CN105625965B - 智能钻井动力钳 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能钻井动力钳，安装架由底板、前支柱、后支柱、滑筒、悬挂梁及升降液缸组成，前后支柱分别固定在底板的四个角上，滑筒套装在四个支柱上，悬挂梁与滑筒连接为一起。背钳固定在安装架的底板上，主钳通过吊簧筒和链子吊装在安装架的悬挂梁下；在前后支柱内安装有升降液缸；在后支柱和主钳的钳尾之间装有拉力传感器；在主钳的传动齿轮上装有旋转编码器；在主钳的变速机构设有拨杆和行程开关；在主钳的复位机构设有拨块和行程开关；在背钳的夹紧液缸中装有位移传感器。本发明实现了钻井动力钳工作过程的自动化，从而达到钻井井口无人化智能作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油矿场钻井或修井作业中，用来上卸钻杆、套管等管柱螺纹的智能钻井动力钳。
背景技术
目前石油矿场钻井或修井用的动力钳一般需要工人在井口手动操作液压阀，来进行钻杆、套管等管柱的上卸扣作业。其缺点是安全可靠性差、机械化程度低、劳动强度大。同时一般动力钳的主钳和背钳采用滑杆或滑架式的联接方式，其缺点是主钳浮动性差，结构强度低。
本发明的目的在于提供一种结构合理、安全可靠的智能钻井动力钳。
本发明的技术解决方案是：
一种智能钻井动力钳，由主钳、背钳、安装架等构成。主钳通过四个弹簧筒和链子等吊装在安装架的悬挂梁下，背钳固定在安装架的底板上。安装架的前后四个支柱分别固定在底板的四个角上，悬挂梁与滑筒相连并套装在前后四个支柱上，通过前后支柱内升降液缸的伸缩，悬挂梁可沿前后支柱相对底板上下移动，从而来调整主钳和背钳之间的距离。同时主钳通过弹簧筒和链子，可相对于背钳上下左右自由移动，具有较好的浮动性。
在两个后支柱和主钳的钳尾之间各装有拉力传感器，拉力传感器的一端与套装在后支柱上的拉环铰接，另一端通过连接叉与装在钳尾中的拉耳铰接。通过拉力传感器测量出工作中主钳钳尾产生的反作用拉力，与到钳头夹持中心的距离L相乘，可计算出钳头工作扭矩。主钳相对背钳上下移动时，拉环随着主钳沿后支柱上下滑动，使传感器与钳尾保持中心水平。左右两个拉力传感器分别用来测量上扣或卸扣时的钳头工作扭矩。
在主钳的传动齿轮上装有旋转编码器，用来测量主钳上卸扣工作时开口大齿轮的旋转圈数n；并在上扣或卸扣动作结束后，开口大齿轮反向转动圈数n中的非整数圈n’，自动对正钳头开口。主钳变速机构的换档液缸伸缩带动高低变速齿轮离合，实现钳头高速或低速的换档切换，同时变速机构中的拨杆触动行程开关，发出切换至高速或低速信号，实现高低速的自动变速切换。主钳复位机构的碰块A或B在复位液缸A或B的动作下，按下上扣或卸扣的插销A或B，同时碰块上的拨块触动相应的行程开关，并发出上扣或卸扣复位开始信号；随即碰块A或B抬起与插销A或B分离，此时拨块又触动相应的行程开关，并发出上扣或卸扣复位完毕信号。
背钳由夹紧液缸伸缩实现在上扣或卸扣时背钳的夹紧动作，在夹紧液缸中装有位移传感器，用来测量夹紧时钳头的转动角度，保证背钳正确夹紧；同时在完成夹紧动作后，自动回位对正钳头开口。
在主钳和背钳的钳头开口两侧均设有拉簧，当钳头完成夹紧动作后松开时，自动将两侧颚板张开与主钳开口一致。
本发明结构合理，自动化程度高、安全可靠。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一个实施例的的主视图。
图2是图1的左视图。
图3是图1的右视图。
图4是图2的M-M视图。
图5是图1的仰视图。
图6是复位机构的局部视图。
图7是图6的俯视图。
图8是图6的N-N剖视图。
具体实施方案：
