CN101424162A - 顶部驱动钻井装置背钳 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶部驱动钻井装置背钳，包括背钳壳体和由左钳头和右钳头组成的一对钳头，还包括：在所述背钳壳体内部设置能够沿所述壳体左右移动的钳头浮动安装座；所述浮动安装座内腔一侧安装液压缸，所述液压缸通过内部油液压力的变化左右浮动；所述一对钳头分别连接在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上。应用本发明的顶部驱动钻井装置背钳在上卸扣时，可以实现背钳夹紧可靠，左钳头和右钳头锁紧力均匀一致的效果，避免了背钳磨损、钻杆划伤以及需要机械扶正的问题；并且在上卸扣结束松开时，能够与钻杆保持适当距离，并与钻杆之间的间隙相同；延长了背钳的使用周期和更换周期，使得整个顶部驱动钻井装置的工作更加安全可靠。

Description

顶部驱动钻井装置背钳

技术领域

本发明涉及机械技术领域，特别涉及一种顶部驱动钻井装置背钳。

背景技术

近年来，随着钻井装备的不断发展，并为了更好地满足钻特殊工艺井的需要，研制出了顶部驱动钻井装置。该装置将水龙头与马达相结合，在井架空间的上部带动钻具、钻头旋转，同时配备了钻杆的上卸扣装置，可完成多种钻井操作。由于顶部驱动钻井装置是一种新型的石油钻井设备，其自身具有上卸扣功能，能在井架的任何高度进行上卸扣作业，而完成上卸扣功能则是通过顶部驱动钻井装置的背钳夹紧钻杆，同时液压动力驱动主轴旋转实现的。

钻杆在进行上卸扣时，需要满足两个条件：首先，背钳的悬挂系统应能随着螺纹的旋合沿钻杆轴线上下浮动；其次，背钳的钳头在夹紧或松开钻杆时，该背钳的左钳头和右钳头应能产生相对运动，即夹紧时，左钳头和右钳头迅速向钻杆中心收缩移动，松开时左钳头和右钳头沿钻杆中心外移，并与钻杆保持一定距离，钻杆旋转钻入时不能与钳头相碰。目前，为实现上述要求的背钳采用的结构形式很多，工作原理相似，现有技术中的一种顶部驱动钻井装置背钳的结构如图1所示：

该顶部驱动钻井装置的背钳包括左钳头座101、左钳头102、销钉103、背钳壳体104、右钳头105、液压缸106、活塞107。其中，左钳头座101与左钳头102相连后，通过两个背钳销钉103固定连接到背钳壳体104上，液压缸106安装在背钳壳体104内，液压缸106内部安装有活塞107，活塞107与右钳头105相连，背钳工作时通过活塞107左侧的工作油腔108和右侧的工作油腔109之间的压力变化，使活塞107左右移动，当活塞107向左移动时，右钳头105向左运动夹紧钻杆，当活塞107向右移动时，右钳头105向右移动松开钻杆，完成夹紧和松开钻杆的功能。

由上述对技术的描述可知，现有技术中的顶部驱动钻井装置的背钳在夹紧钻杆时，左钳头和右钳头相对于钻杆中心移动的距离却不一致，通常一侧钳头比另一侧钳头的夹紧力大，为了保证两侧钳头的夹紧力一致，只能靠液压装置对夹紧力大的一侧钳头施加更大的驱动力，从而容易造成钻杆和主轴受力发生倾斜，对钻杆的一侧进行磨损的现象发生，导致顶驱减速箱使用寿命降低。并且，由于左钳头和右钳头中只有一侧钳头能够实现自由浮动，而不能自由浮动的另一侧钳头在松开钻杆时的距离有限，当顶驱进行钻井作业时发生钻头冲击时，通过背钳左钳头和右钳头之间的钻杆会出现轴线偏离原位置，并发生自转与旋转摆动同时进行的复杂运动，而这种运动会导致钻杆与背钳的钳头之间相互刮蹭，造成钻杆外表面划伤，降低了钻杆的使用寿命。

由上述对现有技术中顶部驱动钻井装置背钳的描述可知，现有装置背钳在钻杆进行上卸扣的过程中，由于只有一侧的背钳钳头能够自由浮动，从而使得背钳的左钳头和右钳头不能以钻杆为中心进行对中，造成了相对于钻杆中轴线的左钳头和右钳头移动距离不一致，夹紧力不均衡，容易造成背钳的磨损和钻杆的刮蹭，降低了顶部驱动钻井装置背钳的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种顶部驱动钻井装置背钳，以解决现有技术中的钻井装置背钳容易造成磨损和钻杆刮蹭，从而降低背钳使用寿命的问题。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种顶部驱动钻井装置背钳，包括背钳壳体和由左钳头和右钳头组成的一对钳头，还包括：

