CN103132931A - 一种铁钻工 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁钻工，是由回转及平移伸展机构和钳体总成构成，钳体总成是由支架、背钳、主钳和旋扣钳构成；回转平移伸展机构是由底座、回转装置、平移装置和支臂总成构成，支臂总成一端连接在支架上，另一端与平移装置连接；平移装置通过回转装置连接在底座上，主钳、背钳和旋扣钳连接在支架上，主钳位于背钳的上方，并与背钳铰接，旋扣钳安装在主钳和背钳的上方；本发明实现了钻具连接和拆卸全过程自动操作，提高了钻、修井的自动化水平，提高工作的效率和安全性。

Description

一种铁钻工

技术领域

本发明涉及一种钻井和修井使用的钻具连接或者拆卸装置，特别涉及一种铁钻工。

背景技术

目前，在石油钻井和修井作业中，起下钻过程中的钻具连接和拆卸工作基本上是由人工借助一些机械化的设备，如液气大钳，猫头，气动旋扣钳等来完成。这些机械化设备仍然需要人工在井口处操作，劳动强度非常大，操作人员的安全不能得到有效的保障，人工成本也随之增加。就上述设备本身而言，钻具连接和拆卸的速度慢，直接影响到钻、修井效率；同时，这些设备适应的钻具范围较窄，并且需要在作业过程中反复更换压板和设备，使钻具连接、拆卸和维修更加不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁钻工，该铁钻工结构简单、操作方便、维修及更换零部件容易、动作平稳、适合钻具范围大。

本发明是由回转及平移伸展机构和钳体总成组成，钳体总成是由支架、背钳、主钳和旋扣钳组成，回转及平移伸展机构是由底座、回转装置、支撑机构、平移装置、由伸展拉杆构成的平行四连杆机构和伸展驱动油缸组成；平移装置是由平移导轨、平移滑车体和平移驱动油缸组成；

由伸展拉杆构成的平行四连杆机构的一端铰接在支架上且另一端与平移装置铰接连接，平移装置通过回转装置连接在底座上；主钳、背钳和旋扣钳连接在支架上，主钳位于背钳的上方，并与背钳铰接，旋扣钳安装在主钳和背钳的上方；

所述的回转装置具有由回转马达驱动的蜗轮蜗杆机构，当回转马达驱动蜗杆带动蜗轮转动，进而驱动支撑机构及其上部装置回转，机身可在360°范围内旋转，并可以在任意位置实现自锁；回转装置安装在底座上，支撑机构与回转装置的旋转部分固定，水平导轨与支撑机构固联；平移驱动油缸一端连接在平移导轨的支座上，另一端与平移滑车体相铰接，平移驱动油缸的伸缩运动可驱动平移滑车体沿平移导轨往复运动；伸展拉杆末端与平移滑车体相铰接，伸展拉杆前端与钳体总成铰接，构成平行四连杆机构，保证了钳体总成始终处于竖直位置；伸展驱动油缸的缸体与平移滑车体铰接，伸展驱动油缸的活塞杆与伸展拉杆铰接，用于驱动伸展拉杆；

所述支架的支架顶板和支架座板之间设有对称分布的立销，主钳支架和背钳支架在对应的位置分别开有环形槽和圆孔，立销通过环形槽和圆孔将主钳和背钳连接起来；主钳和背钳可沿着立销上下移动，且主钳可相对于背钳沿弧槽转动；在主钳和背钳之间设有碟形弹簧，实现主钳的的浮动功能；在主钳和背钳的两侧设有升降装置，该升降装置是由升降油缸和升降缸耳座构成，升降油缸的缸筒与支架用螺栓连接，升降油缸的活塞杆与背钳用销轴连接，升降油缸的伸缩运动可使主钳和背钳沿着立销上下移动。在主钳和背钳均布置有呈120°均布的三组夹紧钳，由夹紧油缸驱动；端部法兰结构的夹紧油缸与焊接在主钳支架和背钳支架上的夹紧箱体用螺栓连接；夹紧油缸的活塞杆端与卡钳支座固定连接，牙板通过螺栓嵌在卡钳上，卡钳与卡钳支座通过销轴和螺栓固定连接；夹紧油缸通过卡钳支座和卡钳实现导向；在主钳和背钳的两侧设有卸扣油缸，卸扣油缸与背钳支架通过油缸耳轴连接，卸扣油缸的活塞杆与主钳铰接，背钳的上表面设有耐磨的轴环，轴环通过螺栓与背钳固定连接。

