一种小型钻机井口倒扣器的制作方法

本实用新型涉及一种小型钻机井口倒扣器，具体地说是一种小型钻机在钻探过程中井底出现卡钻事故后倒扣用到的一种反转动力装置，属于小型钻机领域。

背景技术：

倒扣作业：即井底出现某钻具(近钻头处)被卡住，无法继续旋转切削岩层，也无法在井口提升取出井底钻具。这时，就需要对被卡钻具以上的所有钻具反转倒扣后起出钻具，然后下入反扣钻杆将打捞工具送入井底被卡部分钻具并与其进行连接抱紧后，井口再提供反转动力，上部的反扣钻杆会越拧越紧，而下部被卡住的正扣钻具就会被巨大的反转扭矩拧开，然后逐个被起出井口，直至卡钻事故处理完毕。目前，在浅井的油、气田勘探开发钻井过程中，井队配备的钻机基本都为1500米的小型钻机，正常情况下平均3-5天完成一口井的钻探。但是，在这1500米的钻探深度也不排除出现井底钻具被卡钻的事故，一旦出现此类卡钻事故，按照作业流程需要进行反扣钻具倒扣作业。(反扣钻具是指左旋螺纹连接的钻采工具；正扣钻具是指右旋螺纹连接的钻采工具)。然而，根据井队现有情况，小型钻机无法配备先进的顶驱，转盘的反转动力不足，甚至有些井转盘反转无发提供扭矩。在这些无法提供足够反向动力时井队目前采用人工拖拽的土办法进行倒扣作业，(即在井口方钻杆上套方瓦和补芯，然后在补芯的外圈缠绕钢丝绳，并将钢丝绳另一头系在钻台下面的拖拉机上，用拖拉机进行拖拽来实现反扣钻具的反转进行倒扣作业。此方法具有一定的效果，但是，极大程度影响了井队的作业安全、效率低，拖拽力无法合理控制，有时候甚至能将井架拖拽移位，造成的后果相当严重。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型设计了一种小型钻机井口倒扣器，针对1500米小型钻机的转盘反转动力不足情况在井口提供一种高扭矩的反转动力源，从而更安全、便捷、快速的处理倒扣作业，并协助处理井底卡钻事故。

本实用新型的技术方案为：

一种小型钻机井口倒扣器，包括棘齿转动轮，所述棘齿转动轮内设有扭矩传递套，所述棘齿转动轮外设有棘爪盘，所述棘齿转动轮设置在摆臂上，所述摆臂通过伸缩液缸与底座相连。

所述伸缩液缸的一端通过铰接轴与所述底座铰接。

所述棘齿转动轮的外周设有正齿和反齿，底部设有旋转导向槽，内侧设有卡槽，所述卡槽与所述扭矩传递套卡接。

另外，所述棘齿转动轮的一侧设有豁口与所述卡槽连通，方便与所述扭矩传递套卡接。所述的正齿和反齿上下并排设置。

所述扭矩传递套的外形与所述卡槽的形状相适应，用于针对油田现场不同的钻杆配备的相应传递套，包括四方钻杆专用套、六方钻杆专用套和钻杆扭矩传递套，在油田现场用于传递扭矩的有四方钻杆和六方钻杆，对于常规的圆形钻杆传递扭矩极少，考虑到特殊情况也需要配备相应的钻杆扭矩传递套，四方钻杆配备四方钻杆专用套，六方钻杆配备六方钻杆专用套。

所述棘爪盘设有与所述棘齿转动轮的正齿和反齿相对应的正棘爪盘和反棘爪盘，所述的正棘爪盘和反棘爪盘均连接有连杆，两个所述连杆均与摆动手柄相连接，并且两个所述连杆均穿过导向块，在导向块内水平滑动，所述摆动杆与固定销配合，并绕固定销进行一定幅度的左右摆动，所述手柄的摆动分别通过连杆传递到各自对应的正棘爪盘和反棘爪盘前后位置切换，这种正、反棘爪盘前后位置的反复切换正好与棘齿转动轮的正齿和反齿之间形成一离一合状态。

当所述伸缩液缸工作时的伸、缩状态将推动所述摆臂实现一左一右摆动，摆动将带动所述棘爪盘左右摆动，棘爪盘摆动通过正、反棘爪盘与棘齿轮正、反齿离合分别实现棘齿转动轮的正、反转动传递扭矩。

