CN111472699A - 一种背钳 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石油修井装置，尤其涉及一种管杆自动上卸扣装置的背钳，包括壳体、夹持组件和背钳驱动，夹持组件包括推板、左坡板、右坡板、背钳鄂板架、左鄂板、右鄂板、左滚轮、右滚轮、左牙板和右牙板；背钳驱动与推板连接，推板可在壳体内上下滑动；左、右坡板可沿推板内侧边滑动；背钳鄂板架可转动的设于壳体上，左、右鄂板可在背钳鄂板架内滑动；左、右滚轮可转动地设于左、右鄂板上，左、右滚轮可分别沿左、右坡板爬坡；左、右牙板分别设于左、右鄂板上。本发明技术方案在适用的管径范围内，可实现对不同管径管杆的夹持作用，保证夹紧力，实现了部分操作自动化，降低了安全风险，减轻了工人劳动强度，提高了作业效率。

Description

一种背钳

技术领域

本发明涉及一种石油修井装置，尤其涉及一种管杆自动上卸扣装置的背钳。

背景技术

当前，油井在开采过程中，可能会出现卡泵、抽油杆断脱、油管磨损厉害等问题，这样就需要进行修井作业。此过程需要用修井车将井内的抽油杆和油管起出，放置到排管架，待问题排除，然后在下入到井内。

修井作业大部分通过人工完成，需要5-6人一起完成。操作人员需要通过人力去完成排管、推管卡持管杆以及上卸扣等动作，该过程劳动强度大，效率低，存在安全隐患。近年来，随着科技的不断进步，也出现不少的自动化修井工具，如液压吊卡、管杆输送装置、液压卡瓦等，实现了部分自动化操作。

实际油井开采过程中，不同的油井使用的管柱管径也会有所不同，因而为了提高适用性，能用于抱持不同管径的管柱，抓持部位需根据管径大小进行调节。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种非人工的背钳。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种能适用于不同管径的管杆自动上卸扣装置的背钳，该装置能实现对管杆的预夹紧，在开始上卸扣时，会根据扭矩大小提供夹紧力，保证夹紧力，解决了钳体偏转的问题，实现了部分操作自动化。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实施：

一种背钳，其特征在于，包括壳体、设置在所述壳体外部的背钳驱动和设置在所述壳体内部的夹持组件，其中，所述夹持组件包括推板、左坡板、右坡板、背钳鄂板架、左鄂板、右鄂板、左滚轮、右滚轮、左牙板和右牙板，所述背钳驱动与所述推板连接；所述推板位于所述壳体内，可沿所述壳体上下滑动；所述左坡板和右坡板对中设于所述推板上，可沿所述推板内侧边滑动；所述背钳鄂板架设于所述壳体上，可在所述壳体上周向滑动；所述左鄂板和右鄂板对中设于所述背钳鄂板架中，可分别在所述背钳鄂板架的左滑槽和右滑槽中前后滑动，所述左鄂板和右鄂板上设有轴孔，所述左滚轮和右滚轮分别通过滚轮轴安装在所述左鄂板和右鄂板的轴孔中，所述左滚轮和右滚轮可绕滚轮轴转动，所述左滚轮和右滚轮可分别沿所述左坡板和右坡板爬坡；所述左鄂板和右鄂板上的连接凸耳分别与所述左坡板和右坡板通过销轴连接，所述销轴穿过所述左坡板和右坡板上的弧形的通孔，并可在通孔内移动；所述左牙板和右牙板分别设于所述左鄂板和右鄂板上。

根据本发明的背钳，能够在适用的管径范围内，背钳驱动先推动夹持组件至管杆的抓持部位，至牙板与管杆壁初步接触，实现对不同管径的管杆的预夹紧，起到初步稳固作用。当上卸扣开始后，管杆会产生相应的扭矩，由于此时鄂板上的牙板与管杆接触，该扭矩力被传递给鄂板，鄂板上的滚轮沿坡板上的弧形坡面进行爬坡，同时，鄂板的爬坡运动也会带动背钳鄂板架的转动，扭矩越大，滚轮爬坡高度越大，夹紧力越强，从而实现对管杆的牢固夹持。

进一步地，所述壳体的外表面呈缺口圆环型，所述壳体的内侧左右两边对中设有纵向滑槽和横向滑槽，以及在所述壳体的缺口处设有U形滑槽。壳体上的缺口为与管杆的对中部位，在准备夹持前，先通过背钳驱动使管杆置于壳体上的缺口中。

