【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钻井装备和工具，尤其涉及一种循环短节自动连接装置和控制方法。
技术介绍
1、常规钻井过程中，在接单根或立柱时，必须先停泵终止钻井流体循环，然后进行接单根或立柱作业，接完单根或立柱后，再开泵重启循环，因此在接单根或立柱时井底不可避免地会产生压力波动和岩屑沉降，在窄密度窗口、高温高压等复杂地层以及大位移/水平井、欠平衡井等特殊工艺井中极易引起井涌、井漏、气侵、井壁坍塌和卡钻等事故，严重影响钻井安全。
2、连续循环是解决上述问题的一种有效手段和方法，即在接单根或立柱时，通过截断和转向钻井流体，保持钻井流体连续循环，因此在整个钻井期间能够实现稳定的当量循环密度和不间断的钻屑排出，显著提高钻井安全。要在接单根或立柱时实现连续循环，方法之一就是预先在每个单根或立柱上端安装一个可实现钻井流体转向切换控制的循环短节，其基本原理是：在该短节的内部中心通孔和侧向旁通孔上各安装一个阀门，通过两个阀门的交替启闭，实现钻井流体的转向控制，使钻井流体既可从中心通道流入钻柱，也可从旁通通道流入钻柱，继而在保持钻井流体连续循环的状态下完成接单根或立柱作业。
3、将钻井流体管线与旁通孔连接是循环短节操作过程中的一个重要步骤，由于是带压作业，存在较大的风险。现有技术中公开的循环短节的操作过程均为手动或半自动方式，手动操作时仍需要工人进入危险区域，存在较大的安全隐患，难以适应全自动化发展的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种循环短节自动连接装置和控制方法，以解决循
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、循环短节自动连接装置，包括：
4、循环短节，所述循环短节包括短节体和活塞体，所述短节体具有定位腔，所述定位腔的两端分别连通所述短节体的上端口和下端口，所述定位腔的侧壁设有第一旁通孔；所述上端口连接顶驱组件，所述顶驱组件用于提供第一钻井流体；所述定位腔具有上限位和下限位；所述活塞体滑动连接于所述定位腔，所述活塞体的侧壁设有第二旁通孔，所述第二旁通孔上设有旁通阀，所述第二旁通孔的上方设有主通阀；所述活塞体与所述短节体之间设有启动腔，所述启动腔连通所述短节体的外部；
5、连接器，所述连接器的前端能够抱紧所述循环短节的连接部位以密封所述启动腔和所述第一旁通孔，所述连接器的尾端连接钻井流体管线以提供第二钻井流体；当所述活塞体在所述第一钻井流体的压力作用下处于所述下限位时，所述循环短节为直通状态；当所述活塞体在所述第二钻井流体的压力作用下处于所述上限位时，所述循环短节为旁通状态；
6、机械臂，所述连接器设于所述机械臂的末端，所述机械臂被配置为驱动所述连接器朝向所述循环短节移动。
7、可选地，所述循环短节还包括弹簧，所述活塞体的顶端的外壁和所述短节体的内壁之间设有弹簧腔，所述弹簧设于所述弹簧腔内，所述短节体上设有通孔连通所述弹簧腔和外部，所述活塞体向上滑动时能够压缩所述弹簧。
8、可选地，所述循环短节还包括防转机构，所述防转机构包括:
9、钢珠，所述活塞体的底端的外壁设有轴向的滑槽，所述钢珠止抵并限位于所述滑槽内；
10、螺塞，所述短节体上设有螺纹孔，所述螺塞螺纹连接于所述短节体并止抵于所述钢珠。
11、可选地，所述连接器包括：
12、连接器本体，所述连接器本体的后端连接所述钻井流体管线；
13、抱臂，所述抱臂设于所述连接器本体的前端，所述抱臂能够转动打开或关闭以释放或抱紧所述循环短节；
14、锁臂，所述锁臂设于所述连接器本体的前端，所述锁臂能够转动打开或关闭以解锁或锁止所述抱臂。
15、可选地，所述抱臂的内侧壁设有环状槽，当所述抱臂抱紧所述循环短节时，所述环状槽与所述循环短节的连接部位之间形成环形密封腔。
16、可选地，所述锁臂上设有卡槽，所述卡槽内壁为楔形面，所述楔形面上的所有法线均位于所述锁臂的转轴中心的同一侧，使得所述抱臂对所述卡槽产生的正压力能驱使所述锁臂朝向卡紧所述抱臂的方向旋转，形成自锁。
17、可选地，所述机械臂包括：
18、立柱，所述立柱通过基座固定，所述立柱上设有升降台，所述升降台能够沿所述立柱进行升降；
19、伸缩臂，所述伸缩臂的一端铰接所述升降台，另一端设有终端支座；
20、伸缩缸，所述伸缩缸的缸体与所述升降台铰接，所述伸缩缸的活塞杆与所述伸缩臂铰接，所述伸缩缸能够驱动所述伸缩臂伸长或收缩以实现所述终端支座的水平运动，所述终端支座上连接所述连接器。
21、可选地，所述循环短节自动连接装置还包括控制系统以及连接于所述控制系统的：
22、升降位移传感器，所述升降位移传感器设于所述升降台上用于检测所述升降台的位置；
23、伸缩位置传感器，设于所述伸缩臂上或所述升降台上，用于检测所述伸缩臂的伸缩状态；
24、定位探头，所述定位探头设于所述连接器上用于检测所述连接器与所述循环短节之间的距离；
25、抱臂位置传感器，设于所述抱臂上用于检测所述抱臂的开合状态；
26、锁臂位置传感器，设于所述锁臂上用于检测所述锁臂的开合状态。
