专利名称：一种用顶部驱动钻井装置下套管作业的方法
技术领域：
本发明涉及石油固井技术领域，特别涉及一种用顶部驱动钻井装 置进行下套管作业的方法。
背景技术：
根据钻井井身结构设计要求，每次阶段完钻后都需要下套管，并进
行固井作业。下套管是将每根长度约10米的套管， 一根一根地连接在 一起组成套管柱，同时把套管下入井内；固井作业是在套管柱与井壁 之间注入水泥浆，水泥浆凝固后把套管柱固定在井壁上。据统计，一 口井需要占用高达12 20%的总钻机时间，把套管柱连接起来并下入 井内。
大多数钻井队在完成这项特殊的下套管作业时，需要请一个专业 "套管工作队"来完成。
参阅图1。常规下套管设备主要包括钻台上用于固定下端套管柱 的钻台气动卡瓦1、用于旋紧(松)套管扣的液压套管钳4、用于断续
灌注泥浆的开放式灌泥浆装置6、用于提升整个套管柱的上部气动卡瓦 7、用于提升套管单根的套管吊卡5以及用于保护套管扣的对扣护套3 等其它辅助工具。
参阅图1。多年来下套管的流程几乎没有变化。连接每一根套管的
流程是使用套管吊卡5提升套管单根2;安装对扣护套3对扣；在连
接时使用液压套管钳4旋转顶部套管单根2;启动上部气动卡瓦7，松 开下部钻台气动卡瓦1，使上部气动卡瓦7支撑套管柱的全部重量，下放套管柱；按要求及时向套管柱内灌注泥浆，完成一根套管下入井内。 重复以上流程，直至把全部套管连接并下放到井底。
然而，在钻井过程中，完钻后的井眼(尤其是裸眼)经常出现縮径、 坍塌、岩屑沉淀等许多问题，会影响下套管作业进程。这些问题如果 不能及时通过循环泥浆、旋转套管等措施有效解决，就可能导致套管 无法正常下到井底。
目前，现有的常规下套管的方法能够有效地将套管单根连接在一起 形成套管柱并下入井内，但存在不足1)旋扣时操作复杂、不能精确 控制上扣扭矩；2)悬挂在井眼中的套管柱不能旋转；3)不能根据需要 随时循环泥浆；4)下套管作业效率不高，存在极大的安全隐患。
基于常规下套管作业的以上局限性，各国石油钻井公司积极研究更 安全、高效的下套管作业方法及装备，个别公司的产品已经得到成功 应用。
顶部驱动钻井装置是20世纪80年代以来发展起来的重大石油钻
井技术装备，它取代转盘和方钻杆而直接驱动钻柱进行旋转，带动钻 头进行钻进。顶部驱动钻井装置具有转矩和速度控制精确等优点，无 论在钻进过程中，还是在起下钻过程中，都可以在旋转钻杆柱的同时 循环泥浆，大大减少了钻杆柱遇阻、卡死等复杂情况的发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种用顶部驱动钻井装置下套管作业的方法， 能完成下套管作业，可提供可靠的套管扶正和对扣，实现套管旋扣扭 矩的精确控制，可随时旋转整个套管柱，随时灌注或循环泥浆，具有 安全、高效等特点，可克服目前常规下套管作业存在的套管旋扣复杂、 悬挂在井眼中的套管柱不能旋转、不能循环泥浆、下套管作业效率低 的不足。本发明的另一个目的是提供一种顶驱下套管装置，在下套管作业过 程中，顶驱下套管装置连接在顶部驱动钻井装置的下端，通过顶驱下 套管装置来实现套管扶正和对扣，套管旋扣扭矩的精确控制，旋转整 个套管柱，随时灌注或循环泥浆。
