專利名稱：一種油田礦井管柱連續(xù)起下方法及雙游動卡瓦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種油田礦井管柱連續(xù)起下方法，涉及油田油井、氣井、注水井的修井和鉆井帶壓作業(yè)施工或其他作業(yè)施工中，把管柱從井中起出和下入的方法，同時還提供了適用于本發(fā)明方法的雙游動卡瓦裝置，屬于石油礦場機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在石油礦場機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，現(xiàn)有的帶壓作業(yè)裝置，均 采用固定卡瓦和游動卡瓦(簡稱單游動卡瓦裝置)交替夾持管柱方式，由游動卡瓦升降液缸活塞桿帶動游動卡瓦往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)起出和下入管柱的功能。起出管柱時，游動卡瓦升降液缸活塞桿的上行程為工作行程，下行程為空行程；下入管柱時，游動卡瓦升降液缸活塞桿的下行程為工作行程，上行程為空行程，工作效率不足50%，還增加了功耗(為無功損耗)，常規(guī)的做法是提高空行程的運(yùn)動速度，以降低空行程的運(yùn)動時間，但并沒有真正的解決空行程帶來的功率和時間的浪費(fèi)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種油田礦井管柱連續(xù)起下方法，解決了常規(guī)礦井管柱起下作業(yè)施工中起下系統(tǒng)空行程導(dǎo)致功率和時間的損耗，提高了礦井管柱的起下效率。本發(fā)明還進(jìn)一步提供了雙游動卡瓦裝置，實(shí)現(xiàn)上述礦井管柱起下方法。本發(fā)明公開的一種油田礦井管柱連續(xù)起下方法，其技術(shù)解決方案如下
由兩組游動卡瓦機(jī)構(gòu)組成雙游動卡瓦裝置，其中，第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)和第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)分別安裝在井口裝置上構(gòu)成連續(xù)的起下系統(tǒng)，即雙游動卡瓦裝置；在石油礦井管柱的起下過程中，每組游動卡瓦機(jī)構(gòu)的卡瓦交替對管柱進(jìn)行夾持或松開，保證管柱始終在卡瓦的夾持下連續(xù)起下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)無間斷施工作業(yè)。無論是第一組還是第二組，卡瓦升降液缸的活塞桿行程，液缸安裝距，缸筒和活塞桿的直徑，以及它們的力學(xué)性能方面等都相同或者相等。本發(fā)明提供的雙游動卡瓦裝置，由兩組游動卡瓦機(jī)構(gòu)組成，第一卡瓦、第一上橫梁、第一卡瓦升降液缸(2個)、第一下支承梁組成第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)，第一卡瓦裝在第一上橫梁上，第一上橫梁和第一卡瓦升降液缸(2個)的活塞桿連接構(gòu)成門型框架起降機(jī)構(gòu)，第一卡瓦升降液缸2個)通過第一下支承梁固定在井口裝置的短接上；第二卡瓦、第二上橫梁、第二卡瓦升降液缸(2個)、第二下支承梁組成第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)，第二卡瓦裝在第二上橫梁上，第二上橫梁和第二卡瓦升降液缸(2個)的活塞桿連接構(gòu)成門型框架起降機(jī)構(gòu)，第二卡瓦升降液缸(2個)通過第二下支承梁固定在井口裝置的短接上；管柱穿過第一卡瓦的卡瓦體內(nèi)孔和第二卡瓦的卡瓦體內(nèi)孔的中心，插入井口裝置內(nèi)；第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)與第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)構(gòu)成門型框架空間交叉的四方形立體結(jié)構(gòu)；也可將第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)的第一卡瓦升降液缸(2個)位于第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)的第二卡瓦升降液缸(2個)的外側(cè)，通過與井口裝置的短接連接構(gòu)成了與管柱和卡瓦升降液缸的軸線在同一平面上的門型框架并列的立體結(jié)構(gòu)。
