石油鉆桿接頭抹油及上護絲機構(gòu)設(shè)計

楊龍飛

摘要：抹油及上護絲是石油鉆桿檢查維修的最后一道工序，針對目前人工操作的現(xiàn)狀及存在的不足，設(shè)計了抹油及上護絲機構(gòu)。該裝置解決了石油鉆桿接頭螺紋抹油和接頭上護絲的自動化問題，具有穩(wěn)定、高效、自動化程度高等特點。

關(guān)鍵詞：石油鉆桿接頭;檢查維修;抹油及上護絲;自動化

中圖分類號：TP241? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0071-02

0? 引言

鉆桿在油氣開采中扮演著重要角色，而鉆桿在井下的工作環(huán)境卻十分惡劣。為了確保石油鉆桿在井下能夠順利工作，減少由鉆桿引起的井下事故，鉆桿在使用一定時間后要送回工廠進行檢查維修。抹油及上護絲是鉆桿檢查維修的最后一道工序。目前，這一工作主要是依靠人工完成的，不僅工作效率低，完成質(zhì)量差，而且勞動強度大，危險性高。抹油及上護絲一體化裝置能很好的解決人工操作的不足之處。越來越多的鉆桿維修廠希望擁有抹油及上護絲自動化裝置。對抹油及上護絲一體化裝置的研發(fā)設(shè)計具有很中要的意義。本次設(shè)計了鉆桿接頭抹油及上護絲一體化裝置，該裝置具有穩(wěn)定、高效、自動化程度高等特點。主要內(nèi)容有公接頭抹油裝置、母接頭抹油裝置、上護絲裝置以及底部工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計和詳細設(shè)計，并進行了油泵，潤滑油，驅(qū)動電機選擇計算。

1? 鉆桿接頭概述

石油鉆桿是鉆井工具中用來連接鉆頭并起傳遞扭矩作用的桿件，其基本結(jié)構(gòu)是管體兩端連接鉆桿接頭。鉆桿接頭分為母接頭和公接頭，帶有內(nèi)螺紋的接頭為母接頭，帶有外螺紋的接頭為公接頭。

鉆桿的連接通過鉆桿接頭螺紋來完成。如果接頭螺紋出現(xiàn)損壞，鉆桿連接出現(xiàn)異常，將有可能導(dǎo)致鉆桿在井下斷裂。鉆桿斷裂將給鉆井工作帶來巨大的困難，不僅無法繼續(xù)進行鉆井工作，而且還要設(shè)法將斷裂鉆桿從井下打撈起來，繼而重新下鉆桿進行鉆井工作。這在人力、物質(zhì)以及時間上都是巨大的浪費。考慮到鉆桿在井下惡劣的工作狀況，為了確保石油鉆桿在井下能夠順利工作，減少由鉆桿引起的井下事故，鉆桿在使用一定時間后要送回工廠進行檢查維修。

2? 工藝現(xiàn)狀

鉆桿接頭抹油和上護絲為鉆桿維修的最后一道工序。抹油時鉆桿在裝置帶動下轉(zhuǎn)動，工人用刷子往絲扣上刷絲扣油，刷完絲扣油后再往接頭螺紋上擰護絲。由于鉆桿有兩個接頭，因此抹油上護絲工作需要兩個工人來完成。此工序完成后鉆桿便能出廠重新使用。目前，這一工序主要依靠人工完成，不僅工作效率低，完成質(zhì)量差，而且勞動強度大，危險性高。針對當(dāng)前工藝現(xiàn)狀，設(shè)計抹油及上護絲機構(gòu)，用以代替人工操作，就顯得很有必要。抹油及上護絲機構(gòu)，采用自動化技術(shù)，能很好的解決目前人工操作的現(xiàn)狀及存在的不足，具有穩(wěn)定、高效、自動化程度高等特點。

