一种简易型修井顶驱背钳的制作方法

1.本发明涉及油井维护技术领域，更具体地说，它涉及一种简易型修井顶驱背钳。
2.

背景技术：

3.修井是一项石油开采中十分重要且特殊的作业，它不仅内容繁多，难易程度也不尽相同。地壳运动会使原油产井发生变形，如不及时维护会导致采油效率降低或者无法进行。修井时需要配合动力水龙头进行。
4.动力水龙头是安装在修井机井架上，用来提供旋转动力的装置。除用于套铣、钻水泥塞、桥塞和打捞等维修作业外，还应用于开窗侧钻、钻裸眼井和取心等钻井作业。
5.但是常规的修井动力水龙头只具有实现管具旋转的功能，在遇到需要倾斜角度连接管具的情况，作业不便且效果不佳，还会使修井作业存在安全隐患。
6.

技术实现要素：

7.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种简易型修井顶驱背钳，解决上述的一个或多个问题。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种简易型修井顶驱背钳，包括动力水龙头；摆动装置，其设于所述动力水龙头的上端，可带动所述动力水龙头摆动；调整装置，其设于所述动力水龙头的下端，可相对所述动力水龙头摆动；夹紧装置，其设于所述调整装置的下端，可夹紧或放开管柱；控制装置，其控制所述摆动装置的摆动、所述调整装置的摆动以及所述夹紧装置的夹放。
9.进一步地，所述调整装置包括连接座，其设于所述动力水龙头的下端，与所述夹紧装置的上端铰接；调整液缸，其一端与所述连接座的端部铰接，另一端与所述夹紧装置的上部铰接；所述调整液缸的伸缩带动所述夹紧装置摆动。
10.进一步地，所述夹紧装置包括夹紧主体，其与所述调整装置铰接；夹紧钳体，其设于所述夹紧主体的下部，可夹紧或松开管柱。
11.进一步地，所述夹紧主体包括钳架，其顶端、上部分别与所述调整装置铰接；悬挂架，其设于所述钳架的下部；钳体，其通过固定轴设于所述悬挂架上，所述钳体具有背钳液缸；
弹性机构，其套设于所述固定轴外，连接所述钳体和所述固定轴；导轨，其穿过所述钳体；所述钳体和所述背钳液缸通过所述弹性机构沿所述固定轴和所述导轨浮动。
12.进一步地，所述悬挂架的上端设有带耳法兰；所述带耳法兰上穿设有调节螺杆，所述调节螺杆的上端可升降地设于所述钳架上。
13.进一步地，所述钳体正对钳口的一端设有限位块，所述背钳液缸邻近钳口且相对的两端设有对称的销轴，所述钳体邻近钳口且相对的两端设有对称的牙板，所述牙板和所述销轴通过牙板座连接；所述背钳液缸可带动两个所述牙板靠近或远离。
14.进一步地，所述动力水龙头固定设有提环销，所述提环销穿出所述动力水龙头；所述摆动装置包括摆动主体，其内部设有摆动机构；提环，其上端固定，下端与所述提环销转动连接；所述摆动机构连接所述动力水龙头和所述提环；所述摆动机构的伸缩带动所述动力水龙头摆动。
15.进一步地，所述摆动机构包括固定支座，其与所述提环固定连接；缓冲座，其与所述固定支座转动连接；连接耳板，其穿设于所述提环销，可转动，与所述动力水龙头固定连接；摆动液缸，其连接所述连接耳板和所述缓冲座；所述摆动液缸的伸缩带动所述动力水龙头摆动。
16.进一步地，所述控制装置包括操作系统和控制系统。
17.进一步地，所述操作系统包括背钳操作端和水龙头控制端，连接进油口的所述控制系统包括加压阀、针阀、顺序阀、插芯阀和分流集流阀，控制系统与所述背钳液缸、摆动液缸和调整液缸形成完整的液压回路；所述背钳操作端分别连接至所述背钳液缸和所述调整液缸并进行控制；所述水龙头控制端连接至所述摆动液缸并进行控制。
18.综上所述，本发明具有以下有益效果：通过摆动装置实现动力水龙头在竖直平面内的摆动，使之适应在倾斜角度下与管柱的对接。通过专门的调整装置和夹紧装置夹紧或松开管柱，进而分担承受上卸的反扭矩，加强动力水龙头与管柱的对接结构强度。通过控制装置实现远程操控，科学合理。
19.附图说明
20.图1为本发明的主视结构图；图2为本发明的侧视结构图；图3为本发明中调整装置和夹紧装置的正面剖视图；图4为本发明中调整装置的摆动示意图；
