CN112523706B - 一种扭矩测控装置及钻杆动力钳和套管动力钳 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种扭矩测控装置，包括：扭矩测控终端机；用于检测动力钳旋转圈数和方向的动力钳旋转检测装置，与扭矩测控终端机连接；用于检测管杆旋转圈数和方向的管杆旋转检测装置，与扭矩测控终端机连接。本发明有益效果：可以有效精准的对动力钳的上扣和卸扣进行监控，判断动力钳当前的工作状态是否正常，减小依靠压力驱动系统的工作压力来换算动力钳的输出扭矩和检测旋转圈数时存在的误差，提高动力钳的上扣和卸扣质量及效率，有效记录动力钳的工作时间及旋转圈数，通过记录和存储历史数据以对动力钳的使用状况进行数据的分析和处理，为动力钳及时保养提供准确依据。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻采领域，特别是指一种扭矩测控装置及钻杆动力钳和套管动力钳。
背景技术
动力钳广泛应用于石油、地质等行业，在石油行业中，动力钳主要分为钻杆动力钳、套管动力钳和油管动力钳等。为了保证石油钻杆、套管或油管上扣卸扣的安全，国际上针对不同钢级不同尺寸的材料制定了API参数，规定了动力钳上卸扣的扭矩范围。如果上扣扭矩过大，就会损坏管杆螺纹，出现粘扣，影响螺纹连接强度和密封性。如果扭矩太小，就会导致松扣、脱扣和密封不严。因此管杆上扣卸扣时对动力钳扭矩的监控，是确保油井作业安全的一个重要措施。
目前较为智能化的扭矩测控装置会在动力钳上设置上卸扣传感器、扭矩传感器和圈数传感器：上卸扣传感器安装于可以检测到动力钳上扣夹紧和卸扣夹紧切换的位置上，在大钳进入上扣夹紧或卸扣夹紧时上卸扣传感器可以给出对应的上扣状态或卸扣状态信号，用于判断动力钳上的上卸扣状态，其原理为检测是否有物体接近传感器，其监测上卸扣状态；扭矩传感器安装于可以测量到动力钳上、卸扣扭矩的位置上，用于检测上扣扭矩以及卸扣扭矩；圈数传感器检测上卸扣过程中的旋转方向和圈数，其原理为利用设置在动力钳上的开口齿轮接惰轮，惰轮接闭口齿轮，闭口齿轮接权属编码器，利用闭口齿轮的转速来计算开口齿轮的转速，从而获取到圈数数据。通过上卸扣传感器、扭矩传感器和圈数传感器，可以判断动力钳当前的工作状态是否正常，并记录和存储历史数据以对动力钳的使用状况进行数据的分析和处理，为动力钳及时保养提供准确依据。
但是，由于动力钳一般使用频率较高、工作强度较大，导致机械部件磨损较快，例如闭口齿轮、惰轮接和开口齿轮等。这也使得动力钳的压力驱动系统的工作压力与动力钳输出扭矩之间的关系曲线在使用初期与使用后期相比发生较大变化，而这一变化过程是渐进的，因此依靠压力驱动系统的工作压力来一成不变地换算动力钳的输出扭矩和检测旋转圈数是存在较大误差的，同时也无法为动力钳的保养提供准确的依据。
同时，油田作业现场环境恶劣，相关的设备需要具有防水、防污、抗干扰能力强、拆装方便和安全可靠性高等特点。
故亟需一种可以准确换算动力钳的输出扭矩和检测旋转圈数的扭矩测控装置及钻杆动力钳和套管动力钳，以及防水、防污、抗干扰能力强、拆装方便和安全可靠性高的扭矩测控装置，以便为动力钳的保养提供准确的依据。
发明内容
本发明提出一种扭矩测控装置及钻杆动力钳和套管动力钳，解决了现有技术中上述的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种扭矩测控装置，包括：
扭矩测控终端机；
用于检测动力钳旋转圈数和方向的动力钳旋转检测装置，与所述扭矩测控终端机连接；
用于检测管杆旋转圈数和方向的管杆旋转检测装置，与所述扭矩测控终端机连接。
