CN104763359B - 一种钻井水龙头防扭装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钻井水龙头防扭装置及使用方法，其技术方案是：水龙头外壳内设有第一轴承、第二轴承和第三轴承共三副轴承，中心管穿过第一轴承、第二轴承和第三轴承连接在水龙头外壳的内部，水龙头外壳的外部设有防扭挂耳，防扭挂耳连接防扭绳，防扭绳连接拉力传感器，拉力传感器连接信号发生器，中心管的下部连接转盘，所述的转盘上连接转盘离合器，转盘离合器通过电气控制阀连接无线接收装置，无线接收装置连接电气控制阀和报警器，拉力传感器上的信号发生器发出的信号通过无线接收装置接收；本发明的有益效果是：能够有效地解决钻井生产中水龙头轴承瞬间卡死引发的一些列问题和损害，很大程度提高了设备运行的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井工作设备，特别涉及一种钻井水龙头防扭装置及使用方法。
背景技术
钻井水龙头能悬持旋转着的钻具，是不旋转的提升部件和旋转钻具之间的过度联接设备，具有承上启下的重要作用。在钻井过程中，水龙头转动部分中心管由转盘驱动的方钻杆带动。水龙头的外壳内一般装有三副轴承，一副承受载荷的主轴承，两副起扶正和防跳作用的轴承，这些轴承和中心管构成水龙头的旋转部分，这三幅轴承任何一副出现问题都会造成水龙头转动不灵活，严重时会造成中心管卡死，一旦发生这种情况，转盘带动钻具的旋转会传到水龙头的不旋转部分壳体上，连带游车以及钻井绳转动打扭，在转盘转速很高或司钻反应不及时不能迅速断开转盘离合器时就会造成钻井绳扭断，游车、天车受损，钻具落井的严重安全事故以及对人员的巨大伤害，这是钻井设备本质上存在的一个不安全因素，困扰钻井行业多年。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种钻井水龙头防扭装置，为了解决现有的钻井设备系统水龙头存在的这种安全隐患，根据水龙头运行的原理和使用工况，不改变水龙头的结构，设计一种简单、有效的保护装置，实现一旦发生水龙头转动部分卡死可以自动断开转盘的动力防止悬吊系统的钻井绳扭结。
其技术方案是：一种钻井水龙头防扭装置包括水龙头外壳、中心管、第一轴承、第二轴承、第三轴承、防扭挂耳、防扭绳、拉力传感器、转盘、转盘离合器、电气控制阀、无线接收装置、报警器，水龙头外壳内设有第一轴承、第二轴承和第三轴承共三副轴承，第一轴承设置在水龙头外壳的上部，第二轴承设置在水龙头外壳的中间部位，第三轴承设置在水龙头外壳的底部，中心管穿过第一轴承、第二轴承和第三轴承连接在水龙头外壳的内部，水龙头外壳的外部设有防扭挂耳，防扭挂耳连接防扭绳，防扭绳连接拉力传感器，拉力传感器连接信号发生器，中心管的下部连接转盘，所述的转盘上连接转盘离合器，转盘离合器通过电气控制阀连接无线接收装置，无线接收装置连接电气控制阀和报警器，拉力传感器上的信号发生器发出的信号通过无线接收装置接收。
上述的拉力传感器包括定位壳体、调节螺栓、调节螺帽、弹簧、定位螺栓、触碰杆、通孔、微动开关、信号线，定位壳体通过定位螺栓固定，定位壳体的中间设有调节螺栓，调节螺栓穿过定位壳体上部通过调节螺帽固定，调节螺栓的下部与定位壳体之间通过弹簧支撑，所述的调节螺栓的底部水平设置触碰杆，所述的调节螺栓上水平设有通孔，防扭绳穿过调节螺栓一端连接防扭挂耳，另一端固定在定位壳体上，定位壳体的内部设有微动开关，所述的微动开关通过信号线连接信号发生器，信号发生器上设有天线，所述的微动开关位于触碰杆的上部。
上述的无线接收装置通过连接220V电源供电，无线接收装置的内部转换成24V直流电，24V直流电用于驱动电气控制阀和报警器，电气控制阀控制气阀，气阀串接在连接转盘的气路上。
上述的无线接收装置上设有复位按钮和两路24V信号输出，接受器自动断开转盘动力后，通过按下复位按钮，整个保护系统复位；24V的信号输出信号中的一路输出连接电气控制阀，电气控制阀用于控制转盘离合器的气路，切断动力来源；24V的信号输出信号中的另一路输出用于连接报警器。
本发明提到的一种钻井水龙头防扭装置的使用方法，其特征是：
