一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置的制作方法

本发明涉及旋转防喷装置，具体涉及一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置。

背景技术：

1、旋转防喷器是钻井和修井作业中井口压力控制的关键设备，其主要功能是在钻井过程中允许钻杆旋转的同时，确保井口的密封，防止井内流体的喷出。随着钻井技术的发展，旋转防喷器在各种复杂工况下的应用需求日益增加，特别是在带压钻井和大修作业中，其重要性更加突出。

2、目前，旋转防喷器主要分为自封型和主动型两种类型。自封型旋转防喷器内部装有密封胶套，其中心孔径通常小于钻杆的外径；当钻杆穿过密封胶套时，密封胶套会自动紧抱钻杆，实现密封效果；自封型旋转防喷器的设计使得在旋转过程中无需额外的外力即可维持密封，适用于传统的钻井作业。主动型旋转防喷器则不同，其密封胶套的中心孔径大于钻杆外径，在需要密封时，通过下部的环形活塞向上顶起压缩的密封胶套，使密封胶套变形，进而使其内孔缩小并密封钻杆；主动型旋转防喷器通常适用于更复杂的作业环境，能够更好地应对高压和高温等严苛条件。

3、然而，在实际操作中，特别是采用顶驱装置进行的旋转作业中，传统的旋转防喷器面临挑战。顶驱作业常使用圆钻杆，而现有的旋转防喷器通常用于方钻杆的作业，依靠一种过渡方卡子传递旋转动力给防喷器内的旋转体，使密封胶套与钻杆同步旋转。但对于圆钻杆，由于无法使用过渡方卡子来传递旋转动力，现有的旋转防喷器无法满足其井口旋转密封的需求。

4、为解决这一问题，需要一种新的随动旋转卡盘和导气导油旋转装置与相应的旋转防喷器配合使用，确保密封胶套与圆钻杆之间能够实现同步旋转，避免相对运动，从而实现顶驱作业中的井口密封功能。通过这种设计，能够有效满足带压旋转作业的要求，提升作业安全性和效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决在顶驱作业中圆钻杆无法通过方卡子传递动力导致现有旋转防喷器无法实现井口旋转密封的不足之处，而提供一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置。

2、为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：

3、一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置，包括旋转防喷器，其特殊之处在于：还包括气动或液动随钻旋转卡盘和导油导气转子；所述气动或液动随钻旋转卡盘包括由上至下依次同轴设置的上壳体、下壳体和空心驱动套，上壳体、下壳体、空心驱动套中部分别设置有连通的钻杆通孔，用于穿过圆钻杆，上壳体、下壳体之间设置有用于抱紧圆钻杆的卡瓦机构；所述空心驱动套的上端连接下壳体，下端设置有第一连接齿；所述卡瓦机构包括多个绕钻杆通孔圆周均布的卡瓦单元，每个卡瓦单元包括由外至内依次连接的气缸或液缸总成、卡瓦体和卡瓦；所述气缸或液缸总成、卡瓦体的顶面均连接上壳体的底面，底面均连接下壳体的顶面；所述导油导气转子包括由内至外依次套设在所述空心驱动套上的内空心衬套、壳体组件，以及设置在内空心衬套、壳体组件之间的第一轴承组件和第一密封组件；所述内空心衬套上端连接下壳体；所述旋转防喷器包括防喷器壳体和转动连接在防喷器壳体内的旋转体组件；所述旋转体组件包括旋转体，旋转体的上端设置有用于与第一连接齿插接的第二连接齿；所述防喷器壳体上端连接壳体组件下端，且防喷器壳体顶面与壳体组件底面之间沿轴向设置有间隙，用于使第一连接齿与第二连接齿脱开；

4、所述气缸或液缸总成上设置有第一通道和第二通道，第一通道与气缸或液缸总成的无杆腔连通，第二通道与气缸或液缸总成的有杆腔连通；所述下壳体上设置有第三通道和第四通道；所述内空心衬套上设置有第五通道和第六通道；所述壳体组件上设置有第一进气进液口和第二进气进液口；所述第一进气进液口、第五通道、第三通道和第一通道依次连通，用于进气或进液驱动气缸或液缸总成带动卡瓦体和卡瓦向内运动并抱紧圆钻杆；所述第二进气进液口、第六通道、第四通道和第二通道依次连通，用于进气或进液驱动气缸或液缸总成带动卡瓦体和卡瓦向外运动并松开圆钻杆。

