钻井动力工具基础知识.ppt
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1、钻井动力工具基础知识钻井动力工具基础知识程程瑞瑞亮亮BasicKnowledgeofDrillingPowerToolsAssociateProfessor第一部分第一部分 动力大钳原理、结构、操作动力大钳原理、结构、操作目目录录第三部分第三部分 动力卡瓦原理、结构动力卡瓦原理、结构第四部分第四部分 动力卡瓦使用及维护保养动力卡瓦使用及维护保养第二部分第二部分 动力大钳维护保养动力大钳维护保养钳头钳头门框门框吊杆吊杆控制控制总成总成液压大钳液压大钳1、结构、结构Q10YM型液压大钳型液压大钳移送气缸移送气缸液压马达液压马达吊杆吊杆(空气包空气包)行程变速箱行程变速箱减速装置减速装置钳头钳头气控
2、系统气控系统液压系统液压系统夹紧气缸夹紧气缸高低速换向阀高低速换向阀移送缸换向阀移送缸换向阀夹紧缸换向阀夹紧缸换向阀液液压压大大钳钳的的安安装装在二层台附近装反正在二层台附近装反正螺杆螺杆将将50kN50kN单滑轮用单滑轮用的钢的钢丝绳丝绳4 4圈圈固定在天车底固定在天车底部大梁上部大梁上用直径为用直径为19mm19mm长长80m80m左左右的钢丝绳固定右的钢丝绳固定安装尾柱安装尾柱移送缸头部与大钳相移送缸头部与大钳相连,活塞杆叉头通过连,活塞杆叉头通过方向节与尾柱相连方向节与尾柱相连停止停止液压大钳的操作步骤液压大钳的操作步骤1)打开大钳气路阀门,通气。)打开大钳气路阀门,通气。2)打开液压
3、系统轴向柱塞泵上的手轮调节开关,合上单)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。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)把钳头上两个定位手把,根据上扣或卸扣转到相应位置。置。4)操纵移送缸双向气阀,送钳子到井口。)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)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。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。)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。)上卸扣完毕,操作手
4、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)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。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。)操纵移送缸双向气阀钳子平稳地离开井口。操作口诀操作口诀钳子一定送到头,下钳卡牢转钳头,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。上卸扣完对缺口,松开下钳往回走。液压大钳使用技术要求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。)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)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
5、成撞击。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)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。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,)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,关闭大钳气路单向阀回关位,停液压泵,关闭大钳气路阀门。阀门。5)根据上卸扣决定上下钳的定位手柄位置,)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,否钳头的各个缺口必须对正后方可操作,否则机构失灵。则机构失灵。第一部分第一部分动力大钳原理、结构、操作动力大钳原理、结构、操作一一、钻杆动力钳钻杆动
6、力钳一)性能参数一)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,夹紧汽缸压系统原理,夹紧汽缸 钻杆动力钳的性能钻杆动力钳的性能1、液压系统:、液压系统:额定流量额定流量114l/min最高工作压力最高工作压力16。6mpa2、气压系统:、气压系统:工作压力工作压力0。51mpa3、在不同流量下,钳头转速见下表。、在不同流量下,钳头转速见下表。流量流量钳头转钳头转速速r.p.mL/min高档高档低档低档114402.710035.12.49031.62.180281.97024.51.760211.4钳头转速表钳头转速表规规
7、 格格 代代 号号127/25162/50162/75203/100203/125254/145适用管径范适用管径范围围mm(in)65127(23/831/2钻钻杆)杆)85162(23/85钻钻杆)杆)127162(31/25钻钻杆)杆)127203(31/2钻钻杆杆8钻铤钻铤)127203(31/2钻钻杆杆8钻铤钻铤)162254(5钻钻杆杆10钻铤钻铤)液液压压源源额额定定压压力力MPa12181620工作气工作气压压MPa0.50.9最大扭矩最大扭矩kNm255075100125145高档扭矩高档扭矩kNm3.54.55.07.010.012.0低档低档转转速速r/min4.010.