优选地，所述推板内侧为倒置的开口梯形结构，所述推板的内侧边上设有分别可供所述左坡板和右坡板滑动的左滑块和右滑块。

在推板沿着壳体上的纵向滑槽朝背钳驱动的运动方向滑动时，推板上对中设置的左坡板和右坡板分别沿着左滑块和右滑块向下滑动，由于倒置的梯形结构的两条侧边从上到下逐渐向中间聚拢，由此当左坡板和右坡板向下滑动的过程中，左坡板和右坡板之间的间距逐渐减小，可以理解的，推板内侧的还可以为V字形或其它构型，这里需要说明的是，左坡板和右坡板相对于推板来说，是向下滑动的，但是相对于壳体来说，没有推板运动方向上的滑动，只会沿着壳体上的横向滑槽向管杆的方向移动，直至牙板与管杆接触，推板停止向上滑动，左坡板和右坡板停止左右滑动。

优选地，所述左坡板和右坡板具有弧形的坡面，且所述左坡板和右坡板可沿所述壳体内侧的横向滑槽左右滑动。左坡板和右坡板的坡面中间低、两端高，当管杆产生扭矩时，使左滚轮和右滚轮始终处于爬坡状态。

进一步地，所述背钳鄂板架的下端面设于所述壳体的U形滑槽中，所述背钳鄂板架的下端面与壳体内的U形滑槽之间的接触为面接触，所述背钳鄂板架下端面的形状与所述壳体的 U形滑槽相匹配，可沿所述U形滑槽周向滑动。由此，在管杆转动过程中，背钳鄂板架可随着被夹持的管杆转动，从而使左牙板和右牙板与管柱完全贴合，因此保证了工作的正常进行，同时，周向运动的背钳鄂板架可以吸收部分因管杆的偏转引起的背钳偏转问题。

进一步地，所述左牙板设于所述左鄂板的右侧，所述右牙板设于所述右鄂板的左侧，所述左牙板和右牙板与管杆接触的面为圆弧形。牙板的圆弧形设计能够使圆弧与所卡紧的管杆外径包容，以提供足够的抱紧力。

进一步地，所述推板沿所述壳体内的纵向滑槽上下滑动。推板的运动方向与背钳驱动的驱动方向一致，纵向滑槽减少了推板与壳体之间的摩擦力。

进一步地，所述推板和所述背钳驱动之间设有连接座，所述连接座和所述背钳驱动之间通过防松螺母连接。使用防松螺母能够使推板和背钳之间的连接更牢固，延长使用寿命。

优选地，所述牙板的材料可以是非金属高分子耐磨材料、金属与与非金属高分子耐磨材料的复合材料或耐磨合金材料。牙板使用耐磨材料，靠牙板与管杆的摩擦力带动滚轮爬坡，可增大于管杆的接触面积，且没有锋利的牙尖，不会切入到管柱表面，不会损伤管柱。

可选地，所述背钳驱动可以为油缸、气缸、液压缸、电动缸或涡轮蜗杆，提供背钳靠近管杆的动力。

本发明较之于现有技术，推板在背钳驱动的推动下，给左右鄂板指向管杆指向的预紧力，使管杆被初步夹紧，在开始上卸扣时，管杆会产生相应的扭矩，该扭矩被传递给鄂板，鄂板上的滚轮沿坡板上的弧形坡面进行爬坡，扭矩越大，滚轮爬坡高度越大，夹紧力越强，从而实现对管杆的牢固夹持，背钳在适用管径范围内，实现对不同管径的管柱的夹持，只要压板不损坏，无需更换牙板，本发明具有设计新颖巧妙、结构简单可靠，降低了安全风险，减轻了工人劳动强度，提高了作业效率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限制。

图1是本发明实施例的小修井自动作业装置结构示意图；

图2是本发明实施例的管杆上卸扣装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的背钳总成的结构示意图；

图4是本发明实施例的背钳的结构示意图；

图5是本发明实施例的背钳的壳体结构示意图；

图6是本发明实施例的背钳的推板结构示意图；

图7是本发明实施例的背钳的背钳鄂板架结构示意图；

图8是本发明实施例的背钳的右鄂板结构示意图；

上图中，平台升降装置1、作业平台2、管杆上卸扣装置3、机械手4、管杆起下装置5、卡盘6、管杆输送装置7、回转轴承31、立柱32、升降座33、伸缩臂34、托架35、背钳总成36、旋扣装置37、伸缩驱动38、升降驱动39、背钳361、盖板362、中对扣体363、左对扣体364、右对扣体365、推杆驱动366、推杆367、左连杆368、右连杆369、背钳驱动 3611、防松螺母3612、连接座3613；左坡板3627、右坡板3622；左鄂板3626、右鄂板3621、轴孔36211、滚轮轴36212、连接凸耳36213；背钳鄂板架3624、左滑槽36241、右滑槽36242；左滚轮3628、右滚轮3623；左牙板3625、右牙板3620；推板3629、左滑块36291、右滑块36292；壳体3630、纵向滑槽36301、横向滑槽36302、U形滑槽36303。