5、进一步地，所述旋转体组件还包括胶套，所述旋转体和胶套由上至下依次连接，旋转体与防喷器壳体之间设置有第二密封组件和第二轴承组件。

6、进一步地，所述卡瓦体包括由上至下依次同轴连接的上连接盘、本体和下连接盘；所述本体的外侧面上设置有活塞杆卡槽，内侧面上设置所述卡瓦，所有卡瓦合拢后抱紧圆钻杆；

7、所述气缸或液缸总成包括缸体、缸盖和活塞；所述缸盖设置在缸体外端开口处，缸盖与缸体之间形成活塞腔，活塞腔内设置所述活塞，活塞的内侧面设置有活塞杆，活塞杆的一端位于所述活塞杆卡槽内；所述缸体的顶面和底面靠近活塞杆处均设置有凸棱，分别与上壳体底面设置的第一卡槽和下壳体顶面设置的第二卡槽卡接，用于对气缸或液缸总成进行径向限位；

8、所述第一通道设置在缸体和缸盖上，所述第二通道设置在缸体上。

9、进一步地，所述上壳体的底面还设置有多个第一滑槽，所述下壳体顶面还设置有多个第二滑槽；多个所述上连接盘分别与多个第一滑槽配合设置，多个所述下连接盘分别与多个第二滑槽配合设置。

10、进一步地，所述壳体组件包括压环和壳体，所述壳体套设在所述内空心衬套上，所述压环设置在壳体的顶部，且位于内空心衬套的外周；

11、所述第一轴承组件包括由上至下依次设置在内空心衬套和壳体之间的上轴承、下轴承，上轴承、下轴承、内空心衬套和壳体之间构成环形腔，环形腔内设置所述第一密封组件。

12、进一步地，所述第一密封组件包括由上至下依次设置在环形腔内的第三隔环、上方的第二隔环、第一隔环和下方的第二隔环，第三隔环与第二隔环、第一隔环与第二隔环之间均设置有第一密封件；每个第二隔环上设置有多个第二径向气液孔，所述第一进气进液口与第五通道、第二进气进液口与第六通道之间均通过至少一个第二径向气液孔连通。

13、进一步地，所述防喷器壳体包括由上至下依次连接的防喷器上壳体和防喷器下壳体；所述防喷器上壳体顶面设置有多个圆周均布的内螺纹孔，所述壳体组件下端设置有与多个内螺纹孔一一对应的连接限位板，每个内螺纹孔与对应连接限位板通过固定杆穿连；所述间隙沿轴向设置在所述防喷器上壳体顶面与所有连接限位板之间。

14、进一步地，所述第二密封组件包括设置在旋转体与防喷器上壳体之间的第二密封件，第二密封件通过位于其上方的压帽压紧；

15、所述第二轴承组件包括设置在胶套上端与防喷器上壳体之间的第一轴承、设置在胶套中部与防喷器下壳体之间的第二轴承。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、（1）本发明一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置，通过气动或液动随钻旋转卡盘卡紧圆钻杆，传递转动扭矩，将该转动扭矩传递给旋转防喷器的旋转体上，带动胶套随钻同步密封旋转；胶套与圆钻杆之间不会出现相对运动，不仅实现顶驱旋转循环作业时的井口旋转密封，同时避免了由于圆钻杆与胶套之间的相对运动导致的胶套内孔磨损，失去密封作用。

18、（2）本发明中气动或液动随钻旋转卡盘和导油导气转子中的所有气液路均为内置气液路，部件与部件之间没有管线连接，不存在管线与运动件相互缠绕现象。

19、（3）本发明中空心驱动套下端设置有第一连接齿，旋转防喷器的旋转体上端设置有与第一连接齿插接的第二连接齿，两者之间插接方便，传递扭矩大，同时具有一定的径向和周向活动量，满足圆钻杆偏心工况运行要求，也避免了由于圆钻杆偏心导致气动或液动随钻旋转卡盘和导油导气转子之间的憋劲现象。

20、（4）本发明中气动或液动随钻旋转卡盘的下壳体下端设置有多个连接限位板，防喷器上壳体顶面设置有多个圆周均布的内螺纹孔，每个内螺纹孔与对应连接限位板通过固定杆穿连，防止了气动或液动随钻旋转卡盘的上壳体和下壳体、导油导气转子的壳体组件、防喷器壳体在内部旋转体摩擦力的带动下旋转；多个固定杆顶部固定有限位压板，防止气动或液动随钻旋转卡盘和导油导气转子在圆钻杆上提时被带离旋转防喷器，同时，防喷器壳体顶面与壳体组件底面之间沿轴向设置有间隙，用于使第一连接齿与第二连接齿脱开。