本发明采用的技术方案是
本发明一种用顶部驱动钻井装置下套管作业的方法使用的设备主 要包括钻台上用以固定下端套管柱的钻台气动卡瓦、用以提升整个 套管柱的顶驱吊环及套管吊卡、用以旋转套管和循环泥浆的顶部驱动 钻井装置和顶驱下套管装置。
本发明一种用顶部驱动钻井装置下套管作业的方法是
A、 在顶部驱动钻井装置主轴的下端连接顶驱下套管装置；
B、 在顶驱吊环下部连接套管吊卡，使用套管吊卡提升单根套管；
C、 利用顶驱下套管装置下端的导向头和皮碗扶正被提升的单根套 管，并且使被提升单根套管下端螺纹与钻台气动卡瓦上支撑的套管柱 上端螺纹对扣；
D、 通过顶部驱动钻井装置液压源驱动顶驱下套管装置的卡瓦向下 运动，并夹紧单根套管内壁或外壁；
E、 启动顶部驱动钻井装置的旋转上扣机构，带动单根套管旋转上 扣，通过顶部驱动钻井装置控制单根套管螺纹连接的上扣扭矩，使单 根套管与套管柱可靠连接；
F、 松开钻台气动卡瓦上支撑的套管柱，使顶驱吊环和套管吊卡支 撑单根套管和套管柱的全部重量；
G、 下放单根套管和套管柱；使用钻台气动卡瓦固定单根套管；
H、 通过顶部驱动钻井装置主轴水眼和顶驱下套管装置中心孔，向 单根套管和套管柱内腔灌注泥浆；
I、 重复A H步骤，直至把全部套管连接并下放到井底。200910078565.0
在下套管过程中，遇到井眼縮径、井壁坍塌、岩屑沉淀问题时，通 过顶部驱动钻井装置主轴水眼和顶驱下套管装置中心孔，向单根套管 和套管柱内腔灌注泥浆并循环泥浆；另外，启动顶部驱动钻井装置的 旋转上扣机构，带动单根套管旋转，使单根套管与套管柱在井内旋转， 能解决井眼縮径、井壁坍塌、岩屑沉淀带来的问题，保证套管柱能顺 利正常下到井底。
所述的顶驱下套管装置主要由心轴、上端盖、活塞缸、活塞、下端 盖、推拉卡筒、限位卡环、卡瓦、卡瓦心轴、皮碗和导向头组成。心 轴为圆柱状，心轴有中心孔，在心轴的下端螺纹连接有卡瓦心轴，卡 瓦心轴为圆柱状，卡瓦心轴有中心孔，在卡瓦心轴的下端螺纹连接有 导向头。导向头的外壁上套有皮碗。
在心轴的下端外壁上套有活塞，活塞的上下两端有筒状体，筒状体 内壁与心轴之间能相对滑动。在活塞的外部有活塞缸，活塞缸内壁为 阶梯圆形结构，活塞上端的筒状体外壁与活塞缸内壁阶梯小圆柱面滑 动密封配合。
在活塞缸的顶端固定有上端盖，上端盖有中心孔，心轴穿过上端盖 的中心孔。在活塞缸的上端内部并且与心轴之间有轴承，活塞缸与心 轴之间能相对转动。
在活塞缸下端固定有下端盖，下端盖有中心孔，下端盖中心孔与活 塞下端的圆筒体外壁之间滑动密封配合。在活塞缸外壁上有高压流体 的进口和出口。高压流体进入或排出，能推动活塞上下往复运动。
活塞下端圆筒体的下端在下端盖外部。活塞下端圆筒体与卡瓦心轴 外壁上的卡瓦顶部连接。当活塞上下运动时，能带动卡瓦沿卡瓦心轴 外壁上下滑动。
在卡瓦心轴的外壁上均匀分布有3 6个轴向槽，在每个轴向槽内 嵌入有一个条形卡瓦，卡瓦下端外圆有卡瓦牙。卡瓦下端内侧有斜面。卡瓦心轴轴向槽的底有斜面。卡瓦下端内侧的斜面与卡瓦心轴轴向槽 底的斜面配合。当高压流体驱动活塞并推动卡瓦向下滑动时，卡瓦下 端向外张开，卡瓦牙能卡紧套管内壁，传递提升套管载荷或扭转套管 载荷。卡瓦与斜面的结构，是本领域技术人员常用的结构，不详细叙 述。