一种智能钻井动力钳，由主钳（4）、背钳（2）、安装架等构成；安装架由底板（1）、前支柱（3）、后支柱（11）、滑筒（8）、悬挂梁（9）及升降液缸（7）组成，两个前支柱和两个后支柱分别固定在底板的四个角上，滑筒套装在前后四个支柱上，悬挂梁与滑筒连接一起，升降液缸装在前后支柱内，液缸的杆端与滑筒连接，液缸的尾端座在底板上。主钳的两侧共安装有四个弹簧筒（5），弹簧筒由筒体（12）、吊杆（13）、弹簧（14）组成，筒体与主钳连接为一起，吊杆的下端套有弹簧并装于筒体内，吊杆的上端通过链子（6）和活节螺栓（10）与悬挂梁吊装，吊杆可在筒体内伸缩。背钳固定在安装架的底板上，工作时夹持下管柱并保持不动。主钳通过四个弹簧筒和链子等吊装在悬挂梁下，工作时夹持上管柱并进行旋转。工作中，主钳通过弹簧筒和链子可相对于背钳上下左右自由移动，具有较好的浮动性，便于上、下管柱螺纹的对正。通过前后支柱内升降液缸的伸缩，可调整主钳和背钳上下之间的距离，用来夹持长短不同的管柱接头。
在两个后支柱和主钳的钳尾之间各装有拉力传感器（16），拉力传感器的一端与套装在后支柱上的拉环（15）铰接，另一端通过连接叉（17）与装在钳尾中的拉耳（18）铰接。动力钳上扣或卸扣过程中，主钳在旋转时钳尾产生反作用的拉力。通过拉力传感器测量出工作中产生的拉力，并与到钳头夹持中心的距离L相乘，便计算出钳头工作扭矩。主钳相对背钳上下移动时，拉环随着主钳沿后支柱上下滑动，使传感器与钳尾保持中心水平，从而提高扭矩测量精度。左右两个拉力传感器分别用来测量上扣或卸扣时的钳头工作扭矩。
主钳的钳头为开口式，开口处装有安全防护门（20），并设有行程开关1（41），防护门由门液缸（26）伸缩实现关闭或打开。主钳马达（21）的动力经变速齿轮（31）、传动齿轮（32）、惰轮A（33）、惰轮B（34），传递至开口大齿轮（35）。在主钳的传动齿轮上装有旋转编码器（46），用来测量主钳工作时开口大齿轮的旋转圈数。主钳的变速由换档液缸（22）带动变速齿轮离合，实现钳头高速或低速的换档切换。变速机构中设有拨杆（45），并在拨杆两侧装有两个行程开关2.1、2.2（42-1、42-2）。主钳复位机构由两个复位液缸A、B（23-1、23-2）、两个碰块A、B（24-1、24-2）、两个插销A、B（25-1、25-2），来分别用于上扣或卸扣的复位切换。在碰块A上设有两个拨块A1、A2（44-1、44-2），碰块B上设有两个拨块B1、B2（44-3、44-4），四个拨块旁各设有一个行程开关3.1、3.2、3.3、3.4（43-1、43-2、43-3、43-4）。碰块A（或B）在复位液缸A（或B）的动作下，按下插销A（或B），实现上扣（或卸扣）复位切换，此时拨块A1（或B1）触动行程开关3.1并发出上扣复位开始信号；随即碰块A（或B）抬起与插销A（或B）分离，此时拨块A2（或B2）触动行程开关3.2（或3.4），并发出上扣（或卸扣）复位完毕信号。从而实现上扣或卸扣的自动复位切换。
背钳的钳头为开口式，由夹紧液缸（28）伸缩实现在上扣或卸扣时背钳的夹紧动作，在夹紧液缸中装有位移传感器（46），用来测量夹紧时钳头的转动角度，保证背钳正确夹紧。
在主钳钳头开口两侧设有拉簧（36），拉簧两端分别与主钳的圆盘（37）和颚板（27）连接，当钳头完成夹紧动作后松开时，拉簧自动将主钳两侧颚板张开。在背钳钳头开口两侧设有拉簧（38），拉簧两端分别与背钳的圆盘（39）和颚板（29）连接，当钳头完成夹紧动作后松开时，拉簧自动将背钳两侧颚板张开。
显而易见，本实施例中的行程开关可用接近开关等元件来替代。
本发明的自动化作业过程为：
上扣过程：动力钳打开防护门，移动到井口，管柱进入主钳和背钳的开口钳头。背钳夹紧液缸向上扣方向动作，夹紧下管柱，位移传感器测量钳头的转动角度，确定背钳正确实现上扣夹紧并发出信号。主钳防护门关闭并触动行程开关1，发出门关闭信号。主钳变速机构的换档液缸动作，带动变速齿轮离合切换至高速，拨杆触动行程开关2.1，发出切换至高速信号。主钳复位机构的液缸A动作，按下插销A进行上扣复位切换，此时拨块A1触动行程开关3.1并发出上扣复位开始信号；随即碰块A抬起与插销A分离，此时拨块A2触动行程开关3.2，并发出上扣复位完毕信号。随后主钳马达向上扣方向旋转，经过多级齿轮传动带动开口大齿轮进行夹紧和旋转，旋转编码器测出开口大齿轮的旋转圈数n1，拉力传感器测量出主钳的工作扭矩。至设定扭矩1和圈数1时，主钳马达怠速，变速机构的换档液缸动作，带动变速齿轮离合切换至低速，拨杆触动行程开关2.2，发出切换至低速信号；主钳马达继续向上扣方向带动开口大齿轮旋转，旋转编码器测出开口大齿轮的旋转圈数n2；至设定扭矩2和圈数2时，马达向卸扣方向旋转圈数n1+n2和的非整数圈n＇，使开口大齿轮对正主钳钳头开口。背钳夹紧液缸根据位移传感器的测量数据，回到初始位置，自动对正背钳钳头开口。动力钳退出井口，上扣过程结束。