以上所述的兩種雙游動卡瓦裝置，其特征在于第一卡瓦和第二卡瓦的卡瓦體內(nèi)孔為內(nèi)圓柱、內(nèi)圓錐、內(nèi)棱柱或內(nèi)棱錐等幾種閉式幾何形狀。也可以將第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)與第二游動卡瓦機(jī)構(gòu)構(gòu)成門型框架空間平行的四方形立體結(jié)構(gòu)。第一下支承梁與第二下支承梁固定在井口裝置的短接上。這種雙游動卡瓦裝置，其特征在于第一卡瓦和第二卡瓦的卡瓦內(nèi)孔一側(cè)為開口形狀，開口寬度應(yīng)大于管柱的直徑。本發(fā)明中，卡瓦安裝在上橫梁的中部、上橫梁的兩端與卡瓦升降液缸的兩根活塞桿剛性連接。下支承梁把卡瓦升降液缸固定在井口裝置或底座的剛性支撐上，以保證其舉升和下壓的能力?？ㄍ?、上橫梁和各自的兩個卡瓦升降液缸組成門型框架起降機(jī)構(gòu)，兩個卡瓦升降液缸以被夾持的管柱中心線對稱分布，垂直立于井口平面。 本發(fā)明的積極效果在于
由于采用了雙游動卡瓦裝置，克服了由于常規(guī)單游動卡瓦裝置而產(chǎn)生的空行程問題，消除了起下管柱時，卡瓦升降液缸活塞桿空行程時管柱停止和等待的時間。如果忽略卡瓦夾持和松開動作的暫短交替時間，可以認(rèn)為施工中，無論是從井中起出管柱，還是往井內(nèi)下入管柱，管柱的升降運(yùn)動是連續(xù)的。所以提高效率近I倍。把一個卡瓦的空行程時間用于另一個卡瓦的工作行程中，兩個卡瓦的空行程都沒有單獨(dú)占用時間。所以增加了一倍的工作時間，效率提高一倍。


圖I、本發(fā)明裝置(卡瓦閉式、門型框架空間交叉的四方體結(jié)構(gòu))立體結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2、本發(fā)明裝置(卡瓦閉式、門型框架空間交叉的四方體結(jié)構(gòu))俯視結(jié)構(gòu)原理 圖3、本發(fā)明裝置(卡瓦閉式、門型框架空間交叉的四方體結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)原理 圖4、本發(fā)明裝置(卡瓦開口式、門型框架空間平行的四方體結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)原理 圖5、本發(fā)明裝置(卡瓦開口式、門型框架空間平行的四方體結(jié)構(gòu))俯視結(jié)構(gòu)原理圖； 圖6、本發(fā)明裝置(卡瓦閉式、門型框架空間并列的立體結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)原理 圖中、I、第 ^瓦；2、第一上橫梁；3、第 ^瓦升降液缸；4、第二卡瓦；5、第二上橫梁；
6、第二卡瓦升降液缸；7、第一下支承梁；8、第二下支承梁；9、管柱；10、井口裝置；11、短接；12、第一卡瓦I卡瓦體內(nèi)孔；13、第二卡瓦4卡瓦體內(nèi)孔。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
根據(jù)圖I、圖3、圖4、圖6所示，本發(fā)明的雙游動卡瓦裝置主要由第一卡瓦I、第一上橫梁2、第一卡瓦升降液缸3(2個)、第一下支承梁7組成第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)，第一卡瓦I裝在第一上橫梁2上,第一上橫梁2和第 ^瓦升降液缸3 (2個)的活塞桿固定連接構(gòu)成門型框架起降機(jī)構(gòu)，第一卡瓦升降液缸3 (2個)通過第一下支承梁7固定在井口裝置10的短接11上；同理，第二卡瓦4、第二上橫梁5、第二卡瓦升降液缸6 (2個)、第二下支承梁8組成第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)，第二卡瓦4裝在第二上橫梁5上，第二上橫梁5和第二卡瓦升降液缸6 (2個)的活塞桿連接構(gòu)成門型框架起降機(jī)構(gòu)，第二卡瓦升降液缸6 (2個)通過第二下支承梁8固定在井口裝置10的短接11上；實(shí)施例2