27、本专利技术还提供一种循环短节自动连接控制方法，根据本专利技术提供的所述循环短节自动连接装置，所述循环短节自动连接控制方法如下：
28、初始状态时，循环短节处于直通状态，第一钻井流体通过上端口流向下端口；
29、当所述循环短节从所述直通状态转换为旁通状态时，将连接器安装在机械臂的末端，所述机械臂带动所述连接器运动至所述循环短节处；所述连接器抱紧所述循环短节并密封所述循环短节上的启动腔和第一旁通孔；打开钻井流体管线，向所述连接器和所述循环短节内注入第二钻井流体，随着所述第二钻井流体在所述启动腔内的压力的增加，所述第二钻井流体推动活塞体向上运动直至上限位，所述第一旁通孔和第二旁通孔连通，旁通阀打开，所述第二钻井流体流向所述下端口；关闭顶驱组件，主通阀关闭，所述循环短节转换为所述旁通状态；
30、当所述循环短节从所述旁通状态转换为所述直通状态时，先打开所述顶驱组件以提供所述第一钻井流体，使所述主通阀打开；然后关闭所述钻井流体管线并泄压，所述旁通阀关闭，所述活塞体在所述第一钻井流体的作用下向下运动至下限位，所述第一旁通孔和所述第二旁通孔错位不连通，所述循环短节转换为所述直通状态。
31、可选地，所述机械臂带动所述连接器运动至所述循环短节处并抱紧循环短节1的过程通过控制系统进行控制，具体为：
32、将所述连接器安装在所述机械臂的终端支座上；
33、定位探头设置在连机器的下端面，所述定位探头判定所述连接器与连接在所述循环短节的下端口处的钻杆之间无障碍物后，所述机械臂上提升降台进而实现上提所述连接器到指定高度位置，所述连接器上升过程中，所述定位探头不断检测所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.循环短节自动连接装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的循环短节自动连接装置，其特征在于，所述循环短节(1)还包括弹簧(14)，所述活塞体(11)的顶端的外壁和所述短节体(10)的内壁之间设有弹簧腔(17)，所述弹簧(14)设于所述弹簧腔(17)内，所述短节体(10)上设有通孔连通所述弹簧腔(17)和外部，所述活塞体(11)向上滑动时能够压缩所述弹簧(14)。
3.根据权利要求2所述的循环短节自动连接装置，其特征在于，所述循环短节(1)还包括防转机构(15)，所述防转机构(15)包括:
4.根据权利要求3所述的循环短节自动连接装置，其特征在于，所述连接器(3)包括：
5.根据权利要求4所述的循环短节自动连接装置，其特征在于，所述抱臂(27)的内侧壁设有环状槽，当所述抱臂(27)抱紧所述循环短节(1)时，所述环状槽与所述循环短节(1)的连接部位(2)之间形成环形密封腔(29)。
6.根据权利要求5所述的循环短节自动连接装置，其特征在于，所述锁臂(31)上设有卡槽(33)，所述卡槽(33)内壁为楔形面(36)，
7.根据权利要求6所述的循环短节自动连接装置，其特征在于，所述机械臂(5)包括：
8.根据权利要求7所述的循环短节自动连接装置，其特征在于，还包括控制系统以及连接于所述控制系统的：
9.循环短节自动连接控制方法，其特征在于，根据权利要求1-8任一项所述的循环短节自动连接装置，其特征在于，所述循环短节自动连接控制方法包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的循环短节自动连接控制方法，其特征在于，所述机械臂(5)带动所述连接器(3)运动至所述循环短节(1)处并抱紧循环短节(1)的过程通过控制系统进行控制，具体为：
...【技术特征摘要】
1.循环短节自动连接装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的循环短节自动连接装置，其特征在于，所述循环短节(1)还包括弹簧(14)，所述活塞体(11)的顶端的外壁和所述短节体(10)的内壁之间设有弹簧腔(17)，所述弹簧(14)设于所述弹簧腔(17)内，所述短节体(10)上设有通孔连通所述弹簧腔(17)和外部，所述活塞体(11)向上滑动时能够压缩所述弹簧(14)。
3.根据权利要求2所述的循环短节自动连接装置，其特征在于，所述循环短节(1)还包括防转机构(15)，所述防转机构(15)包括:
4.根据权利要求3所述的循环短节自动连接装置，其特征在于，所述连接器(3)包括：
5.根据权利要求4所述的循环短节自动连接装置，其特征在于，所述抱臂(27)的内侧壁设有环状槽，当所述抱臂(27)抱紧所述循环短节(1)时，所述环状槽与所述循环短节(1)的连接部位(2)之间形成环形密封腔(29)。
6.根据权利要求5所述的循...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡志坚，乔汉，邵强，韩飞，李星月，肖建秋，程晋，王爱国，王宏伟，卢静，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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