图5为本发明中钳体和背钳液缸安装结构的示意图；图6为本发明中钳体与钳架安装结构的示意图；图7为本发明中钳体与钳架安装结构的剖视图；图8为本发明中钳体与背钳液缸的结构剖视图；图9为本发明中控制装置的原理示意图。
21.图中：1、动力水龙头；2、摆动装置；3、夹紧装置；4、管柱；11、连接座；12、第一销轴；13、调整液缸；14、第二销轴；15、第三销轴；16、固定螺栓；17、固定支座；18、第四销轴；19、连接耳板；20、缓冲座；21、调节螺杆；22、螺母；23、钳架；24、悬挂架；25、固定轴；26、钳体；27、背钳液缸；28、导轨；29、弹性机构；30、带耳法兰；31、牙板；32、限位块；33、牙板座；41、提环；42、提环销；43、摆动液缸。
22.具体实施方式
23.实施例：以下结合附图1-9对本发明作进一步详细说明。
24.一种简易型修井顶驱背钳，主体为动力水龙头1。动力水龙头1的上端设有摆动装置2。摆动装置2可以带动动力水龙头1整体沿竖直平面摆动。动力水龙头1的下端设有调整装置，调整装置的下部设有夹紧装置3。调整装置可以带动夹紧装置3相对于动力水龙头1在竖直平面摆动。夹紧装置3可以夹紧或放开目标管柱4。
25.其中，动力水龙头1的主体部分设有提环销42，提环销42穿出动力水龙头1，提环销42的两端设有保护器件，保护器件带有弹性缓冲段，用于保护动力水龙头1与井壁的碰撞。优选的，提环销42分为两段，对称地穿设于动力水龙头1主体部分的两端。提环销42与动力水龙头1固定连接。
26.摆动装置2包括内部设有摆动机构的摆动主体和提环41。提环41为倒y型结构，下半部分的端部为竖直构件，提环41整体左右对称。提环41上端固定。提环41下半部分的两端分别可转动地在两侧的提环销42上。提环41整体关于动力水龙头1对称设置。摆动主体内部设有摆动机构。摆动机构连接提环41和动力水龙头1。
27.具体的，摆动机构包括固定支座17、缓冲座20、连接耳板19和摆动液缸43。连接耳板19固定穿设在提环销42上，即连接耳板19通过提环销42与动力水龙头1固定连接，连接耳板19、提环销42和动力水龙头1三者之间相对静止，可以视为一个整体。固定支座17与提环41固定连接。摆动液缸43设于摆动主体内部，摆动液缸43的一端设有缓冲座20，缓冲座20与固定支座17通过短转轴转动连接。缓冲座内部设有缓冲组件，一般为弹性机构等。摆动液缸43的另一端与连接耳板19通过第四销轴18铰接。摆动液缸43的伸缩使得动力水龙头1以提环销42的中性线为轴在竖直平面内摆动。
28.调整装置包括连接座11和调整液缸13。连接座11通过固定螺栓16连接至动力水龙头1的底端。连接座11的端侧设有耳板，耳板上同一圆周的不同位置开设有上槽孔和下槽孔。调整液缸13的一端与下槽孔通过第二销轴14铰接，另一端与夹紧装置3通过第三销轴15铰接。优选的，连接座11相对的两侧各设有一台调整液缸13，两台调整液缸13关于动力水龙
头1对称设置，两台调整液缸13同步运行，减轻负担，加强稳定性。夹紧装置3的上端还与上槽孔通过第一销轴12铰接。调整液缸13的伸缩带动夹紧装置3以上槽孔的中性线为轴在竖直平面内摆动。
29.夹紧装置3包括夹紧主体和夹紧钳体26。夹紧主体的上端与连接座11的上槽孔通过第一销轴12铰接。调整液缸13的下端还与夹紧主体的上端通过第三销轴15铰接。夹紧钳体26设于夹紧主体的下部，可夹紧或松开目标管柱4。
30.具体的，夹紧钳体26包括钳架23、悬挂架24、钳体26、弹性机构29和导轨28。钳架23的上端与连接座11通过第一销轴12和上槽孔铰接，还与调整液缸13通过第三销轴15和下槽孔铰接。钳架23的下部内侧设有悬挂架24。钳体26通过两根对称的固定轴25安装在悬挂架24上。固定轴25同时穿过钳体26和悬挂架24，固定轴25与悬挂架24之间是固定的。钳体26具有配套的背钳液缸27。固定轴25外套设有弹性机构29，弹性机构29分别连接钳体26和固定轴25。