參見圖I、圖2、圖3，實(shí)施例I中的第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)位于第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)之上呈立體交叉設(shè)置；即第一卡瓦升降液缸3 (2個)構(gòu)成的門型框架起降機(jī)構(gòu)與第二卡瓦升降液缸6 (2個)構(gòu)成的門型框架起降機(jī)構(gòu)交叉分布；第一卡瓦I位于第二卡瓦4的上端分別套裝在管柱9上；第一下支承梁7位于第二下支承梁8的上端分別固定在井口裝置10的短接11上。管柱9穿過第一卡瓦I和第二卡瓦4的卡瓦體內(nèi)孔12、13中心，插入井口裝置10內(nèi)。實(shí)施例3
參見圖4、圖5，實(shí)施例I中的第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)門型框架空間平行于第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)門型框架呈四方體結(jié)構(gòu)；即第一卡瓦升降液缸3 (2個)與第二卡瓦升降液缸6 (2個)平行分布；第一卡瓦I夾持管柱9，第二卡瓦4處于松開管柱9并退至空行程位置。第一下支承梁7和第二下支承梁8分別固定在井口裝置10的短接11上。 實(shí)施例4
參見圖4、圖5，實(shí)施例3所述的第一卡瓦I的卡瓦體內(nèi)孔12和第二卡瓦4的卡瓦體內(nèi)孔13均為一端開口的開式形狀，開口寬度應(yīng)大于管柱9的直徑，便于管柱9進(jìn)出第一卡瓦I和第二卡瓦4。實(shí)施例5
參照圖6，實(shí)施例I所述的第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)門型框架與第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)門型框架并列安裝；即第一卡瓦升降液缸3 (2個)位于與第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)的第二卡瓦升降液缸6 (2個)的外側(cè)，并且互相平行；第一卡瓦I位于第二卡瓦4的上端分別套裝在管柱9上；第一下支承梁7和第二下支承梁8分別與井口裝置10的短接11連接，構(gòu)成門型框架中軸線在同一條直線上的立體結(jié)構(gòu)。實(shí)施例6
實(shí)施例2,實(shí)施例5所述的第—^瓦I和第二卡瓦4的卡瓦體內(nèi)孔12、13為內(nèi)圓柱、內(nèi)圓錐、內(nèi)棱柱或內(nèi)棱錐等閉式幾何形狀。實(shí)施例I和實(shí)施例2所述的裝置工作的運(yùn)動狀態(tài)如下
(I)起出管柱作業(yè)
作業(yè)開始，第一卡瓦I、第二卡瓦4均位于各自的卡瓦升降液缸活塞桿行程的下極限位置。首先第一卡瓦I夾持管柱，第二卡瓦4處于開啟狀態(tài)。第一卡瓦I夾持管柱上行至第一卡瓦升降液缸3活塞桿行程的上極限位置，起管作業(yè)準(zhǔn)備完畢。開始第一卡瓦I、第二卡瓦4的相向運(yùn)動第二卡瓦4夾持管柱后，第一卡瓦I迅速開啟。隨后第二卡瓦4夾持管柱上行至第二卡瓦升降液缸6活塞桿全行程的中部位置，同時第一卡瓦I下行至第一卡瓦升降液缸3活塞桿全行程的中部位置，空行程復(fù)位(在液缸活塞桿伸出和收回的速度相等條件下)。然后進(jìn)行第一卡瓦I、第二卡瓦4的相背運(yùn)動第一卡瓦I夾持管柱后，第二卡瓦4迅速開啟。隨后第一卡瓦I夾持管柱上行至第一卡瓦升降液缸3活塞桿全行程的上極限位置，同時第二卡瓦4下行至第二卡瓦升降液缸6活塞桿全行程的下極限位置，空行程復(fù)位。在同一個時間段內(nèi)，在各自的卡瓦升降液缸的活塞桿帶動下，第一瓦I和第二卡瓦4各完成“一個沖程”，同理，接著進(jìn)入下“一個沖程”的循環(huán)。