所述棘爪盘设有片簧组，所述片簧组自然状态下为u形，在安装过程中片簧组预压力迫使棘爪盘向外滑动，所述的棘爪盘和摆臂上设有滑槽，所述片簧组的u形部位的底部设有通孔，所述连杆从所述通孔穿过，并对所述片簧组进行限位；所述片簧组的u形两端与所述棘爪盘之间滑动配合。所述片簧组主要提供棘爪盘与棘齿转动轮棘齿之间的贴合力，使棘爪盘与棘齿转动轮紧密贴合，保证了棘爪盘能够顺利咬住棘齿，传递相应扭矩。

所述摆臂设有圆周旋转滑动轨道，所述圆周旋转滑动轨道的一侧设有棘爪盘安装槽，所述棘爪盘在所述棘爪盘安装槽内的前后滑动靠棘爪盘安装槽进行导向；所述棘爪盘安装槽的一侧设有安装槽，用于安装所述的导向块、连杆以及手柄；所述摆臂还设有液缸销子安装孔，用于连接伸缩液缸。

所述伸缩液缸根据现场具体技术要求设计相应大小的液缸，以满足油田作业现场提出的扭矩要求。

所述底座设有中心盘，所述中心盘的圆周设有滚轮组合，所述棘齿转动轮设置在所述中心盘上，通过滚轮组合引导棘齿转动轮圆周旋转并且不脱离底座；所述中心盘外周设有用于输送摆臂圆周旋转的滑槽。棘齿转动轮、摆臂的圆周旋转都依赖底座的滑动结构。所述底座设有铰接孔，所述铰接孔设有铰接轴与所述伸缩液缸铰接。

工作原理：当液压油给伸缩液缸供压时，液缸伸出推动摆臂逆时针摆动，摆臂带动棘爪盘一起摆动，棘爪盘上的单向齿与棘齿转动轮上的棘齿作用传递扭矩，棘齿转动轮的转动带动扭矩传递套一起逆时针转动从而带动井口的方钻杆一起转动，实现反转扭矩的传递动作；当液缸缩回时，棘爪盘与棘齿转动轮上的齿为单向锯齿形齿，齿的正面为配合面，背面为斜面，相互作用，推动棘爪盘克服弹簧片组的弹力，使棘爪盘缩回，不与棘齿转动轮相互作用。重复伸缩液缸的伸出和缩回即可循环完成反转扭矩的连续传递。从而完成倒扣作业。

工作方式：小型钻机井口倒扣器在工作前将其按放在钻机转盘中心的方瓦上，靠底部的四方配合使倒扣器与钻机之间无法相对转动，扭矩传递套套住钻杆，当棘齿转动轮转动后带动钻杆一起转动，实现将扭矩传递到井底，完成倒扣作业。方瓦下部锥形上部为四方型的特殊方瓦，由左右两块组成；工作前将和分别放入井口转盘中心，方瓦上部四方面会突出转盘面，再将此设备整体套在突出的四方上，这样转盘与倒扣器之间形成了固定配合，即方瓦的作用是防止倒扣器和钻机转盘之间出现相对转动。

利用棘轮棘爪机构，采用两组正、反棘轮和正、反棘齿通过液缸的伸缩往复运动实现机构的定向圆周转动，从而传递所需的扭矩。

所述棘齿转动轮采用双棘轮机构，当正棘爪盘与正齿配合使，摆臂的摆动推动棘齿转动轮顺时针转动即正转，当反棘爪盘与反齿配合时，摆臂的摆动会推动棘齿转东路逆时针转动即反转。根据正齿和反齿分别与棘爪盘相互配置作用能够实现扭矩的正传和反转。

采用一组正、反向的正棘爪盘和反棘爪盘分别与棘爪转向轮的正齿和反齿进行配合，通过连杆方式进行换向。具体工作方式是：小液缸伸缩带动波动快前后滑动，带动摆动杆绕固定销摆动，摆动杆的摆动拖动连杆在滑块中前后滑动，正棘爪盘与反棘爪盘会睡着连杆的以前以后滑动分别于棘齿转动轮的正齿和反齿形成一离一合，实现转向轮的正转传递扭矩和反转传递扭矩。

