CN103939035A - 一种钻斜井用冲扣动力钳 - Google Patents

Abstract

一种钻斜井用冲扣动力钳，由冲扣主钳1、冲扣背钳2、冲扣油缸3和3′、定位架10、限位滚子11、支撑板12和12′、滚轮13和13′、扶正滚子14、浮动弹簧15连接在一起构成钳体总成；在冲扣主钳1与冲扣背钳2的轴向之间通过限位滚子11和滚轮13和13′分别约束两钳使其平行；通过钳体105与盖板107之间构成的密封腔A，使齿轮构成闭式传动，避免了钻井液浸蚀齿轮；在冲扣主钳1与冲扣背钳2的径向之间，通过扶正滚子14，使倾斜钳体保持对中可相对旋转；钳体总成置于钳体笼架4内，并随钳体笼架4在游动支架5内上、下移动，游动支架5又在固定支架6内进退，通过液、气压系统的远程控制，实现对斜钻管柱夹紧位置的移动调整和冲扣，完成冲扣作业。

Description

一种钻斜井用冲扣动力钳

技术领域

本发明涉及一种上卸管柱螺纹的冲扣动力钳，特别是钻斜井工程中用于上卸管柱螺纹的一种钻斜井用冲扣动力钳，属于石油装备设计制造技术领域。

背景技术

在现有直井钻井工程中，动力钳通过悬绳悬挂在竖直井架上，动力钳与悬绳之间连接有油缸，通过升降油缸使动力钳能升降一定高度实施上卸管柱螺纹作业。钻机竖直井架内有开阔的平台，方便操作人员站立在动力钳旁实施操作；井台上有方便安装气缸的空间，由气缸平行推送动力钳对管柱实施冲扣或旋扣，然后退回原处不妨碍井口作业。在平行推送动力钳的作业中，钻井液不易进入钳体因而不影响动力钳正常运转。而倾斜井架不仅没有方便操作的平台，且安装动力钳的空间也较狭小，不具备直井钻机动力钳的使用条件。随着斜钻技术的快速发展，要求与斜井钻机配套动力钳必须随钻具倾斜操作；在冲扣主钳和冲扣背钳重心不在同一重心线上时，能够保证两钳平行；在钻井液极易灌进的情况下，能经受钻井液侵袭且不影响正常使用；能在一定范围内升降实施上卸管柱螺纹作业；能在作业完后退回，不影响正常提放钻具。斜钻机有顶驱动力，完成管柱旋扣，其上扣冲紧和卸扣松开由冲扣动力钳来完成。

发明内容

现有用于直井钻机上的动力钳不能用来与斜井钻机配套，本发明的目的在于提供一种适用于与斜井钻机配套的冲扣动力钳。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是: 一种钻斜井用冲扣动力钳，包括冲扣主钳1、冲扣背钳2、冲扣油缸3和3′、钳体笼架4、游动支架5、固定支架6、升降油缸7、杠杆8、推送气缸9、定位架10、限位滚子11、支撑板12和12′、滚轮13和13′、扶正滚子14、浮动弹簧15，其中冲扣主钳1、冲扣背钳2、冲扣油缸3和3′、定位架10、限位滚子11、支撑板12和12′、滚轮13和13′、扶正滚子14、浮动弹簧15连接在一起构成钳体总成；冲扣主钳1与冲扣油缸3和3′的活塞杆相连，冲扣背钳2与冲扣油缸3和3′的缸体相连；定位架10固定在冲扣背钳2上，定位架10上设有限位滚子11，支撑板12和12′固定在冲扣主钳1上，支撑板12和12′上分别设有滚轮13和13′；在冲扣主钳1和冲扣背钳2之间设有扶正滚子14和浮动弹簧15，浮动弹簧15使冲扣主钳1浮动于冲扣背钳2之上，可随管柱螺纹旋进或旋出浮动；钳体总成置于钳体笼架4内，其中冲扣背钳2下部两侧装有凸块201，钳体笼架4固定有弹簧402，工作时，凸块201压缩一侧弹簧402，冲扣背钳2能相对于钳体笼架4少量转动，工作完毕，弹簧402推动凸块201使冲扣背钳2复位；钳体笼架4处在游动支架5内；升降油缸7上端活塞杆通过杠杆8与钳体笼架4相连，升降油缸7的缸体下端铰接在游动支架5上；钳体笼架4上设有滚轮401，在升降油缸7推动下可沿游动支架5上的轨道槽上下移动；游动支架5上设有滚轮501，在推送气缸9的推送下，可沿固定支架6上的轨道槽前进或后退；固定支架6用来支持在斜井钻机井架上，保持冲扣主钳1的旋转中心线与斜钻管柱中心线平行；冲扣主钳1与冲扣背钳2的轴向之间，通过设置限位滚子11和滚轮13和13′，分别约束冲扣主钳1和冲扣背钳2，实现两钳在钳体倾斜的工况下仍然保持平行；其径向之间，通过设置扶正滚子14，实现两钳同轴可相对旋转；冲扣主钳1、冲扣背钳2的钳头均为行星爪式卡紧机构，行星爪转轴101一端固定有行星齿轮102，另一端固定有行星爪106，齿条柱塞A110推动双联齿轮104及介轮105带动行星爪106同向转动；冲扣主钳1、冲扣背钳2各传动齿轮处在钳体105与盖板107之间构成的各自密封腔A内成为闭式传动，不但腔内保持良好润滑，且腔外钻井液不能侵入；冲扣主钳1、冲扣背钳2的上扣或卸扣切换由旋钮齿轮轴109控制，旋钮齿轮轴109由齿条柱塞B111驱动转向，实现远程控制。

