CN201991465U - 多功能钻井管柱气动卡瓦 - Google Patents

Abstract

一种多功能钻井管柱气动卡瓦，包括有卡瓦座、卡瓦体、气动装置、导向杆及支撑板；卡瓦座包括两瓣卡瓦座体，卡瓦体的外侧面与该卡瓦座的内侧面为相互配合接触的圆锥面，且卡瓦体内侧面设有卡瓦牙；气动装置包括撬装式结构的多个气缸及两路气路管线，气缸安装于卡瓦座的内孔并连接气路管线，多个气缸的上部及下部分别经由两路气路管线连通，多个气缸之间的气路管线埋设于卡瓦座内所开设的管槽中；气缸的活塞杆上端连接并固定于支撑板下表面；导向杆设于卡瓦座上，导向杆上端连接并固定于支撑板下表面；支撑板经由连杆片与卡瓦体铰接。以此，减小了本实用新型的整体高度，使结构更简单，维护更加方便，同时简化了气缸的操作，提高了操作的安全性。

Description

多功能钻井管柱气动卡瓦

技术领域

本实用新型涉及一种石油和天然气钻井过程中自动卡持钻杆、钻铤或套管的一种井口机械化动力工具，特别是涉及一种具有起钻自动刮泥、卡持不同尺寸钻井管柱并防止管柱扭转、自动扶正管柱等多种功能于一体，且简化气动装置操作的多功能钻井管柱气动卡瓦。

背景技术

现有石油和天然气钻井过程中，大都采用双吊卡作业或单吊卡加手提式卡瓦作业方式，这两种工作方式均存在工人劳动强度大，工作效率低，安全性能差等问题。特别是双吊卡作业方式容易造成单吊环起钻引发的重大工程和人身事故等问题，而手提式卡瓦虽然可以提高工作效率，但重量较大，工人反复操作劳动强度特别高。

针对以上问题，中国专利：92242347.4“半自动管柱卡瓦”采用一种特殊设计的升降柱塞弹簧***及两块不相联的卡瓦锥座、三自由度的悬吊装置，利用柱塞弹簧和操作人员的施加外力及体重实现卡瓦体的升降，仍存在自动化程度低，劳动强度大，工作效率低、安全性能差等问题。另有中国专利：02212500.0“动力卡瓦”提供了一种利用外置式气缸为动力的管柱卡瓦，气缸固定在大方瓦上面，卡瓦体实际工作高度较高，不利于井口设备和人员的操作。又如中国专利：03221040.X“石油管柱气动卡瓦”和200320100403.0“多功能全自动钻杆气动卡瓦”分别提供了一种改良的气动卡瓦，使钻杆起、下操作简单，提高了自动化程度，降低了工人的劳动强度。再如中国专利：200520105076.7“组合式油井作业用气动卡瓦”和200820223023.9“多用途管柱气动卡瓦”公布的气动卡瓦设计了自动刮泥器结构，但刮泥器固定安装无法拆卸，造成使用不便，另外由于卡瓦座尺寸限制可以适用的卡瓦体尺寸数量有限，无法满足全部钻井管柱的起下钻或下套管作业。国外也有类似的动力卡瓦，但工作高度均在600mm以上，井口进行液压大钳拆卸钻杆扣及摆放防喷盒等操作时相当困难，不适合我国国情使用。除此以外，上述的几种气动卡瓦都是固定型号对应一种规格的钻杆，而井上作业时钻铤、钻杆和套管的起、下经常交叉进行，在起、下不同规格的管柱时就必须更换不同的气动卡瓦，操作起来非常麻烦且成本增加，同时气动钻杆卡瓦由于不具备防扭功能不能适用于下套管作业，且钻台面上一般都是双向进出气控制，布置的4根气管线影响了井口的正常操作，此外气缸内置式的气路***存在维护、保养特别麻烦等缺点。正是由于存在着上 述问题，气动卡瓦在国内没有得到广泛的推广应用。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种多功能钻井管柱气动卡瓦，其多个撬装式气缸只需对应连接两路气路管线，单向进气，减小了气动卡瓦的整体高度，使维护更加方便，简化了气缸的操作，提高了操作的安全性。

