[发明专利]连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井装备技术领域，特别涉及一种钻井井口专用的卡瓦，具体是一种连续循环钻井系统中可承受上卸扣反扭矩的卡瓦。

背景技术

目前，常规钻井作业时，在接单根前，必须首先关闭高压泵，停止钻井液循环，当完成接单根操作后，再启动高压泵恢复钻井液循环。当钻井液循环停止时，井底产生的负激动压力和岩屑沉降，极易导致井涌、气侵、井壁坍塌和卡钻等事故；当接单根后，重启高压钻井泵，重新建立钻井液循环，此时在井底引起的正激动压力可能超过地层破裂压力，造成钻井液漏失。因此常规的钻井液循环方式无法满足窄钻井液密度窗口等复杂地层的钻井需求。

为了解决上述问题，国外首先提出了连续循环钻井（Continuous Circulation System）的概念，并申请了相关专利（US6591916B1，US6315051B1，CA2550981A1）。之后国外研制出了连续循环系统样机，并成功实现了商业化应用（SPE102851，SPE102859，SPE90702），成为一项先进的技术装备。国外连续循环系统主要由主机、分流装置、动力单元以及控制系统组成。主机是连续循环系统的核心，主要包括动力钳（Iron roughneck）、平衡补偿装置（Snubber）、三联防喷器组（BOP）和底部动力卡瓦(Power slip)等，其中动力钳具有旋扣、紧扣及卸扣功能，同时平衡补偿装置与动力钳配合动作，完成钻杆接头的准确对扣与上卸扣操作；防喷器组则由上半封、中间全封和下半封三组闸板防喷器组成，可在钻杆接头周围形成密闭腔体，并利用防喷器组上半封、中间全封的开合动作配合分流装置完成钻井液循环通道的切换，实现接单根操作期间钻井液的连续循环；底部动力卡瓦则用于承受钻柱悬重，并提供上卸扣反扭矩。

接单根上卸扣时，底部动力卡瓦夹住下部钻杆本体，使整个钻柱重量通过动力卡瓦作用于转盘补心上，同时底部动力卡瓦还作为背钳提供上卸扣所需的反扭矩。

国外连续循环系统底部动力卡瓦不足之处是在主机实施钻杆上卸扣操作的过程中，卡在钻杆本体上的底部动力卡瓦，不仅要承受整个钻柱的重量，还要作为背钳提供上卸扣反扭矩，导致损伤钻杆本体，甚至可能引起在钻井过程中钻杆断裂等严重事故。另外，由于上卸扣过程中产生的钻井液上顶力作用于主机动力钳上，使主机受到向上的作用力，导致底部动力卡瓦具有向上运动的趋势，使其对钻杆的夹持力减小，可能导致上卸扣时卡瓦打滑卸不开扣，甚至出现钻柱下滑发生溜钻事故。

发明内容

本发明的目的是：提供一种连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置，能夹持钻柱、承受整个钻柱的重量，利用承载梁将钻井液上顶力转化为动力卡瓦对钻柱的夹持力，消除钻井液上顶力对卡瓦夹持能力的不利影响，通过承扭连接板将主机与转盘补心相连，为主机提供上卸扣反扭矩，有效提高上卸扣操作的安全性和可靠性。解决连续循环钻井系统在接单根操作期间的操作安全性问题，同时为连续循环钻井系统主机提供了一种方便快捷的固定方式。

本发明采用的技术方案是：连续循环钻井系统可承扭的卡瓦装置，主要由一个动力卡瓦、一个转盘补心、一对承扭连接板和四个承扭销组成。其中：动力卡瓦安装在转盘补心内，动力卡瓦下端的外锥面与转盘补心上端的内锥面相接触；使用时动力卡瓦壳体上翼板位于承载梁的上部，一对承扭连接板位于转盘补心的上面动力卡瓦的翼板的下面，并通过四个承扭销与转盘补心相连，使用时承扭连接板上的U型槽跨骑在主机底座的横梁上。

所述的动力卡瓦，由一组气缸、一组牙板、杠杆机构和壳体组成。牙板为契形结构，外侧面为圆弧面，内侧面有卡瓦牙；壳体内为圆锥面，外部上方为方形，顶部具有左右两个翼板。气缸的活塞杆通过杠杆机构与牙板相连；牙板圆弧面与壳体内锥面相接触；气缸置于壳体内。使用时两个翼板位于二个承载梁的上部，方形外壳的左右侧面与承载梁的内侧面相接触。通过承载梁将主机上的上顶力传递给动力卡瓦，并确定主机底座和转盘的相对位置。

所述的转盘补心，内部为上下两段锥面结构，外部上端为方形结构，下端为阶梯圆柱面结构，上表面有四个均布的垂直于上表面的圆柱孔。

所述的承扭连接板是一个带有弯曲结构的板，弯曲端为U型槽结构，另一端为内圆弧形结构，靠近圆弧边缘有二个对称的扁方槽，安装时，扁方槽卡住承扭销的上部，使用时U型槽跨骑在主机底座的横梁上，将反扭矩通过承扭连接板传递给承扭销。