8、52.04.52.54.01.53.01.52.51.02.5高档高档转转速速r/min256530602040204015351030上下牙板中上下牙板中心距心距mm200210230250230250230250240260240260动动力力钳钳可移可移动动距离距离m1.01.5钻杆动力钳基本参数钻杆动力钳基本参数规规 格格 代代 号号176/16245/20340/35508/40适用管径范适用管径范围围mm(in)101.6178(47套管)套管)101.6244.5(495/8套管)套管)139.7339.7(51/2133/8套管)套管)244.5508(95/8 20套管)套管
9、)动动力液力液额额定定压压力力MPa1218工作气工作气压压MPa0.50.9最大扭矩最大扭矩kNm16203540中档扭矩中档扭矩kNm67.5高档扭矩高档扭矩kNm2.52.52.53.5低档低档转转速速r/min9149143.65.32.53.6中档中档转转速速r/min21301420高档高档转转速速r/min5080508060854060套管动力钳基本参数套管动力钳基本参数规规格格代号代号28/1.828/2.689/3114/6114/8140/12140/20适用适用管径管径范范围围mm(in)19283/411/8抽抽油油管管19283/411/8抽抽油油管管738927/
10、841/2抽抽油油管管7311427/841/2抽抽油油管管7311427/841/2抽抽油油管管7314027/851/2抽抽油油管管7314027/851/2抽抽油油管管液液压压源源额额定定压压力力MPa1016最大最大扭矩扭矩kNm1.82.63.0681220高档高档扭矩扭矩kNm0.70.81.01.01.72.52.5低档低档转转速速r/min2040530高档高档转转速速r/min6010060905080主主钳钳和背和背钳钳之之间间上上下相下相对对可可调调位位移移mm4550修井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、在不同压力下钳头扭矩假设假设钳头刹带制动力
11、矩为(表已考虑了该力钳头刹带制动力矩为(表已考虑了该力矩的影响);矩的影响);转动惯性使上(卸)扣力矩增加,而摩转动惯性使上(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(实际上,在额定转速情况下,高档就可将钻杆上紧)。可将钻杆上紧)。在不同压力下,钳头扭矩见下表在不同压力下,钳头扭矩见下表液液压压系系统压统压力力MPa钳头钳头扭矩扭矩 N.m高档高档低档低档16.61000010000015.093009050013.08500811001.07700
12、661009.05700539007.03900417005.0307029500动力钳钳头扭矩动力钳钳头扭矩5、适用管径、适用管径钳头颚板适用管径范围为:钳头颚板适用管径范围为:127203mm。有。有5种规格足尺寸选用:种规格足尺寸选用:203mm(钻挺本体);(钻挺本体);178mm(钻(钻杆接头);杆接头);162mm(钻杆接头);(钻杆接头);146mm(钻杆接头);(钻杆接头);121mm(钻(钻杆接头);杆接头);每种转头允许磨损量为每种转头允许磨损量为20mm,允许偏,允许偏磨磨5mm。公母接头总长应不低于公母接头总长应不低于420mm 移送汽缸:移送汽缸:最大行程最大行程15
13、00前进推力前进推力2360n(p气)气)后退拉力后退拉力1710n(p气)气)动力钳外形尺寸、重量;动力钳外形尺寸、重量;动力钳动力钳1700*1000*14000动力钳的重量动力钳的重量2400kg钳杆动力钳总重钳杆动力钳总重4000kg(包括油箱、动力(包括油箱、动力钳等)钳等)二)钻杆动力钳的作业范围二)钻杆动力钳的作业范围1)起下钻作业)起下钻作业在扭矩不超过范围内上卸钻杆接头丝扣。在扭矩不超过范围内上卸钻杆接头丝扣。2)正常钻进时卸方钻杆接头;)正常钻进时卸方钻杆接头;3)上卸)上卸8in钻挺钻挺4)甩钻杆)甩钻杆甩钻杆时,调整吊杆的螺旋杆,使钳头和小鼠洞倾甩钻杆时,调整吊杆的螺旋
14、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。鼠洞后即可进行甩钻杆。5)活动钻具)活动钻具由于钻机传动系统的故障,使绞车、转盘不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制钳体转动,然后视钻具规格
15、让上钳换上相应颚板咬住方钻杆接头打开转盘制动销,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()启动上钳,使摘开转盘离合器,低档()启动上钳,使方钻杆转动,则使座在转盘上的井下钻具方钻杆转动,则使座在转盘上的井下钻具转动;转动;用抵挡活动井下钻具时间不应太长(一用抵挡活动井下钻具时间不应太长(一般)般)三)钻杆动力钳主要部件的结构三)钻杆动力钳主要部件的结构1、两档行星变速箱、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,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,提高了钳子的时的不
16、停车换挡刹车机构,提高了钳子的时效。效。高档是液马达带动框架上的游轮高档是液马达带动框架上的游轮z3转动,当刹转动,当刹住内齿圈住内齿圈z2时,动力从太阳轮输出。低档时,动力从太阳轮输出。低档正好相反,液马达带动太阳轮正好相反,液马达带动太阳轮z1转动,当转动,当刹住内齿圈刹住内齿圈z4时,动力从游轮框架输出时,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、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,出就是二级齿轮减速装置的输入轴,经过第一级减速(经过第一级减速(z1-z8),第二级齿),第二级齿轮减速(轮减速(z9-z10-z11)带动缺口齿轮)带动缺口齿轮z