具体实施方式

需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明中所有出现的表示方位的词，若出现术语“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有的特定方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明技术方案的限制。下面将参考附图结合实施例来详细说明本发明。

如图所示，图1是本发明实施例的小修井自动作业装置，包括平台升降装置1、作业平台2、管杆上卸扣装置3、机械手4、管杆起下装置5及卡盘6。作业平台2位于平台升降装置1上，机械手4位于作业平台2上，管杆上卸扣装置3位于平台升降装置1上，管杆起下装置5及卡盘6均位于作业平台2的上方，管杆输送装置7设于作业平台2的一侧。在本发明的具体实施过程中，卡盘6在作业平台2内可处于固定状态。

进一步参见图2，图2是本发明实施例的管杆上卸扣装置3，包括回转轴承31、立柱32、升降座33、伸缩臂34、托架35、背钳总成36、旋扣装置37、伸缩驱动38及升降驱动 39。立柱32安装于回转轴承31，升降座33可滑动地安装于立柱32上，伸缩臂34可转动地安装于升降座33，托架35可转动地安装于伸缩臂34，背钳总成36固定于托架35，旋扣装置37浮动安装于背钳总成36上，伸缩驱动38的一端可转动地安装于升降座33，另一端可转动地安装于伸缩臂34，升降驱动39一端铰链在立柱32上，另一端铰链在升降座33上。

进一步参见图3，图3是本实施例的背钳总成36，包括背钳361、盖板362、中对扣体363、左对扣体364、右对扣体365、推杆驱动366、推杆367、左连杆368及右连杆369。其中，盖板362安装于背钳361上，中对扣体363安装于盖板362上，左对扣体364和右对扣体365可转动地安装在中对扣体363的两侧，推杆驱动366安装于盖板362上，推杆 367安装于推杆驱动366上，左连杆368的两端分别可转动地安装于左对扣体364和推杆 367上，右连杆369的两端分别可转动地安装于右对扣体365和推杆367。

进一步参见图4，图4是本发明实施例的一种背钳结构示意图，包括壳体3630、背钳驱动3611和设置在壳体3630内部的夹持组件，其中，夹持组件包括推板3629、左坡板3627、右坡板3622、背钳鄂板架3624、左鄂板3626、右鄂板3621、左滚轮3628、右滚轮3623、左牙板3625和右牙板3620。

具体地，参见图5，图5是本发明实施例背钳壳体的结构示意图，壳体3630的外表面呈缺口圆环型，壳体3630的内侧左右两边对中设有纵向滑槽36301和横向滑槽36302，以及在壳体3630的缺口处设有U形滑槽36303，在准备夹持前，先通过背钳驱动3611使壳体3630上的缺口对准管杆，使管杆置于缺口中。

参见图6，图6是本发明实施例背钳的推板结构示意图，推板3629内侧为倒置的梯形结构，推板3629的内侧边上设有分别可供左滑槽36241和右滑槽36242滑动的左滑块36291和右滑块36292，左坡板3627和右坡板3622设于推板3629上，可沿左滑块36291和右滑块36292 滑动。同时参见图4和图5，在推板3629沿着壳体3630上的纵向滑槽36301朝背钳驱动3611 的驱动方向滑动时，推板3629上对中设置的左坡板3627和右坡板3622分别沿着左滑块36291 和右滑块36292向下滑动，由于倒置的梯形结构的两条侧边从上到下逐渐向中间聚拢，由此，当左坡板3627和右坡板3622向下滑动的过程中，左坡板3627和右坡板3622之间的间距逐渐减小，可以理解的，推板3629内侧的还可以为V字形或其它构型，以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，因此，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。还需要说明的是，左坡板3627和右坡板3622相对于推板3629来说，是向下滑动的，但是相对于壳体3630来说，没有推板3629运动方向上的滑动，只会沿着壳体3630上的横向滑槽36302向管杆的方向移动，直至牙板与管杆接触，推板3629停止向上滑动，左坡板3627和右坡板3622停止左右滑动。左坡板3627和右坡板3622具有弧形的坡面，左坡板3627和右坡板3622的坡面中间低、两端高，当管杆产生扭矩时，使左滚轮3628和右滚轮3623始终处于爬坡状态。优选地，本申请的左坡板3627和右坡板3622上设有与坡面的弧形一致的通孔，由此，弧形通孔在提供给销轴运动空间的同时，还能起导向作用；通孔的长度小于坡面的长度。