卸扣过程：钻井动力钳打开防护门，移动到井口，管柱进入主钳和背钳的开口钳头。背钳夹紧液缸向卸扣方向动作夹紧下管柱，位移传感器测量钳头的转动角度，确定背钳正确实现卸扣夹紧并发出信号。主钳防护门关闭并触动行程开关1，发出门关闭信号。主钳变速机构的换档液缸动作，带动变速齿轮离合切换至低速，拨杆触动行程开关2.2，发出切换至低速信号。主钳复位机构的液缸B动作，按下插销B进行卸扣复位切换，此时拨块B1触动行程开关3.3并发出卸扣复位开始信号；随即碰块B抬起与插销B分离，此时拨块B2触动行程开关3.4，并发出卸扣复位完毕信号。随后主钳马达向卸扣方向旋转，经过多级齿轮传动带动开口大齿轮进行夹紧和旋转，旋转编码器测出开口大齿轮的旋转圈数n3，拉力传感器测量出主钳的工作扭矩。至设定扭矩3和圈数3时，主钳马达怠速，变速机构的换档液缸动作，带动变速齿轮离合切换至高速，拨杆触动行程开关2.1，发出切换至高速信号；主钳马达继续向卸扣方向带动开口大齿轮旋转，旋转编码器测出开口大齿轮的旋转圈数n4；至设定扭矩4和圈数4时，马达向上扣方向旋转圈数n3+n4和的非整数圈n＂，使开口大齿轮对正主钳钳头开口。背钳夹紧液缸根据位移传感器的测量数据，回到初始位置，自动对正背钳钳头开口。动力钳退出井口，卸扣动作结束。
Claims (4)
1.一种智能钻井动力钳，包括主钳(4)、背钳(2)、安装架，其特征是：安装架包括底板(1)、前支柱(3)、后支柱(11)、滑筒(8)、悬挂梁(9)及升降液缸(7)，两个前支柱和两个后支柱分别固定在底板的四个角上，滑筒套装在前后四个支柱上，悬挂梁与滑筒连接一起，升降液缸装在前后支柱内，液缸的杆端与滑筒连接，液缸的尾端座在底板上；主钳的两侧共安装有四个弹簧筒(5)，弹簧筒由筒体(12)、吊杆(13)、弹簧(14)组成，筒体与主钳连接为一起，吊杆的下端套有弹簧并装于筒体内，吊杆的上端通过链子(6)和活节螺栓(10)与悬挂梁吊装，吊杆可在筒体内伸缩；背钳固定在安装架的底板上，主钳通过四个弹簧筒和链子吊装在悬挂梁下，可相对于背钳上下左右自由移动；通过前后支柱内升降液缸的伸缩，可调整与背钳之间的距离；
自动化作业过程为：
上扣过程：动力钳打开防护门，移动到井口，管柱进入主钳和背钳的开口钳头；背钳夹紧液缸向上扣方向动作，夹紧下管柱，位移传感器测量钳头的转动角度，确定背钳正确实现上扣夹紧并发出信号；主钳防护门关闭并触动行程开关，发出门关闭信号；主钳变速机构的换档液缸动作，带动变速齿轮离合切换至高速，拨杆触动行程开关，发出切换至高速信号；主钳复位机构的液缸A动作，按下插销A进行上扣复位切换，此时拨块A1触动行程开关并发出上扣复位开始信号；随即碰块A抬起与插销A分离，此时拨块A2触动行程开关，并发出上扣复位完毕信号；随后主钳马达向上扣方向旋转，经过多级齿轮传动带动开口大齿轮进行夹紧和旋转，旋转编码器测出开口大齿轮的旋转圈数n1，拉力传感器测量出主钳的工作扭矩；至设定扭矩1和圈数1时，主钳马达怠速，变速机构的换档液缸动作，带动变速齿轮离合切换至低速，拨杆触动行程开关，发出切换至低速信号；主钳马达继续向上扣方向带动开口大齿轮旋转，旋转编码器测出开口大齿轮的旋转圈数n2；至设定扭矩2和圈数2时，马达向卸扣方向旋转圈数n1+n2和的非整数圈n＇，使开口大齿轮对正主钳钳头开口；背钳夹紧液缸根据位移传感器的测量数据，回到初始位置，自动对正背钳钳头开口；动力钳退出井口，上扣过程结束；