本发明将钳体总成置于钳体笼架4内，且相对于钳体笼架4能少量转动，并能自动复位，保证在管柱和井架不动的状态下，冲扣背钳2可靠卡紧管柱，钳体笼架4在升降油缸7作用下可在游动支架5内上、下移动，游动支架5通过推送气缸9作用可相对于固定支架6前进或后退，钳体总成在倾斜工况下，通过液、气压系统对升降油缸7、推送气缸9的远程控制，从而实现钳体总成相对于斜钻管柱上扣冲紧和卸扣冲开，且卡紧位置可调整。

本发明在冲扣主钳1与冲扣背钳2的轴向之间通过限位滚子11和滚轮13和13′分别约束两钳平行，冲扣主钳1与冲扣背钳2的径向之间，通过设置扶正滚子14，使两钳在倾斜的工况下，仍然保持平行对中且可相对旋转，达到上扣冲紧和卸扣冲开的目的。

本发明还通过钳体105与盖板107之间构成的密封腔A结构，使传动齿轮形成闭式传动，从而解决了钳体处于倾斜工况下，钻井液容易浸蚀传动齿轮问题。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为图1中A-A剖视结构示意图，即冲扣背钳2相对于钳体笼架4少量转动的示意图；

图4为本发明的钳体总成主视结构示意图；

图5为本发明的钳体总成俯视结构示意图；

图6为本发明冲扣主钳1、冲扣背钳2的齿轮传动结构示意图；

图7为本发明冲扣主钳1、冲扣背钳2钳头行星爪式卡紧结构示意图；

图8为图4中B-B截面剖视结构示意图；

图9为图5中C-C旋转截面剖视结构示意图；

图10为图5中D-D截面剖视结构示意图；

图11为本发明液压控制系统的液控流程原理图；

图12为本发明气压控制系统的气控流程原理图。

在图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12中：1冲扣主钳、101行星爪转轴、102行星齿轮、103介轮、104双联齿轮、105钳体、106行星爪、107 盖板、108 控制挡销、109 旋钮齿轮轴、110 齿条柱塞A、111齿条柱塞B、2 冲扣背钳、201凸块、3和3′冲扣油缸、4钳体笼架、401滚轮、402弹簧、5 游动支架、501 滚轮、6 固定支架、7 升降油缸、8杠杆、9推送气缸、10定位架、11限位滚子、12和12′支撑板、13和13′滚轮、14扶正滚子、15浮动弹簧、a排污孔、A密封腔、F1为上扣或卸扣切换控制阀、F2 为钳体总成升降阀、F3 为主背钳夹紧松开控制阀、F4为冲扣油缸控制阀、YB为液压压力表、NB为扭矩表、ZKG为主钳上卸扣转换控制油缸、BKG为背钳上卸扣转换控制油缸、ZG为主钳行星爪驱动油缸、BG为背钳行星爪驱动油缸、Y为溢流阀、QB为气压压力表、F5为推送气缸控制阀。