参见图7，图7是本发明实施例背钳的背钳鄂板架结构示意图，左鄂板3626和右鄂板3621 对中设于背钳鄂板架3624中，背钳鄂板架3624包含左滑槽36241和右滑槽36242，左鄂板3626位于背钳鄂板架3624的左滑槽36241中，右鄂板3621位于背钳鄂板架3624的右滑槽 36242中，当左坡板3627和右坡板3622沿壳体3630上的横向滑槽36302移动时，左鄂板3626 和右鄂板3621分别在背钳鄂板架3624上的左滑槽36241和右滑槽36242中朝管杆方向滑动。同时参见图4和图5，背钳鄂板架3624的下端面设于壳体3630的U形滑槽36303中，背钳鄂板架3624的下端面与壳体3630内的U形滑槽36303之间的接触为面接触，背钳鄂板架3624下端面的形状与壳体3630的U形滑槽36303相匹配，可沿U形滑槽36303周向滑动。由此，在管杆转动过程中，背钳鄂板架3624可随着被夹持的管杆转动，从而使左牙板3625和右牙板3620与管柱完全贴合，因此保证了工作的正常进行，同时，周向运动的背钳鄂板架3624 可以吸收部分因管杆的偏转引起的背钳偏转问题。

参见图8，图8是本发明实施例背钳的右鄂板结构示意图，本发明左鄂板3626和右鄂板 3621为结构相同的部件，对称设置于背钳背钳鄂板架3624中，下面以右鄂板3621为例，对右鄂板3621的结构进行说明。右鄂板3621的右侧设有一轴孔36211，右滚轮3623通过滚轮轴36212安装在右鄂板3621的轴孔36211中，右滚轮3623可绕滚轮轴36212转动。同时参见图4，右滚轮3623与右坡板3622的坡面接触，并沿右坡板3622的坡面爬坡，右鄂板3621 右侧伸出的连接凸耳36213与右坡板3622通过销轴连接，销轴穿过右坡板3622上的通孔，并可在弧形的通孔内移动。据此可得知左鄂板3626的结构，左鄂板3626的左侧设有一轴孔36211，左滚轮3628通过滚轮轴36212安装在左鄂板3626的轴孔36211中，左滚轮3628可绕滚轮轴36212转动，左滚轮3628与左坡板3627的坡面接触，并沿左坡板3627的坡面爬坡，左鄂板3626左侧伸出的连接凸耳36213与左坡板3627通过销轴连接，销轴穿过左坡板3627 上的通孔，并可在弧形的通孔内移动。

继续参见图4和图8，左牙板3625设于左鄂板3626的右侧，右牙板3620设于右鄂板3621 的左侧，左牙板3625和右牙板3620与管杆接触的面为圆弧形，牙板的圆弧形设计使圆弧与所卡紧的管杆外径包容，以提供足够的抱紧力。牙板的材料可以是非金属高分子耐磨材料、金属与与非金属高分子耐磨材料的复合材料或耐磨合金材料。本发明的牙板采用耐磨合金材料，靠牙板与管杆的摩擦力带动滚轮爬坡，可增大于管杆的接触面积，且没有锋利的牙尖，不会切入到管柱表面，不会损伤管柱。

参见图4，推板3629和背钳驱动3611之间设有连接座3613，连接座3613和背钳驱动3611之间通过防松螺母3612连接。使用防松螺母3612能够使推板3629和背钳361之间的连接更牢固，延长使用寿命。背钳驱动3611可以为油缸、气缸、液压缸、电动缸或涡轮蜗杆，本发明选用油缸作为背钳驱动3611，提供背钳靠近管杆的动力。

本发明技术方案的具体实施过程如下：

卡盘6卡紧井口管柱，下放管杆起下装置5至井口；管杆输送装置7运动至靠近井口位置；下放管杆起下装置5卡持油管，打开卡盘6，上提管杆起下装置5，使卡盘6松开油管，待管杆起下装置5和油管上移至要求位置，关闭卡盘6，卡紧井口油管。