本实用新型的优点在于：针对小型钻机无法提供倒扣作业扭矩而设计的一种利用棘轮棘爪机构原理实现的井口倒扣器，解决了小型钻机倒扣作业人工绕钢丝绳作业的不可靠性，提高油田现场倒扣作业安全系数，提高小型钻机倒扣作业效率。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一工作状态的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的另一工作状态的结构示意图；

图4为本实用新型实施例棘齿转动轮的剖视图；

图5为本实用新型实施例棘齿转动轮的立体结构示意图；

图6为本实用新型实施例四方钻杆专用套的结构示意图；

图7为本实用新型实施例六方钻杆专用套的结构示意图；

图8为本实用新型实施例钻杆扭矩传递套的结构示意图；

图9为本实用新型实施例棘爪盘的结构示意图；

图10为本实用新型实施例摆臂的结构示意图；

图11为本实用新型实施例底座的结构示意图；

图12为本实用新型实施例工作状态的立体结构示意图；

图13为本实用新型棘爪盘相关组件与摆臂之间配合结构示意图；

图14为本实用新型棘爪盘的结构示意图。

具体实施方式

以下对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1-3所示，一种小型钻机井口倒扣器，包括棘齿转动轮1，所述棘齿转动轮1内设有扭矩传递套2，所述棘齿转动轮1外设有棘爪盘3，所述棘齿转动轮1设置在摆臂5上，所述摆臂5通过伸缩液缸6与底座7相连。

所述伸缩液缸6的一端通过铰接轴8与所述底座7铰接。

如图4-5所示，所述棘齿转动轮1的外周设有正齿1-1和反齿1-2，底部设有旋转导向槽1-3，内侧设有卡槽1-4，所述卡槽1-4与所述扭矩传递套2卡接。

另外，所述棘齿转动轮1的一侧设有豁口与所述卡槽1-4连通，方便与所述扭矩传递套2卡接。所述的正齿1-1和反齿1-2上下并排设置。

如图6-8所示，所述扭矩传递套2的外形与所述卡槽的形状相适应，用于针对油田现场不同的钻杆配备的相应传递套，包括四方钻杆专用套2-1、六方钻杆专用套2-2和钻杆扭矩传递套2-3，在油田现场用于传递扭矩的有四方钻杆和六方钻杆，对于常规的圆形钻杆传递扭矩极少，考虑到特殊情况也需要配备相应的钻杆扭矩传递套，四方钻杆配备四方钻杆专用套，六方钻杆配备六方钻杆专用套。

如图9所示，所述棘爪盘3设有与所述棘齿转动轮1的正齿1-1和反齿1-2相对应的正棘爪盘3-1和反棘爪盘3-2，所述的正棘爪盘3-1和反棘爪盘3-2均连接有连杆3-3，两个所述连杆3-3均与摆动手柄3-5相连接，并且两个所述连杆3-3均穿过导向块3-4，在导向块3-4内水平滑动，所述摆动杆3-5与固定销3-6配合，并绕固定销3-6进行一定幅度的左右摆动，所述手柄3-5的摆动分别通过连杆3-3传递到各自对应的正棘爪盘3-1和反棘爪盘3-2前后位置切换，这种正、反棘爪盘前后位置的反复切换正好与棘齿转动轮1的正齿1-1和反齿1-2之间形成一离一合状态。

如图1所示，当所述伸缩液缸6工作时的伸、缩状态将推动所述摆臂5实现一左一右摆动，摆动将带动所述棘爪盘3左右摆动，棘爪盘3摆动通过正、反棘爪盘与棘齿轮正、反齿离合分别实现棘齿转动轮1的正、反转动传递扭矩。

如图13所示，所述棘爪盘3设有片簧组4，片簧组4自然状态下为u形，在安装过程中片簧组4预压力迫使棘爪盘3向外滑动，所述的棘爪盘3和摆臂5上设有滑槽，所述片簧组4的u形部位的底部设有通孔，图9中所示所述连杆3-3从通孔穿过，并对片簧组4进行限位。片簧组4的u形两端与棘爪盘之间滑动配合，所述片簧组4也可以采用弹簧钢板按相关要求制作而成的c型片状弹簧。主要提供棘爪盘3与棘齿转动轮1棘齿之间的贴合力，使棘爪盘3与棘齿转动轮1紧密贴合，保证了棘爪盘能够顺利咬住棘齿，传递相应扭矩。