所述的旋扣钳是由旋扣立柱、横梁滑板、旋扣支架、水平油缸、楔板、夹紧动臂、液压马达、驱动滚轮、限位滚轮、切线滚轮、复位弹簧、前后调整装置及上下浮动装置组成，楔板为三角型楔板；旋扣立柱通过纵向导键可相对支架上下移动，旋扣立柱上端与横梁滑板焊接，旋扣支架可沿横梁滑板前后移动；水平油缸固定在旋扣支架上，水平油缸的活塞杆与楔板通过销轴连接；夹紧动臂中间铰点与旋扣支架通过销轴连接，夹紧动臂可绕中间铰点回转；夹紧动臂后端安装切线滚轮，依靠弹簧力的作用，切线滚轮始终与楔板侧边接触；夹紧动臂前端安装有驱动滚轮，由液压马达驱动；水平油缸的伸缩运动带动楔板前后移动，当楔板伸出时，使夹紧动臂摆动，实现夹紧钻杆；旋扣作业完成后，楔板缩回，位于装置上方的复位弹簧使夹紧动臂复位，夹紧动臂松开钻杆。

所述的旋扣支架的上方设有复位弹簧，旋扣支架下方设有前后调整装置；复位弹簧座焊接在连接切线滚轮的销轴上表面，对称分布；复位弹簧与两个复位弹簧座连接；旋扣钳的前后调整装置是由调整螺杆、限位弹簧座、短传力套筒、限位座板，限位碟簧，长传力套筒及螺母构成，限位弹簧座焊接在旋扣支架的底板上，限位座板焊接在旋扣立柱上，调整螺杆穿过限位弹簧座和限位座板，其中限位碟簧、短传力套筒和长传力套筒位于限位弹簧座和限位座板之间，调整前后两个螺母可使旋扣支架前后移动；旋扣钳的上下浮动装置安装在旋扣支架后面，上下浮动装置是由浮动油缸和浮动油缸耳座构成，浮动油缸的一端与支架通过销轴连接，浮动油缸的另一端与焊接在旋扣立柱的浮动油缸耳座连接。

本发明的工作状态分为上扣和卸扣两种工况，是相反的过程，下面介绍上扣的工作过程：

安装好底座后，根据钻杆位置由回转马达驱动回转装置来调整铁钻工钳体到合理位置，伸展驱动油缸驱动伸展拉杆调整铁钻工钳体在竖直方向以及水平方向位移，以确保钳体在正确位置并对正钻杆，然后由平移驱动油缸驱动平移机构进而使钳体平稳地接近钻杆。钳体总成对准钻杆后，根据钻杆接头所处位置，由升降油缸驱动主钳与背钳沿立销升降，使钳体对准钻杆接头。对准钻杆后，背钳的夹紧油缸驱动由卡钳支座、卡钳和牙板组成的夹紧钳体实现底部钻杆接头处的夹紧。夹紧下端钻杆后，水平油缸带动楔板向前运动，切线滚轮沿楔板的两个侧面转动，使夹紧动臂摆动，驱动滚轮和限位滚轮夹紧钻杆后，液压马达驱动驱动滚轮旋转，快速的连接钻杆，旋扣动作完成后，水平油缸活塞杆收回，在复位弹簧的作用下，夹紧动臂松开钻杆。但是由于旋扣扭矩较小，而需要上扣扭矩却较大，则由卸扣油缸施加作用力，达到指定的扭矩。卸扣油缸伸缩动作使主钳相对背钳旋转到一定角度后，主钳的夹紧油缸驱动由卡钳支座、卡钳和牙板组成的夹紧钳体实现上部钻杆接头处的夹紧。此时，主钳和背钳均夹紧钻杆，卸扣油缸的伸缩动作使主钳相对背钳转动一定角度，达到指定扭矩后，主钳和背钳的夹紧油缸均松开钻杆，主钳复位，完成上扣动作。

