淺談動(dòng)力頭浮動(dòng)的作用及結(jié)構(gòu)形式

趙 娟，王海鑌，朱冬鈺，姜 洲

(連云港黃海勘探技術(shù)有限公司，江蘇 連云港 222062)

0 引言

動(dòng)力頭的浮動(dòng)是指由動(dòng)力頭液壓卡盤和孔口夾持器配合完成鉆桿的擰卸動(dòng)作時(shí)，動(dòng)力頭必須能隨鉆桿接頭螺紋的擰出、擰入而自由地前后移動(dòng)。此時(shí)如果動(dòng)力頭不能浮動(dòng)，鉆桿將直接作用于螺紋，整個(gè)應(yīng)力集中在兩鉆桿的螺紋連接處，易損壞螺紋。該功能可延長鉆桿使用壽命，減少脫扣或鉆桿從螺紋連接處折斷等孔內(nèi)事故。

在擰卸鉆桿的過程中，螺紋扣的損傷，不僅影響工作效率，延長施工作業(yè)周期，而且導(dǎo)致綜合作業(yè)成本的增加，造成嚴(yán)重的浪費(fèi)；甚至可能發(fā)生鉆桿的報(bào)廢。本文從保護(hù)鉆桿出發(fā)，針對(duì)地質(zhì)鉆探中擰卸鉆桿損傷鉆桿螺紋的這一情況，梳理出幾種常見的動(dòng)力頭浮動(dòng)形式，目的就是希望能為設(shè)計(jì)者在今后勘探鉆機(jī)的設(shè)計(jì)中提供一些借鑒和幫助。

1 動(dòng)力頭浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式

動(dòng)力頭浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式主要可分為液壓浮動(dòng)和機(jī)械浮動(dòng)。

1.1 液壓浮動(dòng)

液壓浮動(dòng)是通過改變其液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭的浮動(dòng)，常見的有兩種形式。

(1)卸扣浮動(dòng)

回路主要由換向閥1(三位四通換向閥)、換向閥2(兩位三通換向閥)、給進(jìn)液壓缸等所構(gòu)成，如圖1所示。換向閥1的P口接液壓泵的出油，T口接系統(tǒng)回油，A口、B口分別接執(zhí)行元件給進(jìn)液壓缸或者馬達(dá)進(jìn)出口，執(zhí)行元件與動(dòng)力頭直接連接；換向閥2的A口、B口分別與給進(jìn)液壓缸進(jìn)出油口相連接，T口接系統(tǒng)回油。當(dāng)動(dòng)力頭配合夾持器夾持卸扣時(shí)，換向閥1處于中位O位，打開換向閥2，使換向閥2的A口、B口與T口接通，此時(shí)給進(jìn)液壓缸處于浮動(dòng)狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭完成鉆桿卸扣。當(dāng)動(dòng)力頭配合夾持器擰緊時(shí)，使換向閥2的A口、B口與T口斷開，控制換向閥1，使得給進(jìn)液壓缸給進(jìn)，旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭完成鉆桿擰緊。

圖1 液壓卸扣浮動(dòng)簡圖Fig.1 Hydraulic unscrewing floating diagram

(2)擰卸浮動(dòng)

如圖2所示，由三位四通換向閥、溢流閥、壓力表構(gòu)成。換向閥的P口接液壓泵的出油，T口接系統(tǒng)回油，A口、B口分別接執(zhí)行元件給進(jìn)油缸液壓進(jìn)出油口，給進(jìn)液壓缸與動(dòng)力頭直接連接，溢流閥的P口接給進(jìn)液壓缸的給進(jìn)腔，T口系統(tǒng)回油。當(dāng)動(dòng)力頭配合夾持器擰卸鉆桿時(shí)，溢流閥調(diào)整為0 MPa，換向閥調(diào)整到右位，使得P口與B口接通，逐步調(diào)整溢流閥，直至調(diào)整到克服給進(jìn)液壓缸向前給進(jìn)的阻力，此時(shí)動(dòng)力頭夾持鉆桿，給進(jìn)液壓缸繼續(xù)保持向前給進(jìn)，可通過溢流閥實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)，動(dòng)力頭來擰卸鉆桿。