管柱的起升運(yùn)動分別由第一卡瓦I與第二卡瓦4相向運(yùn)動時段起升運(yùn)動和相背運(yùn)動時段的起升運(yùn)動的循環(huán)交替完成。第一卡瓦I開啟時下行運(yùn)動的空行程，由第二卡瓦4夾持管柱進(jìn)行上行的工作行程彌補(bǔ)。第二卡瓦4開啟時下行運(yùn)動為空行程，則由第一卡瓦I夾持管柱上行工作行程來彌補(bǔ)。如果忽略卡瓦的夾持和開啟的轉(zhuǎn)換時間，可以認(rèn)為管柱的起出是連續(xù)的。并且管柱在運(yùn)動過程中始終處于被一個卡瓦夾持的狀態(tài)，其對應(yīng)的卡瓦升降液缸活塞桿處于向上運(yùn)動一即工作行程。而同時另一卡瓦處于開啟狀態(tài)，對應(yīng)的卡瓦升降液缸活塞桿處于回程復(fù)位一即空行程。每個卡瓦的空行程不單獨(dú)占用時間，而由另外一個卡瓦的工作行程來彌補(bǔ)，因?yàn)閮蓚€卡瓦先夾持、后開啟交替運(yùn)行，所以管柱始終處于被夾持而上升的運(yùn)動狀態(tài)。所以管柱運(yùn)動沒有等待和停止，是連續(xù)不間斷的。井內(nèi)整根管柱在第一卡瓦I和第二卡瓦4的有序控制下隨著各自卡瓦升降液缸的活塞桿運(yùn)動而被起出井外。
(2)管柱下入作業(yè)
管柱下入作業(yè)開始時，第一卡瓦I、第二卡瓦4均位于各自卡瓦升降液缸的下極限位置。首先第二卡瓦4夾持管柱，第一卡瓦I處于開啟狀態(tài)。第一卡瓦I上行至第一卡瓦升降液缸3行程的上極限位置，管柱下入作業(yè)準(zhǔn)備完畢。開始第一卡瓦I、第二卡瓦4的相向運(yùn)動。第一卡瓦I夾持管柱后，第二卡瓦4迅速開啟。隨后第一卡瓦I夾持管柱下行至第一卡瓦升降液缸3活塞桿全行程的中部位置，同時第二卡瓦4上行至第二卡瓦升降液缸6活塞桿全行程的中部位置(卡瓦升降液缸活塞桿的伸出和收回為等速條件下)。然后進(jìn)行第一卡瓦I、第二卡瓦4相背運(yùn)動。第二卡瓦4夾持管柱后，第一卡瓦I迅速開啟。第二卡瓦4夾持管柱下行至第二卡瓦升降液缸6活塞桿全行程下極限位置，同時第一卡瓦I上行至第一卡瓦升降液缸3活塞桿全行程的上極限位置，空行程復(fù)位。同理，接著進(jìn)入下“一個沖程”的循環(huán)。整根管柱在第一卡瓦I和第二卡瓦4的有序控制下，隨著各自卡瓦升降液缸的活塞桿的運(yùn)動被下入到井內(nèi)。運(yùn)動形態(tài)同起出時一樣。這兩種結(jié)構(gòu)的卡瓦升降液缸的活塞桿行程利用率為50%。實(shí)施例3、實(shí)施例4的工作狀態(tài)如下
見圖4、圖5，工作時第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)和第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)的卡瓦不僅在卡瓦升降液缸的帶動下做垂直升降運(yùn)動，還要做水平移動，實(shí)現(xiàn)卡瓦前進(jìn)夾持和松開退出的動作，由于能退出工作位置，所以兩組游動卡瓦機(jī)構(gòu)可以互相不干涉和阻擋。由于第一卡瓦I和第二卡瓦4的卡瓦體做成開口形狀，卡瓦可以前進(jìn)夾持和松開退出，兩組卡瓦機(jī)構(gòu)安裝的最佳位置是把第 ^瓦I、第一上橫梁2和第二卡瓦4、第二上橫梁5安裝在同一平面內(nèi)，門型框架起降機(jī)構(gòu)互相平行(參見圖4、圖5)?？梢钥闯觯谝豢ㄍ逫和第二卡瓦4在同一個時間段里的運(yùn)動形式為上、下運(yùn)動軌跡互相平行，并且平行于被夾持的管柱9的軸線，從上、下極限位置開始時相向運(yùn)動，過空間相遇點(diǎn)后相背運(yùn)動，但各卡瓦的運(yùn)動方向始終不變，到達(dá)上下極限位置前沒有拐點(diǎn)。它們的運(yùn)動互相不干涉和阻擋。夾持時以管柱9軸線為中心線，進(jìn)行工作行程，松開后退出，遠(yuǎn)離管柱9中心線進(jìn)行空行程復(fù)位。在“一個沖程”中，第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)和第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)的工作行程和空行程交替循環(huán)，完成管柱9的連續(xù)起出或下入。這種結(jié)構(gòu)的卡瓦升降液缸的活塞桿行程利用率為100%。
權(quán)利要求
