一种多液缸驱动式顶驱套管送入工具

摘要

一种多液缸驱动式顶驱套管送入工具，特征是：悬挂筒端面通过螺栓固定连接有液压缸总，液压缸总成的活塞杆连接有推拉卡筒，推拉卡筒内有卡瓦盘，卡瓦盘下端连接有卡瓦板，卡瓦板牙齿为球形滚珠。悬挂心轴与悬挂筒之间、卡瓦盘与推拉卡筒之间各有一对轴承，使液压缸能相对于悬挂心轴和卡瓦心轴转动，使液压缸不承受扭矩载荷。工作时，四个液压缸一同为卡瓦板提供下行动力，同时球形滚珠接触套管壁，夹紧管柱。效果是：球形滚珠不会咬入管壁，能很好解决管壁损伤，卡瓦板磨损的问题；采用单个液压缸，能简化装置复杂结构，降低制造成本；使用本装置还能及时旋转、提放管柱、循环泥浆，提高下套管作业效率和安全性，降低钻井综合成本。

权利要求

1.一种多液缸驱动式顶驱套管送入工具，包括悬挂心轴(1)、连接总成(2)、液压缸总成(3)、传动总成(4)、夹持总成(5)、防碰环(6)，其特征为：悬挂心轴(1)为旋转构件，悬挂心轴(1)下段套有连接总成(2)，连接总成(2)下端面与液压缸总成(3)螺栓连接，液压缸总成(3)下端与传动总成(4)销轴连接，传动总成(4)下端与夹持总成(5)连接，夹持总成(5)上段外侧有防碰环(6)；

所述连接总成(2)包括小轴承端盖(7)、小圆锥滚子轴承(9)、小圆螺母(10)、悬挂筒(11)；悬挂心轴(1)下端外侧套装有悬挂筒(11)，悬挂筒(11)与悬挂心轴(1)之间安装有小圆锥滚子轴承(9)，悬挂筒(11)能相对于悬挂心轴(1)转动；小圆锥滚子轴承(9)上端设置有小轴承端盖(7)紧固，小圆锥滚子轴承(9)下端设置有小圆螺母(10)紧固；悬挂筒(11)下端通过螺栓固定连接有3～6个液压缸总成(3)；

所述液压缸总成(3)包括焊接端盖(13)、活塞(14)、活塞杆(15)、缸筒(16)、法兰端盖(17)；缸筒(16)上端与焊接端盖(13)焊接，缸筒(16)下端与法兰端盖(17)螺栓连接；缸筒(16)内配合有活塞(14)，活塞(14)内配合有活塞杆(15)；缸筒(16)与活塞(14)之间为滑动密封配合；活塞(14)与活塞杆(15)之间为静密封配合；活塞杆(15)与法兰端盖(17)为滑动密封配合；缸筒(16)壁的上下端外侧，螺纹分别连接有高压流体的进口和出口；活塞杆(15)下端为方形双耳，方形双耳通过销轴与传动总成(4)连接；

所述传动总成(4)包括推拉卡筒(18)、大圆螺母(19)、大圆锥滚子轴承(20)、大轴承端盖(21)、卡瓦盘(22)；卡瓦心轴(25)为回转体，卡瓦心轴(25)上端外侧套有卡瓦盘(22)，卡瓦盘(22)外侧套装有推拉卡筒(18)，推拉卡筒(18)与卡瓦盘(22)之间安装设置有大圆锥滚子轴承(20)，推拉卡筒(18)能相对于卡瓦心轴(25)转动；大圆锥滚子轴承(20)上端设置有大圆螺母(19)紧固，大圆锥滚子轴承(20)下端设置大轴承端盖(21)紧固；卡瓦盘(22)下端有3～6个斜T形槽，每个斜T形槽与夹持总成(5)上端形面配合连接；