导向头下端有较长的导向斜面，能保证皮碗轻易地进入套管内。导 向头的外圆上套有皮碗，皮碗进入套管后产生变形，与套管内壁形成 相对的接触压力，具有"自封作用"，下套管过程中，可随时灌注泥 浆。另外，皮碗的截面是单向承压的V形截面，可保证正常循环泥浆
以及固井试压，密封压力最大可达70MPa。导向头和皮碗是本领域技 术人员常用的结构，不详细叙述。
所述的活塞下端的圆筒体与卡瓦顶部连接，连接结构是在活塞下端 圆筒体的外壁上有环形槽。在所述的环形槽上固定有推拉卡筒，推拉 卡筒横截面为半圆环形，两个推拉卡筒相对组成一个圆环形筒。推拉 卡筒的上端向内凸出的环形部分扣入环形槽内。在两个推拉卡筒组成 的圆环形筒外壁上套有筒状体，并用螺钉将筒状体固定在推拉卡筒的 外壁上。在两个推拉卡筒内壁与卡瓦心轴之间有环形空间。在所述的 环形空间内有卡瓦套环。卡瓦套环横截面为半圆环形，两个卡瓦套环 相对组成一个圆环形筒。推拉卡筒的内壁上有凸起的矩形环状体，在 卡瓦套环的内壁上有凹下的矩形环状槽。推拉卡筒的矩形环状体与卡 瓦套环的矩形环状槽配合将卡瓦套环与推拉卡筒固定在一起。卡瓦套 环的下端有向内凸出的环。卡瓦的顶部有向外突出的钩状块，卡瓦顶 部向外突出的钩状块在卡瓦套环凸出环的上部，在卡瓦顶部向外突出 的钩状块上平面和下平面有单向推力球轴承。卡瓦心轴与推拉卡筒之 间能相对转动。
在下套管过程中，操作人员的操作不可能非常精确，套管的顶部可能会碰到卡瓦套环。为了防止套管顶部碰到卡瓦套环，在卡瓦心轴上 固定有限位装置。在卡瓦心轴上固定有限位卡环，限位卡环为半环状 体，两个限位卡环相对组成一个环状体，在环状体内壁有突出的矩形 块。矩形块插入卡瓦心轴上的凹槽内。所述的卡瓦心轴凹槽在卡瓦心 轴中部，与卡瓦心轴的第一个斜面距离大于最长的套管接箍。在限位 卡环的外壁上套有限位内套，防止限位卡环散开。在限位内套的外壁 上套有一个限位外套，限位外套通过螺钉与限位内套连接，在下套管 作业时，三者作为一个整体，能阻止套管继续上行，使卡瓦插到套管 内壁的准确位置。
本发明的有益效果本发明一种用顶部驱动钻井装置下套管作业的 方法，利用顶部驱动钻井装置和」贞驱卜套管装置进行下套管作业，代 替目前国内外钻井广泛使用的套管钳下套管的方法，显著特点是该 下套管方法减少了作业设备，简化了作业流程，可根据需要及时旋转 套管柱和循环泥浆，增强了下套管作业的自动化程度，提高了生产效 率和安全性。
1 、顶部驱动钻井装置与顶驱下套管装置通过API标准螺纹连接， 通过顶部驱动钻井装置液压源驱动顶驱下套管装置的卡瓦下行张开或 收紧，使卡瓦外圆上的钳牙夹紧单根套管内壁或外壁。当操作司钻台 设置好套管扣的标准扭矩并旋转顶驱主轴时，能通过顶驱下套管装置 的心轴、内部的花键副、卡瓦钳牙，把上扣扭矩精确传递给单根套管， 进而旋紧单根套管，实现与套管柱的可靠连接，操作简单。
