[发明专利]钻井升降作业装置

说明书

本发明涉及石油和天然气的开采设备，更具体地说是涉及钻井升降作业装置。

本发明适用于那些套管和钻杆吊架垂直设置的钻井的修理和钻探用的移动式和固定式起升设备。

在移动式起升设备中，由于受设备的重量和外形尺寸的限制，它的运输和在钻井井口附近布置困难等原因而采用了倾斜伸缩式钻塔。利用上述起升设备的已知技术方案，不仅对它的结构形式，而且对进行升降作业的工艺都提出了一系列附加要求。

油井修理和钻探时迫切的问题是提高劳动生产率，缩短套管和钻杆升降以及装、拆井上设备所需的时间。显著缩短升降工作时间的最大可能性在于将套管和钻杆的升降作业与其装拆、运输作业相结合。具有作业相结合的已知装置只用于钻探，并只能在固定式钻塔上应用，因为在带有斜钻塔的移动式起升设备中，由于下列原因不能采用已知的结构：重量和外形尺寸过大、结构复杂、安装、拆卸和调整需花费大量时间和劳动。

美国专利US-A-3929235公开了一种带有升降作业机械化系统的油井钻探设备。该设备由固定式钻塔、天车、带有提升器的游动滑车、带有游动滑车和提升器偏转导向装置的偏转系统组成。套管升降作业与其装拆及运输作业相结合，是由于存在有偏离钻井垂直轴线的游动滑车和提升器的偏离系统。带有提升器的游动滑车和钻井的同心度是靠安装在钻塔内的与钻井轴线相平行的并沿从天车到钻井平台全长牢固安装的刚性铁导轨来保证的。有两种沿整个钻塔高度移动的自身带传动装置和能量供给机构的独立偏转系统，这些系统必须加以控制，导向装置大的重量和外形尺寸必然明显增加设备的重量，并使其结构和控制复杂化，因而不可能采用已知的移动式起升设备。

美国专利US-A-2946464公开了另一种钻探时实现升降作业的装置。该装置由固定式钻塔、天车、分为两半的带有提升器的游动滑车、游动滑车和提升器的柔性导向装置系统、放置套管和转子的平台组成。

每个柔性导向装置都位于钻塔的内部并用自己的下端牢固地固定在钻井平台上，而上端则借助于一个圆柱体被固定在天车上。为了使带有提升器的游动滑车沿钻井轴线同轴升降和在升降作业与装卸作业相结合的情况下提升器偏转，导向装置系统与游动滑车和提升器的滑架相连接。当借助圆柱体拉紧导向装置时，提升器偏离套管，而在放松柔性导向装置时，提升器转向并接近套管，将套管夹持住。

在已知的装置中，实现了升降作业与套管安装、拆卸作业的部分结合。套管用提升器从钻井中提升到相应的套管接头之后，借助于转子将圆柱体悬空夹持住，而带有提升器的游动滑车沿着套管向下降到放置套管的平台位置。夹持住管接头下面的被提起的套管之后，游动滑车的柔性导向装置被拉紧，而提升器偏离套管。在完成上述的作业之后，游动滑车沿套管下降并卸下被提升的套管。这个作业完成以后，由接头提起套管并运输。钻井中套管下降按相反的顺序进行。

这样，在已知的装置中，套管的升降作业与它的装卸及运输作业并不能完全结合。在带有空载的提升器的游动滑车升降时，形成了停车、抓住管道上端、打开和关闭提升机和夹紧机构，从而使时间显著延长，降低了生产效率，而控制柔性导向装置和夹紧机构的复杂性，且要在钻井井口处安装、拆卸装置难于将已知的结构用于移动式起升设备上，这种设备的安装应当在相当短的时间内完成，操作应缩小到最低限度。

在苏联专利SU-A-574517和SU-A-588340中公开了用于钻井升降作业的机械化和半自动化装置。该装置由固定式钻塔、天车、带有提升器的两半的游动滑车和带有导向装置的对中器组成。

作业的结合是通过被分成两半的游动滑车和刚性地吊挂在它上面的封闭的自动提升器机构合成方法实现的，这使带有提升器的游动滑车在没有附加偏转的情况下沿钻井轴线升降，同时穿过它们的套管圆柱体或被拧开的套管。套管上端在拆装时用安装在沿柔性导向装置作垂直移动的钻塔支架上的对中器夹住。柔性导向装置严格地沿着钻井的轴线牢固地安装在天车和钻塔臂之间。在这种装置中，游动滑车的运动实际上不会停车，这显然提高了劳动生产率。这只是在保证对中器和游动滑车的运动轨迹完全同轴的情况下才能实现，因为破坏游动滑车和对中器的同心度将使升降作业速度降低并产生严重的后果。

带满载提升器的游动滑车提升时，当套管从钻井中提起时，或带空载提升器的游动滑车向钻井套管下降时，在对中器安装的高度上，游动滑车的圆锥体与对中器的圆锥体对接，然后它们一起向上运动。在海洋中，在半载起升设备摇晃的情况下，游动滑车的运动轨迹偏离了钻井和对中器的轴线。