所述夹持总成(5)包括卡瓦心轴(25)、卡瓦板(26)、球形滚珠(27)、限位压板(28)、内六角螺钉(29)；卡瓦心轴(25)下部外侧为斜面，斜面上配合有卡瓦板(26)；卡瓦板(26)下端外侧表面均布有半球形凹槽，球形滚珠(27)安装在半球形凹槽内，球形滚珠(27)通过限位压板(28)限位；限位压板(28)上设置有圆台凸起(34)，通过圆台凸起(34)实现限位压板(28)定位与内六角螺钉(29)的减载；限位压板(28)通过内六角螺钉(29)固定在卡瓦板(26)上。

说明书

一种多液缸驱动式顶驱套管送入工具

技术领域

[0001] 本发明涉及石油天然气固井装备技术领域，特别涉及一种多液缸驱动式顶驱套管送入工具。

背景技术

[0002] 下套管作业的目的在于封隔地层、加固井壁、防止油气泄漏和建立油气通道等，是石油天然气钻井作业过程中的一个极其重要的环节。下套管工具是完成下套管作业的关键性装备，常规下套管装备主要包括：用于夹持套管的井口卡瓦、用于套管旋扣的液压套管钳、用于断续灌注泥浆的开放式灌泥浆装置、用于提升套管的套管吊卡等工具。

[0003] 然而上述常规下套管装备存在如下问题：井口卡瓦牙板为齿形，夹持悬挂套管时，卡瓦牙齿会咬伤管柱外壁，将降低管柱的强度和使用寿命；利用套管钳旋扣，套管螺纹的上扣扭距不易精确控制；利用断续灌浆装置灌注泥浆，不能根据需要及时循环泥浆，尤其是在套管下入遇阻时，必须重新连接方钻杆建立泥浆循环，清除沉沙，影响了下套管效率；利用套管吊卡提升套管，井眼中的套管不能旋转；此外，常规下套管装备还存在操作复杂，作业效率低，安全可靠性不高等缺点。

[0004] 因此，为克服常规下套管装备的缺点，国外对顶驱下套管装置进行了研究与产品生产。顶驱下套管装置是依托顶驱钻井装置，发展而来的一种新型下套管作业装置，该装置是集机械、液压、自动化控制于一体，能精确控制上扣扭矩、能及时循环或灌注泥浆，具有安全、高效、自动化程度高的优点，能避免常规下套管装备的缺点。

[0005] 国内最近几年也对顶驱下套管装置进行了研发，中国专利号“200920105896.4”公布了一种顶驱下套管装置，另外，中国专利号“201410352905.5”公布了一种顶驱钻井设备接箍卡紧式下套管装置及其使用方法。但此类技术存在如下不足之处：(1)专利号为200920105896.4的专利，其结构复杂，制造陈本高，且卡瓦牙易咬入套管壁，降低管柱强度和使用寿命。(2)专利号为201410352905.5专利，其结构上，环形主液缸与中心管之间未设置轴承，当该装置旋转时，环形液压缸总成也会绕中心管旋转，使液压缸总成承受扭矩作用，并造液压缸总成的液压管线绕中心管缠绕。

发明内容

[0006] 为了克服现有下套管装备的上述缺点，本发明的目的在于提供一种多液缸式顶驱下套管装置，具有结构简单，制造成本低，卡瓦对管柱损伤小的特点，并能提高下套管作业效率和作业安全性。

[0007] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0008] 一种多液缸驱动式顶驱套管送入工具，包括悬挂心轴1、连接总成2、液压缸总成3、传动总成4、夹持总成5、防碰环6组成，其结构特征为：悬挂心轴1为旋转构件，悬挂心轴1下端套有连接总成2，连接总成2下端面与液压缸总成3螺栓连接，液压缸总成3下端与传动总成4销轴连接，传动总成4下端与夹持总成5连接，夹持总成5上端外侧有防碰环6；

[0009] 所述连接总成2包括小轴承端盖7、小圆锥滚子轴承9、小圆螺母10、悬挂筒11；悬挂心轴1下端外侧套有悬挂筒11，悬挂筒11与悬挂心轴1之间安装有小圆锥滚子轴承9，悬挂筒11能相对于悬挂心轴1转动；小圆锥滚子轴承9上端设置有小轴承端盖7紧固，小圆锥滚子轴承9下端设置有小圆螺母10紧固；悬挂筒11下端面通过螺栓固定连接有3～6个液压缸总成
3。