2、顶部驱动钻井装置与顶驱下套管装置通过API标准螺纹连接， 通过顶部驱动钻井装置液压源驱动顶驱下套管装置的卡瓦下行张开或 收紧，使卡瓦外圆上的钳牙夹紧单根套管内壁或外壁。当操作司钻台 按设定扭矩旋转顶驱主轴时，能通过顶驱下套管装置的心轴、内部的 花键副、卡瓦钳牙，把扭转动力传递给单根套管，进而使井眼中的整个套管柱旋转。
3、 顶部驱动钻井装置与顶驱下套管装置通过API标准螺纹连接， 顶驱下套管装置下端的皮碗与套管内孔实现可靠密封。当操作司钻台 按设定压力循环泥浆时，能通过顶部驱动钻井装置的动力水龙头、顶 部驱动钻井装置的主轴水眼、顶驱下套管装置的心轴水眼，把泥浆注
入套管柱，由于皮碗密封可耐压70MPa，因此，可根据需要随时循环 泥浆。
4、 本发明不再需要上部气动卡瓦、对扣护套、套管钳、灌泥浆设 备等，节约了大量作业时间和成本，尤其是扭矩精确控制，保证了套 管的安全可靠连接，而且可随时提供旋转套管及循环泥浆的能力，大 大减少了卡钻、遇阻等潜在的安全危害，作业效率和效益都很高。
图1是现有常规下套管的方法所使用的装备示意图。 图2和图3是本发明一种用顶部驱动钻井装置下套管作业的方法 所使用的装备连接结构示意图。
图4是本发明顶驱下套管装置8的结构剖面示意图。 图中，1一钻台气动卡瓦，2.1—套管柱，2.2-单根套管，3 —对扣 护套，4一液压套管钳，5 —套管吊卡，6 —灌泥浆装置，7 —上部气动 卡瓦，8 —顶驱下套管装置，9一顶驱吊环，10 —顶部驱动钻井装置。
8.1—心轴，8.2 —上端盖，8.3 —活塞缸，8.4 —活塞，8.5 —下端盖， 8.6 —推拉卡筒，8.7—卡瓦套环，8.8—限位卡环，8.9—限位内套，8.10 —限位外套，8.11—卡瓦，8.12 —卡瓦心轴，8.13 —皮碗，8.14 —导向头。
具体实施方式
实施例1:以下入外径为177.8mm的套管为例，对发明作进一步
详细说明。
参阅图2和图3。本发明一种用顶部驱动钻井装置下套管作业的方 法的新流程是-
A、 在顶部驱动钻井装置10主轴的下端连接顶驱下套管装置8。 目前，市场上已经有顶部驱动钻井装置10产品销售，如北京石油
机械厂已批量生产2250kN、 3150kN、 4500kN、 6750kN、 9000kN等 系列产品。另外，中国专利公开号CN 101089356A，提供了 "一种空
心马达直接驱动顶部驱动钻井装置"。
B、 在顶驱吊环9下部连接套管吊卡5，使用套管吊卡5提升单根 套管2.2;单根套管2.2采用外径为177.8mm，壁厚为12.65mm的套 管，长度为11.5m，钢级C—95。
C、 利用顶驱下套管装置8下端的导向头和皮碗扶正被提升的单根 套管2.2，并且使被提升单根套管2.2下端外螺纹与钻台气动卡瓦1上 支撑的套管柱2.1上端内螺纹对扣。
D、 通过顶部驱动钻井装置10的液压源驱动顶驱下套管装置8的 卡瓦向下运动，并夹紧单根套管2.2内壁。
E、 启动顶部驱动钻井装置10的旋转上扣机构，带动单根套管2.2 旋转上扣，控制单根套管2.2的上扣扭矩在8670 14450N'm之间， 最佳扭矩为11560N'm。该上扣扭矩可使单根套管2.2与套管柱2.1可 靠连接。
F、 使顶驱吊环9和套管吊卡5支撑单根套管2.2和套管柱2.1的 全部重量，松开钻台气动卡瓦1上支撑的套管柱2.1;
