一种下套管作业连续循环装置及连续循环方法
【专利摘要】本发明公开了一种下套管作业连续循环装置及连续循环方法，所述装置包括夹持系统和灌注与循环系统，其中夹持系统用于夹持被下套管，控制整套装置的提升与下放，且在灌注与循环过程中能将所产生的上顶力用套管柱的重力去抵消；灌注与循环系统用以实现下套管过程中泥浆的灌注与循环。连续循环时，套管内灌满泥浆，压力增大，灌注与循环系统的皮碗密封坐封，由芯管泵入到套管中的泥浆到达井底后从套管壁外与井筒内之间的环形空间中向上返出，装置开始泥浆循环操作。本发明结构合理而紧凑，使用时可操作性强,在下套管作业时使用本装置可避免套管粘卡，减少井壁的缩径和坍塌，可保证套管顺利下入，因而节约了生产成本。
【专利说明】一种下套管作业连续循环装置及连续循环方法【技术领域】
[0001]本发明属于钻井工程领域，具体涉及ー种下套管作业连续循环装置及下套管连续循环方法。
【背景技术】
[0002]目前，在钻井施工过程中，其下套管作业时的灌浆和建立循环所采用的エ艺是:将套管坐在转盘上，手持带弯头的泥浆管线，向套管内进行灌浆，然后接洗井接头及方钻杆循环。这种方法带来的问题:一是套管在井口静止时间过长，加大了套管粘卡几率；ニ是人工手持管线灌注，液体压カ难控制，容易发生人身伤害事故；三是泥浆循环作业环节多，毎次循环需要接卸洗井接头及方钻杆；四是套管作业时间较长，中间静止多易造成套管下入遇阻严重、套管下不到位和井喷、井漏等复杂情况发生。目前，为了解决上述问题已有个别的下套管连续循环的装置，但因为适用的范围有限，或可操控性较差，所以生产上很少有用。
【发明内容】
[0003]本发明公开了ー种下套管作业连续循环装置，包括夹持系统和灌注与循环系统，其中夹持系统用于夹持被下套管，控制整套装置的提升与下放，灌注与循环系统用以实现下套管过程中泥浆的灌注与循环。
[0004]其中，所述夹持系统包括挂环、竖直液缸、组合连接装置、ー对耳环连接液缸、ー对连接臂和ー对次抓卡，其中竖直液缸连接在挂环下面，竖直液缸下面连接组合连接装置，两个耳环连接液缸的无杆端背靠背铰接安装在组合连接架上，另一端连接连接臂，连接臂的自由端设置次抓卡，竖直液缸控制整套装置的提升与下放，两个耳环连接液缸控制左右两个次抓卡的张开与闭合。
[0005]其中，连接臂包括.驱动小臂和次抓臂，驱动小臂的一端铰接到耳环连接液缸的有杆端，另一端连接次抓臂，次抓臂的自由端设置次抓卡，驱动小臂和次抓臂在相互连接处与组合连接架铰接。
[0006]此外，组合连接装置包括组合连接架和组合连接头。
[0007]其中，灌注与循环系统设置在夹持系统的下端，包括由壬连管、芯管、皮碗密封、单流阀、上接头和下接头，由壬连管连接在夹持系统的组合连接头上，用于与鹅颈管连接，导入泥浆；单流阀设置在芯管的上面，位于上接头内，保证灌入到芯管内的泥浆单方向向下流动；皮碗密封设置在芯管管壁外大约中部的高度位置处；下接头连接在芯管下端，上接头和下接头配合使用，可方便地根据套管的尺寸更换不同规格的皮碗密封，实现工作过程的坐封。
[0008]进一歩，灌注与循环系统还包括导向头，导向头大致为锥形，与下接头连接，能方便插入到套管中。
[0009]本发明还公开了采用上述下套管作业连续循环装置下套管的方法，包括如下步骤: 1)将挂环悬挂固定在大钩下方；
2)竖直液缸驱动整个装置向下运动，将灌注与循环系统下入套管中；
3)两端的耳环连接液缸的活塞杆推出，带动连接臂旋转，两个次抓卡在吊卡的下边夹住套管并锁紧；
4)泥浆通过由壬接管进入灌注与循环系统，灌注与循环系统中的单流阀打开，进行泥浆灌注；
5)套管内灌满泥浆，压カ増大，灌注与循环系统的芯管外的皮碗密封坐封；
6)由芯管注入到套管中的泥浆到达井底后从套管壁外与井筒内之间的环形空间中向上返出，装置进入泥浆循环操作。
[0010]进ー步，在完成一根套管单根下放后，停泥浆泵，套管内压カ降低，密封解除，次抓卡解锁，两端耳环连接液缸的活塞杆收回，次抓卡张开，竖直液缸提升，将灌注与循环系统从已经下入的套管中抽出，解开吊卡，大钩提拉整个装置上升。