[0010] 所述液压缸总成3包括焊接端盖13、活塞14、活塞杆15、缸筒16、法兰端盖17；缸筒16上端与焊接端盖13焊接，缸筒16下端与法兰端盖17螺栓连接；缸筒16内配合有活塞14，活塞14内配合有活塞杆15；缸筒16与活塞14之间为滑动密封配合；活塞14与活塞杆15之间为静密封配合；活塞杆15与法兰端盖17为滑动密封配合；缸筒16壁的上下端外侧，螺纹分别连接有高压流体的进口和出口；活塞杆15下端为方形双耳，方形双耳通过销轴与传动总成4连接。

[0011] 所述传动总成4包括推拉卡筒18、大圆螺母19、大圆锥滚子轴承20、大轴承端盖21、卡瓦盘22；卡瓦心轴25为回转体，卡瓦心轴25上端外侧套有卡瓦盘22，卡瓦盘22外侧套有推拉卡筒18，推拉卡筒18与卡瓦盘22之间安装设置有大圆锥滚子轴承20，推拉卡筒18能相对于卡瓦心轴25转动；大圆锥滚子轴承20上端设置有大圆螺母19紧固，大圆锥滚子轴承20下端设置有有大轴承端盖21紧固；卡瓦盘22下端有3～6个斜T形槽，每个斜T形槽与夹持总成5上端形面配合连接。

[0012] 所述卡瓦盘22下端的斜T形槽配合有3～6只夹持总成5，所述夹持总成5包括卡瓦心轴25、卡瓦板26、球形滚珠27、限位压板28、内六角螺钉29；卡瓦心轴25下部外侧为斜面，斜面上配合有卡瓦板26；卡瓦板26下端外侧表面均布有半球形凹槽，球形滚珠27安装在半球形凹槽内，球形滚珠27通过限位压板28限位；限位压板28上设置有圆台凸起34，通过圆台凸起34实现限位压板28定位与内六角螺钉29的减载；限位压板28通过内六角螺钉29固定在卡瓦板26上。

[0013] 所述分瓣防碰环6由六个分瓣防碰块31组成；每个分瓣防碰块31呈扇形，扇形中设置1～2个通孔；螺栓穿过通孔，将分瓣防碰块31固定在卡瓦心轴25凸出块的端面，形成防碰环6。

[0014] 与现有技术比较，本发明的效果是：悬挂单个液压缸为卡瓦板提供推拉力，能简化目前顶驱下套管装置的复杂结构，并降低顶驱下套管装置制造成本；采用球形滚珠接触套管壁，可降低对管柱外壁的损伤程度，提高卡瓦与套管的使用寿命；且本发明装置还能根据需要随时循环泥浆、提放管柱、旋转管柱，提高下套管作业自动化程度、下套管作业效率，降低石油天然气固井作业的综合成本。