本实用新型解决的另一技术问题是提供一种多功能钻井管柱气动卡瓦，具有适用所有钻井管柱、防止管柱扭转和自动刮泥等功能。

本实用新型的技术解决方案是：

一种多功能钻井管柱气动卡瓦，该多功能钻井管柱气动卡瓦包括有卡瓦座、卡瓦体、气动装置、导向杆及支撑板；其中：所述卡瓦座包括两瓣卡瓦座体，所述卡瓦座于所述卡瓦座体的连接端设有一能自由开合的方瓦销；所述卡瓦体的外侧面与该卡瓦座的内侧面为相互配合接触的圆锥面，且所述卡瓦体内侧面设有卡瓦牙；所述气动装置包括撬装式结构的多个气缸及两路气路管线，所述气缸安装于所述卡瓦座的内孔并连接所述气路管线，所述多个气缸的上部及下部分别经由两路所述气路管线连通设置，所述多个气缸之间的气路管线埋设于所述卡瓦座内所开设的管槽中；所述气缸的活塞杆上端连接并固定于所述支撑板下表面；所述导向杆能够上下移动地设于该卡瓦座上，且突出于该卡瓦座上表面，所述导向杆上端连接并固定于所述支撑板下表面；所述支撑板经由连杆片与所述卡瓦体铰接。

上述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其中，所述卡瓦体外侧面与该卡瓦座内侧面接触的圆锥面上设有阶梯式台阶。

上述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其中，所述卡瓦体与所述连杆片之间为能够快速拆卸或安装的卡销式连接结构。

上述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其中，所述卡瓦体内侧面安装有卡瓦牙，所述卡瓦牙与所述卡瓦体内侧面之间设有燕尾槽固定结构，且所述卡瓦牙经由压块固定于所述卡瓦体内侧面，所述卡瓦牙为标准件式卡瓦牙结构。

上述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其中，所述支撑板上铰接有易于拆卸的刮泥托盘，所述刮泥托盘和支撑板形成的腔体内设有浮动式刮泥盘，该刮泥盘与所述刮泥托盘的下表面连接。

上述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其中，所述卡瓦座底部中间部位设有扶正耐磨环，且该扶正耐磨环与所述卡瓦座之间为便于现场更换的燕尾槽滑入式连接结构。

上述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其中，所述卡瓦体外侧顶部与所述卡瓦座内侧顶部设有相互配合的凹凸槽防扭转结构。

上述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其中，所述气动装置包括两个气缸，且所述两个气缸分别设于两瓣所述卡瓦座体上，所述气动装置的气路管线为单向进气结构。

上述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其中，该气动卡瓦包括四个卡瓦体，且所述四个卡瓦体对称分布设置。

由以上说明得知，本实用新型与现有技术相比较，确实具有如下优点：

1、撬装式气缸结构大大降低了气动卡瓦的工作高度，使其卡紧钻杆时工作面基本与钻台面平齐，而且气缸更加便于现场维修保养。

2、四路气路管线在卡瓦座内部即合并为两路，减少了钻台面上气路管线数量，提高了操作安全性。

3、在支撑板上增设易装拆的刮泥托盘并内置刮泥盘，不仅实现了刮泥和卡持钻杆的双重功能，而且下入钻杆或套管时可以很方便地取下。

4、多功能钻井管柱气动卡瓦内部的卡瓦体包括不同的规格系列，而且便于现场更换卡瓦体以及不同尺寸的卡瓦牙，适用于不同规格尺寸的钻杆、套管和钻铤等，实现了现场更换卡瓦体或卡瓦牙，而不必整体更换气动卡瓦，简化了操作程序，降低了钻井成本。

附图说明

图1为本实用新型多功能钻井管柱气动卡瓦的剖面示意图；

图2为本实用新型多功能钻井管柱气动卡瓦的立体示意图(无刮泥托盘状态)；

图3为本实用新型多功能钻井管柱气动卡瓦的气动装置设置示意图；

图4为本实用新型多功能钻井管柱气动卡瓦的气动装置的气缸剖视图；

图5A、5B分别为本实用新型卡瓦牙压块主视示意图和左视示意图。

主要元件标号说明：

1：卡瓦座      2：卡瓦体        3：气缸

31：第一气缸   32：第二气缸     33：活塞杆

4：气路管线

5：卡瓦牙      6：刮泥托盘      7：刮泥盘

8：支撑板      9：连杆片        10：导向杆

11：方瓦销     12：扶正耐磨环

具体实施方式

本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦，是一种具有设计新颖的撬装式气缸、单向进气、适用所有钻井管柱、防止管柱扭转和自动刮泥等功能的多功能钻井管柱气动卡瓦，其维护方便，操作安全，克服了现有技术于实际应用中给钻井作业带来不便的诸多缺陷。