弹性机构29的作用是使钳体26相对悬挂架24处于浮动状态，从而满足钻具上卸钻具丝扣螺纹时钻具轴向上的偏移变化，因此钳体26是通过弹性机构29悬挂在带有固定轴25的悬挂架24上的。钳体26左右两侧还各设有一条导轨28，导轨28位于钳架23内侧。导轨28的作用是使钳体26在运动过程中只在竖直方向位移，起到限制和导向的作用，最终保证钳体26的浮动可以稳定安全地实现，钳体26始终处于浮动状态。钻具上扣拧紧丝扣螺纹时，钳体26自动上移；钻具卸扣拧松丝扣螺纹时，钳体26自动下移。因为钳体26在夹持钻具时的位置，在上卸扣时相对钻具是不变的，因此为了实现上卸扣，钳体26必须要浮动。弹性机构29不是单纯的泛指一根一根的弹簧，而是指能够让钳体26实现浮动功能的包括弹簧在内的一系列互相配合的组件，弹性机构29可以实现钳体26短暂的浮动位移，并在后续外力撤去后可以自动复位，对钳体26起浮动作用。钳体26和背钳液缸27可沿固定轴25和导轨28上下滑动，并借助弹性机构29加以限制，最终实现钳体26和背钳液缸27的上下浮动。使得钳体26在钳架23内处于浮动状态。
31.悬挂架24上端设有带耳法兰30。带耳法兰30上穿设有调节螺杆21，调节螺杆21的上端穿设在钳架23上，调节螺杆21连带悬挂架24和悬挂架24上的部件整体上下升降。调节螺杆21的顶端带有螺纹，调节螺杆21通过螺母22相对于钳架23固定。调节螺杆21的位置可调。
32.钳体26正对钳口的一端设有限位块32，限位块32相对钳口的一面为弧面。背钳液缸27邻近钳口且相对的两端设有对称的牙板31，牙面相对设置。背钳液缸27邻近钳口且相对的两端设有对称的销轴。牙板31和销轴通过牙板座33连接，即销轴穿设在牙板座33上，牙板座33与牙板31连接。最终背钳液缸27可通过牙板座33和销轴带动牙板31靠近或远离。
33.整个顶驱背钳还设有专门的控制装置。控制装置可以控制摆动装置2的摆动、调整装置的摆动以及夹紧装置3的夹放。
34.控制装置包括操作系统和控制系统。操作系统主要实现设备的远程控制，分为水龙头控制端和背钳操作端。
35.背钳控制端分别连接至调整液缸13和背钳液缸27，通过对调整液缸13的控制实现夹紧机构的摆动，通过对背钳液缸27的控制实现夹紧机构的夹放。
36.水龙头控制端连接至摆动液缸43，通过对摆动液缸43的控制实现动力水龙头1的摆动。
37.一种实施方式，控制系统起始端设有进油口，连接至两个不同的操作阀，其中一个操作阀分出两条回路，一条回路后续依次连接至针阀、顺序阀和插芯阀，连接至调整液缸13，再回到操作阀；另一条回路依次连接至背钳液缸27，后续依次连接至分流集流阀、插芯阀、顺序阀、针阀，回到操作阀。另一个操作阀依次连接至插装阀、摆动液缸43、插芯阀，回到操作阀。摆动液缸43通过变频器控制插装阀的节流。控制系统设有专门的压力检测表。操作系统设有专门的操作阀，配合控制实现。控制系统是为了实现三个液缸的液压管路正常，实现基本功能，连接方式和部件不唯一也不作限制，常规替换或合理的变更都是可以的。
38.动力水龙头1的摆动动作是借助油液输入摆动液缸43的有杆腔或无杆腔来实现的，其为单缸作业，结构明了，不作赘述。动力水龙头1输出旋转扭矩的动作也是借助油压进入动力水龙头1来实现的，其涉及动力水龙头1的结构原理，属于现有技术，也不是本技术的发明重点，亦不作赘述。
39.背钳动作则是由调整液缸13和背钳液缸27共同完成的。这部分的两组液缸是通过1个操作阀实现顺序动作，通过两个顺序阀实现夹放和摆动动作。
40.如图9所示，具体为油液从操作阀的出口管路a1进入，先进入到背钳液缸27的有杆腔，松开钻具；当达到一定压力后，背钳管路部分左侧的顺序阀（scca-lan）开启，压力油进入调整液缸13的无杆腔，使背钳部分整体摆离钻具，完成摆出动作；油压从操作阀的油口管路b1进入，先进入到调整液缸13的有杆腔，使背钳部分整体摆近钻具，完成摆入动作；当达到一定压力后，背钳管路部分右侧的顺序阀（scca-lan）开启，油液进入背钳液缸27的无杆腔，夹紧钻具；需要注意的是，上卸钻具丝扣螺纹的旋转扭矩均来自于动力水龙头1本体。