在所述背钳壳体内部设置能够沿所述壳体左右移动的钳头浮动安装座；

所述浮动安装座内腔一侧安装液压缸，所述液压缸通过内部油液压力的变化左右浮动；

所述一对钳头分别连接在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上。

所述液压缸固定至少四个销钉，所述四个销钉从靠近所述钳头浮动安装座的侧壁上穿过。

所述液压缸内腔设置夹紧活塞，所述夹紧活塞端部安装在所述钳头浮动安装座的侧壁上。

所述夹紧活塞将所述液压缸内腔分隔成两个工作油腔，在所述端部上分别设置连通所述两个工作油腔的两个进回油口。

所述夹紧活塞端部与所述侧壁之间安装档圈，所述档圈将所述夹紧活塞轴向固定在所述侧壁上。

所述背钳工作时，所述两个进回油口中的一个进回油口进油，另一个进回油口回油，通过所述两个工作油腔的油液压力变化推动所述液压缸及所述钳头浮动安装座左右浮动。

分别在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上设置键槽，所述一对钳头通过平键固定在所述键槽中。

由以上本发明提供的技术方案可知，本发明通过在背钳壳体内部设置能够沿所述壳体左右移动的钳头浮动安装座，浮动安装座内腔一侧安装液压缸，该液压缸通过内部油液压力的变化左右浮动，并且一对钳头分别连接在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上。应用本发明的顶部驱动钻井装置背钳在上卸扣时，背钳的左钳头和右钳头能够根据需要沿左右方向自由浮动，以钻杆的位置为中心进行自动对中和找正，因此可以实现背钳夹紧可靠，左钳头和右钳头锁紧力均匀一致的效果，避免了背钳磨损、钻杆划伤以及需要机械扶正的问题。并且在上卸扣结束松开时，由于左钳头和右钳头沿夹紧力反方向自动松开和分离，能够与钻杆保持适当距离，并与钻杆之间的间隙相同，在钻井现场使用该顶部驱动钻井装置背钳时，可以延长背钳的使用周期和更换周期，使得整个顶部驱动钻井装置的工作更加安全可靠。

附图说明

图1为现有技术中顶部驱动钻井装置背钳的结构图；

图2为本发明顶部驱动钻井装置背钳的剖视图；

图3为本发明顶部驱动钻井装置背钳的俯视图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种顶部驱动钻井装置背钳，该背钳包括背钳壳体和由左钳头和右钳头组成的一对钳头，并且在背钳壳体内部设置能够沿该壳体左右移动的钳头浮动安装座，该浮动安装座内腔一侧安装液压缸，液压缸通过内部油液压力的变化左右浮动，这一对钳头分别连接在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明顶部驱动钻井装置背钳的结构如图2所示：

从图2中可见该顶部驱动钻井装置背钳包括：背钳壳体201、钳头浮动安装座202、左平键203、左钳牙座204、左钳牙205、右钳牙206、右钳牙座207、右平键208、液压缸209、夹紧活塞210、销钉211、档圈212。以及液压缸内的工作油腔214、工作油腔215，与工作油腔214连通的进回油口216和与工作油腔215连通的进回油口217。

其中，在背钳壳体201内部设置能够沿该壳体左右移动的钳头浮动安装座202，在钳头浮动安装座202内腔右侧安装液压缸209，该液压缸209可以通过内部油液压力的变化实现左右浮动，在液压缸209右侧壁上固定四个销钉211，并且在液压缸209内腔设置一个夹紧活塞210，该夹紧活塞210的右端部安装在钳头浮动安装座202上，以使该夹紧活塞210仅能随浮动安装座202一起左右移动。

夹紧活塞210将液压缸209内腔分隔成两个工作油腔，即工作油腔214和工作油腔215，并且在该夹紧活塞210的右端部分别设置与上述两个工作油腔连通的两进回油口，即进回油口216与工作油腔214连通，进回油口217与工作油腔215连通。在该夹紧活塞210端部与浮动安装座202侧壁连接的部分安装一对档圈212，档圈将夹紧活塞210轴向固定在浮动安装座202侧壁上。

其中，左钳头由左钳牙座204和左钳牙205组成，右钳头由右钳牙座207和右钳牙206组成。分别在钳头浮动安装座202内腔的左侧壁及液压缸209左侧外壁上设置键槽，通过左平键203将左钳牙座204与浮动安装座202内腔的左侧壁键槽相连，通过右平键208将右钳牙座207与液压缸209左侧外壁上的键槽相连。

本发明顶部驱动钻井装置背钳的俯视图如图3所示：

从图3中可见该顶部驱动钻井装置背钳包括：背钳壳体201、钳头浮动安装座202、左钳牙座204、左钳牙205、右钳牙206、右钳牙座207、液压缸209、销钉211。

其中，在背钳壳体201内部设置能够沿该壳体左右移动的钳头浮动安装座202，在钳头浮动安装座202内腔右侧安装液压缸209，该液压缸209可以通过内部油液压力的变化实现左右浮动，在液压缸209右侧壁上固定销钉211，并且在液压缸209内腔设置有一个夹紧活塞，该夹紧活塞能随钳头浮动安装座202一起左右移动。