本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦，该多功能钻井管柱气动卡瓦包括有卡瓦座、卡瓦体、气动装置、导向杆及支撑板；卡瓦座包括两瓣卡瓦座体，卡瓦座于卡瓦座体的连接端设有一能自由开合的方瓦销；卡瓦体的外侧面与卡瓦座的内侧面为相互配合接触的圆锥面，且卡瓦体内侧面设有卡瓦牙；气动装置包括撬装式结构的多个气缸及两路气路管线，气缸安装于卡瓦座的内孔并连接所述气路管线，多个气缸的上部及下部分别经由两路气路管线连通设置，多个气缸之间的气路管线埋设于卡瓦座内所开设的管槽中；气缸的活塞杆上端连接并固定于支撑板下表面；导向杆能够上下移动地设于该卡瓦座上，且突出于该卡瓦座上表面，导向杆上端连接并固定于支撑板下表面；支撑板经由连杆片与卡瓦体铰接。

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

请参照图1及图2所示，为本实用新型多功能钻井管柱气动卡瓦的较佳实施例的剖面示意图，该图中本实用新型处于松开管柱状态下，即卡瓦体处于升起的位置。如图所示，该多功能钻井管柱气动卡瓦包括卡瓦座1、卡瓦体2、气动装置、导向杆10及支撑板8等；卡瓦座1包括两瓣卡瓦座体，卡瓦座体的其中一端相互连接在一起，另一端能够自由开合，当该卡瓦座1闭合时，能够对应组合形成一中空筒状结构；卡瓦座1于卡瓦座体的连接端设有一能自由开合的方瓦销11，因此，两个卡瓦座体于连接端能够以方瓦销11为轴心自由转动开合。本实用新型的卡瓦座1的内侧面与卡瓦体2的外侧面为相互配合接触的圆锥面，多个卡瓦体2对应卡瓦座1内侧面设置，且能够沿卡瓦座1内侧面的锥面滑动，而卡瓦体2的内侧面保持竖直方向不变。卡瓦体2于卡瓦座1内侧面的滑动过程中，卡瓦体2根据卡瓦座1内侧面上下内径的不同从而改变卡瓦体2所围成的圆柱形空间的直径大小，从而达到对管柱抱紧和松开的目的。卡瓦体2的内侧面还设有卡瓦牙，以增强卡瓦对管柱的夹持摩擦，夹紧管柱。

较佳的，本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦包括有四个卡瓦体2，且所述四个卡瓦体2对称分布设置，并形成有一圆柱形空间，用以对应容纳管柱。

本实用新型的气动装置包括有撬装式结构的多个气缸3及两路气路管线4，气缸3安装于卡瓦座1的内孔并连接气路管线4，气路管线4埋设于卡瓦座1内所开设的管槽中，多个 气缸3的上部及下部分别经由两路气路管线4连通设置。

在一较佳实施例中，如图3及图4所示，本实用新型多功能钻井管柱气动卡瓦的气动装置设置示意图及本实用新型多功能钻井管柱气动卡瓦的气动装置的气缸剖视图，该气动卡瓦的气动装置设有两个气缸3(第一气缸31及第二气缸32)，分别设于两瓣卡瓦座体上，且沿气动卡瓦的径向相对设置。其中第一气缸31于卡瓦座上方设有两个外接气路管线接口，用以通过气路管线4连接设置在外部提供压力气体的气控阀。上述两个外接气路管线4接口分别与第一气缸31的上部及下部连通，从而控制气缸活塞的上下运动，从而带动活塞杆33运动。另外，第一气缸31的上部及下部与第二气缸32的上部及下部经由两路气路管线4分别对应连通，且两个气缸3之间的气路管线4埋设于卡瓦座1内侧面的管槽中，气动装置的气路管线4为单向进气结构，简化了对压力气体的控制。因此，外界提供压力气体能够控制两个气缸3的活塞同时上升或同时下降。

