CN2202180Y - 全液压传动多功能动力头 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于钻井机械技术领域。它主要由 空心主轴、中心管、齿轮、箱体等构成，空心主轴内装 有中心管，它们之间具有环形通道，通过可换接头、悬 挂短节与双壁钻杆相联接。空心主轴上装着主动齿 轮。该动力头靠液压系统控制、可实现提升、下压钻 具，使钻具正、反向旋转或翘举、侧摆等作业，适合于 小型钻机应用。

Description

本实用新型属於钻井机械技术领域，涉及一种钻井动力传动装置。

目前常规的钻井机械是通过转盘将动力传递给方钻杆，带动钻杆、钻铤及钻头旋转进行钻井作业，由钢丝绳滑轮组通过吊卡起（下）钻具，由人工借助大钳上紧或卸开钻杆丝扣，通常要六个人才能完成正常钻井作业。工人劳动强度大，危险性大，技术落后，成本高，效率低，特别是钻深度不超过500米的浅井时更是高投入低产出很不经济。利用这种钻机打井，由于其本身结构的原因，泥浆只能正循环，即从水龙头顶部进泥浆，通过钻具中心孔到井底，再从井壁与钻杆之间的环形空间返出地面。这种泥浆流程对於大口径的水井来说势必造成泥浆上返速度很低，大量岩屑无法返出地面而在井底重复破碎，严重影响钻速提高。这类钻机设备庞大笨重，搬迁困难，需要车辆多，井场占地面积大，成本高。虽然现在有一些定型生产的水文水井钻机具有小巧灵便、利於搬迁等优点，但由于功率太小且都是正循环流程，泥浆上返速度太低，不适用於钻大口径水井，同时也存在机械化自动化程度低、钻井速度慢、工期长、工效低、工人劳动强度大等缺陷。

本实用新型的目的是为了提供一种在钻机上安装的全液压传动多功能动力头。利用它可具备提升（下放）、下压钻具、使钻具正转或反转、抓卡钻杆和翘举、侧摆功能，该动力头还有向井下输压缩空气、进泥浆或返出泥浆等共十项功能。利用该动力取代了一般钻机的大钩、水龙头、方钻杆、转盘、大钳、吊卡、卡瓦等七台（套）部件，并且在钻井过程中实现正循环和气举反循环两种循环工艺，同时还可减轻钻机重量，实现车装化便於搬迁，提高钻机的机械化自动化水平，缩小井场占地面积，减轻工人的劳动强度，提高工效，降低成本。