所述的卸扣工作过程参照上述步骤进行。

本发明的有益效果是：

1、本发明实现钻具连接和拆卸的全过程操作，提高了钻、修井的自动化程度，铁钻工在实际工作过程中，使操作人员离开了危险的井口，极大地提高了操作人员的安全性。

2、本发明铁钻工的三个动作：回转、平移、伸展基本独立，各独立动作运行平稳，对钻杆损伤小；增大了铁钻工作业的有效半径，提高了铁钻工的使用率；在非工作状态下增加了钻井平台的空间使用率，除此之外，有利于维护。

3、本发明的钳体部分包括有主钳、背钳和旋扣钳。主钳和背钳分别采用对称分布的三夹紧油缸夹紧钻具；旋扣钳也采用三对称滚轮装置，并且应用三角形的楔板机构传递夹紧力夹紧钻具，从而使钻具受力均匀，工作可靠，达到更好保护钻具的目的。

4、本发明在主钳和背钳的两侧设有卸扣油缸，完成卸扣动作。双油缸式卸扣装置受力均匀，并且最大上扣和卸扣转矩相同。

5、本发明上卸扣速度快，极大地提高了钻、修井的效率。

附图说明

图1是本发明的立体示意图。

图2是本发明的主视图。

图3是本发明的俯视图。

图4是本发明之主背钳的主视图。

图5是本发明之主背钳的左视图。

图6是本发明之主背钳俯视图。

图7是图6中A处的局部放大图。

图8是本发明之旋扣钳的主视图。

图9是图8的剖视图。

图10是本发明之旋扣钳的俯视图。

其中：1—回转及平移伸展机构 ；2—钳体总成 ；3—底座；4—回转装置； 5—支撑装置； 6—平移导轨 ；7 —平移滑车 ；8—伸展拉杆； 9—旋扣钳 ；10—支架 ；11—主钳；12—背钳 ；13—平移驱动油缸；14—伸展驱动油缸；15—升降油缸 ；16—立销；17—卸扣油缸 ；18—背钳支架 ；19—卸扣钳铜垫片；20—夹紧箱体 ；21—主钳支架 ；22—轴环；23—碟形弹簧；24—联接耳座；25—夹紧油缸；26—卡钳支座；27—卡钳 ；28—牙板；29—升降缸耳座 ；30—纵向导键 ；31—浮动油缸 ；32—浮动油缸耳座 ；33—旋扣立柱 ；34—水平油缸；35—旋扣支架 ；36—楔板导块 ；37—楔板 ；38—切线滚轮 ；39—夹紧动臂；40—驱动滚轮 ；41—液压马达 ；42—前后调整装置 ；43—联接耳座 ；44—销轴；45—限位滚轮；46—调整螺杆；47—限位弹簧座 ；48—短传力套筒；49—限位座板；50—限位碟簧 ；51—长传力套筒 ；52—螺母；53—复位弹簧；54—复位弹簧座；55—横梁滑板。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图3所示，本实施例是由回转及平移伸展机构1和钳体总成2组成，钳体总成2是由支架10、背钳12、主钳11和旋扣钳9组成，回转及平移伸展机构1是由底座3、回转装置4、支撑机构5、平移装置、由伸展拉杆8构成的平行四连杆机构和伸展驱动油缸14组成；平移装置是由平移导轨6、平移滑车体7和平移驱动油缸13组成，

由伸展拉杆8构成的平行四连杆机构的一端铰接在支架10上且另一端与平移装置铰接连接，平移装置通过回转装置4连接在底座3上；主钳11、背钳12和旋扣钳9连接在支架10上，主钳11位于背钳12的上方，并与背钳12铰接，旋扣钳9安装在主钳11和背钳12的上方；