41.工作原理：远程通过水龙头控制端控制摆动液缸43的伸缩。摆动液缸43常规处于伸长到一定程度的状态，使得动力水龙头1相对于管柱4保持垂直同轴。此时，打开摆动液缸43的浮动功能，动力水龙头1处于自由摆动的状态。关闭浮动功能，通过进一步伸缩，摆动液缸43的一端铰接有连接支耳，另一端与提环41铰接。提环41整体是固定的，且连接支耳、提环销42以及动力水龙头1三者相对固定。所以第四销轴18处、提环销42及提环41之间、缓冲座20及固定支座17之间形成三个旋转点，再通过摆动液缸43的伸展收缩使得动力水龙头1整体沿提环销42的中性线旋转，更准确地说是沿提环41下端孔槽的中性线转动，且提环41下端孔槽的中性线与提环销42的中性线是重合的，因此可以看做动力水龙头1是沿提环销42的中性线旋转。提环41保持固定，此时动力水龙头1与提环41形成偏转角度，实现动力水龙头1的摆动。
42.优选的，将摆动液缸43的初始状态设定为缩回状态，此时保证动力水龙头1与管柱4处于垂直同轴状态，即动力水龙头1处于垂直作业位置。打开摆动液缸43的浮动功能，动力水龙头1处于自由摆动状态。需要作业时，关闭浮动功能，摆动液缸43伸出，推动动力水龙头1沿提环销42旋转摆动，对准管柱4后，制动并锁定动力水龙头1的倾斜状态，开始接卸管柱4的作业，实现动力水龙头1在竖直平面内任意角度的倾斜及制动。
43.调节螺杆21可相对钳架23上下调整，通过螺母22的旋入实现相对钳架23的固定，由此实现动力水龙头1和相关部件的上升或下降。进而调整钳体26与管柱4的位置。
44.调整液缸13一端与连接座11铰接，另一端与钳架23铰接。连接座11本身是相对动力水龙头1固定的，所以调整液缸13的伸缩会使得钳架23相对动力水龙头1发生偏移。钳架
23与连接座11上槽孔铰接，因此在钳架23发生位移的前提下，钳架23以连接座11上槽孔的中性线为轴旋转。钳架23远离管柱4为退出动作，钳架23靠近管柱4为摆入动作。
45.钳体26摆入到一定位置后，限位块32紧贴管柱4，背钳液缸27驱动牙板座33做直线运动，从而使得安装在两侧牙板座33上的牙板31互相靠近，夹持住管柱4的外壁，实现对接。通过动力水龙头1的旋转将管柱4旋紧或旋出。同时，钳体26在旋紧或旋出时沿导轨28上下自由浮动。相关动作完成后，背钳液缸27控制牙板31远离，钳架23退出。
46.使用时，根据实际情况通过摆动装置2和调整装置将动力水龙头1倾斜一定角度，来对齐管柱4，并使得动力水龙头1相对管柱4保持浮动状态。通过夹紧机构对接管柱4。动力水龙头1带动管柱4旋转并输出扭矩，实现管柱4拆装。夹紧装置3夹紧管柱4，实现动力水龙头1与管柱4的快速拆装，承受输出时的反扭矩。
47.其中，摆动装置2和调整装置虽然都是做的摆动动作，但是摆动装置2的摆动主体是动力水龙头1，通过摆动液缸43的伸缩带动动力水龙头1整体相对于固定的提环41沿提环销42的中性线旋转，使得动力水龙头1本体倾斜，相对垂直的提环41形成一个夹角，实现摆动的目的和效果；而调整装置的摆动主体则是下端的整个背钳部分，调整液缸13的伸缩通过钳架23传动反馈给背钳部分，使得背钳部分整个相对于动力水龙头1沿对应连接点的中性线旋转，背钳部分与动力水龙头1之间形成夹角，实现摆动的目的和效果。
48.二者的运动主体和相对摆动的参照对象不同，所以两者虽然在物理上都是进行摆动，但运动的过程完全不同。
49.需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”、“第二”、“第三”和“第四”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见
““
第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
50.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
51.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。