具体实施方式

如图1、2、4、5、10所示，冲扣主钳1、冲扣背钳2、冲扣油缸3和3′、定位架10、限位滚子11、支撑板12和12′、滚轮13和13′、扶正滚子14、浮动弹簧15连接在一起构成钳体总成；冲扣油缸3和3′的活塞杆与冲扣主钳1相连，其缸体铰接在冲扣背钳2上，两只冲扣油缸3和3′一推一拉，使冲扣主钳1与冲扣背钳2产生相对转动，实施对管柱冲扣；钳体总成置于钳体笼架4内，钳体笼架4上设有滚轮401可沿游动支架5的轨道上下移动；游动支架5与推送气缸9的活塞杆相连，推送气缸9缸体支持在固定支架6后部，游动支架5上装有滚轮501可沿固定支架6的轨道前进或后退移动；升降油缸7底座铰接在游动支架5上，其活塞杆与杠杆8相连，杠杆8一端与钳体笼架4上端相连，升降油缸7伸缩，带动钳体笼架4在游动支架5中上、下移动；固定支架6安装在斜井钻机井架上，保持钳头旋转中心线与管柱轴线平行。

如图3所示，凸块201分别装在冲扣背钳2下部两侧，凸块201两侧与装在钳体笼架4上的弹簧402相连，弹簧402预压缩，使冲扣背钳2能相对钳体笼架4少量转动并在弹簧402作用下能自动复位。

如图4、5、6、7、10所示，冲扣主钳1、冲扣背钳2的钳头均为行星爪式卡紧结构，故仅以冲扣主钳1为例详细说明：行星爪转轴101一端固定有行星齿轮102，另一端固定有行星爪106，齿条柱塞A110推动双联齿轮104及介轮105带动行星爪106同向转动，使行星爪106夹紧或松开管柱；双联齿轮104上设置有控制挡销108，旋钮齿轮轴109端部缺口方向决定控制挡销108的转动方向，也就控制冲扣主钳1、冲扣背钳2是上扣夹紧还是卸扣夹紧；齿条柱塞B111驱动旋钮齿轮轴109换向，实现冲扣主钳1、冲扣背钳2的上扣或卸扣切换；行星爪106的转动空间后部设有排污孔a，使进入钳体105内的流体杂物顺势排出；钳体105与盖板107之间构成的密封腔A，保证各传动齿轮闭式传动，良好润滑，不受钻井液影响。

如图4、5、8、9所示，冲扣主钳1与冲扣背钳2的轴向之间，通过固定在冲扣背钳2上的定位架10和定位架10上端的限位滚子11，及固定在冲扣主钳1上的支撑板12、12′下部的滚轮13、13′，分别约束冲扣主钳1和冲扣背钳2实现两钳在钳体倾斜的工况下仍然保持平行；径向之间，通过设置扶正滚子14，实现两钳同轴可相对旋转。

如图11所示，由液压元件组合构成远程控制的液控流程。

如图12所示，由气动元件组合构成远程控制的气控流程。

具体操作如下：当钳体总成上扣或卸扣时，先操纵图11所示的上扣或卸扣切换控制阀F1，启动主钳上卸扣转换控制油缸ZKG和背钳上卸扣转换控制油缸BKG，带动旋钮齿轮轴109转动，使冲扣主钳1、冲扣背钳2处于上扣或卸扣工况状态；操纵图12所示的气缸控制阀F5将钳体总成推向管柱，气压压力表QB显示其推送压力大小；操纵钳体总成升降阀F2，使冲扣主钳行星爪对准钻杆公接头；操纵主背钳夹紧松开控制阀F3，使冲扣主钳1、冲扣背钳2内的行星爪106出牙接触管柱；再操控冲扣油缸控制阀F4，实施上扣或卸扣冲扣，液压压力表YB显示其实际压力大小，扭矩表NB显示其冲扣扭矩值，上、卸扣时，根据上、卸扣扭矩要求调节溢流阀Y压力大小，紧扣或冲开螺纹后，操纵主背钳夹紧松开控制阀F3使冲扣主钳1、冲扣背钳2内的行星爪106撤离管柱；再操控冲扣油缸控制阀F4，使冲扣主钳1回复到初始位置，操纵钳体总成升降阀F2，使钳体总成下降到最低位置；最后操纵推送气缸控制阀F5使钳体总成退回原位，改由斜井钻机顶驱旋扣，完成一次上扣或卸扣作业，其冲扣过程为远程控制。

钳体总成升降阀F2具有升降调速功能；主背钳夹紧松开控制阀F3具有调压和串压功能，其串压功能可使冲扣油缸3和3′与驱动行星爪106夹紧的主钳行星爪驱动油缸ZG、背钳行星爪驱动油缸BG同时升压或降压，压力保持一致，增强行星爪106卡紧可靠性；上扣或卸扣切换控制阀F1的换向不改变油压主流道方向。