本实用新型的技术方案是这样实现的，一种由鹅颈管、安装在鹅颈管下方的中心管及可换接头等构成的全液压传动多功能动力头，其特殊之处在於：

（1）中心管安装在空心主轴内，它们之间形成环形通道；

（2）空心主轴上端与鹅颈管联接，空心主轴上安装有进气盒，进气盒的进气孔与空心主轴和中心管之间的环形通道相连通；

（3）空心主轴中部装有主动齿轮和推力轴承；

（4）空心主轴下端装有可换接头和托盘。可换接头内装有悬挂短节和密封套，它们和可换接头之间也形成环形通道，该通道的上端与空心主轴和中心管之间的环形通道相连通；

（5）托盘下方悬挂有可以径向活动的爪子；

（6）空心主轴通过轴承安装在外壳内；

（7）外壳的上部装有施力销轴和悬挂销轴；

（8）托盘上方装有推力轴承；

（9）推力轴承盒与外壳之间安装有液压油缸。

在上述的技术方案中，其特殊之处还在於：

（1）鹅颈管通过法兰安装在支架法兰上，支架固定在齿轮箱压盖上；

（2）外壁管上安装有进气盒，进气盒上有进气孔，进气盒内装有密封圈；

（3）空心主轴上端与外壁管联接，外壁管里有内壁管，它们之间形成环形通道，该通道上部通进气孔，下端与中心管上端的气槽相连通；

（4）中心管上端通过螺纹并借助于压帽与外壁管联接在一起并密封；

（5）空心主轴上部通过轴承安装在箱盖内；

（6）主动齿轮通过平键固定在空心主轴上；

（7）齿轮箱体内，在空心主轴的台阶上下方各安装一付推力轴承，推力轴承调整压圈靠螺钉固定在齿轮箱体内；

（8）空心主轴下部通过轴承固定在轴承盒内，轴承盒通过螺钉安装在齿轮箱的下端；

（9）空心主轴的下端与双法兰短节联接，双法兰短节的下端又通过螺栓与接头法兰和主动轴套联接在一起；

（10）接头法兰下端靠螺纹与可换接头联接；

（11）中心管的下端和可换接头内装有悬挂短节，悬挂短节与双法兰短节、接头法兰之间形成环形通道，该通道的上部与空心主轴和中心管之间的通道相通；

（12）悬挂短节的下端装有密封套，密封套上有密封圈；

（13）主动轴套外套装有托盘，托盘托着推力轴承一起装在推力轴承盒内，它们可以沿主动轴套上下滑动，托盘的底面上均匀分布着三个丁字槽，每个丁字槽中挂一个爪子，爪子的内表面上镶嵌着牙块，其外表面为一斜面，插入到卡盘内并靠在与其斜度相同的斜面上；

（14）下密封盖上有油缸支架，推力轴承盒的外圆上有油缸座，靠压盖将油缸固定在油缸座上，靠销轴将活塞杆与油缸支架联接；

（15）卡盘坐在内齿托盘上，靠钢球定位，卡盘在内齿托盘上可以自由转动，转到一定工作位置后靠销钉定向。用卡环将内齿托盘安装在主动轴套下端的外齿上，并用螺钉将卡环固定在卡紧槽中；

（16）销轴装在倾翻支板上，而倾翻支板又分别与齿轮箱和箱盖联为一体。

本实用新型的优点是：在钻机上采用该动力头，可以大大减少设备的数量、体积和重量，对於打浅井的钻机，可以全部安装在一台卡车上，实现钻机车装化，便於搬迁。利用该动力头，可以实现泥浆正循环和气举反循环两种钻井工艺。气举反循环工艺提高了泥浆的上返速度，从而提高了成井质量和效率，并能有效地保护地层产能，特别适合於打大口径井和低压浅层油井。

利用该动力头可以提高钻机的机械化、自动化程度，使自动化操作可占全部钻井操作的68％，工人劳动强度低，原来要六个人才能完成的起下钻作业可减少到2～3人，工效提高2～3倍。