升降座33在升降驱动39作用下升至最高，伸缩臂34将背钳总成36和旋扣装置37推向井口中心，左对扣体364和右对扣体365关闭，背钳总成36和旋扣装置37下降至油管接箍位置，背钳总成36夹紧油管接箍，在进行上卸扣操作前，推板3629在背钳驱动3611 的推动下，沿着壳体3630上的纵向滑槽36301向油缸驱动的方向滑动，推板3629上的左坡板3627和右坡板3622相对于推板3629向下运动，同时在指向管杆方向的力的作用下，左坡板3627和右坡板3622沿壳体3630上的横向滑槽36302朝管杆方向运动，同时左鄂板 3626和右鄂板3621分别在背钳鄂板架3624上的左滑槽36241和右滑槽36242中朝管杆方向滑动，直至左牙板3625和右牙板3620与管杆接触，给予管杆一定的预紧力，使管杆被初步夹紧。在开始上卸扣时，管杆会产生相应的扭矩，由于左牙板3625和右牙板3620与管杆接触，左牙板3625和右牙板3620与管杆之间的摩擦力分别带动左鄂板3626和右鄂板 3621上的左滚轮3628和右管轮沿左坡板3627和右坡板3622进行爬坡，扭矩越大，滚轮爬坡高度越大，夹紧力越强，从而实现对管杆的牢固夹持。旋扣装置37开始进行上卸扣，上提管杆起下装置5，待油管内混合液释放完毕，左对扣体364和右对扣体365松开，机械手 4将管杆起下装置5卡持的管柱推至管杆输送装置7上，管杆上卸扣装置3复位。

下放管杆起下装置5至要求位置，松开油管，管杆输送装置7自动将油管输送至排管架，准备卡持下一根管柱。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种背钳，其特征在于，包括壳体、设置在所述壳体外部的背钳驱动和设置在所述壳体内部的夹持组件，其中，所述夹持组件包括推板、左坡板、右坡板、背钳鄂板架、左鄂板、右鄂板、左滚轮、右滚轮、左牙板和右牙板，所述背钳驱动与所述推板连接；所述推板位于所述壳体内，可沿所述壳体上下滑动；所述左坡板和右坡板对中设于所述推板上，可沿所述推板内侧边滑动；所述背钳鄂板架设于所述壳体上，可在所述壳体上周向滑动；所述左鄂板和右鄂板对中设于所述背钳鄂板架中，可分别在所述背钳鄂板架的左滑槽和右滑槽中前后滑动，所述左鄂板和右鄂板上设有轴孔，所述左滚轮和右滚轮分别通过滚轮轴安装在所述左鄂板和右鄂板的轴孔中，所述左滚轮和右滚轮可绕滚轮轴转动，所述左滚轮和右滚轮可分别沿所述左坡板和右坡板爬坡；所述左鄂板和右鄂板上的连接凸耳分别与所述左坡板和右坡板通过销轴连接，所述销轴穿过所述左坡板和右坡板上的弧形的通孔，并可在通孔内移动；所述左牙板和右牙板分别设于所述左鄂板和右鄂板上。

2.根据权利要求1所述的一种背钳，其特征在于，所述壳体的外表面呈缺口圆环型，所述壳体的内侧左右两边对中设有纵向滑槽和横向滑槽，以及在所述壳体的缺口处设有U形滑槽。

3.根据权利要求1所述的一种背钳，其特征在于，所述推板内侧为倒置的开口梯形结构，所述推板的内侧边上设有分别可供所述左坡板和右坡板滑动的左滑块和右滑块。

4.根据权利要求1所述的一种背钳，其特征在于，所述左坡板和右坡板具有弧形的坡面，且所述左坡板和右坡板可沿所述壳体内侧的横向滑槽左右滑动。

5.根据权利要求1所述的一种背钳，其特征在于，所述背钳鄂板架的下端面设于所述壳体的U形滑槽中，所述背钳鄂板架的下端面与壳体内的U形滑槽之间的接触为面接触，所述背钳鄂板架下端面的形状与所述壳体的U形滑槽相匹配，可沿所述U形滑槽周向滑动。

6.根据权利要求1所述的一种背钳，其特征在于，所述左牙板设于所述左鄂板的右侧，所述右牙板设于所述右鄂板的左侧，所述左牙板和右牙板与管杆接触的面为圆弧形。

7.根据权利要求1所述的一种背钳，其特征在于，所述推板沿所述壳体内的纵向滑槽上下滑动。

8.根据权利要求1所述的一种背钳，其特征在于，所述推板和所述背钳驱动之间设有连接座，所述连接座和所述背钳驱动之间通过防松螺母连接。

9.根据权利要求1所述的一种背钳，其特征在于，所述牙板的材料可以是非金属高分子耐磨材料、金属与与非金属高分子耐磨材料的复合材料或耐磨合金材料。

10.根据权利要求8所述的一种背钳，其特征在于，所述背钳驱动可以为油缸、气缸、液压缸、电动缸或涡轮蜗杆。

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