请再参照图1及图2所示，本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦，其卡瓦座1设有多根突出卡瓦座1上表面且能够上下移动的导向杆10，导向杆10上端连接并固定于支撑板8的下表面，气缸3的活塞杆33上端连接并固定于支撑板8下表面，并通过多个气缸3的活塞上升或下降运动，带动活塞杆33作上升或下降运动。支撑板8经由连杆片9与卡瓦体2铰接，使气缸3的活塞杆33、导向杆10、支撑板8及卡瓦体2形成联动机构，且卡瓦体2随着气缸3的活塞杆33的上下运动而能够在卡瓦座1内侧面上滑动。

本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦的一具体实施例中，其卡瓦体2与连杆片9之间为能够快速拆卸或安装的卡销式连接结构，能够在使用现场快速拆卸或安装卡瓦体2。较佳的，卡瓦体2内侧面安装有卡瓦牙5，卡瓦牙5与卡瓦体2内侧面之间设有燕尾槽固定结构，且卡瓦牙5经由压块51固定于所述卡瓦体2内侧面(如图5A及图5B所示)，如图所示，压块51可采用螺钉紧固的方式，也可以采用其他方式，将压块51紧紧的压在卡瓦牙5的燕尾槽结构上，将卡瓦牙5固定到卡瓦体2上。卡瓦牙5为标准件式卡瓦牙结构，在实际使用中，可根据不同规格尺寸的钻杆、钻铤或套管选择相应的卡瓦牙标准件，便于拆卸，可于现场根据所需夹持的管柱的规格进行卡瓦牙5的快速更换，当更换的管柱直径相差较大时，可采取更换卡瓦体和卡瓦牙的方式，当更换的管柱直径相差较小时，可采用只更换卡瓦牙的方式。以此，本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦适用于ZP175、205、520、275、375和495等任何类型的钻机钻盘，可用于卡持从3¹/₃″到6⁵/₈″系列钻杆和6¹/₄″、7″系列钻铤，以及4¹/₂″到13″系列套管等不同规格尺寸的钻井管柱，特殊设计的快装式结构有利于现场维护和更换。

较佳的，本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦，其卡瓦体2外侧面与卡瓦座1内侧面 接触的圆锥面上设有阶梯式台阶，如图1所示，该阶梯式台阶的结构能够使卡瓦体在松开管体的过程中，当卡瓦体上升到该阶梯式台阶以上时，脱离卡瓦座内侧圆锥面的限制，迅速向外侧移动，扩大中间圆柱形空间的直径，从而减少卡瓦体上升距离同时实现让开管柱通行的通道，减少作业时间，提高作业效率。

本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦，在卡持管柱过程中，为了防止管柱转动，卡瓦体2外侧顶部与卡瓦座1内侧顶部设有相互配合的凹凸槽防扭转结构，采用凹凸槽体的限制结构，限制了卡瓦体左右两侧的移动，从而实现了卡瓦体的防扭转功能，保证了钻井作业的效率和安全。

请再参阅图1所示，本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦的较佳实施例中，支撑板8上铰接有易于拆卸的刮泥托盘6，刮泥托盘6和支撑板8形成的腔体内设有浮动式刮泥盘7，刮泥盘7与刮泥托盘6的下表面固定连接，从而实现起升管柱时自动刮泥的功能，将钻杆表面粘附的泥浆刮入井口。刮泥托盘6与支撑板8之间为便于拆卸的铰接结构，在无需使用刮泥盘7时，能够将其快速取下而不影响钻井作业。

本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦的一具体实施例中，还具有在起下管柱过程中防止管柱偏斜的扶正功能，具体的，本实施例的卡瓦座底部中间部位设有扶正耐磨环12，且扶正耐磨环12与卡瓦座1之间为便于现场更换的燕尾槽滑入式连接结构。扶正耐磨环12安装在卡瓦座1底部，且其内径小于当卡瓦体2提升后形成的圆柱形空间的直径，因此，扶正耐磨环12能够于起下管柱过程中，若管柱出现偏斜情况时，能够有效的扶正钻井管柱，防止管柱直接磨损卡瓦座1，同时也避免管柱接箍磕碰到卡瓦体2上的卡瓦牙5等部件，延长了气动卡瓦的使用寿命。其采用燕尾槽结构，便于扶正耐磨环12的维护和更换。

以下为本实用新型多功能钻井管柱气动卡瓦的一较佳实施例，以钻井起、下钻作业为例，其具体工作过程如下：

本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦实施应用前，应先根据需要起降的钻井管柱的规格，选择对应的卡瓦牙5标准件安装在卡瓦体2内侧面上；若在钻井过程中需要夹持不同规格的管柱，只需要快速更换相对应的卡瓦体2或卡瓦牙5即可，无需更换整个气动卡瓦，方便快捷。

