鉆桿動力鉗的應(yīng)用與改進

楊風良，劉現(xiàn)川

(河北省煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊，河北 邢臺 054000)

?

鉆桿動力鉗的應(yīng)用與改進

楊風良，劉現(xiàn)川

(河北省煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊，河北 邢臺 054000)

鉆桿動力鉗的使用大大鉆井工作效率，不過，使用中也暴露出一些問題,比如：不同規(guī)格的顎板和堵頭螺釘容易錯配使用；擰卸反絲鉆具時容易超扭矩上扣，卸扣無力；擰卸套管時，浮動體上下浮動行程小，容易損壞套管螺紋和動力鉗；動力鉗液壓站長期無效空載運行，產(chǎn)生能耗、噪音和磨損等。針對上述問題，從動力鉗的工作原理出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，采取了配置專用周轉(zhuǎn)箱，相同規(guī)格的顎板和堵頭螺釘同箱存放、同時更換；在使用反絲鉆具時，把進出液壓馬達的兩根油管互換位置；在動力鉗移送氣缸的氣路上增設(shè)“氣控電”開關(guān)；完善操作工藝流程等措施對動力鉗進行了適當改進?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，改進后動力鉗，不僅提高了鉆井效率，降低了職工勞動強度，而且還提升了企業(yè)的核心競爭力和技術(shù)裝備水平。

顎板和堵頭螺釘錯配；擰卸反絲鉆具；專用周轉(zhuǎn)箱；油管位置互換；“氣控電”開關(guān)

為了減少上下鉆具的輔助時間，提高扭矩控制精度和鉆具使用壽命，降低工人勞動強度[1-2]，我單位從2010年起，陸續(xù)購置了多臺ZQ203/100型鉆桿動力鉗。幾年來，已經(jīng)施工鹽礦、地熱和煤田地質(zhì)勘探等各類鉆井工程106項。在使用的過程中，也發(fā)現(xiàn)一些需要解決的問題。

1 容易出現(xiàn)的問題

(1)鉆桿動力鉗的顎板和堵頭螺釘沒有互鎖裝置，不同規(guī)格的顎板和堵頭螺釘容易發(fā)生錯配現(xiàn)象，損壞鉆具螺紋[3]。

鉆桿動力鉗的顎板和堵頭螺釘是與不同規(guī)格鉆具(88.9mm鉆桿、114mm鉆桿、127mm等規(guī)格鉆桿，177.8mm、203mm等規(guī)格鉆鋌)配套使用的，只有同一規(guī)格的顎板和堵頭螺釘同時使用[1，3]，才能保證動力鉗就位后，鉆具接頭與鉗頭中心重合，鉗頭轉(zhuǎn)動時不會磨偏鉆具接頭。如果顎板與堵頭螺釘不是同一規(guī)格，就會造成鉆具接頭偏離鉗頭中心，鉗頭轉(zhuǎn)動時，損壞接頭螺紋。

(2)擰卸反絲鉆具時超大扭矩上扣，和卸扣扭矩不足的問題。從動力鉗液壓原理圖[1，4](圖1)可以看出，全系統(tǒng)不僅在液壓動力站配置了總溢流閥(在虛線框右下角)，保護全系統(tǒng)安全；而且在上扣管線上專門配置了上扣溢流閥5，防止超扭矩上扣。當使用反絲鉆具時，原設(shè)計的上扣管線就變成了卸扣管線，原來的卸扣管線就變成了上扣管線。原卸扣管線上沒有安裝溢流閥，使用反絲鉆具上扣時，容易造成超扭矩上扣；原上扣管線上安裝了溢流閥，使用反絲鉆具卸扣時，容易發(fā)生溢流閥提前泄壓，卸扣扭矩低，卸不開反絲鉆具。