G、 下放单根套管2.2和套管柱2.1;使用钻台气动卡瓦1固定单 根套管2.2。
H、 通过顶部驱动钻井装置10的主轴水眼和顶驱下套管装置8的心轴水眼，向单根套管2.2和套管柱2.1内腔灌注0.3nr^泥浆； I、重复A H步骤，直至把全部套管连接并下放到井底。 在下套管过程中，如果遇到井眼缩径、井壁坍塌、岩屑沉淀造成卡 钻问题时，通过顶部驱动钻井装置10主轴水眼和顶驱下套管装置8中 心孔，向单根套管2.2和套管柱2.1内腔灌注泥浆并循环泥浆；另外， 启动顶部驱动钻井装置10的旋转上扣机构，带动单根套管2.2旋转， 使单根套管2.2与套管柱2.1在井内旋转15分钟，能解决井眼縮径、 井壁坍塌、岩屑沉淀带来的问题，保证套管柱能顺利正常下到井底。 以XTG244型顶驱下套管装置8为例，作进一步详细说明。 参阅图4。 XTG244顶驱下套管装置8，主要由连接机构、驱动机 构、传递机构、限位机构、卡紧机构、密封机构等六部分组成。顶驱 下套管装置8主要由心轴8.1、上端盖8.2、活塞缸8.3、活塞8.4、下 端盖8.5、推拉卡筒8.6、限位卡环8.8、卡瓦8."、卡瓦心轴8.12、 皮碗8.13和导向头8.14组成。心轴8.1为圆柱状，心轴8.1有中心孔， 在心轴8.1的下端螺纹连接有卡瓦心轴8.12，卡瓦心轴8.12为圆柱状， 卡瓦心轴8.12有中心孔，在卡瓦心轴8.12的下端螺纹连接有导向头 8.14并采用螺钉固定。导向头8.14的外壁上套有一个密封皮碗8.13。 心轴8.1的下端外壁直径为220毫米。在心轴8.1的下端外壁上套 有一个活塞8.4，活塞8.4的上下两端分别有筒状体，筒状体内壁与心 轴8.1之间能相对滑动。在活塞8.4的外部有活塞缸8.3，活塞缸8.3 内壁为阶梯圆形结构，上部内径是265毫米，下部内径345毫米。活 塞8.4上端的筒状体外壁与活塞缸8.3内壁阶梯小圆柱面滑动密封配 合。
在活塞缸8.3的顶端固定有上端盖8.2，上端盖8.2有中心孔，心 轴8.1穿过上端盖8.2的中心孔。在活塞缸8.3的上端内部并且与心轴 8.1之间有两个轴承，轴承的上端面由螺母固定压紧。活塞缸8.3与心轴8.1之间能相对转动。
在活塞缸8.3下端固定有下端盖8.5，下端盖8.5有中心孔，下端 盖8.5中心孔与活塞8.4下端的圆筒体外壁之间滑动密封配合。在活塞 缸8.3外壁上有高压流体的进口和出口 。进口和出口与高压泵和控制阀 连接，高压流体进入或排出，能推动活塞8.4上下往复运动。活塞8.4 上下的行程为50毫米。
活塞8.4下端圆筒体的下端在下端盖8.5外部。活塞8.4下端圆筒 体与卡瓦心轴8.12外壁上的卡瓦8.11顶部连接。其连接结构可以有很 多种，本发明的连接结构是活塞8.4下端的圆筒体与卡瓦8.11顶部连 接，连接结构是在活塞8.4下端圆筒体的外壁上有环形槽。在环形槽上 固定有推拉卡筒8.6，推拉卡筒8.6横截面为半圆环形，两个推拉卡筒 8.6相对组成一个圆环形筒。推拉卡筒8.6的上端向内凸出的环形部分 扣入环形槽内。在两个推拉卡筒8.6组成的圆环形筒外壁上套有筒状 体，并用螺钉将筒状体固定在推拉卡筒8.6的外壁上。