进一步地，所述管杆旋转检测装置包括：
用于检测管杆旋转圈数和方向的旋转检测器；
用于安装并带动所述旋转检测器相对于所述管杆运动的联动装置，与所述旋转检测器连接；
用于对所述联动装置进行限位和导向的滑动装置，与所述联动装置匹配；
用于为所述联动装置提供动力的动力装置，与所述联动装置和所述滑动装置匹配；
用于安装所述联动装置、所述滑动装置和所述动力装置的安装座，与所述联动装置、所述滑动装置和所述动力装置匹配。
进一步地，所述安装座包括：
挡板，所述挡板上设有通孔；
连接筒，所述连接筒一端与所述挡板连接，所述连接筒内设有滑动腔，所述滑动腔与所述通孔连通；
滑动槽，所述滑动槽设置于所述连接筒侧壁上。
进一步地，所述动力装置为弹簧，所述动力装置设置于所述滑动腔内，所述动力装置一端抵靠在所述挡板上。
进一步地，所述滑动装置包括：
滑动块，包括滑动块本体、螺纹孔和限位块，所述滑动块本体内设有所述螺纹孔，所述滑动块本体的一端设置于所述滑动腔内，所述滑动块本体设置于所述滑动腔内的一端设有所述限位块，所述限位块设置于所述滑动槽内。
进一步地，所述联动装置包括：
支座，所述旋转检测器设置于所述支座上；
螺杆，所述螺杆设置于所述滑动腔内，所述螺杆的一端穿过所述通孔，所述螺杆的另一端穿过所述螺纹孔与所述支座连接；
螺母，包括调节螺母和锁定螺母，所述调节螺母与所述螺杆穿过所述通孔的一端连接，所述锁定螺母与所述螺杆穿过所述螺纹孔的一端连接。
进一步地，本发明所述的扭矩测控装置，还包括保护壳，所述保护壳包括：
前壳，包括前壳窗板、前壳顶板、前壳底板和前壳侧板，所述前壳窗板、所述前壳顶板、所述前壳底板和所述前壳侧板围合形成后侧开口的所述前壳，所述前壳窗板包括前壳窗板主板和设置于所述前壳窗板主板边缘的前壳窗板卷接部，所述前壳顶板和前壳底板均包括前壳主板、设置于所述前壳主板前端边缘的第一前壳卷接部和设置于所述前壳主板后端边缘的第二前壳卷接部，所述第一前壳卷接部与所述前壳窗板卷接部压卷连接；
后壳，包括后壳前板、后壳顶板、后壳底板、后壳后板、弹性卡接板和延伸卡接板，所述后壳前板、所述后壳顶板、所述后壳底板和所述后壳后板围合形成左右两侧开口的所述后壳，所述后壳顶板和所述后壳底板上均设有所述弹性卡接板，所述后壳后板上下两端均与所述延伸卡接板连接以形成与所述第二前壳卷接部匹配的连接槽，所述延伸卡接板边缘设有延伸卡接板卷接部；
罩壳，与所述前壳前侧扣合连接；
其中，所述扭矩测控终端机设置于所述前壳与所述后壳围合形成的空间内。
进一步地，所述前壳还包括：
拆装槽，设置于所述前壳顶板和前壳底板上，与所述弹性卡接板匹配；
螺孔，设置于所述延伸卡接板上，与所述拆装槽和所述弹性卡接板匹配；
螺柱，设置于螺孔内，与所述拆装槽、所述弹性卡接板和所述螺孔匹配。
一种钻杆动力钳，包括上述任一项所述的扭矩测控装置。
一种套管动力钳，包括上述任一项所述的扭矩测控装置。
本发明的有益效果为：
本发明所述的扭矩测控装置及钻杆动力钳和套管动力钳，动力钳旋转检测装置可以检测动力钳旋转圈数和方向，管杆旋转检测装置可以检测管杆旋转圈数和方向，扭矩测控终端机通过获取和分析动力钳旋转圈数和方向及管杆旋转圈数和方向，可以有效精准的对动力钳的上扣和卸扣进行监控，判断动力钳当前的工作状态是否正常，减小依靠压力驱动系统的工作压力来换算动力钳的输出扭矩和检测旋转圈数时存在的误差，提高动力钳的上扣和卸扣质量及效率，有效记录动力钳的工作时间及旋转圈数，通过记录和存储历史数据以对动力钳的使用状况进行数据的分析和处理，为动力钳及时保养提供准确依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种扭矩测控装置的动力钳旋转检测装置和管杆旋转检测装置的使用状态图；
