渣锥套(805),弯管体(801)的前端与安装法兰(804)插接配合,采用螺栓组贯穿弯管体(801)的前端与安装法兰(804)并将二者固定在冲管座套(905)上法兰上,弯管体(801)的后端通过螺栓与法兰接头体(802)及法兰套筒(803)同轴连接;法兰套筒(803)沿径向加工有注水口m,注水口m为管螺纹通孔;法兰接头体(802)后段具有圆锥形的外表面,在圆锥形外表面上加工有多头螺旋槽n,法兰接头体(802)的圆锥形外表面和排渣锥套(805)的内部圆锥孔相配合,法兰接头体(802)、法兰套筒(803)和排渣锥套(805)共同组成出口引射器;

其中,负压冲管(9)包括冲管(901)、下由壬(902)、组合式旋转密封圈(903)、密封圈(904)、冲管座套(905)及上由壬(906),冲管(901)安装在冲管座套(905)内部,冲管(901)的下端通过下由壬(902)与顶部驱动反循环钻井装置(5)主轴的旋转部件外螺纹段相连接,冲管(901)的上端通过上由壬(906)与安装法兰(804)的外螺纹段相连接,下由壬(902)与上由壬(906)的连接螺纹均为左旋,冲管(901)的工作段具有光滑的外圆柱面,冲管(901)的上部采用密封圈(904)构成静密封结构,冲管(901)的下段采用组合式旋转密封圈(903)构成动密封结构,静密封结构中冲管(901)固定段采用过盈配合,动密封结构中冲管(901)的工作段与刚性零件之间采用间隙配合;

所述管路系统包括排渣立管(15)、注水管路(16)、进气管路(17)、排渣管线(18)、排渣引射器(19)、水平排渣管(20)及旋流器(26),排渣立管(15)布置在钻机井架(2)的右侧外部,排渣立管(15)的内部孔道平直,排渣立管(15)的上方采用法兰与排渣引射器(19)出口处法兰管件相连接,排渣立管(15)的下端与水平排渣管(20)平滑过渡连接;水平排渣管(20)的出口处设置有旋流器(26);注水管路(16)和进气管路(17)预埋在钻机井架(2)内,注水管路(16)与顶驱供水管(40)连通,进气管路(17)与顶驱进气管(41)连通;顶驱进气管(41)后段设置有进气单向阀(38),而后接通多工质配流套(7)的进气孔c;顶驱供水管(40)通过多通接头(39)形成分支管路接通分流器(37),分流器(37)分别与多工质配流套(7)的雾化孔d和引射孔e,以及分体式鹅颈管(8)的注水口m连接;排渣引射器(19)采用安装法兰固定在钻机井架(2)上,排渣引射器(19)的进口与排渣管线(18)联接;排渣管线(18)远离排渣引射器(19)的一端连接在分体式鹅颈管(8)的排渣锥套(805)上;

所述流体动力系统包括空压机(22)、增压器(23)及水泵(25),空压机(22)采用并联进气管汇(24)与增压器(23)连接,增压器(23)出口通过地面高压管汇与进气管路(17);水泵(25)通过地面高压管汇接通注水管路(16);

所述监控系统包括第一压力传感器、第一流量传感器、第二压力传感器、第二流量传感器、顶驱随动电控箱(35)、电测系统控制柜(13)以及司钻房(3)中主控电控柜,在水泵(25)的进出口处、空压机(22)的出口处、增压器(23)的进出口处及排渣引射器(19)的进水口处各设置有一个第一压力传感器和一个第一流量传感器,各个第一压力传感器和第一流量传感器同时与电测系统控制柜(13)的控制器通信连接;在分流器(37)的出口处、进气单向阀(38)的出口处及分体式鹅颈管(8)的注水口m处各设置有一个第二压力传感器和一个第二流量传感器,各个第二压力传感器和第二流量传感器同时与顶驱随动电控箱(35)的控制器通信连接;顶驱随动电控箱(35)、电测系统控制柜(13)以及司钻房(3)中主控电控柜之间采用网线连接。

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