其中，左钳头由左钳牙座204和左钳牙205组成，右钳头由右钳牙座207和右钳牙206组成。分别在浮动安装座202内腔的左侧壁及液压缸209左侧外壁上设置键槽，通过左平键将左钳牙座204与浮动安装座202内腔的左侧壁键槽相连，通过右平键将右钳牙座207与液压缸209左侧外壁上的键槽相连。

下面结合本发明的剖视图2和俯视图3，详细描述本发明顶部驱动钻井装置背钳的工作过程：

本发明顶部驱动钻井装置在上卸扣过程中，夹紧活塞210进回油口216进油，进回油口217回油，此时液压缸209的工作油腔214内的油液压力升高，工作油腔215内的油液压力降低，当工作油腔214内的油液压力大于工作油腔215内的油液压力时，这个压力差推动液压缸209沿图示向左移动，当右钳牙206向左移动中接触到钻杆后，液压缸209停止向左运动，随后油液压力推动夹紧活塞210和钳头浮动安装座202沿图示向右运动，带动左钳牙205夹紧钻杆，此时主轴旋转后即可完成上卸扣的动作。

上卸扣完成后，当背钳需要从夹紧状态松开时，夹紧活塞210进回油口217进油，回油口216回油，此时液压缸209的工作油腔215内的油液压力升高，工作油腔214内的油液压力降低，当工作油腔215内的油液压力大于工作油腔214内的油液压力时，这个压力差推动液压缸209沿图示向右移动，随后右钳牙206与钻杆分离后松开，此时液压缸209中和销钉211向右运动至销钉211与背钳壳体201右侧的侧壁接触时，液压缸209停止向右运动，随后油液压力推动夹紧活塞210和钳头浮动安装座202向左移动，带动左钳牙205与钻杆分离后松开。当左钳牙205和右钳牙206彻底离开钻杆后，保持液压缸209的工作油腔215的油液压力始终大于工作油腔114的油液压力，以此保证左钳头和右钳头始终在钳头浮动安装座202内处于最大松开位置，使得钻杆在钻进时不会与背钳钳头相碰，造成刮蹭和磨损。由此，本发明的顶部驱动钻井装置背钳工作在夹紧和松开两种状态时，通过依靠钳头浮动安装座202和液压缸209在背钳壳体201内部相互之间左右浮动，具有良好的对中性能。

通过以上本发明的实施例描述可知，应用本发明的顶部驱动钻井装置在通过背钳上卸扣时，背钳的左钳头和右钳头能够根据需要沿左右方向自由浮动，以钻杆的位置为中心进行自动对中和找正，因此可以实现背钳夹紧可靠，左钳头和右钳头锁紧力均匀一致的效果，避免了背钳磨损、钻杆划伤以及需要机械扶正的问题。并且在上卸扣结束松开时，由于左钳头和右钳头沿夹紧力反方向自动松开和分离，能够与钻杆保持适当距离，并与钻杆之间的间隙相同，在钻井现场使用该顶部驱动钻井装置时，可以延长背钳的使用周期和更换周期，使得该装置的工作更加安全可靠。

虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员均知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (7)

1、一种顶部驱动钻井装置背钳，包括背钳壳体和由左钳头和右钳头组成的一对钳头，其特征在于，还包括：

在所述背钳壳体内部设置能够沿所述壳体左右移动的钳头浮动安装座；

所述浮动安装座内腔一侧安装液压缸，所述液压缸通过内部油液压力的变化左右浮动；

所述一对钳头分别连接在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上。

2、根据权利要求1所述的顶部驱动钻井装置背钳，其特征在于，

所述液压缸固定至少四个销钉，所述四个销钉从靠近所述钳头浮动安装座的侧壁上穿过。

3、根据权利要求1或2所述的顶部驱动钻井装置背钳，其特征在于，所述液压缸内腔设置夹紧活塞，所述夹紧活塞端部安装在所述钳头浮动安装座的侧壁上。

4、根据权利要求3所述的顶部驱动钻井装置背钳，其特征在于，

所述夹紧活塞将所述液压缸内腔分隔成两个工作油腔，在所述端部上分别设置连通所述两个工作油腔的两个进回油口。

5、根据权利要求3所述的顶部驱动钻井装置背钳，其特征在于，

所述夹紧活塞端部与所述侧壁之间安装档圈，所述档圈将所述夹紧活塞轴向固定在所述侧壁上。

6、根据权利要求3所述的顶部驱动钻井装置背钳，其特征在于，

所述背钳工作时，所述两个进回油口中的一个进回油口进油，另一个进回油口回油，通过所述两个工作油腔的油液压力变化推动所述液压缸及所述钳头浮动安装座左右浮动。

7、根据权利要求1所述的顶部驱动钻井装置背钳，其特征在于，分别在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上设置键槽，所述一对钳头通过平键固定在所述键槽中。

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