在两个推拉卡筒 8.6内壁与卡瓦心轴8.12之间有环形空间。在所述的环形空间内有卡 瓦套环8.7。卡瓦套环8.7横截面为半圆环形，两个卡瓦套环8.7相对 组成一个圆环形筒。推拉卡筒8.6的内壁上有凸起的矩形环状体，在卡 瓦套环8.7的内壁上有凹下的矩形环状槽。推拉卡筒8.6的矩形环状体 与卡瓦套环8.7的矩形环状槽配合将卡瓦套环8.7与推拉卡筒8.6固定 在一起。卡瓦套环8.7的下端有向内凸出的环。卡瓦8.11的顶部有向 外突出的钩状块，卡瓦8.11顶部向外突出的钩状块在卡瓦套环8.7凸 出环的上部，在卡瓦8.11顶部向外突出的钩状块上平面和下平面分别 有一个单向推力球轴承。卡瓦心轴8.12与推拉卡筒8.6之间能相对转 动。当活塞8.4上下运动时，能带动卡瓦8.11沿卡瓦心轴8.12外壁上 下滑动。
在卡瓦心轴8.12的外壁上均匀分布有4个轴向槽，在每个轴向槽
14内嵌入有一个条形卡瓦8.11，卡瓦8.11下端外圆有卡瓦牙。卡瓦8.11 下端内侧有斜面。卡瓦心轴8.12轴向槽的底有斜面。卡瓦8.11下端内 侧的斜面与卡瓦心轴8.12轴向槽底的斜面配合。当高压流体驱动活塞 8.4并推动卡瓦8.11向下滑动时，卡瓦8.11下端向外张开，卡瓦牙能 卡紧套管内壁，传递提升套管载荷或扭转套管载荷。
导向头8.14下端有较长的导向斜面，能保证皮碗8.13轻易地进入 套管内。导向头8.14的外圆上套有皮碗8.13，皮碗8.13进入套管后 产生变形，与套管内壁形成相对的接触压力，具有"自封作用"，下 套管过程中，可随时灌注泥浆。另外，皮碗8.13的截面是单向承压的 V形截面，可保证正常循环泥浆以及固井试压，密封压力最大可达 70MPa。
在卡瓦心轴8.12上固定有限位装置。在卡瓦心轴8.12上固定有限 位卡环8.8，限位卡环8.8为半环状体，两个限位卡环8.8相对组成一 个环状体，在环状体内壁有突出的矩形块。矩形块插入卡瓦心轴8.12 上的凹槽内。所述的卡瓦心轴8.12凹槽在卡瓦心轴8.12中部，与卡瓦 心轴8.12的第一个斜面距离大于最长的套管接箍。在限位卡环8.8的 外壁上套有限位内套8.9，防止限位卡环8.8散开。在限位内套8.9的 外壁上套有一个限位外套8.10。限位外套8.10通过螺钉与限位内套8.9 连接。在下套管作业时，三者作为一个整体，能阻止套管继续上行， 使卡瓦8.11插到套管内壁的准确位置。
权利要求
1、一种用顶部驱动钻井装置下套管作业的方法，其特征在于A、在顶部驱动钻井装置(10)主轴的下端连接顶驱下套管装置(8)；B、在顶驱吊环(9)下部连接套管吊卡(5)，使用套管吊卡(5)提升单根套管(2.2)；C、利用顶驱下套管装置(8)下端的导向头和皮碗扶正被提升的单根套管(2.2)，并且使被提升单根套管(2.2)下端螺纹与钻台气动卡瓦(1)上支撑的套管柱(2.1)上端螺纹对扣；D、通过顶部驱动钻井装置(10)液压源驱动顶驱下套管装置(8)的卡瓦向下运动，并夹紧单根套管(2.2)内壁或外壁；E、启动顶部驱动钻井装置(10)的旋转上扣机构，带动单根套管(2.2)旋转上扣，通过顶部驱动钻