A）首先在钻机钻台面上的钻井绳的死绳和水龙头之间安装一根钢丝绳作为防扭绳，防扭绳和死绳之间连接需要一个滑轮，用以保证水龙头在井架内上下运动时防扭绳可以自由的同步运动。
B）拉力传感器安装在防扭绳上，死绳端在水平方向是定位的，当水龙头发生卡死现象时水龙头的本体会发生转动，从而带动防扭绳拉紧，转动的程度越大，防扭绳上的拉力就越大，拉力传感器中间的防扭绳向上绷直的趋势越大，驱动拉力传感器的调节螺栓相应的向上移动，调节螺栓底部的触碰杆达到一定的程度后接通旁边的微动开关，微动开关接通之后触发无线信号发生器发出动作信号。拉力传感器的动作值通过调节弹簧的预紧力来设定，这套系统中只需要一个动作阀值，不需要具体的数据显示。防扭绳向上移动的距离和拉力调节螺栓触发微动开关的行程保持一致，拉力传感器的动作信号发出后，安装在转盘控制系统上的无线接收装置接收到该信号会立刻接通相应的电磁阀切断转盘离合器的气源，避免转盘继续转动，防止扭断钻井绳等一系列问题的连锁发生，同时发出报警信号。
C）工作人员这时需手动断开转盘气阀开关，然后按下复位按钮复位保护系统。
本发明的有益效果是：能够有效地解决钻井生产中水龙头轴承瞬间卡死引发的一些列问题和损害，很大程度提高了设备运行的安全性；该装置具有应用范围广泛、安装维护方便、信号传输准确、操作简单、反应灵敏的优点，通过现场测试，该水龙头防扭装置工作准确率100%。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是水龙头的结构示意图。
附图3是拉力传感器的结构示意图。
上图中：水龙头外壳1、中心管2、第一轴承3、第二轴承4、第三轴承5、防扭挂耳6、防扭绳7、拉力传感器8、转盘9、转盘离合器10、电气控制阀11、无线接收装置12、气阀13、报警器14、信号发生器15、气路16、天线17、定位壳体8.1、调节螺栓8.2、调节螺帽8.3、弹簧8.4、定位螺栓8.5、触碰杆8.6、通孔8.7、微动开关8.8、信号线8.9。
具体实施方式
结合附图1-3，对本发明作进一步的描述：
本发明包括水龙头外壳1、中心管2、第一轴承3、第二轴承4、第三轴承5、防扭挂耳6、防扭绳7、拉力传感器8、转盘9、转盘离合器10、电气控制阀11、无线接收装置12、报警器14，水龙头外壳内设有第一轴承3、第二轴承4和第三轴承5共三副轴承，第一轴承3设置在水龙头外壳1的上部，第二轴承4设置在水龙头外壳1的中间部位，第三轴承5设置在水龙头外壳1的底部，中心管2穿过第一轴承3、第二轴承4和第三轴承5连接在水龙头外壳1的内部，第一轴承3为承受载荷的主轴承，第二轴承4起扶正作用，第三轴承5起防跳的作用，水龙头外壳1的外部设有防扭挂耳6，防扭挂耳6连接防扭绳7，防扭绳7连接拉力传感器8，拉力传感器8连接信号发生器15，中心管2的下部连接转盘9，所述的转盘9上连接转盘离合器10，转盘离合器10通过电气控制阀11连接无线接收装置12，无线接收装置12连接电气控制阀11和报警器14，拉力传感器8上的信号发生器发出的信号通过无线接收装置12接收。
其中，拉力传感器8包括定位壳体8.1、调节螺栓8.2、调节螺帽8.3、弹簧8.4、定位螺栓8.5、触碰杆8.6、通孔8.7、微动开关8.8、信号线8.9，定位壳体8.1通过定位螺栓8.5固定，定位壳体8.1的中间设有调节螺栓8.2，调节螺栓8.2穿过定位壳体8.1上部通过调节螺帽8.3固定，调节螺栓8.2的下部与定位壳体8.1之间通过弹簧8.4支撑，所述的调节螺栓8.2的底部水平设置触碰杆8.6，所述的调节螺栓8.2上水平设有通孔8.7，防扭绳7穿过调节螺栓8.2一端连接防扭挂耳6，另一端固定在定位壳体8.1上，定位壳体8.1的内部设有微动开关8.8，所述的微动开关8.8通过信号线8.9连接信号发生器15，信号发生器15上设有天线17，所述的微动开关8.8位于触碰杆8.6的上部。
其中，无线接收装置12通过连接220V电源供电，无线接收装置12的内部转换成24V直流电，24V直流电用于驱动电气控制阀11和报警器14，电气控制阀11控制气阀13，气阀13串接在连接转盘的气路16上。