如图10所示，所述摆臂5设有圆周旋转滑动轨道5-1，所述圆周旋转滑动轨道5-1的一侧设有棘爪盘安装槽5-2，棘爪盘3在棘爪盘安装槽5-2内的前后滑动靠棘爪盘安装槽5-2进行导向；所述棘爪盘安装槽5-2的一侧设有安装槽5-3，用于安装导向块3-4、连杆3-3以及手柄3-5；所述摆臂5还设有液缸销子安装孔5-4，用于连接伸缩液缸。

所述伸缩液缸6根据现场具体技术要求设计相应大小的液缸，以满足油田作业现场提出的扭矩要求。

如图11所示，所述底座7设有中心盘，所述中心盘的圆周设有滚轮组合7-1，所述棘齿转动轮1设置在所述中心盘上，通过滚轮组合7-1引导棘齿转动轮1圆周旋转并且不脱离底座7；所述中心盘外周设有用于输送摆臂5圆周旋转的滑槽7-2。棘齿转动轮1、摆臂5的圆周旋转都依赖底座7的滑动结构。所述底座7设有铰接孔7-3，所述铰接孔7-3设有铰接轴8与所述伸缩液缸6铰接。

工作原理：如图1-3所示，当液压油给伸缩液缸6供压时，液缸伸出推动摆臂5逆时针摆动，摆臂5带动棘爪盘3一起摆动，棘爪盘3上的单向齿与棘齿转动轮1上的棘齿作用传递扭矩，棘齿转动轮1的转动带动扭矩传递套2一起逆时针转动从而带动井口的方钻杆一起转动，实现反转扭矩的传递动作；当液缸缩回时，棘爪盘3与棘齿转动轮1上的齿为单向锯齿形齿，齿的正面为配合面，背面为斜面，相互作用，推动棘爪盘3克服弹簧片组4的弹力，使棘爪盘3缩回，不与棘齿转动轮1相互作用。重复伸缩液缸的伸出和缩回即可循环完成反转扭矩的连续传递。从而完成倒扣作业。

工作方式：如图12所示，小型钻机井口倒扣器0-2在工作前将其按放在钻机转盘中心的方瓦0-1上，靠底部的四方配合使倒扣器0-2与钻机之间无法相对转动，扭矩传递套套住钻杆0-3，当棘齿转动轮转动后带动钻杆0-3一起转动，实现将扭矩传递到井底，完成倒扣作业。(图中0-1特殊方瓦，方瓦下部锥形上部四方型，由左右两块组成，如图12中左块0-1-1和右块0-1-2两瓣组成，工作前将0-1-1和0-1-2分别放入井口转盘中心，方瓦上部四方面会突出转盘面，再将此设备0-2整体套在突出的四方上，这样转盘与倒扣器0-2之间形成了固定配合，即方瓦0-1的作用是防止倒扣器0-2和钻机转盘之间出现相对转动)

利用棘轮棘爪机构，采用两组正、反棘轮和正、反棘齿通过液缸的伸缩往复运动实现机构的定向圆周转动，从而传递所需的扭矩。

所述棘齿转动轮1采用双棘轮机构，如图4所示正齿1-1和反齿1-2，当正棘爪盘3-1与正齿1-1配合使，摆臂5的摆动推动棘齿转动轮1顺时针转动(即正转)，当反棘爪盘3-2与反齿1-2配合时，摆臂5的摆动会推动棘齿转东路1逆时针转动(即反转)。根据正齿1-1和反齿1-2分别与棘爪盘3相互配置作用能够实现扭矩的正传和反转。

采用一组正、反向的正棘爪盘3-1和反棘爪盘3-2分别与棘爪转向轮的正齿1-1和反齿1-2进行配合，通过连杆方式进行换向(图14所示，3-1正棘爪盘；3-2反棘爪盘；3-3连杆；3-4导向块；3-5摆动杆；3-6固定销；3-7拨动块；3-8小液缸。具体工作方式是：小液缸伸缩带动波动快3-7前后滑动，带动摆动杆3-5绕固定销3-6摆动，摆动杆3-5的摆动拖动连杆3-3在滑块3-4中前后滑动，正棘爪盘3-1与反棘爪盘3-2会睡着连杆3-3的以前以后滑动分别于棘齿转动轮的正齿1-1和反齿1-2形成一离一合)，实现转向轮1的正转传递扭矩和反转传递扭矩。