CN85103021A - 增压式动力大钳 - Google Patents

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    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/16Connecting or disconnecting pipe couplings or joints
    • E21B19/161Connecting or disconnecting pipe couplings or joints using a wrench or a spinner adapted to engage a circular section of pipe
    • E21B19/163Connecting or disconnecting pipe couplings or joints using a wrench or a spinner adapted to engage a circular section of pipe piston-cylinder actuated

Abstract

本发明是石油、地质钻井工程中为了取代B型钳对钻具进行上、卸扣而设计的一种增压式动力大钳。在卡紧和扭力机构中分别采用增压液缸和助力液缸的方式。在控制系统中有上扣扭矩自动限制系统。用拖动式机械手移送动力大钳。

Description

发明的技术领域
:石油或地质钻井工程中的钻具上、卸扣动力工具。尤其适合于对钻杆、钻铤、方钻杆的上、卸扣操作。
在石油钻井工程中,钻具的上、卸扣工具通常是使用B型吊钳。操作B型吊钳是一种危险性较大的重体力劳动。五十年代后国内外均研制了不同类型的动力大钳来代替B型吊钳的一些操作,这些动力大钳按其卡紧机构可分为三大类型。第一类:坡板滚子式动力大钳;第二类:杠杆压紧式动力大钳;第三类:液缸直接卡紧式动力大钳。美国VARCO公司生产的TW-60型动力大钳和美国专利4060014号均属于这一类型。前两类与本发明采用的卡紧机构的类型无关。与本发明有关的二种动力大钳不足之处在于以下几个方面:1.在钳体的钳口处均装有手工操作的活门机构或类似的装置。
2.当钻具规格变化时,需要进行更换零部件的操作。
3.对钻具接头尺寸的偏磨限制较大。
4.结构较为复杂,体积较大,重量较重。
5.操作阀件较多,工作效率较低。
6.需用一动力绞车或移送支架作为动力大钳的移送装置。
本发明针对已有技术的不足之处、对构成动力大钳的关键机构的卡紧装置、扭矩液缸装置、控制系统,以及动力大钳的移送装置等方面进行了重大的改革。目的在于为钻井工程的上、卸扣操作提供一种重量较轻,结构较简单,操作简便,时效明显高于现有技术的实用性工具。
本发明选择的途径是:大钳以液压为动力,用同步工作的成对卡紧液缸带动钳牙座直接卡紧钻具接头,以解决较大范围的尺寸适应性(例如3″~8″),使其在钻具规格变化时无需人工更换零部件的操作;应用局部油路增压技术,以解决在动力大钳上使用高压技术(例如1000巴以上),使动力大钳轻型化;运用工作机构和控制机构相结合的办法,解决部件动作程序控制,使操作简单化和提高效率;配备以压缩空气为动力的拖动式随钳机械手,使动力大钳在使用时的移送变得轻便、敏捷。
本发明增压式动力大钳(以下简称为动力大钳)其主要机构见附图1和附图2,部件包括:一个开口式上钳体(1)和一个开口式下钳体(2),每一个钳体又包括用以卡紧钻具接头的一对同步工作的卡紧液缸(3)和增压液缸(8)构成的增压卡紧机构。增压机构的液路上装有手动液压锁(35)。上、下钳的结构完全一致。上、下钳体(1)(2)之间有一套可以使上、下钳体(1)(2)相互旋转的滚轮滑道悬挂装置(4)。在上、下钳体(1)(2)的钳尾有一套可以调转工作方向的,提供上、卸扣动力的扭矩液缸(5)及其悬挂装置(6)。在动力大钳上面是一个以压缩空气为动力的拖动式机械手(7)。动力大钳的移送由钻工操作。动力大钳的上、卸扣操作由司钻进行。当司钻发出上、卸扣讯号以后进一步的大钳动作是自动按顺序完成的附图说明:图1为增压式动力大钳的主视和俯视示意图,双点划线表示的是机械手被拉出的示意图;
图2为动力大钳部件装配关系示意图;
图3为动力大钳增压卡紧机构剖面示意图;
图4为卡紧液缸同步机构示意图;
图5为动力大钳扭矩液缸装置剖视示意图;
图6为扭矩液缸悬挂装置结构及安装示意图;
图7为扭矩液缸装置调转方向180度示意图;
图8为上、下钳体在扭矩液缸作用下,相对转动示意图;
图9为滚轮滑道悬挂装置与上、下钳体装配关系示意图;
图10为动力大钳液路图;
图11为考克拨盘空行程槽结构示意图;
图12为动力大钳拖动式机械手结构示意图;
图13为手动液压锁的结构示意图。
以下对构成本发明的技术特征的部件、装置结合以上附图作详细描述:
1.增压卡紧机构:(见附图3)(1)以成对安装在开口式钳体(1)(2)上同步工作的卡紧液缸(3)和对卡紧液缸油路进行增压的增压液缸(8)共同构成的增压卡紧机构。(由于上、下钳的增压卡紧机构完全一致,因此,现只对其中一个加以描述)这种卡紧装置具有两个显著的特点:其一是可卡紧在规定范围内(例如3″~8″)的任何尺寸的钻具接头,而无须更换任何零件。省去了现场使用中经常遇到的卡紧变径接头更换卡紧机构零件的麻烦,并节省了时间。其二是局部油路增压技术的运用,在卡紧液缸(3)这个局部使用了高压(例如1000巴以上),以达到所需要的卡紧力,这对动力大钳整体轻型化起着重要的作用。
已有技术中卡紧液缸使用的液压与扭矩液缸的液压相同。因此为承受扭矩液缸产生的扭矩(例如10000N·m),卡紧液缸则需要巨大的卡紧力,这就要求卡紧液缸直径尺寸很大,从而大大增加了卡紧液缸及钳体的体积和重量。本发明所述的增压液缸(8)是在卡紧液缸(3)在液泵输出的压力液流的作用下预先卡住钻具接头,然后再对卡紧液缸液路增压,充分卡紧钻具接头。图3表明了增压卡紧机构中增压液缸(8)采用了柱塞付型的增压结构,增压液缸(8)开始增压前液流在系统压力作用下经进液口(86)和液口(84)(85)注入卡紧液缸工作腔(31)(32)内,使卡紧液缸(3)伸出,实现预先卡住钻具接头,进而由于主控阀(37)的切换(切换原理在液路系统部分另作详细描述),由液口(87)注入系统压力液流,增压柱塞(88)开始工作,增压柱塞(88)首先封闭进液口(86),对卡紧液缸(31)(32)腔进行增压。然后由于增压柱塞(88)的行程又封闭液口(85)。隔离二个卡紧液缸液腔(31)(32)之间的联通。从而避免在上、卸扣过程中对卡紧液缸(3)产生的轴向分力所引起的两个卡紧液缸之间的窜动。增压柱塞(88)继续向前运动,达到增压力量平衡,例如达到双点划线位置时增压结束。增压液缸(8)的安装位置可在钳体(1)(2)的侧板上,或其它合适的位置。
(2)卡紧液缸的同步机构,(见附图4)一个钳体上的二个卡紧液缸(3)会由于各种阻力的大小差别,在伸出或缩回时失去同步性。本发明的同步机构是采用相互制约式的钢丝绳、滑轮同步装置。图四表明了卡紧液缸(3)同步工作原理关系,它是由一对安装在上、下钳体(1)(2)下端面的同步滑轮(93)(94)和固定在钳牙座(33)上的固定块(91)(92)以及两根同步钢丝绳(95)(96)所组成的。在卡紧液缸(3)完全缩回时,安装固好同步钢丝绳(95)(96)。具体装法是将同步钢丝绳(95)的一端,固定在右端钳牙座固定块(92)上,并顺时针方向绕过右面的同步滑轮(93)至左端钳牙座固定块(91)上,并加以适当的张紧力。将另一根同步钢丝绳(96)的一端固定在左端钳牙座固定块(91)上,反时针方向绕过左面滑轮(94)至右端钳牙座固定块(92)上,并以同样适当的张紧力固定住。这样,不论哪一边的卡紧液缸(3)先伸出,必将通过同步钢丝绳(95)(96)将另一边的卡紧液缸(3)拉出。反之,缩回时,也必将另一边卡紧液缸(3)拖回。以达到强行同步的目的。
同步机构中有主动和被动的差别,因此实际存在着钢丝绳弹性等因素引起的少量同步误差。但只要钢丝绳的固定机构等具有足够强度本同步机构的误差可以限制在5毫米以内,将不会影响动力大钳的性能。
(3)手动液压锁的结构:(见附图13)上、下钳卡紧液缸(3)的油路上分别装有手动液压锁(35)。这种液压锁可以预先操作使其投入或解除,这样上、下钳可以实现有选择的单独操作。附图十三表明了手动液压锁主要由阀体(351);阀芯(352);顶杆(353);解除手柄(354);弹簧(355)和操作手柄(68)组成。阀芯(352)有平衡液孔(357),用以把(356)腔的液压引入(358)腔,平衡掉一部份液压锁锁闭时作用在阀心(352)上的压紧力,使手动解除操作时较省力。附图十三是液压锁投入状态,图中虚线位置为液压锁预先置在解除位置的状态。
(4)钳牙座的自位调整机构:(见附图3)在图3中可以看出,本发明在卡紧液缸(3)与钳牙座(33)之间安置一橡胶垫(34),不仅起到了使钳体受力均匀和保护钳牙的作用,而且解决了卡紧偏磨了的不规则接头时钳牙座(33)能自动作适应性调整的问题。克服了传统设计中一般依靠钳体的变形或弧形摆动钳牙座的方式造成的对钻具接头咬合不均匀的缺陷。
2.组合式扭矩液缸装置:(见附图5)本发明利用钻井工程中使用的钻具接头均为锥形丝扣联接,和依靠端面台阶密封的特点即钻具接头端面卸开力矩为最大,而卸开一个角度以后力矩急剧下降的特点,提供一种轻巧的组合式扭矩液缸装置。图5表明了扭矩液缸装置由扭矩液缸(5)和助力液缸(10)组成及其油路连通的关系。
液流由液口(51)进入扭矩液缸(5)工作腔(52),同时经助力液缸(10)的活塞杆(102)的通道(103)进入助力液缸(10)的工作腔(105)。因此,助力液缸(10)受液流压力作用的有效面积为活塞(101)面积减去活塞杆(102)的面积。它与液流压力的乘积即为助力液缸(10)所提供的推力。助力液缸(10)的活塞杆(102)顶在扭矩液缸(5)的活塞(53)上。所以,在助力液缸(10)的有效行程内,扭矩液缸(5)输出的力将是助力液缸(10)和扭矩液缸(5)所产生的力的叠加。另外由于助力液缸(10)的复位腔(104)和扭矩液缸(5)的复位腔(54)经管道(55)联通,因此,助力液缸(10)的工作和复位都是自动进行的,无须任何阀件或其它专门操作。本动力大钳上、卸扣转角为45度,其中卸扣时助力液缸(10)的工作转角约为15度左右。扭矩液缸(5)提供正常上、卸扣扭矩而助力液缸(10)只在卸扣时,才输出一定的扭矩以满足大扭矩卸扣的需要。
3.改变扭矩液缸工作方向的调转机构:(见附图6)为简便地完成上、卸扣程序的变换和便于操作工人掌握,本动力大钳给出了改变扭矩液缸(5)工作方向的调转机构。图6表明了一种安装在动大钳尾部的可以调转方向的扭矩液缸(5)悬挂装置(6)。当扭矩液缸完全缩回时,穿装在上钳体(1)钳尾(11)轴孔内的悬挂装置(6)的立轴(62)与穿装在下钳体(2)钳尾(21)轴孔内的立柱(20)以及套装在立柱(20)的轴颈上的扭矩液缸(5)的活塞杆球形轴承(57)处于一条垂直轴线上。因此扭矩液缸(5)可以自由的旋转180度。(见附图7)。扭矩液缸(5)如图6所示。在缸筒外则对称装有一对挂耳轴(56),将挂耳法兰(61)套装在挂耳轴(56)上,再固定于悬挂装置(6)上,使扭矩液缸(5)能以挂耳轴(56)轴心为中心。作一定摆动,在垂直面上,有一个活动自由度。悬挂装置(6)的立轴(62)是可灵活转动地垂直安装在上钳体(1)的钳尾(11)轴孔中,用卡键(64)、卡键罩(63)和轴用弹性挡圈(65)固定。活塞杆(58)的球形轴承(57)则是套装在立柱(20)上端的轴颈上,用卡键(203)卡键罩(202)和轴用弹性挡圈(204)固定。而立柱(20)下端是穿装在下钳体(2)钳尾(21)轴孔内,用弹性挡圈(201)固定。由于上述结构的同轴线条件,扭矩液缸(5)在复位状态时,便能灵活的水平旋扭180度,从而可以随意调转扭矩液缸(5)的工作方向。通过扭矩液缸悬挂装置(6)上的立轴(62)和扭矩液缸(5)上的挂耳轴(56),使上钳体(1)与扭矩液缸(5)联接在一起。而下钳体(2)通过立柱(20)与扭矩液缸活塞杆(58)固定在一起,因此当扭矩液缸活塞杆(58)伸出时,将使上、下钳体(1)(2)以钻具为中心,作相对转动(如图8所示),从而达到上卸扣的目的,扭矩液缸(5)如图7所示为卸扣状态。若按箭头所示方向旋转至双点划线的位置,则为上扣状态。工作原理同上所述,但上、下钳体将以卸扣时相反的方向转动。
4.上、下钳体之间的滚轮滑道悬挂装置:(见附图9和附图2)为了使上、下钳(1)(2)的钳口经常保持同心,而在上或卸已经偏磨了的钻具接头时又能自动地调整钳口位置,并在上、下钳口(1)(2)之间起联接作用的滚轮滑道悬挂装置(4),其结构要点,是满足上或卸扣时,上、下钳体(1)(2)均以钳口中心(OO′)(见附图2)为轴心相互旋转的要求。用于联接上、下钳体(1)(2)的滚轮滑道悬挂装置(4)其半圆形滑道(42)的圆心与下钳钳口中心(O′)同心(参见附图9)。半圆形滑道用螺栓(48)紧固在下钳体(2)上。具有定心作用的三个滚轮(41)用滚轮支架(44)组合在一起,可在半圆形滑道(42)上以绕下钳钳口中心(O′)滚动,而三个滚轮的轴(45)上各套有一个缓冲胶环(43)安装在上钳体的腹板(110)下的三个定位穴(12)中,三个滚轮轴(45)穿过上钳体(1)的三个孔(13)再在滚轮轴(45)上套上垫圈(49)弹簧(46)用背帽(47)拧紧。进一步要说明的一点是上钳体(1)上的三个孔(13)和上钳体(1)的腹板(110)下的三个定位穴(12)同心。三个孔(13)的直径大于穿过它的滚轮轴(45)的直径而小于三个定位穴(12)的直径。上钳体(1)的腹板(110)下的三个定位穴(12)的位置的确定,要点是能满足上钳钳口中心(O),安装后与下钳钳口中心(O′)同心,而且上钳体(1)的钳尾(11)的轴孔中心与下钳体(2)的钳尾(21)的立柱孔中心对准。因此在动力大钳钳口无钻具而空载活动时,上、下钳体(1)(2)可以借助滚轮滑道悬挂装置(4)使上、下钳体(1)(2)以同一假定钻具为轴心作相对转动。当钳口内有钻具正常上,卸扣时,上、下钳体(1)(2)能绕钻具轴心转动。理想状态下滚轮滑道悬挂装置(4)此时应不受力。在上、卸偏磨了的钻具时,靠三个缓冲胶环(43)的压缩变形来补偿动力大钳卡住偏磨接头引起的上、下钳钳口的不同心的问题。
5.动力大钳的控制及液路系统。(见附图10)本发明针对已有技术中的动力大钳使用多个阀件对液动机构逐个控制效率低的问题,提供了一种易于操作的动力大钳控制系统。
附图10为动力大钳液路系统图,它表明了本动力大钳的液路关系。现以卸扣为例进一步说明动力大钳的液路流通和动作关系。(以动力大钳复位位置为基准状态起描述)(一)液泵(P)输出的压力液流注入主控阀(37),而主控阀(37)为Y型三位四通阀,阀心处在中间位置时即对通到动力大钳上的二根耐压胶管(A)(B)同时供压力液流。此时各部件的状态是:(1)延时阀(36)呈封闭状。〔延时阀(36)的特性为(A)(B)双管或(B)管单管供压力液流时。延时阀停在封闭位置〕从附图十可以看出(A)(B)双管供压力液流时,延时阀(36)输出管(a)无输出,因此扭矩液缸(5)的工作腔(51)不进压力液流,而扭矩液缸(5)的复位缸腔(54)与(B)管相通。故扭矩液缸(5)继续停在复位状态。
(2)增压液缸(3)的(106)腔,(109)腔和复位腔(108)均被供压力液流充满各腔。并且各腔压力相同,理论上满足了增压液缸(8)在原复位状态增压柱塞(88)保持静止不动。另外由于增压活塞(882)的行程显示杆(881)占去了增压活塞(882)一些工作有效面积。因此,此时增压液缸(8)复位力大于工作腔(109)对增压柱塞的推力。也就可靠地保持了增压柱塞停在复位位置不动。也保持了压力液管(A)对卡紧液缸(3)工作腔(31)(32)的通道。
(3)卡紧液缸(3)在双管(A)(B)供压力液流状态下,工作腔(31)(32)和复位腔(107)(111)压力相同。但由于复位腔(107)(111)的有效面积小于工作腔(31)(32)的面积的原因,工作腔(31)(32)的液压作用于活塞(34)上的力大于复位腔(107)(111)作用于活塞(34)上的力,使卡紧液缸(3)伸出,此时油路为工作腔(31)(32)进油,复位腔(107)(111)排油。卡紧液缸(3)推动钳牙座(33)实行预卡紧动作。
(二)卡紧液缸预卡紧后发出的压力讯号(未表示)使主控阀(37)自动切换到Ⅰ位,即(A)管仍然供压力液流,而(B)管和与大气相通时各部件将产生如下变化:(1)增压液缸(8)在(B)管接通油箱(38)时复位腔(108)失去压力。而(A)管压力液流经手动液压锁(35)继续进入工作腔(109),增压柱塞失去平衡。增压柱塞(88)向前运动,使增压腔(106)和卡紧液缸(3)的工作腔(31)(32)增压。从图10中可以看出,增压过程柱塞(88)首先封闭(A)管至增压腔(106)进油口(86)进而再封闭通往右端卡紧液缸(3)的工作腔(32)的液口(85)直至增压力平衡。增压所需的时间,就是钳牙座的钳牙吃入接头咬出牙痕和钳体在巨大卡紧力的作用下,钳体弹性变形,钳口张大引起的卡紧液缸(3)需要补充液量的时间。实验表明增压卡紧仅需要0.1~0.2秒钟,故延时阀(36)的开启时间的调整应和增压卡紧需要的时间相匹配。
(2)扭矩液缸(5)卸扣时的最大扭矩输出和上扣时的扭矩限制:首先要阐明的一点是最大卸扣扭矩和上扣扭矩限制,主要是通过考克(67)和梭阀(69)的作用完成的。考克(67)受扭矩液缸(5)的工作方向调转机构的控制。(参看附图11)。考克(67)装在扭矩液缸悬挂装置(6)的顶部。立轴(62)有一拨杆(621),可以在扭矩液缸旋转时通过考克(67)的拨盘(672)拨转阀心(671)。(参看附图1)卸扣时考克(67)的阀心(671)呈Ⅰ位,即关的状态,(d)管和梭阀(69)不通。则从液路系统图,附图十可知,延时阀(36)开启后压力液流经下端管线(a)注入扭矩液缸(5)的工作腔(51)内,同时通过助力液缸(10)活塞杆的液口(f)注入助力液缸(10)的工作腔(105)而扭矩液缸(5)的复位腔(54)和助力液缸的复位腔(104)经管线(B)和油箱(38)通。因此这时扭矩液缸(5)输出力将是扭矩液缸(5)的活塞(53)的面积加上助力液缸(10)的活塞的有效面积之和与液流压力的乘积,即可输出最大的扭矩,例如可使动力大钳产生卸扣扭矩10000N.m以上的扭矩。
在扭矩液缸装置顺时针水平旋转180度,到上扣程序的过程中(参看附图11)液缸悬挂装置(6)的立轴(62)的拨杆(621)拨转两通考克(67)的阀心(671)90度〔阀心(671)和拨盘(672)相连,拨盘(672)上有90度空行程槽(673),使扭矩液缸(5)不论是从卸扣位置调转到上扣位置,还是从上扣位置调到卸扣位置。考克(67)的阀心(671)总是只转90度〕。使考克(67)处于Ⅱ位置,即通位(参看附图10)这时(A)管压力液流首先从(d)管经考克(67)再顶开棱阀(69)经(S)管注入扭矩液缸和助力液缸复位腔(54)(104)作为背压。当延时阀(36)开启后(A)管压力液流的另一股经延时阀(36)下端的管线(a)注入扭矩液缸(5)的工作腔(51)和助力液缸(10)的工作腔(105)。因此我们可以看到:助力液缸(10)由于工作腔(105)和复位腔(104)内都具有压力相等的压力液体,作用面积也相同。两边平衡,所以此时助力液缸(10)不起作用。而扭矩液缸(5)也因复位腔(54)和工作腔(51)同时充有压力相等的压力液体。而受液压作用可以输出推力的有效面积只是活塞杆的面积,它小于扭矩液缸的活塞面积。例如,活塞杆的面积为活塞面积的百分之六十至七十。因此上扣的扭矩就较小。例如最大产生4000~5000N.m左右的扭矩,这就可以使上扣扭矩满足常用规格钻具上扣扭矩所要求的标准,因而有一个安全的限度,以保护钻具接头不被操作失误而过扭矩所损坏。这些工作过程都是自动完成的,没有任何专门操作的阀件。所以它简单、方便、实用。需要进一步说明的一点是当特殊情况(例如卸反扣接头)上扣方向需要动力大钳提供的扭矩超过上述限制的扭矩时,本发明可以方便地利用考克(67)的拨盘(672)上的90度的空行程槽(673)的特点,在操作动力大钳上扣(亦即卸反扣钻具)前,人为地把考克(67)的阀心(671)继续向前转90度。使考克(67)重新关闭,也就是说取消了扭矩限制,以满足特殊情况下,上扣方向的大扭矩要求。
(三)复位:由司钻操作,发一复位讯号,使主控阀(37),阀心于Ⅱ位。(A)管和油箱(38)接通,而(B)管供压力液流,从附图10可以看到各部件所发生的变化,(1)延时阀(36)关闭。
(2)扭矩液缸(5)和助力液缸(10)复位。
(3)增压液缸(8)因工作腔(109)液路被手动液压锁(35)锁住而不能复位。
(4)卡紧液缸(3)因增压液缸(8)的液路被锁住因而也不能复位。增压液缸(8)的复位需要靠推动手动液压锁(35)的手柄(68)(68)使液压锁解除〔即手动液压锁(35)内的单向伐顶开〕此时增压液缸(8)的回油路开通,增压液缸(8)的柱塞(88)即复位。随着增压液缸(8)柱塞(88)复位,(A)管线至卡紧液缸(3)的工作腔(31)(32)的液路畅通、也就是回油箱(38)的液路畅通,而卡紧液缸(3)则在复位腔(107)压力液流的作用下复位。手动液压锁(35)可以分别或全部预先置解除位置,即能选择性地控制上钳(1)或者下钳(2)。手动液压锁(35)如果全部预先置解除位置,则操作动力大钳复位时动力大钳执行机构全部同时复位。这种可选择控制,能满足钻井工艺对动力大钳性能的不同需要。例如:重复多次上扣或重复多次卸扣;配合转盘卸扣或一次上,卸扣动作即复位,让动力大钳离开,都十分方便。
6.拖动式机械手:(见附图12)本拖动式机械手(7)(以下简称机械手)以压缩空气为动力,由机械手体(兼引导轨)(71);夹爪气缸(72);气开关(73);拖动气缸(74)及拖动气缸支座(75)组成。图12表明了拖动式机械手的结构和装配位置。机械手(7)的拖动气缸(74)在上钳体(1)上的安装,是由气缸支座(75)套在上钳体(1)上的立柱(15)上和靠二侧的支掌(77)跨住属于滚轮滑道装置的二个弹簧(46)而定位的。这种定位由于跨住二个弹簧而具有一定的挠性,拖动气缸(74)的具体安装则是把气缸筒穿在气缸支座(75)的导管(16)中,用背帽(17)紧固住。气缸支座(75)的两侧装有4个导向滚轮(79)。机械手体(71)的引导轨(76)套在气缸支座两侧的4个导向滚轮(79)上。因此机械手体(兼引导轨)(71)可以轻快地在4个导向滚轮(79)上滑动。拖动气缸(74)的活塞杆(78)是只受拉力的空心拉杆,它又兼作气的通道用。活塞杆(78)的进气端(18连接在机械手体(71)上,并且活塞杆(78)的进气端(18)的气路和机械手夹爪气缸(72)工作腔(28)相联通。夹爪(19)和夹瓜气缸(72)的活塞杆(191)是连为一体的。夹爪(19)连活塞杆(191)又是靠活塞杆(191)内的滑键(192)防止自由转动的,使夹爪始终保持水平状态。安装后的机械手(7)其开口方向和上、下钳口方向一致,并且机械手夹爪(19)中心点(O″)在上、下钳的钳口中心(O)(O′)的延长线上,故工人只要轻便地把机械手体拉出,(亦即把拖动气缸(74)的活塞杆(78)拉出了)(参见附图1)靠上钻具,(参见附图12)操作气开关(73)在工作位置上,则压缩空气源从(300)入口经管道(301)和(26)至夹爪气缸(72)的(28)腔使其活塞杆(191)伸出,卡爪(19)卡住钻具,同时压缩空气经活塞杆(78)的气通道(27)入拖动气缸(74)的(29)腔。在压缩空气的作用下,气活塞(25)带动活塞杆(78)回缩,亦即机械手体(兼引导轨)(71)回缩。由于机械手(7)是安装在上钳体(1)上的(见附图1)只要机械手(7)的夹爪(19)夹住钻具,这样自由悬吊状态下的动力大钳就定向地被拖靠到钻具上,并且能自定中心。使用这一装置能使动力大钳就位准确,操作轻快。
综合上述各项发明内容的优点,表现在除本动力大钳在对上、卸不同规格的钻具接头时,免除了更换任何零部件和开关-活门等麻烦,操作简便,提高了效率以外,明显的是紧扣扭矩能自动限制而能有效地避免可能出现的操作上疏忽而过扭矩上扣损坏钻具的事故。由于结构简单和能程序自动完成上扣或卸扣过程,上、卸扣时间比TW-60型动力大钳节省百分之五十以上。本动力大钳的重量仅为TW-60型动力大钳的百分之六十五,有利于降低制造成本。
具体操作过程说明(一)准备工作:本动力大钳的安装基本和传统的B型吊钳相同。是用钢丝绳自由悬吊在井架上,一般垂于距井口中心一米至一米半为宜。具体使用还须进一步作以下准备:如果执行卸扣任务则扭矩液缸(5)(从钳尾看)应转至右侧。如果是上扣任务则扭矩液缸(5)应转在左侧。正常上或卸扣均是一次上、卸扣动作即完成。故上、下钳液压锁(35)都不必使用,全部预先置于解除位置,使液压锁不起作用。接好液路和气路。
(二)动力大钳的卸扣操作:1.动力大钳的移送就位:本动力大钳的移送是利用拖动动力大钳就位的拖动式机械手(7)。其操作是首先拉出拖动式机械手体(兼引导轨)(71)使机械手夹爪口靠到井口待上或卸的钻具上(此时动力大钳仍在原位,但动力大钳钳口已对准了井口钻具),然后开动机械手上的气开关(73)至工作位置、机械手夹住井口钻具、同时拖动气缸(74)也已进气。机械手体(兼引导轨)(71)回缩。由于夹住的井口钻具是不动的,而动力大钳是自由悬吊着的。从而动力大钳被准确地拖靠到钻具上。动力大钳用机械手移送就位约2至3秒钟。
2.操作动力大钳:(以下由司钻操作)①预卡紧:动力大钳被拖动机械手(7)拖靠到井口钻具上以后,司钻操作一个开关(气的或电的)(图中未表示)作为讯号使液压源P向主控伐(37)供压力液流(以下是自动顺序完成的)。初始主控伐心在中间位置,则二根输至动力大钳的液压管线同时供压力液流,形成一种再生液路。卡紧液缸(3)对钻具接头迅速预卡紧约用1至1.5秒钟,〔见动力大钳预卡紧钻具接头后钻工应将机械手(7)上的开关(73)拨到复位位置使夹爪松开〕②增压卡紧:由预卡紧压力讯号(未表示)使主控伐(37)切换到单管供液的工作位置(从图10看是主控伐(Ⅰ)位)即A管供压力液流B管回油箱(38),增压液缸(8)的柱塞(88)向前运动,对卡紧液缸(3)进行增压,从而进一步卡紧钻具,并隔离了一对卡紧液缸之间的通道。
③延时卸扣:当预卡紧的压力讯号(图中未表示)使主控伐切换到单管供油工作位置Ⅰ位时,延时伐同时开始开启过程,经过延时0.1~0.2秒钟后,延时伐开启,扭矩液缸装置(5)执行卸扣动作。助力液缸(10)自动投入工作。
3.操作动力大钳复位:司钻给出的复位讯号使主控伐(37)切换到复位位置Ⅱ位(参看图10)。则延时伐关闭,扭矩液缸装置(5)和卡紧液缸(3)同时复位。则大钳依靠重力的作用,自动摆离井口钻具。一次卸扣动作完成。复位用2~3秒钟。一次动力大钳卸扣总计7~10秒钟。
(三)动力大钳上扣操作:正常上扣均为动力大钳一次动作即完成,故上、下钳的手动液压锁(35)同样置于解除位置。
当动力大钳卸扣程序需要改变为上扣程序时,则把扭矩液缸装置(5)顺时针转180度。如图七所示,扭矩液缸装置(5)于双点划线位置。此时动力大钳的上、下钳相互旋转的方向正好与卸扣时相反,其他操作完全和卸扣操作相同。
(四)用动力大钳完成大扭矩卸扣由钻机转盘配合退扣时的操作:上钳手动液压锁(35)预先置投入位置。动力大钳钳尾装上尾链(图中未表示),以便承受钻机转盘退扣时的反扭矩。下钳液压锁(35)仍然置于解除位置。其后操作过程完全同卸扣操作所述,只是卸开扣以后动力大钳复位时,上钳卡紧液缸(3)被手动液压锁(35)锁住而不复位。此时,操作钻机转盘正转,由于动力大钳的上钳尚咬住上部钻具接头,动力大钳下钳被尾链所拖住,转盘退扣后,由钻工推动一下上钳手动液压锁(35)的手柄(68),使上钳卡紧液缸(3)复位,则动力大钳自然摆离进口钻具。
(五)重复多次卸扣或重复多次上扣操作:遇有粘扣等情况,需要重复多次卸扣或重复多次上扣时(亦即上或卸45度角不够时),将下钳液压锁(35)投入,上钳液压锁(35)仍置于解除位置。这样由于动力大钳卸扣或上扣以后,下钳卡紧液缸(3)锁住,复位操作时,动力大钳钳口松不开,动力大钳复位操作时,动力大钳不再摆离井口钻具。即可方便地重复多次卸扣或重复多次上扣的操作,卸扣或上扣完成后操作动力大钳复位,并推动下钳手动液压锁(35)的手柄(68),使下钳卡紧液缸(3)复位,动力大钳摆离井口钻具。

Claims (8)

1.一种用于石油或地质钻井工程的增压式动力大钳(以下简称为动力大钳)是由上钳体,下钳体;卡紧机构;扭矩液缸;液路操作控制系统和移送装置组成。本发明的特征是:上钳体(1)、下钳体(2)用一滚轮滑道悬挂装置(4)进行联接,所述的卡紧机构为同步工作的卡紧液缸(3)与增压液缸(8)共同组成的无活门式增压卡紧机构,所述的扭矩液缸为扭矩液缸(5)和装在其尾部的助力液缸(10)共同组成的组合式扭矩液缸装置。对扭矩液缸装置进行安装和固定的是一套可以调转扭矩液缸工作方向的液缸悬挂装置(6)。所述的液路操作控制系统在上扣程序中有上扣扭矩限制液路系统。所述的移送装置为拖动动力大钳就位的随钳拖动式机械手(7)。
2.按照权利要求1所述的动力大钳,其特征在于所述的卡紧机构的油路上分别装有用以选择性控制的手动液压锁(35)。
3.按照权利要求1所述的动力大钳,其特征在于所述的卡紧液缸(3)与钳牙座(33)之间有一个起适应性调整作用的橡胶垫(34)。
4.按照权利要求1所述的动力大钳,其特征在于上、下钳体(1)(2)的联结机构,滚轮滑道悬挂装置(4)上有三个缓冲橡胶环(43),三个滚轮(41)、三个弹簧(46)和滚轮滑道(42)。
5.按照权利要求1所述的动力大钳其特征在于所述的组合式扭矩液缸装置,实现其安装的是一个可以使扭矩液缸(5)水平旋转180度的液缸悬挂装置(6)。
6.按照权利要求1所述的动力大钳,其特征在于所述的上扣扭矩限制液路系统是扭矩液缸(5)在从卸扣位置水平旋转180度至上扣位置的过程中,拨动两通考克(67)的阀心(671)旋转90度,使考克(67)变为通路,并借助梭阀(69)把压力液流首先引入扭矩液缸(5)的复位腔(54)作为背压,从而对上扣扭矩实现限制的液路系统。
7.按照权利要求1所述的动力大钳,其特征在于所述的拖动动力大钳就位的随钳拖动式机械手,是由可以伸缩活动的机械手体(兼引导轨)(71);夹爪气缸(72);夹爪(19);气开关(73);拖动气缸(74)及拖动气缸支座(75)组成的。拖动气缸(74)是通过气缸支座(75)固定在上钳体(1)上的。拖动气缸(74)的活塞杆(78)是仅受拉力的空心拉杆并兼作气的通道。
8.按照权利要求6所述的限制上扣扭矩系统中的考克(67)其拨盘(672)上有一个90度的空行程槽(673)。
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