技术特征：

1.一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置，包括旋转防喷器(3)，其特征在于：还包括气动或液动随钻旋转卡盘(1)和导油导气转子(2)；所述气动或液动随钻旋转卡盘(1)包括由上至下依次同轴设置的上壳体(11)、下壳体(12)和空心驱动套(13)，上壳体(11)、下壳体(12)、空心驱动套(13)中部分别设置有连通的钻杆通孔，用于穿过圆钻杆，上壳体(11)、下壳体(12)之间设置有用于抱紧圆钻杆的卡瓦机构；所述空心驱动套(13)的上端连接下壳体(12)，下端设置有第一连接齿(131)；所述卡瓦机构包括多个绕钻杆通孔圆周均布的卡瓦单元，每个卡瓦单元包括由外至内依次连接的气缸或液缸总成(14)、卡瓦体(15)和卡瓦(16)；所述气缸或液缸总成(14)、卡瓦体(15)的顶面均连接上壳体(11)的底面，底面均连接下壳体(12)的顶面；所述导油导气转子(2)包括由内至外依次套设在所述空心驱动套(13)上的内空心衬套(21)、壳体组件，以及设置在内空心衬套(21)、壳体组件之间的第一轴承组件和第一密封组件；所述内空心衬套(21)上端连接下壳体(12)；所述旋转防喷器(3)包括防喷器壳体(31)和转动连接在防喷器壳体(31)内的旋转体组件(32)；所述旋转体组件(32)包括旋转体(321)，旋转体(321)的上端设置有用于与第一连接齿(131)插接的第二连接齿(3221)；所述防喷器壳体(31)上端连接壳体组件下端，且防喷器壳体(31)顶面与壳体组件底面之间沿轴向设置有间隙，用于使第一连接齿(131)与第二连接齿(3221)脱开；

2.根据权利要求1所述的一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置，其特征在于：所述卡瓦体(15)包括由上至下依次同轴连接的上连接盘(151)、本体(152)和下连接盘(153)；所述本体(152)的外侧面上设置有活塞杆卡槽(154)，内侧面上设置所述卡瓦(16)，所有卡瓦(16)合拢后抱紧圆钻杆；

4.根据权利要求3所述的一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置，其特征在于：

5.根据权利要求2至4任一所述的一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置，其特征在于：所述第一密封组件包括由上至下依次设置在环形腔内的第三隔环(28)、上方的第二隔环(27)、第一隔环(26)和下方的第二隔环(27)，第三隔环(28)与第二隔环(27)、第一隔环(26)与第二隔环(27)之间均设置有第一密封件(201)；每个第二隔环(27)上设置有多个第二径向气液孔(271)，所述第一进气进液口(231)与第五通道(211)、第二进气进液口(232)与第六通道(212)之间均通过至少一个第二径向气液孔(271)连通。

7.根据权利要求6所述的一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置，其特征在于：所述防喷器壳体(31)包括由上至下依次连接的防喷器上壳体(311)和防喷器下壳体(312)；所述防喷器上壳体(311)顶面设置有多个圆周均布的内螺纹孔，所述壳体组件下端设置有与多个内螺纹孔一一对应的连接限位板(29)，每个内螺纹孔与对应连接限位板(29)通过固定杆(4)穿连；所述间隙沿轴向设置在所述防喷器上壳体(311)顶面与所有连接限位板(29)之间。

8.根据权利要求7所述的一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置，其特征在于：

技术总结
本发明涉及旋转防喷装置，具体涉及一种配合顶驱用随钻旋转防喷装置，用于解决在顶驱作业中圆钻杆无法通过方卡子传递动力导致现有旋转防喷器无法实现井口旋转密封的不足之处。该配合顶驱用随钻旋转防喷装置通过气动或液动随钻旋转卡盘卡紧圆钻杆，传递转动扭矩，将该转动扭矩传递给旋转防喷器的旋转体上，带动胶套随钻同步密封旋转；胶套与圆钻杆之间不会出现相对运动，不仅实现顶驱旋转循环作业时的井口旋转密封，同时避免了由于圆钻杆与胶套之间的相对运动导致的胶套内孔磨损，失去密封作用。

技术研发人员：崔杨,王志城,雷伟庆,雍力戈,张英振,刘涛,雷宽成
受保护的技术使用者：西安宇星石油机械新技术开发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5