[0011]进ー步，在步骤2)中，组合连接头下端接触到套管上端的套管接箍后竖直液缸停止下行。
[0012]本发明的有益效果是:在下套管作业过程中利用本发明的装置，不仅能实现下套管过程的泥浆连续循环，而且工作时左右两次抓卡闭合锁扣在夹持套管的吊卡下边，将套管内循环的泥浆对灌注与循环系统产生的上顶カ与整个套管柱的重量相抵消，在克服上顶カ难题上方法简单可靠。
[0013]本发明结构合理而紧凑，使用时可操作性强，在下套管作业时使用本装置可避免套管粘卡，減少井壁的缩径和坍塌造成的下套困难，可保证套管顺利下入，因而节约了生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1:下套管作业连续循环装置非工作状态连接图；
图2:下套管作业连续循环装置工作状态连接图；
图3:夹持系统结构图；
图4:夹持系统中组合连接装置连接图；
图5:自动灌注与循环系统结构图。
[0015]附图标记说明:
1.大钩，2.挂环，3.竖直液缸，4.耳环连接液缸，
5.由壬连管，6.芯管，7.皮碗密封，8.下接头，
9.次抓卡，10.吊环，11.套管接箍，12.吊卡，13.套管，
14.导向头，15.上接头，16.单流阀，17.次抓臂，
18.组合连接头，19.组合连接架，20.驱动小臂。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明进行具体说明。
[0017]本发明的下套管作业连续循环装置，包括夹持系统和灌注与循环系统。
[0018]夹持系统包括:挂环2、竖直液缸3、组合连接架19、组合连接头18、耳环连接液缸4、驱动小臂20、次抓臂17和次抓卡9。竖直液缸3连接在挂环2下面，竖直液缸3下面连接组合连接架19和组合连接头18，两个耳环连接液缸4的无杆端背靠背铰接安装在组合连接架19上，有杆端连接驱动小臂20，驱动小臂20的另一端固定连接次抓臂17，次抓臂17的自由端设置有次抓卡9，驱动小臂20和次抓臂17在相互连接处与组合连接架19铰接。竖直液缸3控制整套装置的提升与下放；两个耳环连接液缸4控制左右两个次抓卡9的张开与闭合。
[0019]灌注与循环系统包括:由壬连管5、芯管6、皮碗密封7、上接头15、下接头8、导向头14和单流阀16。由壬连管5连接在组合连接头18上，其作用是与鹅颈管(未图示)连接，导入泥浆。单流阀16设置在芯管6的上面，保证灌装到芯管6内的泥浆单方向向下流动，皮碗密封7设置在芯管壁外大约中部的高度位置处，上接头15和下接头8配合使用，可方便地根据套管的尺寸更换不同规格的皮碗密封7，实现工作过程的坐封。导向头14大致为锥形，能方便插入到套管中。灌注与循环系统用以实现下套管过程中泥浆的灌注与循环。
[0020]整个下套管作业连续循环装置通过挂环2悬挂固定在大钩I下方。工作吋，灌注与循环系统插入井口上准备下到井内的套管13内，左右两个次抓卡9闭合并锁定在套管的吊卡12下端，如图2所示，将套管13内循环的泥浆对灌注与循环部分产生的上顶カ与整个套管柱的重量抵消。
[0021]使用方法:在下套管作业过程中需要对连接好且准备下井的套管单根段灌注泥浆或建立整个套管柱的泥浆循环吋，首先竖直液缸3驱动整个装置向下运动，灌注与循环系统下入套管13中，组合连接头下端18接触到套管接箍11后停止；两端的耳环连接液缸4的活塞杆推出，带动驱动小臂20和次抓臂17旋转，两个次抓卡9在吊卡12的下边夹住套管13并锁紫。灌注时，泥浆通过由壬接管5进入灌注与循环系统，单流阀16打开，进行泥浆灌注；若需要循环，套管内灌满泥浆，压カ増大，压カ増大后皮碗径向撑开，紧贴套管内壁实现坐封。由芯管6注入到套管中的泥浆到达井底后从套管壁外与井筒内之间的环形空间中向上涌出，装置进入泥浆循环。在完成ー根套管下放后，停泥浆泵，套管内压カ降低，密封解除，次抓卡9解锁，两端耳环连接液缸4的活塞杆收缩，次抓卡9张开，竖直液缸3提升，将灌注与循环系统从已经下入的套管13中抽出，解开吊卡，大钩提拉整个装置上升，在完成另ー套管单根的吊卡和连接后，再按上述步骤进行下一根套管单根的下井操作。
【权利要求】