(3)擰卸套管螺紋時動力鉗扭矩容易超過套管額定扭矩，以及動力鉗浮動體上下浮動距離小的問題。根據(jù)有關(guān)資料[5-6]和現(xiàn)場實際操作，鉆桿動力鉗能擰卸套管，但是，易發(fā)幾個問題：一是套管為細扣，動力鉗擰卸套管容易發(fā)生搓扣，損壞螺紋，降低套管連接強度和密封效果； 二是套管螺紋額定擰緊扭矩小，比如鋼級N80 ，規(guī)格為139.7mm×7.72mm的套管，普通長圓扣推薦擰緊扭矩只有6300N·m；而鋼級為G105的73mm鉆桿接頭，推薦擰緊扭矩達到8940N·m[7-8]，所以，使用動力鉗擰卸套管時，容易發(fā)生過緊、粘扣等現(xiàn)象；三是套管螺紋長度約100mm，鉆桿動力鉗上鉗頭浮動距離約30mm。使用動力鉗擰卸套管時，經(jīng)常發(fā)生套管還未達到額定擰緊扭矩，但是動力鉗浮動體已經(jīng)到達極限位置，不能再隨套管繼續(xù)下降，如果繼續(xù)轉(zhuǎn)動會造成套管螺紋滑扣[9-11]。

圖1 動力鉗液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Figure 1 Powered wrench hydraulic system configuration

(4)液壓站長時間空載運轉(zhuǎn)造成的耗能、噪音和設(shè)備磨損問題。在提鉆具作業(yè)時，一個完整的提鉆操作流程，按作業(yè)工序分9個步驟：一是上提鉆具，二是卡井口吊卡(或卡瓦)，三是下放大鉤，把鉆具接頭座放在井口吊卡(或卡瓦)上，四是用動力鉗卸開井口鉆具接頭，五是上提大鉤把卸開的鉆具提離井口，六是下放大鉤，把鉆具放到立根盤上，七是摘開大鉤懸掛的空吊卡，拉出鉆具，八是下放大鉤，九摘下空吊卡，掛上井口懸掛鉆具的吊卡。從以上提鉆工序可以看出，真正使用動力鉗的時間，只有第四道工序，只占全部時間的10%～20%，其他時間根本不使用動力鉗(下鉆時流程順序有變化，使用率基本無變化)。

2 改進措施

針對鉆桿動力鉗在使用中出現(xiàn)的上述問題，經(jīng)過查閱相關(guān)資料[10，12]，并結(jié)合現(xiàn)場情況，我們制定了如下改進措施：

(1)針對顎板和堵頭螺釘容易錯配使用的問題，現(xiàn)場配置了專用周轉(zhuǎn)箱，相同規(guī)格的顎板和堵頭螺釘同箱存放、同時更換，如有損壞及時更新補齊。并且對顎板和堵頭螺釘?shù)耐礁鼡Q過程，設(shè)置了檢查和復(fù)核程序，復(fù)核無誤后才能使用動力鉗。

(2)為了使用動力鉗安全高效地擰卸反絲鉆具，在使用反絲鉆具時，把進出液壓馬達的兩根油管互換位置[3,10]，既保證上扣時扭矩安全，又保證了卸扣時動作有力、順利高效。

(3)針對動力鉗擰卸套管時，存在的安全隱患，我們細化了操作規(guī)程：一是必須人工手動扶正擰2～3扣，防止錯扣，在對扣成功后，再用動力鉗擰卸；二是必須嚴格控制動力鉗扭矩，防止損壞套管螺紋；三是每轉(zhuǎn)動5～8圈，應(yīng)反向轉(zhuǎn)動鉗頭，使鉗牙松開管體，待鉗頭浮動復(fù)位后，再重新夾緊套管，繼續(xù)擰卸，防止浮動體上下浮動距離太大，造成浮動體脫落或損壞套管螺紋。

(4)為了減少動力鉗動力消耗，降低噪音，延長設(shè)備壽命。我們在動力鉗移送氣缸的氣路上增設(shè)了“氣控電”開關(guān)[13-14]，當動力鉗推向井口鉆具時，氣壓升高，電路接通，液壓站開始工作；當動力鉗拉離井口鉆具時，氣壓降低，電路斷開，液壓站停止工作，從而達到節(jié)能、降噪和延長動力鉗使用壽命的目的。

3 使用效果

通過兩年多的不斷摸索和改進，并經(jīng)現(xiàn)場使用，鉆桿動力鉗在我隊勘探施工中充分發(fā)揮了安全、高效的優(yōu)勢，改善了職工的工作條件和環(huán)境，解放了緊缺的勞動力，提高了企業(yè)的裝備水平和核心競爭力。

[1]江蘇如石機械有限公司.ZQ203-100鉆桿動力鉗使用說明書[R].江蘇 如東：江蘇如石機械有限公司，2010.