3? 總體方案設(shè)計

鉆桿接頭抹油及上護絲機構(gòu)的總體方案示意圖見圖1。

鉆桿固定在兩支撐軸上，鉆桿一端為母接頭，另一端為公接頭。鉆桿兩端各放置一套抹油及上護絲機構(gòu)。抹油裝置和上護絲裝置垂直固定在底板上，形成互成90°的工作位。將抹油裝置和上護絲裝置固定在底板上，兩裝置成互相垂直的工作位。將底板固定在小車上。小車位于底座導(dǎo)軌上。小車上帶有兩個電機，一個驅(qū)動小車水平移動，一個驅(qū)動底板轉(zhuǎn)動。護絲放在圓筒中，圓筒位于底座旁邊。

工作時，先讓抹油工作位與鉆桿位于同一中心，兩邊小車電機驅(qū)動小車水平移動，使抹油頭與鉆桿接頭螺紋實現(xiàn)對接。鉆桿在外部設(shè)備驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，打開抹油裝置油泵，使絲扣油從油路進入抹油頭，在鉆桿轉(zhuǎn)動的同時實現(xiàn)抹油工作。抹油工作完成后，小車退回起點。上護絲裝置外層套筒電機驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動使上護絲裝置豎起來，接著中間套筒電機驅(qū)動圓柱齒輪轉(zhuǎn)動，帶動中間套筒和內(nèi)層軸一起向下去抓護絲。當(dāng)內(nèi)層軸上方頭與護絲上方口實現(xiàn)對接后，電磁鐵將護絲吸附在上護絲裝置上，然后中間套筒電機反轉(zhuǎn)，使中間套筒回到起始高度，外層套筒電機反轉(zhuǎn)使裝置回到水平。小車轉(zhuǎn)動電機驅(qū)動小車轉(zhuǎn)過90°，使上護絲裝置與鉆桿位于同一中心。兩邊小車電機驅(qū)動小車水平移動，使絲扣與鉆桿接頭螺紋對接。由于上護絲時公接頭端和母接頭端同時工作，此時不能讓鉆桿轉(zhuǎn)動，應(yīng)該使鉆桿固定不動。小車水平移動電機再次工作使護絲與接頭螺紋實現(xiàn)對接。內(nèi)層軸電機轉(zhuǎn)動，皮帶帶動內(nèi)層軸轉(zhuǎn)動，完成擰護絲工作。擰完護絲電磁鐵斷電，失去吸附作用，小車水平移動電機驅(qū)動小車回到起始位置，準(zhǔn)備對下一根鉆桿進行抹油及上護絲工作。

4? 機構(gòu)各部件設(shè)計

4.1 母接頭抹油裝置

如圖2所示，母接頭抹油裝置主要由母接頭抹油頭、中間球鉸和尾部彈簧三大部分組成，這三大部分通過一根鋼管連接在一起。

母接頭抹油頭針對母接頭螺紋形狀設(shè)計，螺栓連接著兩塊不同大小的圓板，小圓板大端面設(shè)計均勻分布的圓孔和方形槽，用以連接油管和刷子。大圓板一端面亦相應(yīng)設(shè)計均勻分布的圓孔和方形槽，用來連接油管和刷子的另一端。兩板之間均勻連接若干根油管和若干把刷子，與圓板上的孔和槽相對應(yīng)。油管上均勻分布若干個油孔。在抹油頭圓柱板右端面焊接一定長度的鋼管，通過這段鋼管用螺釘將抹油頭固定在主體鋼管上。螺釘選用開槽圓柱頭螺釘[1]。通過這種方式連接抹油頭，使抹油頭能方便拆卸，便于油管、刷子以及圓板的更換。由于鉆桿接頭螺紋具有多種尺寸，針對各種尺寸設(shè)計相應(yīng)的抹油頭，通過更換不同尺寸的抹油頭便能實現(xiàn)一套裝置滿足所有鉆桿接頭抹油工作。

