顶驱套管送入工具设计说明书

新型顶驱套管送入工具设计

目录

第一章 绪论.................................................................................................................. 3

1.1 引言................................................................................................................. 3 1.2 设计目的及意义............................................................................................. 3 1.3 设计主要内容................................................................................................. 4 1.4 设计方法......................................................................................................... 5 1.5 技术路线......................................................................................................... 5 1.6 国内外技术现状调研..................................................................................... 6

1.6.1国外技术现状....................................................................................... 6 1.6.2国内技术现状....................................................................................... 7

第二章 总体要求及总体方案设计.............................................................................. 9

2.1 顶驱套管送入工具的总体要求..................................................................... 9

2.1.1依据套管载荷提出的要求................................................................... 9 2.1.2根据套管钻井扭矩提出的要求......................................................... 10 2.1.3其他参数的设计要求......................................................................... 10 2.2总体结构方案设计........................................................................................ 12

2.2.1总体方案示意图................................................................................. 12 2.2.2总体方案设计内容............................................................................. 13 2.2.3驱动方式方案设计............................................................................. 13 2.2.4夹持机构方案设计............................................................................. 14 2.2.5其他部件的方案设计......................................................................... 15

第三章 顶驱下套管工具的结构设计...................................................................... 17

3.1夹持机构的设计和计算................................................................................ 17

3.1.1卡瓦结构的设计和计算..................................................................... 17 3.1.2卡瓦座结构设计和计算..................................................................... 25 3.2驱动机构设计和计算.................................................................................... 30

3.2.1上凸轮结构设计和计算..................................................................... 31 3.2.2振动筛结构方案设计及计算............................................................. 35 3.3其他零部件的设计........................................................ 错误！未定义书签。 第四章 强度校核........................................................................ 错误！未定义书签。

4.1危险点分析.................................................................... 错误！未定义书签。

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4.2危险点强度校核............................................................ 错误！未定义书签。 第五章工艺、安装与保养.......................................................... 错误！未定义书签。

5.1关键工艺措施................................................................ 错误！未定义书签。 5.2安装与使用.................................................................... 错误！未定义书签。 5.3维护与保养.................................................................... 错误！未定义书签。 总 结...................................................................................................................... 38 谢 辞...................................................................................................................... 39 参考文献...................................................................................................................... 39

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新型顶驱套管送入工具设计

第一章 绪论

1.1 引言

顶驱下套管装置是一种集机械、液压、电子技术于一体，利用顶部驱动钻井装置进行下套管作业的一种石油装置。顶驱下套管装置上端与顶驱主轴相连接，可以通过顶驱精确控制下套管作业时套管的上扣扭矩、传递旋转及提升载荷，完成上扣及提放套管动作。常规下套管作业工艺，主要有井眼准备确保井眼处于良好的状态，钻机及工具设备的准备，这里最关键的设备主要是吊环、吊卡、液压大钳等，然后开始对扣和上扣套管，针对对扣和上扣的扭矩进行相关计算，最后下入套管，选用合理的下放和提升速度，并且需要对复杂情况进行相应的处理。

装置采用自封式皮碗密封套管，可以在下套管作业的同时循环钻井液，以减少或避免复杂事故的发生。对于常规液压式顶驱套管送入工具的工作原理：通过顶驱的液压源，使驱动机构的上、下油腔充油并升压至额定压力，驱动油缸上下运动来驱动卡瓦机构复位或张开，进而松开或卡紧套管，以传递旋转及提升载荷，完成上扣及提放套管动作。

本设计预选方案为机械驱动，同时尝试电磁驱动的探索。对于机械式驱动方式来说，其工作原理：通过顶部驱动正反旋转，带动驱动机构上移或是下移，从而带动卡瓦的径向夹持或松开，用以卡紧或释放套管，完成上扣提放套管以及套管钻井。