所述的回转装置4具有由回转马达驱动的蜗轮蜗杆机构，当回转马达驱动蜗杆带动蜗轮转动，进而驱动支撑机构5及其上部装置回转，机身可在360°范围内旋转，并可以在任意位置实现自锁；回转装置4安装在底座3上，支撑机构5与回转装置4的旋转部分固定，水平导轨6与支撑机构5固联；平移驱动油缸13一端连接在平移导轨6的支座上，另一端与平移滑车体7相铰接，平移驱动油缸13的伸缩运动可驱动平移滑车体7沿平移导轨6往复运动；伸展拉杆8末端与平移滑车体7相铰接，伸展拉杆8前端与钳体总成2铰接，构成平行四连杆机构，保证了钳体总成2始终处于竖直位置；伸展驱动油缸14的缸体与平移滑车体7铰接，伸展驱动油缸14的活塞杆与伸展拉杆8铰接，用于驱动伸展拉杆8；

请参阅图4至图7所示，所述支架10的支架顶板和支架座板之间设有对称分布的立销16，主钳支架21和背钳支架18在对应的位置分别开有环形槽和圆孔，立销16通过环形槽和圆孔将主钳11和背钳12连接起来；主钳11和背钳12可沿着立销16上下移动，且主钳11可相对于背钳12沿弧槽转动；在主钳11和背钳12之间设有碟形弹簧23，实现主钳的的浮动功能；在主钳11和背钳12的两侧设有升降装置，该升降装置是由升降油缸15和升降缸耳座29构成，升降油缸15的缸筒与支架10用螺栓连接，升降油缸15的活塞杆与背钳12用销轴连接，升降油缸15的伸缩运动可使主钳11和背钳12沿着立销16上下移动。在主钳11和背钳12均布置有呈120°均布的三组夹紧钳，由夹紧油缸25驱动；端部法兰结构的夹紧油缸25与焊接在主钳支架21和背钳支架18上的夹紧箱体20用螺栓连接；夹紧油缸25的活塞杆端与卡钳支座26固定连接，牙板28通过螺栓嵌在卡钳27上，卡钳27与卡钳支座26通过销轴和螺栓固定连接；夹紧油缸25通过卡钳支座26和卡钳27实现导向；在主钳11和背钳12的两侧设有卸扣油缸17，卸扣油缸17与背钳支架18通过油缸耳轴连接，卸扣油缸17的活塞杆与主钳11铰接，背钳12的上表面设有耐磨的轴环22，轴环22通过螺栓与背钳12固定连接。

请参阅图8、图9和图10所示，所述的旋扣钳9是由旋扣立柱33、横梁滑板55、旋扣支架35、水平油缸34、楔板37、夹紧动臂39、液压马达41、驱动滚轮40、限位滚轮45、切线滚轮38、复位弹簧53、前后调整装置42及上下浮动装置组成，楔板37为三角型楔板；旋扣立柱33通过纵向导键30可相对支架10上下移动，旋扣立柱33上端与横梁滑板55焊接，旋扣支架35可沿横梁滑板55前后移动；水平油缸34固定在旋扣支架35上，水平油缸34的活塞杆与楔板37通过销轴44连接；夹紧动臂39中间铰点与旋扣支架35通过销轴连接，夹紧动臂39可绕中间铰点回转；夹紧动臂39后端安装切线滚轮38，依靠弹簧力的作用，切线滚轮38始终与楔板37侧边接触；夹紧动臂39前端安装有驱动滚轮40，由液压马达41驱动；水平油缸34的伸缩运动带动楔板37前后移动，当楔板37伸出时，使夹紧动臂39摆动，实现夹紧钻杆；旋扣作业完成后，楔板37缩回，位于装置上方的复位弹簧53使夹紧动臂39复位，夹紧动臂39松开钻杆。