图2为本发明一种扭矩测控装置的管杆旋转检测装置的结构示意图；
图3为本发明一种扭矩测控装置的管杆旋转检测装置的另一结构示意图；
图4为本发明一种扭矩测控装置的结构示意图；
图5为本发明一种扭矩测控装置的前壳的结构示意图；
图6为本发明一种扭矩测控装置的后壳的结构示意图；
图7为本发明一种扭矩测控装置的螺柱的结构示意图。
图中：
1、扭矩测控终端机；2、动力钳旋转检测装置；3、管杆旋转检测装置；301、旋转检测器；302、动力装置；303、挡板；304、通孔；305、连接筒；306、滑动腔；307、滑动槽；308、滑动块；3081、滑动块本体；3082、螺纹孔；3083、限位块；309、支座；310、螺杆；311、调节螺母；312、锁定螺母；4、前壳；401、前壳窗板；4011、前壳窗板主板；4012、前壳窗板卷接部；402、前壳顶板；403、前壳底板；404、前壳侧板；405、第一前壳卷接部；406、第二前壳卷接部；407、拆装槽；408、螺孔；409、螺柱；4091、螺柱本体；4092、螺柱限位翅；410、前壳主板；5、后壳；501、后壳前板；502、后壳顶板；503、后壳底板；504、后壳后板；505、弹性卡接板；506、延伸卡接板；507、连接槽；508、延伸卡接板卷接部；6、罩壳；601、罩壳主板；602、罩壳卷接部；。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-7所示，本发明所述的一种扭矩测控装置，包括：
扭矩测控终端机1；
用于检测动力钳旋转圈数和方向的动力钳旋转检测装置2，与扭矩测控终端机1连接；
用于检测管杆旋转圈数和方向的管杆旋转检测装置3，与扭矩测控终端机1连接。
具体地，动力钳旋转检测装置2为编码器，通过动力钳旋转检测装置2可以检测动力钳旋转圈数和方向，具体可以检测电机的转速和方向，同时可以通过管杆旋转检测装置3检测钻杆或套管的转速和方向，从而了解工作状况，并且可以通过扭矩测控终端机1计算出差值，也即误差，根据历史记录进行补偿，并且可以实时对动力钳进行调整，方便了数据采集、分析和设备的保养。
本发明所述的扭矩测控装置，动力钳旋转检测装置2可以检测动力钳旋转圈数和方向，管杆旋转检测装置3可以检测管杆旋转圈数和方向，扭矩测控终端机1通过获取和分析动力钳旋转圈数和方向及管杆旋转圈数和方向，可以有效精准的对动力钳的上扣和卸扣进行监控，判断动力钳当前的工作状态是否正常，减小依靠压力驱动系统的工作压力来换算动力钳的输出扭矩和检测旋转圈数时存在的误差，提高动力钳的上扣和卸扣质量及效率，有效记录动力钳的工作时间及旋转圈数，通过记录和存储历史数据以对动力钳的使用状况进行数据的分析和处理，为动力钳及时保养提供准确依据。
其中，所述管杆旋转检测装置3包括：
用于检测管杆旋转圈数和方向的旋转检测器301；
用于安装并带动旋转检测器301相对于管杆运动的联动装置，与旋转检测器301连接；
用于对联动装置进行限位和导向的滑动装置，与联动装置匹配；
用于为联动装置提供动力的动力装置302，与联动装置和滑动装置匹配；
用于安装联动装置、滑动装置和动力装置302的安装座，与联动装置、滑动装置和动力装置302匹配。
具体地，旋转检测器301可以为编码器；安装座可以安装在动力钳上，也可以单独设置，只要其能安装联动装置、滑动装置和动力装置302，以使旋转检测器301检测管杆旋转圈数和方向即可。
其中，所述安装座包括：
挡板303，挡板303上设有通孔304；