圖2 液壓擰卸浮動(dòng)簡圖Fig.2 Hydraulic unscrewing floating diagram

1.2 機(jī)械浮動(dòng)

機(jī)械浮動(dòng)是通過改變其機(jī)械結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)，常見的有三種形式。

(1)動(dòng)力頭在導(dǎo)向桿上浮動(dòng)

如圖3所示，主要由動(dòng)力頭、導(dǎo)向桿、滑座構(gòu)成。動(dòng)力頭通過導(dǎo)向桿固定在滑座上，動(dòng)力頭可在導(dǎo)向桿上前后自由滑動(dòng)，L為動(dòng)力頭在導(dǎo)向桿上浮動(dòng)的行程，L必須大于擰卸鉆桿時(shí)鉆桿的螺紋長度，在動(dòng)力頭配合夾持器夾持鉆桿擰卸時(shí)，必須將動(dòng)力頭與滑座之間的浮動(dòng)距離L置于合適的位置，才能保證在擰緊、卸扣時(shí)動(dòng)力頭夾持鉆桿有足夠的余量來給進(jìn)和后退浮動(dòng)。

圖3 導(dǎo)向桿浮動(dòng)簡圖Fig.3 Guide rod floating diagram

(2)鏈條浮動(dòng)

如圖4所示，主要由動(dòng)力頭、導(dǎo)向拉桿、滑座、鏈條構(gòu)成。動(dòng)力頭固定在滑座上，動(dòng)力頭與滑座保持聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)向拉桿穿過滑座上的耳板與前后兩側(cè)的鏈條相連接，L為鏈條浮動(dòng)的行程，與動(dòng)力頭浮動(dòng)類似，鏈條的浮動(dòng)行程L必須大于鉆桿螺紋的長度，此時(shí)將滑座與導(dǎo)向拉桿之間的浮動(dòng)距離L置于合適的位置，才能保證動(dòng)力頭在擰卸鉆桿時(shí)保護(hù)鉆桿螺紋不受損傷。

圖4 鏈條浮動(dòng)簡圖Fig.4 chain floating diagram

(3)法蘭浮動(dòng)

如圖5所示，主要由六方軸、上法蘭盤、內(nèi)卡鍵、下法蘭盤所構(gòu)成。動(dòng)力頭主軸外露部分加工成六方軸，上、下法蘭盤均為內(nèi)六方孔，用以動(dòng)力頭傳遞扭矩，內(nèi)卡鍵起六方軸與下法蘭盤之間浮動(dòng)限位的作用，上、下法蘭盤連接后可在六方軸上自由滑動(dòng)，保持足夠的滑移量，避免在卸扣時(shí)損傷鉆桿螺紋。

圖5 法蘭浮動(dòng)簡圖Fig.5 Flange floating diagram

4 結(jié)論

金剛石鉆探具有鉆孔效率高、地質(zhì)效果好、鉆頭壽命長、巖心質(zhì)量好、勞動(dòng)強(qiáng)度低、鉆孔事故率低等許多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于固體礦產(chǎn)勘探和科學(xué)鉆探、油氣資源地質(zhì)調(diào)查、海洋地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域。隨著勘探開采環(huán)境的不斷惡化，安全技術(shù)的要求也越來越高，勘探巖層多變、不確定性較強(qiáng)等復(fù)雜條件，使鉆桿在鉆孔孔內(nèi)發(fā)生事故后的維修十分不方便，所以孔底作業(yè)的穩(wěn)定可靠可以節(jié)省大量的人力物力。

本文從實(shí)際出發(fā)，以安全施工為前提，以經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，針對(duì)地質(zhì)鉆探中對(duì)于常發(fā)生的擰卸鉆桿螺紋扣損傷問題，分別從液壓系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)角度列舉多種浮動(dòng)結(jié)構(gòu),供鉆機(jī)設(shè)計(jì)人員參考和借鑒，使鉆桿擰卸扣時(shí)鉆桿、動(dòng)力頭以及夾持器不再承受巨大的反作用力，有效地保護(hù)了鉆桿螺紋，提高鉆桿的可靠性，降低施工成本，而且使操作更加方便、簡潔，有效預(yù)防和減少了井下作業(yè)事故的發(fā)生。