井装置(10)控制单根套管(2.2)螺纹连接的上扣扭矩，使单根套管(2.2)与套管柱(2.1)可靠连接；F、松开钻台气动卡瓦(1)上支撑的套管柱(2.1)，使顶驱吊环(9)和套管吊卡(5)支撑单根套管(2.2)和套管柱(2.1)的全部重量；G、下放单根套管(2.2)和套管柱(2.1)；使用钻台气动卡瓦(1)固定单根套管(2.2)；H、通过顶部驱动钻井装置(10)主轴水眼和顶驱下套管装置(8)中心孔，向单根套管(2.2)和套管柱(2.1)内腔灌注泥浆；I、重复A～H步骤，直至把全部套管连接并下放到井底。
2、根据权利要求1所述的一种用顶部驱动钻井装置进行下套管作 业的方法，其特征在于在下套管过程中，遇到井眼縮径、井壁坍塌、 岩屑沉淀问题时，通过顶部驱动钻井装置(10)主轴水眼和顶驱下套管装 置(8)中心孔，向单根套管(2.2)和套管柱(2.1)内腔灌注泥浆并循环泥浆； 并启动顶部驱动钻井装置(10)的旋转上扣机构，带动单根套管(2.2)旋转，使单根套管(2.2)与套管柱(2.1)在井内旋转。
3、权利要求1或2所述的用顶部驱动钻井装置进行下套管作业的 方法，所使用的顶驱下套管装置(8)结构主要由心轴(8.1)、上端盖(8.2)、 活塞缸(8.3)、活塞(8.4)、下端盖(8.5)、推拉卡筒(8.6)、限位卡环(8.8)、 卡瓦(8.")、卡瓦心轴(8.12)、皮碗(8.13)和导向头(8.14)组成，其特征 在于心轴(8.1)为圆柱状，心轴(8.1)有中心孔，在心轴(8.1)的下端螺纹 连接有卡瓦心轴(8.12)，卡瓦心轴(8.12)为圆柱状，卡瓦心轴(8.12)有中 心孔，在卡瓦心轴(8.12)的下端螺纹连接有导向头(8.14)，导向头(8.14) 的外壁上套有皮碗(8.13);在心轴(8.1)的下端外壁上套有活塞(8.4)，活塞(8.4)的上下两端有 筒状体，筒状体内壁与心轴(8.1)之间能相对滑动，在活塞(8.4)的外部 有活塞缸(8.3)，活塞缸(8.3)内壁为阶梯圆形结构，活塞(8.4)上端的筒 状体外壁与活塞缸(8.3)内壁阶梯小圆柱面滑动密封配合；在活塞缸(8.3)的顶端固定有上端盖(8.2)，上端盖(8.2)有中心孔， 心轴(8.1)穿过上端盖(8.2)的中心孔，在活塞缸(8.3)的上端内部并且与 心轴(8.1)之间有轴承，活塞缸(8.3)与心轴(8.1)之间能相对转动；在活塞缸(8.3)下端固定有下端盖(8.5)，下端盖(8.5)有中心孔，下 端盖(8.5)中心孔与活塞(8.4)下端的圆筒体外壁之间滑动密封配合，在 活塞缸(8.3)壁上有高压流体的进口和出口 ；活塞(8.4)下端圆筒体的下端在下端盖(8.5)外部，活塞(8.4)下端 圆筒体与卡瓦心轴(8.12)外壁上的卡瓦(8.11)顶部连接；在卡瓦心轴(8.12)的外壁上均匀分布有3 6个轴向槽，在每个轴 向槽内嵌入一个条形卡瓦(8.11)，卡瓦(8.11)下端外圆有卡瓦牙，卡瓦 (8.11)下端内侧有斜面，卡瓦心轴(8.12)轴向槽的底有斜面，卡瓦(8.") 下端内侧的斜面与卡瓦心轴(8.12)轴向槽底的斜面配合。
