CN110439486B - 一种超大型套管钳 - Google Patents

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Abstract

一种超大型套管钳，适用管径20～38时(即
Figure DSA0000163705650000011
)，最大扭矩500kN.m，由主钳、背钳、前导杆气缸、钳尾支承气缸、后导杆、悬吊机构及气控、液控机构组成。悬吊机构与背钳连接，主钳浮动于背钳之上，主钳与背钳之间由两只前导杆气缸及两只钳尾支承气缸支承，由此，可大幅度消减上卸扣过程中主钳重力对管柱螺纹的附加力，显著减缓螺纹磨损，调控各气缸行程，可使主钳、背钳间距在有效范围内任意调整。主钳由两组动力装置驱动，每组动力装置由液压马达通过一系列变速机构向钳头开口齿轮传递动力，有一连接齿轮将两组动力装置连为一体。由两组动力装置输入动力，比单一动力装置输入取得更多的变档参数，并使钳体的外形尺寸显著缩短，重量显著减轻。本发明的实施，满足了深海石油钻井技术对大口径套管上卸螺纹的需求，对促进深海石油钻井技术的发展有重要意义。

Description

一种超大型套管钳
技术领域
本发明涉及一种上卸管柱螺纹的动力钳，特别是海洋钻井工程中用于上卸套管螺纹的一种超大型套管钳，属于石油装备设计制造技术领域。
背景技术
现有用于上卸套管螺纹的最大口径套管钳，如KT24500型套管钳(盐城特达公司生产，不带背钳，参见附图12)，适应管径范围为
Figure GSB0000192853510000011
最大扭矩为70kN.m，钳体长度为2120mm。近年来随着深海石油钻井技术的发展，海水深度达1500米以上，所用套管外径已达到38吋
Figure GSB0000192853510000012
大口径套管在缺乏相应套管钳的条件下，不得不采用焊接方式来连接套管下井，而焊接套管所带来的许多不利因素，如功效低、不便于维修、腐蚀严重等难以避免。
为适应深海石油钻井技术的要求，研制适应最大套管外径38吋
Figure GSB0000192853510000013
最大扭矩500kN.m的套管钳已成为实际需求。本发明的实施将满足当前深海石油钻井技术的需要，促进深海石油钻井技术配套设施的完善，对加快深海石油钻井技术的发展具有现实意义。
发明内容
一种超大型套管钳(适用最大管径38吋，最大扭矩500kN.m)由主钳、背钳、前导杆气缸、钳尾支承气缸、后导杆、悬吊机构及气控、液控机构组成，悬吊机构与背钳连接，主钳浮动于背钳之上，主钳与背钳之间由两只前导杆气缸及两只钳尾支承气缸支承，主钳与后导杆之间为滚动摩擦，后导杆下端固定在背钳尾部，主钳由动力装置A、动力装置B输入动力，每组动力装置由液压马达通过竖向气控增速或减速后进入主钳主体，动力装置A经过机械变速机构A变速后，再通过介轮A、介轮B与钳头开口齿轮啮合传递动力，动力装置B经过机械变速机构B变速后，再通过介轮C、介轮D与钳头开口齿轮啮合传递动力，介轮B与介轮C之间与一连接齿轮啮合，将两组动力装置连结为一体，介轮A、介轮C或介轮B、介轮D与开口齿轮的啮合点间距不小于开口齿轮开口距。机械挂挡机构A、机械挂挡机构B能各自独立操控，都挂高档时取得高档变档参数，都挂低档时取得低档变档参数，一高一低挂挡时取得中档变档参数，加上竖向气控增速或减速换挡，组合操作取得六种挂档参数，如两组动力装置的气控增速或减速分别操控，还可以取得更多的变档参数，变档越多，其参数可选性越灵活。两只前导杆气缸与两只钳尾支承气缸支承主钳，调控前后气缸的支承力及行程，可使主钳和背钳在有效范围内调距并保持平行，以满足不同管径上扣、卸扣需要。当主钳随动于管柱，稳定的气缸压力所产生的推力与主钳重力平衡，与弹簧支撑相比，可大幅度消减主钳重力对管柱螺纹的附加力，显著减缓螺纹磨损。后导杆断面为近似长方形，其长边与钳体对称中心线X-X垂直，既能承受主钳与背钳之间的支反力，又能缩短钳体长度尺寸。悬吊机构在背钳两侧各有铰接支点A、铰接支点B与悬吊机构上部两侧的悬吊点构成三角形，调节三角形可调边的长度，可使组合套管钳(即主钳、背钳组合)悬吊平行。
附图说明
图1为本发明组合套管钳的主视示意图；
图2为本发明组合套管钳的俯视示意图；
图3为本发明主钳俯视示意图；
图4为本发明主钳传动示意图；
图5为本发明主钳A-B-C-D-E的断面示意图；
图6为本发明背钳主视示意图；
图7为本发明背钳俯视示意图；
图8为本发明图6的揭盖A-A方向示意图；
图9为本发明图6的B-B段面示意图；
图10为本发明图7的C-C断面示意图；
图11为本发明组合套管钳主钳、背钳间距可调示意图；
图12为现有KT24500型大型套管钳实物图形。