附图1为本实用新型的剖面示意图。

附图2为本实用新型在桅架上安装的示意图。

下面结合附图做进一步说明（实施例）：

鹅颈管1与法兰2焊为一体，用螺钉将其固定在支架法兰3上。支架9焊接固定在齿轮箱压盖55上。进气盒7上有进气口8，进气盒7内装有密封圈6，上下方分别装有上下盖且用螺钉固定，上盖5内有密封圈4。进气盒整体套装在外壁管10上并用螺钉将上盖5固定在支架法兰3的下面。内壁管11的上下端各有一个密封槽，槽内装有“O”型密封圈，内壁管11装在外壁管10内，它们之间形成环形通道，该通道上部与进气口8相通，下端与外壁管10的气孔相通。压帽12压在外壁管10的台阶上并靠螺纹与中心管20联接，使外壁管10下部的气孔与中心管20上部的气槽连通。围绕气槽，在中心管20上端面与内壁管11的下端面之间、中心管20与压帽12之间均有密封圈。主动齿轮19通过键18安装在空心主轴16上，空心主轴16上端有轴承15安装在齿轮箱盖17内，齿轮箱盖17则靠螺钉与齿轮箱24、密封盖14联接在一起，密封盖14内装有密封填料。旋转压盖13通过螺钉固定在空心主轴16的上端，空心主轴16内装有中心管20，它们之间形成通道21。压盖55是靠螺钉固定在密封盖14上。在空心主轴16中部的台阶上下分别装有推力轴承23和25，推力轴承调整盘22靠螺钉固定在齿轮箱24上。空心主轴下端有轴承27安装在轴承盒26内，轴承盒26则靠螺钉安装在齿轮箱24的下端，下密封盖28用螺钉固定在轴承盒26的下端双法兰短节29的上端用螺钉分别与空心主轴16和中心管20联接在一起，其下端与接头法兰31和主动轴套32靠螺栓联接在一起。悬挂短节30的上部装在中心管20下端的台阶内。可换接头36靠螺纹与接头法兰31下部的母螺纹旋紧，并将悬挂短节30的下部固定在其中，悬挂短节30和双法兰短节29、接头法兰31之间形成环形通道，此通道上端通过中心管20下端的气孔与中心管20和空心主轴16之间的通道21相通，其下端通过悬挂短节30下部的气槽与悬挂短节30和可换接头36之间的通道相通。托盘39的下端面上有径向丁字形槽，其外圆柱面上有推力轴承34、37，且共同置於推力轴承盒35内，靠压板和调节螺母将推力轴承34、37压住。托盘39连同轴承34、37和轴承盒35一起套装在主动轴套32上且靠两只液缸支撑。推力轴承盒35外表面上靠销钉固定着滑块38，护板33上开有长孔可容滑块38在其中上下滑动，用螺钉将护板33固定在下密封盖28上。推力轴承盒35外侧有液缸座49，靠压盖50将液缸体51固定在液缸座49上。支架54与下密封盖28焊为一体，靠销轴53将液缸活塞杆52和支架54联接。爪子48（共三个）挂在托盘39下端的径向丁字槽中，爪子48内表面上的轴向燕尾槽中装有牙块47，爪子48的外工作面为一斜面，其斜度与卡盘41的内面斜度一致。卡盘41通过卡盘座42、卡环45安装在主动轴套32的下端，卡盘41与卡盘座42之间的环形槽中装有钢球43做轴向定位，由销钉46定向。倾翻支板56、57分别与齿轮箱24和齿轮箱盖17焊为一体，倾翻支板56、57上装有悬挂销轴58和施力销轴59。在本实施例中，由密封盖14、齿轮箱盖17、齿轮箱24、轴承盒26、下密封盖28等件组成本动力头的外壳。

通过悬挂装置61将本动力头62悬挂在桅架69上，并借助提环60与游动滑车64联接且靠游动滑车64提升重负荷。将减速器68安装在本动力头的齿轮箱24上，使减速器68的输出齿轮与本动力头的主动齿轮19相啮合。将翘举液缸66的活塞杆与施力销轴59联接，通过活塞杆的伸缩，可带动动力头绕悬挂销轴58倾翻，从而实现动力头的翘举作业。通过液缸51带动推力轴承盒35、托盘39上下活动，使三个爪子48沿卡盘41的内斜面运动，从而实现三个爪子互相靠拢将钻杆卡紧。可换接头36的钻杆螺纹与双壁钻杆外管的钻杆螺纹联接，密封套40则插入到双壁钻杆的内管联接套中联接并且密封。减速器68将液马达67的动力传递给动力头的主动齿轮19，使空心主轴16和中心管20一起转动，带动双法兰短节29、接头法兰31、主动轴套32、卡盘41、爪子48等一起旋转，从而完成上扣、卸扣和钻进作业。拉压液缸63可代替游动滑车64带动动力头提升较轻负荷，并可给动力头施加下压力以完成钻井中的下压作业。侧摆液缸65可使动力头绕悬挂竖轴旋转90°，侧摆到井口中心之外以利於起下大钻具。

使用本动力头钻井时，可采用气举反循环工艺钻进，即泥浆从井壁和钻杆之间的环形空间进入井眼内，而从钻杆中心水眼返出到地面。从动力头和双壁钻杆的环形气道向井下输送压缩空气，靠压缩空气推举泥浆从钻杆水眼中上升实现气举反循环。使用该工艺可大大提高泥浆的上返速度，有利於提高钻井速度、成井质量并可保护地层产能、提高产量。必要时仍可采用正循环工艺，或正反循环工艺交替使用。

Claims (2)