4、 根据权利要求3所述的用顶部驱动钻井装置下套管作业的方法， 所使用的顶驱下套管装置(8)，其特征是所述的活塞(8.4)下端的圆筒体与卡瓦(8.11)顶部连接，连接结构是在活塞(8.4)下端圆筒体的外壁 上有环形槽，在所述的环形槽上固定有推拉卡筒(8.6)，推拉卡筒(8.6) 横截面为半圆环形，两个推拉卡筒(8.6)相对组成一个圆环形筒，推拉 卡筒(8.6)的上端向内凸出的环形部分扣入环形槽内，在两个推拉卡筒 (8.6)组成的圆环形筒外壁上套有筒状体，并用螺钉将筒状体固定在推 拉卡筒(8.6)的外壁上，在两个推拉卡筒(8.6)内壁与卡瓦心轴(8.12)之间 有环形空间，在所述的环形空间内有卡瓦套环(8.7)，卡瓦套环(7)横截 面为半圆环形，两个卡瓦套环(7)相对组成一个圆环形筒，推拉卡筒(8.6) 的内壁上有凸起的矩形环状体，在卡瓦套环(8.7)的内壁上有凹下的矩 形环状槽，推拉卡筒(8.6)的矩形环状体与卡瓦套环(8.7)的矩形环状槽 配合将卡瓦套环(8.7)与推拉卡筒(8.6)固定在一起，在卡瓦套环(8.7)的 下端部有向内凸出的环，卡瓦(8.11)的顶部有向外突出的钩状块，卡瓦 (8.11)顶部向外突出的钩状块在卡瓦套环(8.7)凸出环的上部，在卡瓦 (8.11)顶部向外突出的钩状块上平面和下平面有单向推力球轴承，卡瓦 心轴(8.12)与推拉卡筒(8.6)之间能相对转动。u
5、 根据权利要求3所述的顶驱下套管装置(8)，其特征是在卡瓦 心轴(8.12)上固定有限位装置。
6、 根据权利要求5所述的顶驱下套管装置(8)，其特征是在卡瓦 心轴(8.12)上固定有限位卡环(8.8)，限位卡环(8.8)为半环状体，两个限 位卡环(8.8)相对组成一个环状体，在环状体内壁有突出的矩形块，矩 形块插入卡瓦心轴(8.12)上的凹槽内，所述的卡瓦心轴(8.12)凹槽在卡 瓦心轴(8.12)中部，在限位卡环(8.8)的外壁上套有横截面为环形的限位 内套(8.9)，在限位内套(8.9)的外壁上套有一个限位外套(8.10)，限位外 套(8.10)通过螺钉与限位内套(8.9)连接。
全文摘要
一种用顶部驱动钻井装置下套管作业的方法，应用于石油固井技术领域。特征是使用套管吊卡提升单根套管；单根套管与套管柱对扣；驱动顶驱下套管装置夹紧单根套管；启动顶部驱动钻井装置旋转，使单根套管与套管柱连接；松开钻台气动卡瓦，使顶驱吊环和套管吊卡支撑单根套管和套管柱；下放单根套管和套管柱；使用钻台气动卡瓦固定单根套管；通过顶部驱动钻井装置主轴水眼和顶驱下套管装置的心轴水眼，向单根套管和套管柱内腔灌注泥浆；直至把全部套管柱下放到井底。效果是该下套管方法减少了作业设备，简化了作业流程，可根据需要及时旋转套管柱和循环泥浆，增强了下套管作业的自动化程度，提高了生产效率和安全性。
文档编号E21B7/20GK101487377SQ20091007856
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月26日 优先权日2009年2月26日
发明者张国田, 张宏英, 李兴杰, 李美华, 谢宏峰 申请人:中国石油天然气集团公司;北京石油机械厂