如图1图2所示，一种超大型套管钳由主钳2、背钳3、前导杆气缸1、钳尾支承气缸8、后导杆7、悬吊机构4及气控、液控机构组成，主钳2后部由动力装置6和动力装置40输入动力，悬吊机构4与背钳3连接，主钳2浮动于背钳3之上，主钳2与背钳3之间由前导杆气缸1及钳尾支承气缸8支承。通过气缸支承主钳，主钳重力由气缸推力平衡，能大幅度消减主钳2的重力在套管螺纹上卸扣过程中对管柱螺纹的附加力，有利于减缓螺纹磨损。悬吊机构4在背钳3两侧各有铰接支点9、10分别与悬吊机构4上部两侧的悬吊铰接点5构成三角形，调节三角形可调边11的长度，使组合套管钳悬吊点可前后移动，保持组合套管钳悬吊平行。转动螺旋轴12，可使组合套管钳左右调平。
如图3所示，主钳2后部设有动力装置6和动力装置40，设有两只带滚子的扭矩传感器17与后导杆之间形成滚动摩擦，钳头设有转向控制机构15控制钳头上扣、卸扣转向切换，使其颚板架在复位对齐缺口后滚子不得反向爬坡妨碍管柱退出。钳头设有制动机构13，用以实现颚板滚子爬坡；设有滚子爬坡限位机构14，限制滚子爬坡不得超出预定限度。两组动力装置输入动力，使得钳体的外形尺寸显著缩短(本组合套管钳适用最大管径965mm，外形尺寸长度仅有2744mm)，结构紧凑，重量显著减轻。
如图4所示，每组动力装置由液压马达通过竖向增速或减速机构后进入主钳主体，动力装置6经过机械变速机构16变速后，通过介轮24、介轮25与钳头开口齿轮23啮合传递动力，动力装置40经过机械变速机构18变速后，通过介轮26、介轮27与钳头开口齿轮23啮合传递动力，介轮25与介轮26之间与一连接齿轮28啮合，将两组动力装置连结为一体，机械挂挡机构16、18能各自独立操控。介轮24、介轮26或介轮25、介轮27与钳头开口齿轮23的啮合点间距不小于开口齿轮23开口距，即开口齿轮开口越过介轮时，至少与两只介轮啮合。
在开口齿轮23转动时，颚板架被钳头制动机构暂时制动，颚板滚子19相对于坡板22爬坡，当牙板21咬紧管柱后一同旋转，实现管柱螺纹上扣或卸扣。
如图5所示，介轮24、介轮25、介轮26、介27与钳头开口齿轮啮合，当两侧机械挂挡机构16、18都上提挂挡(即手把下压)时，钳头输出低档参数，当两侧机械挂挡机构16、18都下压挂挡(即手把上提)时，钳头输出高档参数，当两侧机械挂挡机构16、18一上一下挂挡时，钳头输出中档参数，加上竖向气控增速或减速换挡，组合操作取得六种挂档参数。如两台动力装置的气控增速或减速分开操控，还可以取得更多的变档参数，增加使用灵活性。
如图6图7所示，后导杆7固定在背钳3尾部，后导杆7断面呈近似长方形，其长边与X-X轴线垂直。用来承受主钳与背钳之间的支反力。背钳设有转向控制机构29，实现其上卸螺纹转向切换。
图8所示，背钳颚板架设有轮齿41与背钳齿轮31啮合。背钳齿轮31上设有挡销32用于上扣、卸扣切换，并使背钳颚板架回程对齐缺口，颚板滚子不再爬坡妨碍管柱退出。
如图9图所示，背钳颚板架30带动颚板34旋转，颚板滚子33沿坡板36爬坡，使钳牙35咬紧管柱接箍实施卡紧。颚板架转动的驱动力来自齿条柱塞油缸38驱动齿轮轴37转动。
如图10所示，齿条柱塞油缸38驱动齿轮轴37转动，从而带动背钳齿轮31旋转，背钳齿轮31与颚板架轮齿41啮合，带动颚板架30旋转，实现咬紧管柱接箍，背钳齿轮31上设有挡销32，背钳壳体上设有旋钮轴39，由旋钮轴39开口方位转向来限制挡销32的转动区间，实现上卸螺纹切换，由齿条柱塞油缸38行程来控制滚子33爬坡限位。
如图11所示，主钳2与背钳3之间的距离在有效范围内可任意调整，实现不同规格套管上扣时的主钳2、背钳3之间的合理间距。其调整方法，由操控各气缸行程来实现。
如图12所示，本技术与现有技术比较，具有以下不同点：
Figure GSB0000192853510000051
组合套管钳的进退由气缸推送机构来完成，推送机构另附。
具体实施方式
具体实施事项按常规开口型动力钳操作进行。如：工作前，先把组合套管钳悬吊到井口相应位置；连接气控及液压管路；调整悬吊机构中三角形可调边，使组合套管钳处于平行状态；调整悬吊机构中的螺旋杆，使组合套管钳左右调平。
上扣时，张开主钳、背钳安全门，背钳对准接箍，调控气控压力，使主钳升高，其卡紧部位在管柱螺纹之上。工作中，主钳夹紧管柱随同管柱下降，气缸压力保持稳定，钳体重力由气缸推力平衡，完成上扣后卡紧松开，主钳恢复到原有高度。操控推送机构，使组合套管钳离开管柱，完成一次上扣操作过程。
卸扣时，张开主钳、背钳安全门，背钳对准接箍，调控气控压力，使主钳下降到最低位置，其卡紧部位在管柱螺纹之上。工作中，主钳随同管柱卸扣上升，气缸压力保持稳定，钳体重力由气缸推力平衡，完成卸扣后卡紧松开，主钳恢复到原有最低位置，完成一次卸扣操作过程。
特别注意以下事项：
1、选取相应的牙座安装在主钳、背钳颚板上，保证卡紧可靠。
2、卸扣时，主钳、背钳间距处于最小位置。上扣时，主钳、背钳保持合理间距，既不损伤螺纹，又使后导杆免受过大的弯曲应力。
3、按扭矩曲线所示，上扣时，选取最佳上扣扭矩的机械挂挡档次及系统压力，先挂气控增速档快速上扣，待上不动时，换气控减速档上扣，达到预定最佳上扣扭矩。卸扣时，卸扣扭矩要大于上扣扭矩，甚至可用最大扭矩卸扣，卸松后再换气控增速档高速卸扣。