1、一种由鹅颈管(1)、安装在鹅颈管(1)下方的中心管(20)等件构成的全液压传动多功能动力头，其特征是

(1)中心管(20)安装在空心主轴(16)内，它们之间形成环形通道(21)；

(2)空心主轴(16)上端与鹅颈管(1)联接，空心主轴(16)上安装有进气盒(7)，进气盒(7)上的进气孔(8)与空心主轴(16)和中心管(20)之间的环形通道(21)相通；

(3)空心主轴(16)的中部安装有主动齿轮(19)和推力轴承(23)、(25)；

(4)空心主轴(16)下端安装有可换接头(36)和托盘(39)，可换接头内装有悬挂短节(30)和密封套(40)，它们和可换接头(36)之间具有通道，该通道与空心主轴(16)和中心管(20)之间的通道(21)相连通；

(5)托盘(39)下方悬挂有可以径向活动的爪子(48)；

(6)空心主轴(16)靠轴承(15、27)固定在外壳内；

(7)外壳上部有施力销轴(58)和悬挂销轴(59)；

(8)托盘(39)上装有推力轴承(34、37)；

(9)外壳和推力轴承盒(35)之间装有液压油缸(51)。

2、根据权利要求1所述的全液压传动多功能动力头，其特征是：

（1）鹅颈管（1）通过法兰（2）安装在支架法兰（3）上，支架（9）固定在齿轮箱压盖（55）上；

（2）外壁管（10）上安装有进气盒（7），进气盒（7）上有进气孔（8），进气盒（7）内装有密封圈（6）；

（3）空心主轴（16）上端与外壁管（10）联接，外壁管（10）里装有内壁管（11），它们之间有环形通道，该通道上部与进气孔（8）连通，下端与中心管（20）上端的气槽相通；

（4）中心管（20）通过螺纹并借助压帽（12）和外壁管（10）联接在一起并密封；

（5）空心主轴（16）的上部通过轴承（15）安装在齿轮箱盖（17）内；

（6）主动齿轮（19）通过键（18）安装在空心主轴（16）上；

（7）齿轮箱（24）内，在空心主轴台阶的上下各安装一付推力轴承（23、25），推力轴承调整压圈（22）靠螺钉固定在齿轮箱（24）内；

（8）空心主轴（16）的下部通过轴承（27）固定在轴承盒（26）内，轴承盒（26）通过螺钉安装在齿轮箱（24）的下端；

（9）空心主轴（16）的下端与双法兰短节（29）联接，双法兰短节（29）的下端又用螺栓与接头法兰（31）和主动轴套（32）联接在一起；

（10）接头法兰（31）的下端通过螺纹与可换接头（36）联接；

（11）中心管（20）的下端和可换接头（36）内装有悬挂短节（30），悬挂短节（30）与双法兰短节（29）和接头法兰（31）之间形成环形通道，该通道上部与空心主轴（16）和中心管（20）之间的通道（21）相连通；

（12）悬挂短节（30）的下端装有密封套（40），密封套上有密封圈；

（13）主动轴套（32）外套装有托盘（39），托盘（39）托着推力轴承（34、37）一起装在推力轴承盒（35）内，它们可以沿主动轴套（32）上下滑动，托盘（39）的底面上均匀分布着三个径向丁字槽，每个丁字槽中挂着一个爪子（48），爪子（48）内表面上镶嵌着牙块（47），其外表面为一斜面，插入到卡盘（41）内并靠在与其斜度相同的斜面上；

（14）下密封盖（28）上有油缸支架（54），推力轴承盒（35）的外圆上有油缸座（49），靠压盖（50）将油缸固定在油缸座（49）上，靠销轴（53）将活塞杆（52）与油缸支架（54）联接；

（15）卡盘（41）坐在内齿托盘（42）上，靠钢球（43）定位，卡盘（41）在内齿托盘（42）上，可以自由转动，转到一定工作位置后靠销钉（46）定向，用卡环（45）将内齿托盘（42）安装在主动轴套（32）下端的外齿上，并用螺钉（44）将卡环（45）固定在卡紧槽内；

（16）销轴（58、59）装在倾翻支板（56、57）上，而倾翻支板（56、57）又分别与齿轮箱（24）和箱盖（17）联为一体。

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