附图说明

[0015] 图1是本发明用整体结构剖面示意图。

[0016] 图2是连接总成处剖面结构示意意图。

[0017] 图3是本发明悬挂筒悬零件的俯视图。

[0018] 图4是本发明悬挂筒悬零件的仰视图。

[0019] 图5是本发明液压总成处剖面结构示意图。

[0020] 图6是本发明传递总成处剖面结构示意图。

[0021] 图7是本发明卡瓦盘三维结构示意图。

[0022] 图8是本发明发夹紧总成剖面结构示意图。

[0023] 图9是本明发推拉卡瓦A—A处断面图。

[0024] 图10是本明发推拉卡瓦B—B处断面图。

[0025] 图11是本明发防碰环C—C处断面图。

[0026] 图12是本明发分瓣防碰块俯视图。

[0027] 图中，1.悬挂心轴，2.连接总成，3.液压缸总成，4.传递总成，5.夹紧总成，6.防碰环，7.小轴承端盖，8.小圆形阶梯，9.小圆锥滚子轴承，10.小圆螺母，11.悬挂筒，12.大圆孔，13.焊接端盖，14.活塞，15.活塞杆，16.缸筒，17.法兰端盖，18.推拉卡筒，19.大圆螺母，20.大圆锥滚子轴承，21.大轴承端盖，22.卡瓦盘，23.外螺纹，24.大圆形阶梯，25.卡瓦心轴，26.卡瓦板，27.球形滚珠，28.限位压板，29.内六角螺钉，30.圆台凸起，31.分瓣防碰块，
32.胶筒座，33.胶筒，34.导向头。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明做进一步详细叙述。

[0029] 参照图1，一种多液缸驱动式顶驱套管送入工具，包括悬挂心轴1，悬挂心轴1外套有连接总成2，连接总成2下端通过螺栓与液压缸总成3固定连接，液压缸总成3下端与传动总成4连接销轴有，传动总成4下端与夹紧总成5形面连接，夹紧总成5有外螺栓固定有防碰环6；

[0030] 参照图1、2，连接总成2包括小轴承端盖7、小圆锥滚子轴承9、小圆螺母10、悬挂筒11。悬挂心轴1内侧圆形通孔直径为90毫米，悬挂心轴1外侧圆柱直径为170毫米。悬挂心轴1与悬挂筒11之间设置有一对背对背的小圆锥滚子轴承9，悬挂心轴1与悬挂筒11之间能相对转动，以避免液压缸总成3绕悬挂心轴1旋转。小圆锥滚子轴承9内径为170毫米，小圆锥滚子轴承9外径直为230毫米；小圆锥滚子轴承9的内圈上端，通过悬挂心轴1外侧的小圆形阶梯8定位；小圆锥滚子轴承9的内圈下端，通过悬挂心轴1外侧螺纹连接的小圆螺母10紧固。小圆锥滚子轴承9的外圈下端，通过悬挂筒11内壁的圆形阶梯定位；小圆锥滚子轴承9的外圈上端，通过小轴承端盖7紧固。小轴承端盖7通过螺栓连接在悬挂筒11上端面，小轴承端盖7与悬挂筒11之间有垫片，垫片用于调整小圆锥滚子轴承9的游隙和预紧程度。

[0031] 参照图1、3、4，悬挂筒11上端面均布有螺纹孔，小轴承端盖7通过螺栓固定在悬挂筒11上端面。悬挂筒11下端面均布有四个大圆孔12，每个大圆孔12环向均布有八个螺纹孔；液压缸总成3穿过大圆孔12；液压缸总成3的下端缸筒16、法兰端盖17通过八个螺栓固定在悬挂筒11下端面。悬挂筒11与悬挂心轴1之间有小圆锥滚子轴承9，避免液压缸总成3绕悬挂心轴1旋转。

[0032] 参照图1、5，液压缸总成3包括焊接端盖13、活塞14、活塞杆15、缸筒16、法兰端盖17。液压缸总成3的活塞14直径为40毫米，活塞杆15行程为125毫米，额定油压为10MPa，采用单独液压源供油，四个液压缸总成同时工作，最大下推力达到4.5吨，液压缸总成的设计可以参照或者选用工程液压缸。缸筒16上端通过焊接，连接有焊接端盖13；缸筒16的壁上下端分别螺纹连接有高压流体的进口和出口；缸筒16内部配合有活塞14，活塞14与缸筒16之间为滑动密封配合。活塞14内部活塞杆15外部配合，活塞杆15与活塞14之间为静密封配合；活塞杆15上端穿过活塞14中心孔，活塞杆15通过螺母压紧在活塞14上端面。活塞杆15下端为方形双耳环，活塞杆15的方形双耳环通过销轴与推拉卡筒18的单耳环连接。销轴一端有螺纹，销轴上的螺纹连接有螺母，螺母用于防止销轴掉落。缸筒16下端有法兰端盖17，法兰端盖17通过螺栓将缸筒16固定在悬挂筒11下端面。