所述的旋扣支架35的上方设有复位弹簧53，旋扣支架35下方设有前后调整装置42；复位弹簧座54焊接在连接切线滚轮38的销轴上表面，对称分布；复位弹簧53与两个复位弹簧座54连接；旋扣钳9的前后调整装置42是由调整螺杆46、限位弹簧座47、短传力套筒48、限位座板49，限位碟簧50，长传力套筒51及螺母52构成，限位弹簧座47焊接在旋扣支架35的底板上，限位座板49焊接在旋扣立柱33上，调整螺杆46穿过限位弹簧座47和限位座板49，其中限位碟簧50、短传力套筒48和长传力套筒51位于限位弹簧座47和限位座板49之间，调整前后两个螺母52可使旋扣支架35前后移动；旋扣钳9的上下浮动装置安装在旋扣支架35后面，上下浮动装置是由浮动油缸31和浮动油缸耳座32构成，浮动油缸31的一端与支架10通过销轴连接，浮动油缸31的另一端与焊接在旋扣立柱33的浮动油缸耳座32连接。

本发明的工作状态分为上扣和卸扣两种工况，是相反的过程，下面介绍上扣的工作过程：

安装好底座1后，根据钻杆位置由回转马达驱动回转装置4来调整铁钻工钳体到合理位置，伸展驱动油缸14驱动伸展拉杆8调整铁钻工钳体在竖直方向以及水平方向位移，以确保钳体在正确位置并对正钻杆，然后由平移驱动油缸13驱动平移机构进而使钳体平稳地接近钻杆。

钳体总成2对准钻杆后，根据钻杆接头所处位置，由升降油缸15驱动主钳11与背钳12沿立销16升降，使钳体对准钻杆接头。对准钻杆后，背钳12的夹紧油缸25驱动由卡钳支座26、卡钳27和牙板28组成的夹紧钳体实现底部钻杆接头处的夹紧。夹紧下端钻杆后，水平油缸34带动楔板37向前运动，切线滚轮38沿楔板37的两个侧面转动，使夹紧动臂39摆动，驱动滚轮40和限位滚轮45夹紧钻杆后，液压马达41驱动驱动滚轮旋转，快速的连接钻杆，旋扣动作完成后，水平油缸34活塞杆收回，在复位弹簧53的作用下，夹紧动臂39松开钻杆。但是由于旋扣扭矩较小，而需要上扣扭矩却较大，则由卸扣油缸17施加作用力，达到指定的扭矩。卸扣油缸17伸缩动作使主钳11相对背钳12旋转到一定角度后，主钳11的夹紧油缸25驱动由卡钳支座26、卡钳27和牙板28组成的夹紧钳体实现上部钻杆接头处的夹紧。此时，主钳11和背钳12均夹紧钻杆，卸扣油缸17的伸缩动作使主钳11相对背钳12转动一定角度，达到指定扭矩后，主钳11和背钳12的夹紧油缸均松开钻杆，主钳复位，完成上扣动作。    卸扣工作过程参照上述步骤进行。

Claims (1)

1.一种铁钻工，其特征在于：是由回转及平移伸展机构和钳体总成组成，钳体总成是由支架、背钳、主钳和旋扣钳组成，回转及平移伸展机构是由底座、回转装置、支撑机构、平移装置、由伸展拉杆构成的平行四连杆机构和伸展驱动油缸组成；平移装置是由平移导轨、平移滑车体和平移驱动油缸组成；由伸展拉杆构成的平行四连杆机构的一端铰接在支架上且另一端与平移装置铰接连接，平移装置通过回转装置连接在底座上；主钳、背钳和旋扣钳连接在支架上，主钳位于背钳的上方，并与背钳铰接，旋扣钳安装在主钳和背钳的上方；