1.一种下套管作业连续循环装置，包括夹持系统和灌注与循环系统，其中夹持系统用于夹持被下套管，控制整套装置的提升与下放，灌注与循环系统用以实现下套管过程中泥浆的灌注与循环。
2.根据权利要求1所述的下套管作业连续循环装置，其特征在于:所述夹持系统包括挂环(2)、竖直液缸(3)、组合连接装置、ー对耳环连接液缸(4)、ー对连接臂和ー对次抓卡(9)，其中竖直液缸(3)连接在挂环(2)下面，竖直液缸(3)下面连接组合连接装置，两个耳环连接液缸(4)的无杆端背靠背铰接安装在组合连接架(19)上，另一端连接连接臂，连接臂的自由端设置次抓卡(9 )，竖直液缸(3 )控制整套装置的提升与下放，两个耳环连接液缸(4)控制左右两个次抓卡(9)的张开与闭合。
3.根据权利要求2所述的下套管作业连续循环装置，其特征在于:连接臂包括驱动小臂(20)和次抓臂(17)，驱动小臂(20)的一端铰接到耳环连接液缸(4)的有杆端，另一端连接次抓臂(17)，次抓臂(17)的自由端设置次抓卡(9)，驱动小臂(20)和次抓臂(17)在相互连接处与组合连接架(19)铰接。
4.根据权利要求2或3所述的下套管作业连续循环装置，其特征在于:组合连接装置包括组合连接架(19)和组合连接头(18)。
5.根据权利要求2-4任一项所述的下套管作业连续循环装置，其特征在于:灌注与循环系统设置在夹持系统的下端，包括由壬连管(5)、芯管(6)、皮碗密封(7)、单流阀(16)、上接头(15)和下接头(8)，由壬连管(5)连接在夹持系统的组合连接头(18)上，用于与鹅颈管连接，导入泥浆；单流阀(16)设置在芯管(6)的上面，位于上接头(15)内，保证灌入到芯管(6)内的泥浆单方向向下流动；皮碗密封(7)设置在芯管(6)管壁外；下接头(8)连接在芯管下端，上接头(15)和下接头(8)配合使用，可方便地根据套管的尺寸更换不同规格的皮碗密封(7)，实现工作过程的坐封。`
6.根据权利要求5所述的下套管作业连续循环装置，其特征在于:皮碗密封(7)设置在芯管壁外大约中部的高度位置处。
7.根据权利要求5-7任一项所述的下套管作业连续循环装置，其特征在于:灌注与循环系统还包括导向头(14)，导向头(14)大致为锥形，与下接头(8)连接，能方便插入到套管中。
8.采用权利要求2-7任一项所述的下套管作业连续循环装置下套管的方法，包括如下步骤: 1)将挂环(2)悬挂固定在大钩(I)下方； 2)竖直液缸(3)驱动整个装置向下运动，将灌注与循环系统下入套管(13)中； 3)两端的耳环连接液缸(4)的活塞杆推出，带动连接臂旋转，两个次抓卡(9)在吊卡(12)的下边夹住套管(13)并锁紧； 4)泥浆通过由壬接管(5)进入灌注与循环系统，灌注与循环系统中的单流阀(16)打开，进行泥浆灌注； 5)套管(13)内灌满泥浆，压カ増大，灌注与循环系统的芯管(6)外的皮碗密封(7)坐封； 6)由芯管(6)注入到套管(13)中的泥浆到达井底后从套管(13)壁外与井筒内之间的环形空间中向上涌出，装置进入泥浆循环。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:在完成一根套管单根下放后，停泥浆泵，套管内压カ降低，密封解除，次抓卡(9)解锁，两端耳环连接液缸(4)的活塞杆收回，次抓卡(9)张开，竖直液缸(3)提升，将灌注与循环系统从已经下入的套管(13)中抽出，解开吊卡，大钩提拉整个装置上升。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于:在步骤2)中，组合连接头下端接触到套管(13)上端的套管接 箍(11)后竖直液缸(3)停止下行。
【文档编号】E21B7/20GK103437710SQ201310411254
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】张杨, 温林荣, 吴中华, 蔡文军 申请人:中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院, 北京化工大学