一种用于铁钻工的双向自锁式滚柱钳牙装置的制作方法

本发明涉及石油钻井装备技术领域，特别涉及一种用于铁钻工的双向自锁式滚柱钳牙装置。

技术背景

在石油天然气钻井过程中，已经大范围采用自动化程度较高的铁钻工进行钻杆或钻铤(简称石油管柱)上卸扣作业。

由于铁钻工中的夹紧钳和冲扣钳工作扭矩较大，在其v型压块的表面上均装有可方便更换的钳牙。钳牙的牙型主要有直线形、曲线形、花纹形等。在上卸扣过程中，尤其在冲扣时，所需力矩较大，钳牙与石油管柱外壁可能会产生相对滑动。除了钳牙局部咬入接头外壁造成石油管柱损伤外，上述相对滑动还将导致钳牙和石油管柱外表面进一步的损伤，影响钳牙的寿命，也影响到石油管柱的强度及寿命，极端情况将出现所谓的钻柱“剥皮”现象。这均将导致钻井成本的增加，甚至引发钻井事故的发生。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于铁钻工的双向自锁式滚柱钳牙装置，替代传统钳牙；该装置具有结构简单、使用寿命长、上卸扣过程中该装置与石油管柱之间形成自锁、被钳石油管柱接头表面无牙痕的特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于铁钻工的双向自锁式滚柱钳牙装置，包括自锁式双轨道主体1和滚柱2；滚柱2通过其上下两端的弹簧4和自锁式双轨道主体1上的弹簧固定螺栓6保持接触；弹簧4外围的防护盖板3通过螺栓5与自锁式双轨道主体1联结在一起。

所述的自锁式双轨道主体1中的a表面1-a和b表面1-b构成自锁式双轨道，该自锁式双轨道的轮廓曲线包括斜直线、对数螺线、阿基米德螺线、渐开线或圆弧。

在上扣过程中，滚柱2和石油管柱连心线的垂线，与滚柱2的某一切线构成的角为楔形角θ1，应保证楔形角θ1小于滚柱2与自锁式双轨道的摩察角来保证上扣过程中的自锁。

在卸扣过程中，滚柱2和石油管柱连心线的垂线，与滚柱2的某一切线构成的角为楔形角θ2，应保证楔形角θ2小于滚柱与自锁式双轨道的摩察角来保证卸扣过程中的自锁。

本发明能很好地解决当前齿状钳牙使用寿命短、对石油管柱接头外壁有损坏的缺点，使用时，在铁钻工对石油管柱进行上卸扣作业过程中，由于是滚柱2和石油管柱接头外壁接触，可避免以往的齿状钳牙齿直接咬入石油管柱接头外壁的情况，降低对石油管柱接头的损坏程度。同时，由于自锁的原因，无论上卸扣过程中的力矩有多大，滚柱2和石油管柱接头外壁之间均不会出现打滑现象，可有效的提高滚柱2的使用寿命，减少原更换钳牙的辅助工作时间，提高工作效率，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明工作位置示意图。

图2是本发明的外部立体结构示意图。

图3是本发明的内部立体结构示意图，图3a是立体正视图，图3b是立体底视图，图3c是俯视图。

图4是本主体1中的a、b表面轮廓示意图，其中图4a为立体图，图4b为俯视图。

图5是本发明上、卸扣作业时内部结构图。

图6是本发明双向自锁式上扣原理示意图。

图7是本发明双向自锁式卸扣原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

参考附图2、附图3，一种用于铁钻工的双向自锁式滚柱钳牙装置，包括自锁式双轨道主体1和滚柱2；滚柱2通过其上下两端的弹簧4和自锁式双轨道主体1上的弹簧固定螺栓6保持接触；弹簧4外围的防护盖板3通过螺栓5与自锁式双轨道主体1联结在一起，主要作用是防护。。

参照图4，所述的自锁式双轨道主体1中的a表面1-a和b表面1-b构成自锁式双轨道，该自锁式双轨道的轮廓曲线包括斜直线、对数螺线、阿基米德螺线、渐开线或圆弧。

参照图5，在上扣过程中，滚柱2和石油管柱连心线的垂线，与滚柱2的某一切线构成的角为楔形角θ1，应保证楔形角θ1小于滚柱2与自锁式双轨道的摩察角来保证上扣过程中的自锁。

参照图6，在卸扣过程中，滚柱2和石油管柱连心线的垂线，与滚柱2的某一切线构成的角为楔形角θ2，应保证楔形角θ2小于滚柱与自锁式双轨道的摩察角来保证卸扣过程中的自锁。

本发明的工作原理为：

参照图1，使用本发明，要完成石油鉆柱的上、卸扣作业，需要四套本发明的装置。在铁钻工对石油管柱进行上卸扣作业过程中，由于是滚柱2和石油管柱接头外壁接触，可避免以往的齿状钳牙齿直接咬入石油管柱接头外壁的情况，降低对石油管柱接头的损坏程度。

由于自锁的原因，无论上卸扣过程中的力矩有多大，滚柱2和石油管柱接头外壁之间均不会出现打滑现象。在上扣过程中，应保证楔形角θ1小于为滚柱与轨道的摩察角来保证上扣过程中的自锁，在卸扣过程中，应保证楔形角θ2小于为滚柱与轨道的摩察角来保证卸扣过程中的自锁。这样，在上、卸扣过程中的阻力矩越大，石油管柱就被抱得越紧，产生的摩擦力就越大，力矩也越大，实现上卸扣作业。

技术特征：

技术总结
一种用于铁钻工的双向自锁式滚柱钳牙装置，滚柱通过弹簧和自锁式双轨道主体上的弹簧固定螺栓保持接触；主体表面为自锁式双向双轨道，防护盖板通过螺栓与自锁式双轨道主体联结在一起；上卸扣工作时，应保证楔形角θ1、θ2小于滚柱与轨道的摩察角，实现自锁；使用本发明，由于是滚柱和石油管柱接头外壁接触，可避免以往的齿状钳牙齿直接咬入石油管柱接头外壁的情况，降低对石油管柱接头的损坏程度；同时，由于自锁的原因，无论上卸扣过程中的力矩有多大，滚柱和石油管柱接头外壁之间均不会出现打滑现象，很好地解决了当前齿状钳牙使用寿命短、对石油管柱接头外壁有损坏的缺点，提高工作效率，具有很好的推广应用价值。

技术研发人员：闫文辉;彭勇;吴恒;邵军;段正勇;胡楠
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：2018.12.28
技术公布日：2019.03.12