中間球鉸和尾部彈簧首先對鋼管在豎直方向起固定作用，讓抹油頭和鉆桿接頭螺紋在同一中心，能夠順利實現(xiàn)對接。在進行抹油工作時鉆桿轉(zhuǎn)動，抹油頭不轉(zhuǎn)動。由于鉆桿不直等外部因素使鉆桿中心在轉(zhuǎn)動時有一定波動，中間球鉸和尾部彈簧的重要作用便是允許抹油頭和鋼管隨著鉆桿轉(zhuǎn)動在各個方向有一定的波動。球鉸內(nèi)部為一定直徑大小的球，中間有一圓柱孔，通過圓柱孔將球鉸套在主鋼管上。球鉸外部是鉸支座，鉸支座由底座和上蓋構(gòu)成[2]。底座和上蓋各有一球孔，合在一起正好裝下內(nèi)部圓球。為了滿足抹油頭和鋼管的波動在支座左右兩端各開了錐孔與球孔接通，錐孔小端之間比鋼管外徑稍大一些。如此在進行抹油時，鉆桿轉(zhuǎn)動帶動抹油頭和鋼管存在一定波動，球鉸內(nèi)部球便可以在支座內(nèi)輕微轉(zhuǎn)動。尾部有若干根彈簧，每根彈簧上下左右各一根與主鋼管相連并固定在尾部板上。

4.2 公接頭抹油裝置

公接頭抹油裝置和母接頭抹油裝置一樣，也是由抹油頭、中間球鉸和尾部彈簧三部分組成，這三大部分也通過一根鋼管連接在一起。

公接頭抹油裝置除了抹油頭與母接頭抹油裝置不同外，其余結(jié)構(gòu)與母接頭抹油裝置完全相同。

4.3 上護絲裝置

如圖3所示，上護絲裝置由內(nèi)層軸、中間套筒、外層套筒三大部分組成。在護絲上開一方口，并將護絲堆放在圓桶中。上護絲時鉆桿固定不轉(zhuǎn)動，通過上護絲裝置轉(zhuǎn)動將護絲擰緊。內(nèi)層軸是一段階梯軸，其前端用螺釘連接一個方頭，用以與護絲上開的方口對接。階梯軸尾部連接皮帶輪，利用減速電機通過帶傳動來帶動內(nèi)層軸轉(zhuǎn)動，以完成擰護絲的工作[3]。

中間套筒為一空心圓管，與內(nèi)層軸間裝有一對軸承。軸承固定在階梯軸上，通過臺階水平定位，軸承蓋固定在中間套筒上。套筒前端軸承蓋上通過螺栓固定一塊電磁鐵，電磁鐵與內(nèi)層軸方頭挨在一起。當(dāng)電磁鐵通電后，方頭與護絲方口對接后就可將護絲吸附在裝置上。通過齒輪齒條傳動，使中間套筒可以移動[4]。在右端軸承蓋延伸板上固定著內(nèi)層軸轉(zhuǎn)動減速電機。

外層套筒和中間套筒一樣是空心管，與中間套筒間有一銅套，該銅套允許中間套筒軸向移動但是不能轉(zhuǎn)動。筒套用軸套蓋水平壓緊。套筒外表面前后各有一根軸，通過軸承和軸承座將整個裝置固定在小車上。通過齒輪傳動，使整個裝置由水平變?yōu)樨Q直[5]。

4.4 抹油及上護絲裝置集成

如圖4所示，將母接頭抹油裝置和上護絲裝置固定在底板上，底板固定在小車上，小車位于底座導(dǎo)軌上，便形成了母接頭抹油及上護絲機構(gòu)。上護絲裝置與母接頭抹油裝置互相垂直。轉(zhuǎn)盤和護絲筒位于底座旁邊。當(dāng)小車轉(zhuǎn)過90°，上護絲裝置由水平變?yōu)樨Q直時，便可向下抓取護絲。

同樣將公接頭抹油裝置和上護絲裝置固定在底板上，底板固定在小車上，小車位于底座導(dǎo)軌上，便形成了公接頭抹油及上護絲機構(gòu)。

5? 結(jié)論

本文在工藝現(xiàn)狀、總體方案設(shè)計、各部件設(shè)計等方面對鉆桿接頭抹油及上護絲機構(gòu)進行了簡單介紹。本次設(shè)計旨在解決石油鉆桿接頭螺紋抹油和接頭上護絲的自動化問題。通過設(shè)計抹油和上護絲機構(gòu)，代替人工對鉆桿進行抹油和上護絲工作，從各個方面來講，都具有非常重要的意義。

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