所述的回转装置具有由回转马达驱动的蜗轮蜗杆机构，当回转马达驱动蜗杆带动蜗轮转动，进而驱动支撑机构及其上部装置回转，机身可在360°范围内旋转，并可以在任意位置实现自锁；回转装置安装在底座上，支撑机构与回转装置的旋转部分固定，水平导轨与支撑机构固联；平移驱动油缸一端连接在平移导轨的支座上，另一端与平移滑车体相铰接，平移驱动油缸的伸缩运动可驱动平移滑车体沿平移导轨往复运动；伸展拉杆末端与平移滑车体相铰接，伸展拉杆前端与钳体总成铰接，构成平行四连杆机构，保证了钳体总成始终处于竖直位置；伸展驱动油缸的缸体与平移滑车体铰接，伸展驱动油缸的活塞杆与伸展拉杆铰接，用于驱动伸展拉杆；

所述支架的支架顶板和支架座板之间设有对称分布的立销，主钳支架和背钳支架在对应的位置分别开有环形槽和圆孔，立销通过环形槽和圆孔将主钳和背钳连接起来；主钳和背钳可沿着立销上下移动，且主钳可相对于背钳沿弧槽转动；在主钳和背钳之间设有碟形弹簧；在主钳和背钳的两侧设有升降装置，该升降装置是由升降油缸和升降缸耳座构成，升降油缸的缸筒与支架用螺栓连接，升降油缸的活塞杆与背钳用销轴连接，升降油缸的伸缩运动可使主钳和背钳沿着立销上下移动；在主钳和背钳均布置有呈120°均布的三组夹紧钳，由夹紧油缸驱动；端部法兰结构的夹紧油缸与焊接在主钳支架和背钳支架上的夹紧箱体用螺栓连接；夹紧油缸的活塞杆端与卡钳支座固定连接，牙板通过螺栓嵌在卡钳上，卡钳与卡钳支座通过销轴和螺栓固定连接；夹紧油缸通过卡钳支座和卡钳实现导向；在主钳和背钳的两侧设有卸扣油缸，卸扣油缸与背钳支架通过油缸耳轴连接，卸扣油缸的活塞杆与主钳铰接，背钳的上表面设有耐磨的轴环，轴环通过螺栓与背钳固定连接；

所述的旋扣钳是由旋扣立柱、横梁滑板、旋扣支架、水平油缸、楔板、夹紧动臂、液压马达、驱动滚轮、限位滚轮、切线滚轮、复位弹簧、前后调整装置及上下浮动装置组成，楔板为三角型楔板；旋扣立柱通过纵向导键可相对支架上下移动，旋扣立柱上端与横梁滑板焊接，旋扣支架可沿横梁滑板前后移动；水平油缸固定在旋扣支架上，水平油缸的活塞杆与楔板通过销轴连接；夹紧动臂中间铰点与旋扣支架通过销轴连接，夹紧动臂可绕中间铰点回转；夹紧动臂后端安装切线滚轮，依靠弹簧力的作用，切线滚轮始终与楔板侧边接触；夹紧动臂前端安装有驱动滚轮，由液压马达驱动；水平油缸的伸缩运动带动楔板前后移动，当楔板伸出时，使夹紧动臂摆动，实现夹紧钻杆；旋扣作业完成后，楔板缩回，位于装置上方的复位弹簧使夹紧动臂复位，夹紧动臂松开钻杆；

所述的旋扣支架的上方设有复位弹簧，旋扣支架下方设有前后调整装置；复位弹簧座焊接在连接切线滚轮的销轴上表面，对称分布；复位弹簧与两个复位弹簧座连接；旋扣钳的前后调整装置是由调整螺杆、限位弹簧座、短传力套筒、限位座板，限位碟簧，长传力套筒及螺母构成，限位弹簧座焊接在旋扣支架的底板上，限位座板焊接在旋扣立柱上，调整螺杆穿过限位弹簧座和限位座板，其中限位碟簧、短传力套筒和长传力套筒位于限位弹簧座和限位座板之间，调整前后两个螺母可使旋扣支架前后移动；旋扣钳的上下浮动装置安装在旋扣支架后面，上下浮动装置是由浮动油缸和浮动油缸耳座构成，浮动油缸的一端与支架通过销轴连接，浮动油缸的另一端与焊接在旋扣立柱的浮动油缸耳座连接。

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