[2]李世忠.鉆探工藝學[M].北京：地質(zhì)出版社，1992.

[3]王文智.鉆桿動力鉗的設(shè)計缺陷及使用中存在的問題[J].石油礦場機械，2005，(1):95-96.

[4]溫振生,盧偉,溫海濤,等.新型鉆桿動力鉗的研制[J].石油機械，2008，(6)：31-34.

[5]楊元東.鉆桿套管兩用動力鉗的研制和應(yīng)用[J].石油機械.2010,38(9):49-51.

[6]王衛(wèi)民，仲玉芳.深部石鹽層取心技術(shù)[J].中國煤炭地質(zhì)，2010，22(增刊)：120-122.

[7]法國石油研究院，鉆井數(shù)據(jù)手冊[M].北京：地質(zhì)出版社.

[8]趙金州.鉆井工程技術(shù)手冊[M].北京：中國石化出版社.

[9]王洪臣.石油鉆井液壓大鉗危害事故分析[J].現(xiàn)代職業(yè)安全，2014,(8)：94-95.

[10]劉玉忠，液壓動力鉗使用過程中故障診斷與排除方法的研究[J].價值工程，2013，34，41-42.

[11]潘志勇，燕鑄，劉文紅，等.兩起套管脫扣失效的典型案例分析[J].鉆采工藝，2012,(5),83-86.

[12]孫浩.液壓動力鉗結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與控制系統(tǒng)研究[D].山東理工大學，2014.

[13]梁熊.鉆桿動力鉗的基本原理和維護保養(yǎng)[J].中國井礦鹽，2014,(4):28-29.

[14]劉慧，于巖，王衍國.XYQ6B型液壓動力鉗的改進[J].液壓與氣動，2007，(4)，69-70.

Application and Improvement of Powered Drill Pipe Wrench

Yang Fengliang, Liu Xianchuan

(The Second Exploration Team, Hebei Bureau of Coal Geological Exploration, Xingtai, Hebei 054000)

The application of the powered drill pipe wrench has greatly stepped up the drilling efficiency. But, some issues have been exposed such as: different sized jaw plate and plug screw can be rashly mismatched; twist off left handed drill tools may over-torque spinning and cause screw off lacking in strength; when tighten and loosen casing, the floating body has small strokes up and down, thus can damage casing screw thread and powered drill pipe wrench; long-term invalid idle operation of the hydraulic station can cause energy consumption, noise and abrasions. In allusion to above issues, based on powered drill pipe wrench principle of operation, combined with site actual situation, configured special circulation box, the same specification jaw plates and plug screws put into the same box and replace at the same time. During the use of left handed drill tools, measures to appropriately improve the powered drill pipe wrench including two oil pipes pass in and out of hydro-motor should be transposed, an “electric pneumatic control” switch should be added on the transferring gas circuit of pneumatic cylinder and improving operation technical process. The application of the improved wrench on site has shown that not only can step up the drilling efficiency, lower down labor intensity, but also enhance the enterprise core competitiveness and technical equipment standard.

jaw plate and plug screw mismatch; twist off left handed drill tool; special circulation box; transposition of oil pipes pass in and out; “electric pneumatic control” switch

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.06.13

1674-1803(2017)06-0066-02

楊風良(1971-),男，河北臨漳人，高級工程師，從事煤田、地熱井、鹽礦工程與定向?qū)泳@探技術(shù)和管理工作。

2016-12-08

文獻標識碼：A

責任編輯：樊小舟