连接筒305，连接筒305一端与挡板303连接，连接筒305内设有滑动腔306，滑动腔306与通孔304连通；
滑动槽307，滑动槽307设置于连接筒305侧壁上。
具体地，连接筒305可以为方形连接筒，也可以为圆形连接筒；滑动槽307的数量为两个，以对称设置于连接筒305侧壁上。
其中，所述动力装置302为弹簧，动力装置302设置于滑动腔306内，动力装置302一端抵靠在挡板303上。动力装置302采用弹簧，结构简单，不需要提供外力，由弹簧自身的弹力就可以使旋转检测器301具备弹性自适应能力，从而使旋转检测器301可随管杆直径或表面平整情况前后伸缩，确保旋转检测器301始终与管杆紧密接触，旋转检测器301能与管杆最大面积接触，管杆表面有凸凹不平时，旋转检测器301通过联动装置带动滑动装置在安装座内滑动，压缩弹簧，还可以避免刚性碰撞损坏旋转检测器301。
其中，所述滑动装置包括：
滑动块308，包括滑动块本体3081、螺纹孔3082和限位块3083，滑动块本体3081内设有螺纹孔3082，滑动块本体3081的一端设置于滑动腔306内，滑动块本体3081设置于滑动腔306内的一端设有限位块3083，限位块3083设置于滑动槽307内。
其中，所述联动装置包括：
支座309，旋转检测器301设置于支座309上；
螺杆310，螺杆310设置于滑动腔306内，螺杆310的一端穿过通孔304，螺杆310的另一端穿过螺纹孔3082与支座309连接；
螺母，包括调节螺母311和锁定螺母312，调节螺母311与螺杆310穿过通孔304的一端连接，锁定螺母312与螺杆310穿过螺纹孔3082的一端连接。
具体地，调节螺母311可以调整调节螺母311与锁定螺母312之间的螺杆310的长度，从而调整弹簧被压缩的程度；锁定螺母312可以使滑动块308与弹簧紧紧抵靠在一起。
其中，本发明所述的扭矩测控装置，还包括保护壳，所述保护壳包括：
前壳4，包括前壳窗板401、前壳顶板402、前壳底板403和前壳侧板404，前壳窗板401、前壳顶板402、前壳底板403和前壳侧板404围合形成后侧开口的前壳4，前壳窗板401包括前壳窗板主板4011和设置于前壳窗板主板4011边缘的前壳窗板卷接部4012，前壳顶板402和前壳底板403均包括前壳主板410、设置于前壳主板410前端边缘的第一前壳卷接部405和设置于前壳主板410后端边缘的第二前壳卷接部406，第一前壳卷接部405与前壳窗板卷接部4012压卷连接；
后壳5，包括后壳前板501、后壳顶板502、后壳底板503、后壳后板504、弹性卡接板505和延伸卡接板506，后壳前板501、后壳顶板502、后壳底板503和后壳后板504围合形成左右两侧开口的后壳5，后壳顶板502和后壳底板503上均设有弹性卡接板505，后壳后板504上下两端均与延伸卡接板506连接以形成与第二前壳卷接部406匹配的连接槽507，延伸卡接板506边缘设有延伸卡接板卷接部508；
罩壳6，与前壳4前侧扣合连接，罩壳包括罩壳主板601和设置于罩壳主板601边缘的罩壳卷接部602；
其中，扭矩测控终端机1设置于前壳4与后壳5围合形成的空间内。
具体地，前壳窗板主板4011上设有视窗，以便设置扭矩测控终端机1时，可以读取扭矩测控终端机1上显示的信息；前壳主板410与第一前壳卷接部405之间和前壳主板410与第二前壳卷接部406之间均设有L型过渡板，通过设置L型过渡板，可以在扣合时容纳卷接部，提升密封性能，并且外形简洁美观，同时还可以在扭矩测控终端机1的上方和下方形成空间，提升防震、防爆、抗干扰等安全性，并且形成的空间也可以用于放置密封物，或者用于布线等。