1.ー種油田礦井管柱連續(xù)起下方法，由兩組游動卡瓦機(jī)構(gòu)組成雙游動卡瓦裝置，其中，第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)和第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)分別安裝在井口裝置上構(gòu)成連續(xù)的起下系統(tǒng)；在油田礦井中管柱的起下過程中，每組游動卡瓦機(jī)構(gòu)的卡瓦交替對管柱進(jìn)行夾持或松開，保證管柱始終在卡瓦的夾持下連續(xù)起下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)無間斷施工作業(yè)。
2.一種雙游動卡瓦裝置，其特征在干由兩組游動卡瓦機(jī)構(gòu)組成，第一卡瓦、第一上橫梁、2個第一卡瓦升降液缸、第一下支承梁組成第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)，第一卡瓦裝在第一上橫梁上，第一上橫梁和第一卡瓦升降液缸的活塞桿連接構(gòu)成門型框架起降機(jī)構(gòu)，第一卡瓦升降液缸通過第一下支承梁固定在井口裝置的短接上；第二卡瓦、第二上橫梁、2個第二卡瓦升降液缸、第二下支承梁組成第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)，第二卡瓦裝在第二上橫梁上，第二上橫梁和第二卡瓦升降液缸的活塞桿連接構(gòu)成門型框架起降機(jī)構(gòu)，第二卡瓦升降液缸通過第ニ下支承梁固定在井ロ裝置的短接上。
3.權(quán)利2所述的雙游動卡瓦裝置，其特征在于第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)與第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)構(gòu)成門型框架空間交叉的四方形立體結(jié)構(gòu)；也可將第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)的第一卡瓦升降液缸位于第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)的第二卡瓦升降液缸的外側(cè)，通過與井口裝置的短接連接構(gòu)成軸線在同一平面上的門型框架并列的立體結(jié)構(gòu)；管柱穿過第一卡瓦和第二卡瓦的卡瓦體內(nèi)孔中心，插入井口裝置內(nèi)。
4.權(quán)利3所述的雙游動卡瓦裝置，其特征在于第一卡瓦和第二卡瓦的卡瓦體內(nèi)孔為內(nèi)圓柱、內(nèi)圓錐、內(nèi)棱柱或內(nèi)棱錐等閉式的幾何形狀。
5.權(quán)利2所述的雙游動卡瓦裝置，其特征在于第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)與第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)構(gòu)成門型框架空間平行的四方形立體結(jié)構(gòu)。
6.權(quán)利3所述的雙游動卡瓦裝置，其特征在于第一卡瓦和第二卡瓦的卡瓦體內(nèi)孔ー側(cè)為開ロ形狀，開ロ寬度大于管柱的直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開一種油田礦井管柱連續(xù)起下方法及雙游動卡瓦裝置，由兩組游動卡瓦機(jī)構(gòu)組成雙游動卡瓦裝置，其中，第一組游動卡瓦機(jī)構(gòu)和第二組游動卡瓦機(jī)構(gòu)分別安裝在井口裝置上構(gòu)成連續(xù)的起下系統(tǒng)，即雙游動卡瓦裝置；在石油礦井管柱的起下過程中，每組游動卡瓦機(jī)構(gòu)的卡瓦交替對管柱進(jìn)行夾持或松開，保證管柱始終在卡瓦的夾持下連續(xù)起下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)無間斷施工作業(yè)。由于采用了雙游動卡瓦裝置，克服了由于常規(guī)單游動卡瓦裝置而產(chǎn)生的空行程問題，消除了起下管柱時，卡瓦升降液缸活塞桿空行程時管柱停止和等待的時間。
文檔編號E21B19/10GK102839928SQ20121038145
公開日2012年12月26日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者胡勇, 張志義, 林志忠, 胡英華 申請人:松原市前進(jìn)石油工程機(jī)械有限公司