其中，无线接收装置12上设有复位按钮和两路24V信号输出，接受器自动断开转盘动力后，通过按下复位按钮，整个保护系统复位；24V的信号输出信号中的一路输出连接电气控制阀11，电气控制阀11用于控制转盘离合器的气路16，切断动力来源；24V的信号输出信号中的另一路输出用于连接报警器14。
本发明提到的钻井水龙头防扭装置的使用方法，包括以下步骤：
A）首先在钻机钻台面上的钻井绳的死绳和水龙头之间安装一根钢丝绳作为防扭绳7，防扭绳7和死绳之间连接需要一个滑轮，用以保证水龙头在井架内上下运动时防扭绳7可以自由的同步运动。
B）拉力传感器8安装在防扭绳7上，死绳端在水平方向是定位的，当水龙头发生卡死现象时水龙头的本体会发生转动，从而带动防扭绳7拉紧，转动的程度越大，防扭绳7上的拉力就越大，拉力传感器8中间的防扭绳7向上绷直的趋势越大，驱动拉力传感器8的调节螺栓8.2相应的向上移动，调节螺栓8.2底部的触碰杆8.6达到一定的程度后接通旁边的微动开关8.8，微动开关8.8接通之后触发无线信号发生器15发出动作信号。拉力传感器8的动作值通过调节弹簧8.4的预紧力来设定，这套系统中只需要一个动作阀值，不需要具体的数据显示。防扭绳7向上移动的距离和拉力调节螺栓8.2触发微动开关8.8的行程保持一致，拉力传感器8的动作信号发出后，安装在转盘控制系统上的无线接收装置12接收到该信号会立刻接通相应的电磁阀切断转盘离合器的气源，避免转盘继续转动，防止扭断钻井绳等一系列问题的连锁发生，同时发出报警信号。
C）工作人员这时需手动断开转盘气阀13开关，然后按下复位按钮复位保护系统。
技术原理：当水龙头发生转动部分卡死现象时，转盘的旋转运动会通过方钻杆、水龙头壳体、游车传递到钻井绳，水龙头的转动会拉动防扭绳绷紧，安装在防扭绳上的传感器就会检测到拉力，当达到设定值时触动信号发生器15发出动作信号，信号接收装置收到信号发送装置发送的信号时，发出两个动作信号，一个给声光报警器，提醒操作人员的注意；另一路给电气控制阀11控制的气阀供电，自动切断动力气源，停止转盘转动，从而避免恶性事故的发生。
在游车或水龙头上与钻井绳死绳之间连接一根四分的钢丝绳作为防扭绳，防扭绳上安装一个拉力传感器，轴承发生故障转动不灵活时水龙头带动游车以及钻井绳转动，拉力传感器就能检测防扭绳上的拉力，在超过设定值时发出动作信号。因为水龙头是在井架内部空间内近30米的范围内不断上下运动，因此不能够连接传输信号电缆，只能采用无线传输的方式。拉力传感器的这个动作信号由和传感器一体的信号发生器15发出，由安装在转盘离合器控制回路的无线接收装置12接收，无线接收装置12经过信号处理后接通电气控制阀11上连接的气阀13，自动断开转盘离合器，切断转盘动力，这样就能防止大绳扭断等恶性事故的发生。信号发生器15和无线接收装置12传递信号的范围最大就30米，因此不需要大功率的设备。
无线接收装置12上设有复位按钮和两路24V信号输出，接受器自动断开转盘动力后，通过按下复位按钮，整个保护系统复位；24V的信号输出信号中的一路输出连接电气控制阀11，电气控制阀11用于控制转盘离合器的气路16，切断动力来源；24V的信号输出信号中的另一路输出用于连接报警器14。
Claims (1)
1.一种钻井水龙头防扭装置，其特征是：包括水龙头外壳（1）、中心管（2）、第一轴承（3）、第二轴承（4）、第三轴承（5）、防扭挂耳（6）、防扭绳（7）、拉力传感器（8）、转盘（9）、转盘离合器（10）、电气控制阀（11）、无线接收装置（12）、报警器（14），水龙头外壳内设有第一轴承（3）、第二轴承（4）和第三轴承（5），共三副轴承，第一轴承（3）设置在水龙头外壳（1）的上部，第二轴承（4）设置在水龙头外壳（1）的中间部位，第三轴承（5）设置在水龙头外壳（1）的底部，中心管（2）穿过第一轴承（3）、第二轴承（4）和第三轴承（5）连接在水龙头外壳（1）的内部，水龙头外壳（1）的外部设有防扭挂耳（6），防扭挂耳（6）连接防扭绳（7），防扭绳（7）连接拉力传感器（8），拉力传感器（8）连接信号发生器（15），中心管（2）的下部连接转盘（9），所述的转盘（9）上连接转盘离合器（10），转盘离合器（10）通过电气控制阀（11）连接无线接收装置（12），无线接收装置（12）连接电气控制阀（11）和报警器（14），拉力传感器（8）上的信号发生器发出的信号通过无线接收装置（12）接收；