1.2 设计目的及意义

目前钻井过程中，完钻后的井眼（尤其是裸眼）经常出现缩经、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。现有的常规下套管的方法只能够将套管单根连接在一起形成套管柱并下入井内，同时存在诸多不足：旋扣时操作复杂、不能精确控制上扣扭矩；悬挂在井眼中的套管柱不能旋转；下套管作业的配套设备和人员繁多，综合成本高；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、更高效的下套管作业方法及装备，顶驱下套管装置的成功应用为下套管技术改进和套管钻井开辟了一个新的空间。

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顶驱下套管装置，与常规下套管技术相比有一下特点：通过顶驱上扣扭矩的准确控制，提高下套管的作业质量；通过液压驱动，可实现下套管自动化，降低劳动强度；减少作业的综合成本；具有安全、高效的特点。

近年来，顶驱驱动钻井装置在我国不断应用并推广，国内多家厂家（北石、天意、宝石等）已经形成顶驱系列产品。然而在顶驱套管送入工具的研究还相对较少，只有少数的厂家（如北石）有过报导，并申请了专利。国外已有多家公司推出了系列顶驱下套管装置，并展开了一系列的研究工作，其产品已在世界范围内销售。因此寻找一种高效、可靠、实用的顶驱下套管装置意义重大。

1.3 设计主要内容

（1）调研国内外资料，总结套管作业工具国内外研究使用现状

熟悉国内外现有套管作业工具的种类、结构、性能以及作业过程的工艺流程，分析现有技术的优势及不足，提出改进方案，结合选题进行总结。

（2）结合套管作业要求，完成一种9 5/8\內撑式套管作业工具的总体要求制定

分析下套管作业及套管钻井作业的整个工艺过程，针对现场作业对顶驱下套管装置的强度、刚度、稳定性以及可靠性的需求，提出9 5/8\內撑式套管作业工具的结构、尺寸、材料等的总体要求。

（3）完成一种9 5/8\內撑式套管作业工具总体设计

针对设计的总体要求，根据机械原理、石油设备的设计准则等标准，设计內撑式套管作业工具的机械机构的总体设计，包括驱动方式的设计、夹持装置的设计、整体机构的设计等其他零部件的设计。

（4）完成关键构件的设计计算

关键构件主要包括接头、驱动装置、夹持装置、导向机构等部件，根据机械设计准则、石油设备的设计准则等标准，设计其具体的结构尺寸，并对其结构进行必要的强度校核，同时对其稳定性和可靠性进行适当的分析。

（5）完成9 5/8\內撑式套管作业工具的总装图与零件图绘制

使用CAD等软件绘制一张0号纸张的总装图，同时还需绘制传动接头、驱动装置、夹持装置、卡瓦机构、密封机构等的零件图，最终工作量为2.5张0号图纸。

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新型顶驱套管送入工具设计

1.4 设计方法

拿到设计题目后，首先进行前期的资料调研，通过网络、学校图书馆、期刊室等途径查找顶驱下套管装置、常规下套管工艺、国内外下套管技术的相关资料，搜集设计需要的理论参考书目，对所设计产品的发展概况有一定的了解，对已有的类似产品做全面的分析，了解现有产品的优点以及存在的不足，明确自己所设计产品的目的和应该达到的预期效果。

同时还要查阅类似设计的专利文献资料，在此基础上开展自已的设计工作。其次，采用理论联系实际的方法，积极与导师沟通，切实的了解设计中难点及相应的解决途径。在有条件的情况下，尽可能到现场参观、调研，从感性认识上加深对所设计产品的理解。对于某些关键设计，还必须通过实验的手段来检验设计的合理性与可靠性，实践才是检验真理的唯一标准。设计过程中要保持严谨的科学作风，科学的仔细的完成每一个设计细节，从而保证整个产品的可靠性。最后，在设计过程中，要注意劳逸结合的工作方法，良好的休息，才能保证有健康的身体，才能保证高效率的工作，才能使我们的设计工作顺利的完成。

本方案设计，采用计算机辅助设计方法，熟练掌握CAD的制图操作，通过绘制总装配图和部分结构图，让所设计的产品更加有实体感和美观。

1.5 技术路线

图1.1 本方案设计所采取的主要技术路线

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6nrd.html