[0033] 参照图6～7，动总成4包括推拉卡筒18、大圆螺母19、大圆锥滚子轴承20、大轴承端盖21、卡瓦盘22。卡瓦盘22与推拉卡筒18之间设置有一对背对背的大圆锥滚子轴承20，卡瓦盘22与推拉卡筒18之间能相对的转动，推拉卡筒18与活塞杆15连接，避免活塞杆15绕卡瓦心轴25转动。大圆锥滚子轴承20内径为220毫米，大圆锥滚子轴承20外径直为300毫米。大圆锥滚子轴承20的内圈下端，通过卡瓦盘22外侧的大圆形阶梯24定位；大圆锥滚子轴承20的内圈上端，通过卡瓦盘22外侧螺纹23连接的大圆螺母19紧固。大圆锥滚子轴承20的外圈上端，通过推拉卡瓦筒40内侧的圆形阶梯定位；大圆锥滚子轴承20的外圈下端，通过大轴承端盖21紧固。大轴承端盖21通过螺栓固定在推拉卡筒18下端面，大轴承端盖21与推拉卡筒18之间有垫片，垫片用于调整大圆锥滚子轴承20之间的游隙和遇紧程度。

[0034] 参照图6～7，卡瓦盘22外侧表面有用于紧固大圆锥滚子轴承20的外螺纹23、大圆形阶梯24。卡瓦心轴25穿过卡瓦盘22的中心通孔，卡瓦盘22的中心通孔与卡瓦心轴25外侧圆柱表面之间有一定间距。卡瓦盘22与推拉卡筒18之间有大圆锥滚子轴承20。本装置在旋转时，卡瓦心轴25与推拉卡筒18之间能相对旋转，避免活塞杆15绕卡瓦心轴25旋转。

[0035] 参照图6～7，卡瓦盘22下端环向均布有斜T形槽，斜T形槽与卡瓦盘22下端面成25°夹角；卡瓦板26上端位于卡瓦盘22的斜T形槽内，实现卡瓦板26的膨胀连接。卡瓦板26沿卡瓦心轴25斜面下移动过程中，卡瓦板26上端也沿斜T形槽斜面移动，使卡瓦板8上端沿径向膨胀开定距离。

[0036] 参照图1、8～10，夹紧总成5包括卡瓦心轴25、卡瓦板26、球形滚珠27、限位压板28、内六角螺钉29。卡瓦板26上端卡在卡瓦盘22内，卡瓦板26下端外侧圆弧表面有半球形凹槽，半球形凹槽内有球形滚珠27，球形滚珠27外有相配的限位压板28，限位压板28上有相应的腔体，限位压板28的腔体用于限制球形滚珠27的活动范围。限位压板28通过内六角螺钉29固定于卡瓦板26上，限位压板28有圆台凸34，圆台凸起30与卡瓦板26上的孔配合，实现限位压板28定位和内六角螺钉29的减载。

[0037] 参照图1、11、12，防碰环6包括分瓣防碰块31。卡瓦心轴25的外侧圆柱表面均布有6个轴向矩形凹槽，每个轴向矩形凹槽内嵌有一只卡瓦板26。在下套管作业过程中，为了防止推拉卡瓦26插入套管内过多而发生下套管装置与套管碰闯，在卡瓦心轴25上端设计有凸出扇形块，凸出扇形块通过螺栓连接环防碰环6,。防碰环6由六个分瓣防碰块31组成，分瓣防碰块31呈扇形状。每个分瓣防碰块31中有两个螺纹孔，通过螺栓，将六个分瓣防碰块31固定在卡瓦心轴25的凸出扇形块端面，形成分瓣防碰环5。

[0038] 参照图1，卡瓦心轴25下端螺纹连接有导向头34，胶筒座32、胶筒33。导向头34与卡瓦心轴25之间连接有胶筒座32、胶筒33。胶筒33与套管内壁过盈配合，实现初始密封；胶筒33安装在胶筒座32内，实现胶筒33防突；导向头34外表呈圆锥形，用于引导装置顺利进入套管内。