本发明所述的扭矩测控装置，将前壳4插入后壳5的连接槽507即可形成完全密封的保护壳，操作简便，并且第二前壳卷接部406压入连接槽507后，弹性卡接板505将第二前壳卷接部406卡住，可以实现一旦插入、无法拔出的效果，使弹性卡接板505和第二前壳卷接部406在不发生不可恢复的形变的情况下无法拔出，安全可靠；同时后壳前板501与后壳后板504之间还留有空间，一方面可以根据实际情况设置电子元器件或线路，另一方面提升了防震防爆抗干扰等安全性。
其中，前壳侧板404的边缘也可以设置第二前壳卷接部406，后壳后板504左右两端均与延伸卡接板506连接以形成与第二前壳卷接部406匹配的连接槽507，并且后壳前板501与后壳后板504之间设置后壳侧板以安装弹性卡接板505，从而进一步提升密封性能和安全性能。
其中，所述前壳4还包括：
拆装槽407，设置于前壳顶板402和前壳底板403上，与弹性卡接板505匹配；
螺孔408，设置于延伸卡接板506上，与拆装槽407和弹性卡接板505匹配；
螺柱409，设置于螺孔408内，与拆装槽407、弹性卡接板505和螺孔408匹配。
具体地，拆装槽407为通槽，当旋入螺柱409时，螺柱409压紧弹性卡接板505，使弹性卡接板505复位，拉动前壳4，即可将前壳4与后壳5分开，以适应需要拆装前壳4与后壳5的情况。
其中，所述螺柱409包括：
螺柱本体4091，设置于螺孔408内，与拆装槽407匹配；
螺柱限位翅4092，与螺柱本体4091连接。
具体地，螺柱限位翅4092在不影响旋入螺柱本体4091的前提下，避免螺柱本体4091旋出过多，造成丢失，提升了实用性和便利性。
本发明还提供了一种钻杆动力钳，包括如上任一项所述的扭矩测控装置。
本发明还提供了一种套管动力钳，包括如上任一项所述的扭矩测控装置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种扭矩测控装置，其特征在于，包括：
扭矩测控终端机(1)；
用于检测动力钳旋转圈数和方向的动力钳旋转检测装置(2)，与所述扭矩测控终端机(1)连接；
用于检测管杆旋转圈数和方向的管杆旋转检测装置(3)，与所述扭矩测控终端机(1)连接；
保护壳，所述保护壳包括：
前壳(4)，包括前壳窗板(401)、前壳顶板(402)、前壳底板(403)和前壳侧板(404)，所述前壳窗板(401)、所述前壳顶板(402)、所述前壳底板(403)和所述前壳侧板(404)围合形成后侧开口的所述前壳(4)，所述前壳窗板(401)包括前壳窗板主板(4011)和设置于所述前壳窗板主板(4011)边缘的前壳窗板卷接部(4012)，所述前壳顶板(402)和前壳底板(403)均包括前壳主板(410)、设置于所述前壳主板(410)前端边缘的第一前壳卷接部(405)和设置于所述前壳主板(410)后端边缘的第二前壳卷接部(406)，所述第一前壳卷接部(405)与所述前壳窗板卷接部(4012)压卷连接；
后壳(5)，包括后壳前板(501)、后壳顶板(502)、后壳底板(503)、后壳后板(504)、弹性卡接板(505)和延伸卡接板(506)，所述后壳前板(501)、所述后壳顶板(502)、所述后壳底板(503)和所述后壳后板(504)围合形成左右两侧开口的所述后壳(5)，所述后壳顶板(502)和所述后壳底板(503)上均设有所述弹性卡接板(505)，所述后壳后板(504)上下两端均与所述延伸卡接板(506)连接以形成与所述第二前壳卷接部(406)匹配的连接槽(507)，所述延伸卡接板(506)边缘设有延伸卡接板卷接部(508)；