17、11转动。两个惰轮转动。两个惰轮z10的作用是考虑的作用是考虑齿轮齿轮z9运转能连续传至缺口齿轮运转能连续传至缺口齿轮z11,即过即过“缺口缺口”的需要。的需要。3、钳头、钳头1)卡紧机构:由传动部分的缺口齿轮,通过三个销)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。刹带如始终以左右的力矩子,带动浮动体转动。刹带如始终以左右的力矩刹住制动盘,带有颚板架与制动盘用螺钉相连,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。但由于有一制动盘和颚板架均被刹住而不转动。但由于有
18、一定坡角的坡板随浮动体转动,所以颚板背部的滚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(子将沿坡板的螺旋面上坡,并沿槽(e-e旋转)旋转)向中心靠拢,最后夹紧接头。这时缺口齿轮带动向中心靠拢,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,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。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)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间的相互位置是
19、变化的,因此要求上钳因此要求上钳对下钳能相对浮动。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。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。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套与浮动体上的矩形孔间的间隙来保证 3)制动机构:
20、任何动力大钳,为了使滚子坡板)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。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)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;
21、上钳颚板架问题,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。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,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。中体对正完全相同。中b-b旋转,销装在浮动旋转,销装在浮动体上,半月形定位转销与定位手把相连,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,即作逆时针体可右对制动盘作相对运动,
22、即作逆时针转动(卸扣位置)。若将定位手把反转转动(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,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为了便于观察,在安装时使上钳定位手把4指向指向与上扣(或卸扣)旋转方向一致。下钳定位与上扣(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。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,并用螺下钳复
23、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。母固死,其余零件装在下壳的支架上。4、气路系统、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是气路中的气包为了简化管路,减少控制台尺寸,三个换向为了简化管路,减少控制台尺寸,三个换向阀都将是阀都将是qf501b双向气控阀,拆掉原配下双向气控阀,拆掉原配下阀体后,将余下部件装在统一气控板上,阀体后,将余下部件装在统一气控
24、板上,三个换向阀分别控制高档气胎和气胎、移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。送汽缸和下钳夹紧汽缸。5、液压系统、液压系统液压系统原理图,为了简化液压系统,大钳液压系统原理图,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。为了使上扣时,系统处于低压状态,装有上扣溢流阀。一般上扣压力调到一般上扣压力调
25、到10MPa左右(高档),出厂时已左右(高档),出厂时已调好。调好。从抗震压力表可读出上卸扣的压力,然后查出工作扭从抗震压力表可读出上卸扣的压力,然后查出工作扭矩。矩。为了消除液压油中的杂质,在油泵出口装有过滤气管。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。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)装有系统溢流表阀统溢流表阀7,液马达阀板上装有上扣溢流表阀、,液马达阀板上
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