Claims (3)

1.一种超大型套管钳，包括主钳(2)、背钳(3)、前导杆气缸(1)、钳尾支承气缸(8)、后导杆(7)、悬吊机构(4)、气控机构及液控机构，悬吊机构(4)与背钳(3)连接，主钳(2)浮动于背钳(3)之上，主钳(2)与背钳(3)之间由两只前导杆气缸(1)及两只钳尾支承气缸(8)支承，主钳(2)后部与后导杆(7)之间为滚动摩擦，后导杆(7)下端固定在背钳(3)尾部，其特征在于：主钳(2)由第一动力装置(6)和第二动力装置(40)输入动力，第一动力装置(6)和第二动力装置(40)均由液压马达驱动，通过竖向气控增速或减速后，再通过传动齿轮驱动主钳(2)钳头开口齿轮(23)旋转，第一动力装置(6)经过第一机械挂挡机构(16)变档后，通过第一介轮(24)、第二介轮(25)与钳头开口齿轮(23)啮合传递动力，第二动力装置(40)经过第二机械挂挡机构(18)变档后，通过第三介轮(26)、第四介轮(27)与钳头开口齿轮(23)啮合传递动力，第二介轮(25)与第三介轮(26)与连接齿轮(28)啮合，将第一动力装置(6)和第二动力装置(40)连结为一体，第一介轮(24)和第三介轮(26)与钳头开口齿轮(23)的啮合点间距不小于钳头开口齿轮(23)开口距，第二介轮(25)和第四介轮(27)与钳头开口齿轮(23)的啮合点间距不小于钳头开口齿轮(23)开口距，第一机械挂挡机构(16)和第二机械挂挡机构(18)能各自独立操控，都挂高档时取得高档变档参数，都挂低档时取得低档变档参数，一高一低挂挡时取得中档变档参数，加上竖向气控增速或减速换挡，组合操作取得六种变档参数，两只前导杆气缸(1)与两只钳尾支承气缸(8)支承主钳(2)，调控两只前导杆气缸(1)及两只钳尾支承气缸(8)的支承力及行程，能够使主钳(2)和背钳(3)在有效范围内调距并保持平行，在上卸螺纹过程中，气缸压力能保持稳定。
2.如权利要求1所述的一种超大型套管钳，其特征在于：后导杆(7)的断面为近似长方形，近似长方形的长边方向与X-X轴线垂直，X-X轴线为钳头中心与连接齿轮(28)中心连线。
3.如权利要求1所述的一种超大型套管钳，其特征在于：悬吊机构(4)在背钳(3)一侧具有第一铰接支点(9)和第二铰接支点(10)，悬吊机构(4)在背钳(3)另一侧具有第三铰接支点和第四铰接支点，第一铰接支点(9)、第二铰接支点(10)与悬吊机构(4)上部一侧的第一悬吊点构成三角形，第三铰接支点、第四铰接支点与悬吊机构(4)上部另一侧的第二悬吊点构成三角形，调节三角形可调边(11)的长度，可使超大型套管钳悬吊水平。
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