罩壳(6)，与所述前壳(4)前侧扣合连接，所述罩壳包括罩壳主板(601)和设置于所述罩壳主板(601)边缘的罩壳卷接部(602)；
其中，所述扭矩测控终端机(1)设置于所述前壳(4)与所述后壳(5)围合形成的空间内。
2.根据权利要求1所述的扭矩测控装置，其特征在于，所述管杆旋转检测装置(3)包括：
用于检测管杆旋转圈数和方向的旋转检测器(301)；
用于安装并带动所述旋转检测器(301)相对于所述管杆运动的联动装置，与所述旋转检测器(301)连接；
用于对所述联动装置进行限位和导向的滑动装置，与所述联动装置匹配；
用于为所述联动装置提供动力的动力装置(302)，与所述联动装置和所述滑动装置匹配；
用于安装所述联动装置、所述滑动装置和所述动力装置(302)的安装座，与所述联动装置、所述滑动装置和所述动力装置(302)匹配。
3.根据权利要求2所述的扭矩测控装置，其特征在于，所述安装座包括：
挡板(303)，所述挡板(303)上设有通孔(304)；
连接筒(305)，所述连接筒(305)一端与所述挡板(303)连接，所述连接筒(305)内设有滑动腔(306)，所述滑动腔(306)与所述通孔(304)连通；
滑动槽(307)，所述滑动槽(307)设置于所述连接筒(305)侧壁上。
4.根据权利要求3所述的扭矩测控装置，其特征在于，所述动力装置(302)为弹簧，所述动力装置(302)设置于所述滑动腔(306)内，所述动力装置(302)一端抵靠在所述挡板(303)上。
5.根据权利要求4所述的扭矩测控装置，其特征在于，所述滑动装置包括：
滑动块(308)，包括滑动块本体(3081)、螺纹孔(3082)和限位块(3083)，所述滑动块本体(3081)内设有所述螺纹孔(3082)，所述滑动块本体(3081)的一端设置于所述滑动腔(306)内，所述滑动块本体(3081)设置于所述滑动腔(306)内的一端设有所述限位块(3083)，所述限位块(3083)设置于所述滑动槽(307)内。
6.根据权利要求5所述的扭矩测控装置，其特征在于，所述联动装置包括：
支座(309)，所述旋转检测器(301)设置于所述支座(309)上；
螺杆(310)，所述螺杆(310)设置于所述滑动腔(306)内，所述螺杆(310)的一端穿过所述通孔(304)，所述螺杆(310)的另一端穿过所述螺纹孔(3082)与所述支座(309)连接；
螺母，包括调节螺母(311)和锁定螺母(312)，所述调节螺母(311)与所述螺杆(310)穿过所述通孔(304)的一端连接，所述锁定螺母(312)与所述螺杆(310)穿过所述螺纹孔(3082)的一端连接。
7.根据权利要求1所述的扭矩测控装置，其特征在于，所述前壳(4)还包括：
拆装槽(407)，设置于所述前壳顶板(402)和前壳底板(403)上，与所述弹性卡接板(505)匹配；
螺孔(408)，设置于所述延伸卡接板(506)上，与所述拆装槽(407)和所述弹性卡接板(505)匹配；
螺柱(409)，设置于螺孔(408)内，与所述拆装槽(407)、所述弹性卡接板(505)和所述螺孔(408)匹配。
8.一种钻杆动力钳，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述的扭矩测控装置。
9.一种套管动力钳，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述的扭矩测控装置。
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