卸扣过程：钻井动力钳打开防护门，移动到井口，管柱进入主钳和背钳的开口钳头；背钳夹紧液缸向卸扣方向动作夹紧下管柱，位移传感器测量钳头的转动角度，确定背钳正确实现卸扣夹紧并发出信号；主钳防护门关闭并触动行程开关，发出门关闭信号；主钳变速机构的换档液缸动作，带动变速齿轮离合切换至低速，拨杆触动行程开关，发出切换至低速信号；主钳复位机构的液缸B动作，按下插销B进行卸扣复位切换，此时拨块B1触动行程开关并发出卸扣复位开始信号；随即碰块B抬起与插销B分离，此时拨块B2触动行程开关，并发出卸扣复位完毕信号；随后主钳马达向卸扣方向旋转，经过多级齿轮传动带动开口大齿轮进行夹紧和旋转，旋转编码器测出开口大齿轮的旋转圈数n3，拉力传感器测量出主钳的工作扭矩；至设定扭矩3和圈数3时，主钳马达怠速，变速机构的换档液缸动作，带动变速齿轮离合切换至高速，拨杆触动行程开关，发出切换至高速信号；主钳马达继续向卸扣方向带动开口大齿轮旋转，旋转编码器测出开口大齿轮的旋转圈数n4；至设定扭矩4和圈数4时，马达向上扣方向旋转圈数n3+n4和的非整数圈n＂，使开口大齿轮对正主钳钳头开口；背钳夹紧液缸根据位移传感器的测量数据，回到初始位置，自动对正背钳钳头开口；动力钳退出井口，卸扣动作结束。
2.根据权利要求1所述的智能钻井动力钳，其特征是：在两个后支柱和主钳的钳尾之间各装有拉力传感器(16)，拉力传感器的一端与套装在后支柱上的拉环(15)铰接，另一端通过连接叉(17)与装在钳尾中的拉耳(18)铰接；主钳相对背钳上下移动时，拉环随着主钳沿后支柱上下滑动；左右两个拉力传感器分别用来测量上扣或卸扣时的钳头工作扭矩。
3.根据权利要求1或2所述的智能钻井动力钳，其特征是：主钳的钳头为开口式，开口处装有安全防护门(20)，由门液缸(26)伸缩实现门关闭或打开；当防护门关闭时，触动行程开关(41)并发出门关闭信号；
在主钳的传动齿轮上设有旋转编码器(46)；
在主钳的变速机构设有拨杆(45)，并在拨杆两侧装有两个行程开关，换档液缸(22)伸缩带动高速或低速齿轮离合，实现钳头高速或低速的换档切换，此时拨杆分别触动两侧的行程开关，并发出变速机构切换至高速或低速信号；
主钳复位机构由第一、第二两个复位液缸、第一、第二两个碰块、第一、第二两个插销，来分别实现上扣或卸扣的复位切换；在第一碰块上设有第一、第二两个拨块，第二碰块上设有第三、第四两个拨块，上述四个拨块旁各设有一个行程开关；
在主钳钳头开口两侧设有拉簧(36)，拉簧两端分别与主钳的圆盘(37)和颚板(27)连接；当钳头完成夹紧动作后松开时，拉簧将两侧颚板自动张开与主钳开口一致。
4.根据权利要求1或2所述的智能钻井动力钳，其特征是：背钳的钳头为开口式，由夹紧液缸(28)伸缩实现上扣或卸扣时钳头的夹紧动作，在夹紧液缸中装有位移传感器(46)，用来测量背钳夹紧时钳头的转动角度，同时在完成夹紧动作后，自动回位对正背钳的钳头开口；
在背钳钳头开口两侧设有拉簧(38)，拉簧两端分别与背钳的圆盘(39)和颚板(29)连接，当钳头完成夹紧动作后松开时，拉簧将两侧颚板自动张开与背钳开口一致。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 226406 Jiangsu city of Nantong province Rudong County town of bencha Wei Hai Road No. 60 Patentee after: Jiangsu stone machinery Limited by Share Ltd Address before: 226406 Jiangsu city of Nantong province Rudong County town of bencha Wei Hai Road No. 60 Patentee before: Rushi Machinery Co., Ltd., Jiangsu |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |