钻井动力工具基础知识,程 瑞 亮,Basic Knowledge of Drilling Power Tools,Associate Professor,第一部分 动力大钳原理、结构、操作,,目 录,第三部分 动力卡瓦原理、结构,第四部分 动力卡瓦使用及维护保养,第二部分 动力大钳维护保养,钳头,门框,吊杆,控制 总成,液压大钳,第一章,1、结构,Q10Y—M型液压大钳,移送气缸,液压马达,吊杆 (空气包),行程变速箱,减速装置,钳头,气控系统,液压系统,夹紧气缸,高低速换向阀,移送缸换向阀,夹紧缸换向阀,液 压 大 钳 的 安 装,在二层台附近装反正螺杆,将50kN单滑轮用12.7mm的钢丝绳4圈固定在天车底部大梁上,用直径为19mm长80m左右的钢丝绳固定,安装尾柱,移送缸头部与大钳相连，活塞杆叉头通过方向节与尾柱相连,,,停止,液压大钳的操作步骤,1）打开大钳气路阀门，通气 2）打开液压系统轴向柱塞泵上的手轮调节开关，合上单向气阀，油泵空载运转 3）把钳头上两个定位手把，根据上扣或卸扣转到相应位置 4）操纵移送缸双向气阀，送钳子到井口 5）钻杆通过缺口进入大钳，操纵夹紧气缸双向气阀使下钳咬紧接头。
6）根据上卸扣需要，将高低档双向气阀转到相应位置 7）上卸扣完毕，操作手动换向阀使钳头反向转动复位 8）操纵夹紧气缸双向气阀到工作的相反位置，下钳恢复零位对准缺口 9）操纵移送缸双向气阀钳子平稳地离开井口操作口诀,钳子一定送到头，下钳卡牢转钳头， 上卸扣完对缺口，松开下钳往回走液压大钳使用技术要求,1）钳头腭板尺寸应与钻杆接头尺寸相符 2）移送大钳到井口时，严禁把气阀一次合到底，以防钳子快速向井口运动造成撞击 3）在公扣没有全部从母扣旋出和大钳没有松开钻具以前，不允许上提钻具 4）大钳停用时，应将所有液气阀恢复零位，单向阀回关位，停液压泵，关闭大钳气路阀门 5）根据上卸扣决定上下钳的定位手柄位置，钳头的各个缺口必须对正后方可操作，否则机构失灵第一部分 动力大钳原理、结构、操作 一 、钻杆动力钳 一）性能参数 钻杆动力钳结构，原理，钻杆动力钳气动系统原理，液压系统原理，夹紧汽缸 钻杆动力钳的性能 1、液压系统： 额定流量 114l/min 最高工作压力 166mpa 2、气压系统： 工作压力 05—1mpa 3、在不同流量下，钳头转速见下表。
钳头转速表,钻杆动力钳基本参数,套管动力钳基本参数,修井动力钳基本参数,4、在不同压力下钳头扭矩 假设 ①钳头刹带制动力矩为1000N.m（表已考虑了该力矩的影响）； ②转动惯性使上（卸）扣力矩增加，而摩擦会使上（卸）扣力减少，为了简化计算，表的数据是考虑将此两力矩抵消（实际上，在额定转速情况下，高档就可将钻杆上紧） 在不同压力下，钳头扭矩见下表,,动力钳钳头扭矩,5、适用管径 钳头颚板适用管径范围为：127—203mm有5种规格足尺寸选用：203mm（钻挺本体）；178mm（钻杆接头）；162mm（钻杆接头）；146mm（钻杆接头）；121mm（钻杆接头）； 每种转头允许磨损量为20mm，允许偏磨5mm 公母接头总长应不低于420mm,,,移送汽缸： 最大行程 1500 前进推力 2360n（p气=0.6mpa） 后退拉力 1710n（p气=0.6mpa） 动力钳外形尺寸、重量； 动力钳 1700*1000*14000 动力钳的重量 2400kg 钳杆动力钳总重 4000kg（包括油箱、动力钳等）,二）钻杆动力钳的作业范围 1）起下钻作业 在扭矩不超过100kN.m范围内上卸钻杆接头丝扣。
2）正常钻进时卸方钻杆接头； 3）上卸8in钻挺 4）甩钻杆 甩钻杆时，调整吊杆的螺旋杆，使钳头和小鼠洞倾斜方向基本一致调节移送汽缸方向（可用棕绳或钢丝绳固定在井架大腿），使钳头对准小鼠洞后即可进行甩钻杆 5）活动钻具,由于钻机传动系统的故障，使绞车、转盘不能工作，钻具在井内不能活动为了防止粘吸卡钻，可把下钳颚板取出，钳子送到井口，将钳尾左右两边均绷上绳子，以限制钳体转动，然后视钻具规格让上钳换上相应颚板咬住方钻杆接头打开转盘制动销，摘开转盘离合器，低档（2.7r/min）启动上钳，使方钻杆转动，则使座在转盘上的井下钻具转动； 用抵挡活动井下钻具时间不应太长（一般0.5h）,三）钻杆动力钳主要部件的结构 1、两档行星变速箱 为了实现高速低扭矩旋扣和低速高扭矩冲扣，动力钳采用两档行星变速结构和独特设计的不停车换挡刹车机构，提高了钳子的时效 高档是液马达带动框架上的游轮z3转动，当刹住内齿圈z2时，动力从太阳轮输出低档正好相反，液马达带动太阳轮z1转动，当刹住内齿圈z4时，动力从游轮框架输出,2、减速装置：两档行星齿轮减速箱的输出就是二级齿轮减速装置的输入轴，经过第一级减速（z1-z8），第二级齿轮减速（z9-z10-z11）带动缺口齿轮z11转动。
两个惰轮z10的作用是考虑齿轮z9运转能连续传至缺口齿轮z11，即过“缺口”的需要3、钳头 1）卡紧机构：由传动部分的缺口齿轮，通过三个销子，带动浮动体转动刹带如始终以1000N.m左右的力矩刹住制动盘，带有颚板架与制动盘用螺钉相连，当浮动体开始转动时，因钳牙未与接头接触，故制动盘和颚板架均被刹住而不转动但由于有一定坡角的坡板随浮动体转动，所以颚板背部的滚子将沿坡板的螺旋面上坡，并沿槽（e-e旋转）向中心靠拢，最后夹紧接头这时缺口齿轮带动浮动体上的制动盘、领板架、颚板及钻柱旋转，进行上卸扣作业 下钳用夹紧汽缸，推动颚板架在壳体内转动，从而可卡紧或松开下部接头,2）浮动：由于在旋扣过程中上下钳口座间的相互位置是变化的,因此要求上钳对下钳能相对浮动 大钳采用轻便灵活的钳头浮动的方案，浮动体通过四个弹簧座到缺口齿轮上，依靠弹簧的弹性可保证浮动体重有足够的垂直位移为了保证在接头偏磨时仍能夹紧，浮动体还可以相对于缺口齿轮作水平方向的位移该位移靠装在缺口齿轮上的三个销子的方套与浮动体上的矩形孔间的间隙来保证,3）制动机构：任何动力大钳，为了使滚子坡板能发生相对移动，必须设计颚板的制动机构 制动盘外边的两根刹带，连杆和刹带调节筒组成制动机构，转动调节筒可调节筒内弹簧的弹力，以改变刹车力矩的数值。
本制动机构还能对浮点体有良好的扶正作用和适应偏心接头的要求 4）复位机构：在开口动力钳上，有三个复位对缺口问题，它包括：浮动体与壳体对正；上钳颚板架与浮动体对正；下钳颚板架与壳体对正 用高档大致对正后，再以抵挡准确对正的办法，使浮动体与壳体对正,上钳颚板架与浮动体对正和下钳颚板架与壳体对正完全相同中b-b旋转，销装在浮动体上，半月形定位转销与定位手把相连，装在制动盘的套上显然，图示位置浮动体可右对制动盘作相对运动，即作逆时针转动（卸扣位置）若将定位手把反转180，浮动体可向左对制动盘相对运动，即作顺时针转动（上扣位置）当浮动体反方向转到定位销碰到半月形定位转销时，制动盘与浮动体就对正了,为了便于观察，在安装时使上钳定位手把4指向与上扣（或卸扣）旋转方向一致下钳定位手把与上钳定位手把方向一致 下钳复位机构的定位销装在拨盘上，并用螺母固死，其余零件装在下壳的支架上 4、气路系统 钻杆动力钳气动系统用钻机本身的压缩空气作为气源为了避免长距离气管线影响流量，大钳用吊杆内腔存压缩空气，所以吊杆内腔就是气路中的气包,为了简化管路，减少控制台尺寸，三个换向阀都将是qf501b双向气控阀，拆掉原配下阀体后，将余下部件装在统一气控板上，三个换向阀分别控制高档气胎和气胎、移送汽缸和下钳夹紧汽缸。
5、液压系统 液压系统原理图，为了简化液压系统，大钳只有液马达用液压，液压油从油箱、经油泵、过滤器到手动换向阀，操纵手动换向阀可使液马达正反转,为了限制系统的最高压力，装有溢流阀 为了使上扣时，系统处于低压状态，装有上扣溢流阀一般上扣压力调到10MPa左右（高档），出厂时已调好 从抗震压力表可读出上卸扣的压力，然后查出工作扭矩 为了消除液压油中的杂质，在油泵出口装有过滤气管压力油从过滤器进入油马达工作一段时间后需要及时清洗或更换新的过滤器芯子，以便继续使用 系统有两块阀板，油泵阀板（过滤器进口处）装有系统溢流表阀7，液马达阀板上装有上扣溢流表阀、手动换向阀和抗震压力表,四）操作规程 1、打开钻机到钳子气管线阀门条件许可时此阀门应布置在司钻操作台上） 2、启动油泵，合上单向气阀使油泵在空载情况下运转，系统压力表的压力不应超过1.5MPa为正常 3、检查钳头颚板尺寸与钻杆接头尺寸相符合后，把钳头上两个定位手把根据上扣或卸扣转到相应位置 4、操纵移送缸双向气阀使钳子平稳地送到井口，严禁把气阀一次合到底使钳子快速向井口运动造成撞击，若钳子高度不合适可操作3吨手拉葫芦，调节到合适位置5、在钳子送到井口，钻杆通过缺口进入大钳后，观察钳头上、下两堵头螺钉是否与公、母接头贴合，尔后操纵夹紧缸双向气阀使下钳夹紧接头，将移送气缸双向气阀扳到零位，将气放掉。
6、根据上、卸扣需要，高、低档的双气阀转到相应位置，在使用中可不停车换档 7、马达的正反转是通过H型手动换向阀来实现的，根据上、卸扣的需要更换手柄位置8、复位：即是钳头缺口相互对准的过程当上完一个扣或卸完一个扣时必须操作H型手动换向阀，使钳头向工作状态反向转动在复位时根据各缺口相距远近可操作换档双向气阀，用高低档变换的办法实现在高档复位时应尽量少用H型手动换向阀，而应熟练地使用双向气阀以减少惯性冲击 9、卸扣时，当公扣全部从母扣中旋出后（即钻具反转5圈半或听到钻具卸开后下落的响声后）即可将双向气阀向上扣方向转动复位在上钳松开钻具而未对准缺口亦允许停车提立根，提出立根后继续复位，这样节约时间,10、在公扣没有全部从母扣中旋出前不能上提钻柱，以防滑扣顿钻当上钳没有松开钻具前不允许上提，以免提出浮动部分或钻具上砸损坏机件 11、操纵夹紧气缸双向气阀到工作位置的相反位置，使下钳恢复零位对准缺口 12、操纵移送气缸双向气阀使钳子平稳地离开井口 13、若全部起完或下完钻后，把所有液气阀复零位，把单向阀转向关闭位置，停泵把钻机方向来气阀门关死切断气路14、搬家时应封闭好液气管路接头，以防污物进入管路。
15、上下钳的定位手把的位置是根据上扣或卸扣要求而定但变换位置时，嵌头的各个缺口必须对正后方可操作，否则机构失灵 16、操作口诀： 钳子一定送到头，下嵌卡牢转钳头，上卸扣完对缺口，松开下钳往回走,第二部分 钻杆动力钳维护保养 1、建立岗位责任制 2、液压系统的滤清器根据使用情况，要及时清洗或更换其滤芯，以防滤芯被污物堵塞，影响正常使用 3、新钳子使用后，一个月就应该换掉液压油（或沉淀），以后每半年换一次液压油在使用过程中，油箱油面不允许低于指示器下限，若低于下限应随时补充，向油箱加油时，应避免其它杂物混入油箱 4、钳头每次起钻之后用清水洗干净，夏天用压缩空气吹干，冬天用蒸气吹干坡板滚子部分清洗干净后涂一薄层黄油要求坡板清洁，滚子、销轴转动灵活5、每三口井，换齿轮箱机油一次，换变速箱二硫化钼润滑油一次（井深按3000m计算） 6、液压和传动系统轴承的保养与压风机轴承座的要求相同 7、移送缸，夹紧缸，在每次起下钻完后用清水洗净，活塞杆用棉纱檫干涂一薄层黄油，伸出部分全部收入缸筒内 8、每趟起下钻后气阀板中要注入50毫升清洁机械油润滑气路各元件并防锈其它油嘴黄油嘴见下表,二、TQ-35液压套管钳 1．特点 开口型，进入和退出工作位置快捷方便，整体式的强度和刚度好； 摆动式的双颚板钳头，拆装极为方便，最佳的切径比设计，保证了夹紧可靠，退坡容易； 刹带制动方式，制动力矩大，操作简单，便于维修和更换； 缺口大齿轮支承结构，是缺口大齿轮强度及刚度大幅度提高,。