所述的拉力传感器（8）包括定位壳体（8.1）、调节螺栓（8.2）、调节螺帽（8.3）、弹簧（8.4）、定位螺栓（8.5）、触碰杆（8.6）、通孔（8.7）、微动开关（8.8）、信号线（8.9），定位壳体（8.1）通过定位螺栓（8.5）固定，定位壳体（8.1）的中间设有调节螺栓（8.2），调节螺栓（8.2）穿过定位壳体（8.1）上部通过调节螺帽（8.3）固定，调节螺栓（8.2）的下部与定位壳体（8.1）之间通过弹簧（8.4）支撑，所述的调节螺栓（8.2）的底部水平设置触碰杆（8.6），所述的调节螺栓（8.2）上水平设有通孔（8.7），防扭绳（7）穿过调节螺栓（8.2）一端连接防扭挂耳（6），另一端固定在定位壳体（8.1）上，定位壳体（8.1）的内部设有微动开关（8.8），所述的微动开关（8.8）通过信号线（8.9）连接信号发生器（15），信号发生器（15）上设有天线（17），所述的微动开关（8.8）位于触碰杆（8.6）的上部；
所述的无线接收装置（12）通过连接220V电源供电，无线接收装置（12）的内部转换成24V直流电，24V直流电用于驱动电气控制阀（11）和报警器（14），电气控制阀（11）控制气阀（13），气阀（13）串接在连接转盘的气路（16）上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yu Baiqiu Inventor after: Wen Hongbing Inventor after: Chen Xian Inventor after: Wang Hongchao Inventor after: Hou Shimin Inventor after: Zhao Yanling Inventor after: Li Kening Inventor after: Li Haiying Inventor after: Zhang Fujun Inventor after: Zhao Ziliang Inventor after: Shan Baomin Inventor after: Wang Dong Inventor after: Ma Jinbo Inventor after: Wang Yanwen Inventor before: Li Kening Inventor before: Yu Baiqiu Inventor before: Mao Jiang Inventor before: Zhang Fujun Inventor before: Zhao Ziliang |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180725 Address after: 257000 Jining Road, Dongying District, Dongying, Shandong Province, No. 11 Patentee after: Li Feng Address before: 257000 Shengli oil field drilling company four, Dongying District, Dongying, Shandong Patentee before: Li Kening |
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| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20170412 Effective date of abandoning: 20230306 |
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| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20170412 Effective date of abandoning: 20230306 |