本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦开始工作时，在提升管柱前，司钻操作气控阀控制气缸3通过气路管线4从气缸3底部先进气，气缸3的活塞在高压气体的推动下上行，而活塞杆33带动支撑板8上升，支撑板8拉动连杆片9带动卡瓦体2沿卡瓦座1锥面滑动上行，四片卡瓦体2形成的圆柱形空间的开口直径逐渐增至最大，以此让开管柱通道，此时， 管柱能够自由上行，同时刮泥盘7开始工作，将钻杆表面粘附的泥浆刮入井口。

当下钻时，本实用新型的多功能钻井管柱气动卡瓦工作过程与起钻作业时基本相同，通过先控制气缸3下部进气上提活塞杆33，而带动支撑板8上行，从而使卡瓦体2上升，让开管柱通道后再下放管柱。操作前可以将易于拆卸的刮泥托盘6先行拆下，以方便下放管柱。

另外，当需要卡住管柱拆卸扣，即使气动卡瓦夹持钻井管柱时，则控制气控阀通过气路管线4从气缸3的上部进气，气缸3的活塞杆33在高压气体的推动下下行，带动支撑板8下降，支撑板8通过连杆片9带动卡瓦体2沿卡瓦座1内侧的锥面滑动下行，四片卡瓦体2形成的圆柱形空间的开口直径逐渐减小，直至抱合卡紧钻杆为止，通过卡瓦牙5增强对管柱的夹持摩擦力，有效夹持钻井管柱。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种多功能钻井管柱气动卡瓦，其特征在于，该多功能钻井管柱气动卡瓦包括有卡瓦座、卡瓦体、气动装置、导向杆及支撑板；其中：

所述卡瓦座包括两瓣卡瓦座体，所述卡瓦座于所述卡瓦座体的连接端设有一能自由开合的方瓦销；

所述卡瓦体的外侧面与该卡瓦座的内侧面为相互配合接触的圆锥面，且所述卡瓦体内侧面设有卡瓦牙；

所述气动装置包括撬装式结构的多个气缸及两路气路管线，所述气缸安装于所述卡瓦座的内孔并连接所述气路管线，所述多个气缸的上部及下部分别经由两路所述气路管线连通设置，所述多个气缸之间的气路管线埋设于所述卡瓦座内所开设的管槽中；所述气缸的活塞杆上端连接并固定于所述支撑板下表面；

所述导向杆能够上下移动地设于该卡瓦座上，且突出于该卡瓦座上表面，所述导向杆上端连接并固定于所述支撑板下表面；

所述支撑板经由连杆片与所述卡瓦体铰接。

2.如权利要求1所述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其特征在于，所述卡瓦体外侧面与该卡瓦座内侧面接触的圆锥面上设有阶梯式台阶。

3.如权利要求1所述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其特征在于，所述卡瓦体与所述连杆片之间为能够快速拆卸或安装的卡销式连接结构。

4.如权利要求1所述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其特征在于，所述卡瓦体内侧面安装有卡瓦牙，所述卡瓦牙与所述卡瓦体内侧面之间设有燕尾槽固定结构，且所述卡瓦牙经由压块固定于所述卡瓦体内侧面，所述卡瓦牙为标准件式卡瓦牙结构。

5.如权利要求1所述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其特征在于，所述支撑板上铰接有易于拆卸的刮泥托盘，所述刮泥托盘和支撑板形成的腔体内设有浮动式刮泥盘，该刮泥盘与所述刮泥托盘的下表面连接。

6.如权利要求1所述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其特征在于，所述卡瓦座底部中间部位设有扶正耐磨环，且该扶正耐磨环与所述卡瓦座之间为便于现场更换的燕尾槽滑入式连接结构。

7.如权利要求1所述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其特征在于，所述卡瓦体外侧顶部与所述卡瓦座内侧顶部设有相互配合的凹凸槽防扭转结构。

8.如权利要求1所述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其特征在于，所述气动装置包括两个气缸，且所述两个气缸分别设于两瓣所述卡瓦座体上，所述气动装置的气路管线为单向进气结构。

9.如权利要求1所述的多功能钻井管柱气动卡瓦，其特征在于，该气动卡瓦包括四个卡瓦体，且所述四个卡瓦体对称分布设置。

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