本发明通过钳体笼架4上的滚轮401在游动支架5的轨道槽中的滚动结构，实现上、下移动；游动支架5上的滚轮501在固定支架6的轨道槽中的滚动结构，实现前进或后退，从而满足了钳体总成在倾斜工况下移送和升降的需要。

本发明在冲扣主钳1与冲扣背钳2的轴向之间，通过固定连接在冲扣背钳2上的定位架10上端的限位滚子11及固定在冲扣主钳1上的支撑板12和12′下部的滚轮13和13′，分别约束冲扣主钳1和冲扣背钳2，实现两钳在钳体倾斜的情况下仍然保持平行且减轻冲扣油缸活塞杆附加力；径向之间，通过设置在冲扣主钳1和冲扣背钳2之间的扶正滚子14，实现两钳同轴并可相对旋转。

本发明还通过钳体105和盖板107之间构成的密封腔A结构，使传动齿轮形成闭式传动，从而解决了钳体处于倾斜工况下，钻井液易浸蚀传动齿轮问题。

Claims (3)

1.一种钻斜井用冲扣动力钳，包括冲扣主钳（1）、冲扣背钳（2）、冲扣油缸（3）和（3′）、钳体笼架（4）、游动支架（5）、固定支架（6）、升降油缸（7）、杠杆（8）、推送气缸（9）、定位架（10）、限位滚子（11）、支撑板（12）和（12′）、滚轮（13）和（13′）、扶正滚子（14）、浮动弹簧（15），其中冲扣主钳（1）、冲扣背钳（2）、冲扣油缸（3）和（3′）、定位架（10）、限位滚子（11）、支撑板（12）和（12′）、滚轮（13）和（13′）、扶正滚子（14）、浮动弹簧（15）连接在一起构成钳体总成；冲扣主钳（1）与冲扣油缸（3）和（3′）的活塞杆相连，冲扣背钳（2）与冲扣油缸（3）和（3′）的缸体相连；定位架（10）固定在冲扣背钳（2）上，定位架（10）上设有限位滚子（11），支撑板（12）和（12′）固定在冲扣主钳（1）上，支撑板（12）和（12′）上分别设有滚轮（13）和（13′）；在冲扣主钳（1）和冲扣背钳（2）之间设有扶正滚子（14）和浮动弹簧（15），浮动弹簧（15）使冲扣主钳（1）浮动于冲扣背钳（2）之上，可随管柱螺纹旋进或旋出浮动，其特征在于：

所述钳体总成置于钳体笼架（4）内，钳体笼架（4）处在游动支架（5）内，升降油缸（7）上端活塞杆通过杠杆（8）与钳体笼架（4）相连，升降油缸（7）的缸体下端铰接在游动支架（5）上；钳体笼架（4）上设有滚轮（401），在升降油缸（7）推动下可沿游动支架（5）上的轨道槽上下移动；游动支架（5）上设有滚轮（501），在推送气缸（9）的推送下，可沿固定支架（6）上的轨道槽前进或后退；

所述冲扣主钳（1）与冲扣背钳（2）的轴向之间，通过设置限位滚子（11）和滚轮（13）和（13′），分别约束冲扣主钳（1）和冲扣背钳（2），实现两钳在钳体倾斜的工况下仍然保持平行；径向之间，通过设置扶正滚子（14），实现两钳同轴可相对旋转；

所述冲扣主钳（1）、冲扣背钳（2）的钳头均为行星爪式卡紧结构，行星爪转轴（101）一端固定有行星齿轮（102），另一端固定有行星爪（106），其分别通过齿条柱塞A（110）推动双联齿轮（104）及介轮（105）带动行星爪（106）同向转动；

所述冲扣主钳（1）、冲扣背钳（2）各传动齿轮处在钳体（105）与盖板（107）之间构成的各自密封腔（A）内成为闭式传动。

2.如权利要求1所述的一种钻斜井用冲扣动力钳，其特征在于：所述冲扣主钳（1）、冲扣背钳（2）的上扣、卸扣切换由旋钮齿轮轴（109）控制，旋钮齿轮轴（109）由齿条柱塞B（111）驱动转向。

3.如权利要求1所述的一种钻斜井用冲扣动力钳，其特征在于：所述冲扣背钳（2）与钳体笼架（4）之间通过凸块（201）和弹簧（402）相连，冲扣背钳（2）能相对于钳体笼架（4）少量转动。