专利名称：顶部驱动钻井装置背钳的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械技术领域，特别涉及 一 种顶部驱动钻井装置背钳。
背景技术：
近年来，随着钻井装备的不断发展，并为了更好地满足钻特殊工 艺井的需要，研制出了顶部驱动钻井装置。该装置将水龙头与马达相 结合，在井架空间的上部带动钻具、钻头旋转，同时配备了钻杆的上 卸扣装置，可完成多种钻井操作。由于顶部驱动钻井装置是一种新型 的石油钻井设备，其自身具有上卸扣功能，能在井架的任何高度进行 上卸扣作业，而完成上卸扣功能则是通过顶部驱动钻井装置的背钳夹 紧钻杆，同时液压动力驱动主轴旋转实现的。
钻杆在进行上卸扣时，需要满足两个条件首先，背钳的悬挂系 统应能随着螺紋的旋合沿钻杆轴线上下浮动；其次，背钳的钳头在夹 紧或松开钻杆时，该背钳的左钳头和右钳头应能产生相对运动，即夹 紧时，左钳头和右钳头迅速向钻杆中心收缩移动，松开时左钳头和右 钳头沿钻杆中心外移，并与钻杆保持一定距离，钻杆旋转钻入时不能 与钳头相碰。目前，为实现上述要求的背钳采用的结构形式很多，工 作原理相似，现有技术中的一种顶部驱动钻井装置背钳的结构如图1 所示
该顶部驱动钻井装置的背钳包括左钳头座101、左钳头102、销 钉103、背钳壳体104、右钳头105、液压缸106、活塞107。其中， 左4甘头座101与左4f头102相连后，通过两个背4f销4丁 103固定连4妄 到背钳壳体104上，液压缸106安装在背钳壳体104内，液压釭106 内部安装有活塞107,活塞107与右钳头105相连，背钳工作时通过 活塞107左侧的工作油腔108和右侧的工作油腔109之间的压力变化，4吏活塞107左右移动，当活塞107向左移动时，右4甘头105向左运动 夹紧钻杆，当活塞107向右移动时，右钳头105向右移动松开钻杆， 完成夹紧和松开钻杆的功能。
由上述对技术的描述可知，现有技术中的顶部驱动钻井装置的背 钳在夹紧钻杆时，左钳头和右钳头相对于钻杆中心移动的距离却不一 致，通常一侧钳头比另一侧钳头的夹紧力大，为了保证两侧钳头的夹 紧力一致，只能靠液压装置对夹紧力大的一侧钳头施加更大的驱动力， 从而容易造成钻杆和主轴受力发生倾斜，对钻杆的一侧进行磨损的现 象发生，导致顶驱减速箱使用寿命降低。并且，由于左钳头和右钳头 中只有一侧钳头能够实现自由浮动，而不能自由浮动的另一侧钳头在 松开钻杆时的距离有限，当顶驱进行钻井作业时发生钻头冲击时，通 过背钳左钳头和右钳头之间的钻杆会出现轴线偏离原位置，并发生自 转与旋转摆动同时进行的复杂运动，而这种运动会导致钻杆与背钳的 钳头之间相互刮蹭，造成钻杆外表面划伤，降低了钻杆的使用寿命。
由上述对现有技术中顶部驱动钻井装置背钳的描述可知，现有装 置背钳在钻杆进行上卸扣的过程中，由于只有 一侧的背钳钳头能够自 由浮动，从而使得背钳的左钳头和右钳头不能以钻杆为中心进行对中， 造成了相对于钻杆中轴线的左钳头和右钳头移动距离不一致，夹紧力 不均衡，容易造成背钳的磨损和钻杆的刮蹭，降低了顶部驱动钻井装 置背钳的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种顶部驱动钻井装置背钳， 以解决现有技术中的钻井装置背钳容易造成磨损和钻杆刮蹭，从而降 低背钳使用寿命的问题。
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案一种顶部驱动钻井装置背钳，包括背钳壳体和由左钳头和右钳头 组成的一对钳头，还包括
在所述背钳壳体内部设置能够沿所述壳体左右移动的钳头浮动 安装座；
所述浮动安装座内腔一侧安装液压缸，所述液压缸通过内部油液
压力的变化左右浮动；
所述一对钳头分别连接在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上。
所述液压缸固定至少四个销钉，所述四个销4丁/人靠近所述4甘头浮 动安装座的侧壁上穿过。
所述液压缸内腔设置夹紧活塞，所述夹紧活塞端部安装在所述钳 头浮动安装座的侧壁上。
所述夹紧活塞将所述液压缸内腔分隔成两个工作油腔，在所述端 部上分别设置连通所述两个工作油腔的两个进回油口 。
所述夹紧活塞端部与所述侧壁之间安装档圏，所述档圏将所述夹 紧活塞轴向固定在所述侧壁上。
所述背4甘工作时，所述两个进回油口中的一个进回油口进油，另 一个进回油口回油，通过所述两个工作油腔的油液压力变化推动所述 液压缸及所述钳头浮动安装座左右浮动。
分别在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上设置键槽，所述一 对钳头通过平键固定在所述键槽中。
由以上本发明提供的技术方案可知，本发明通过在背钳壳体内部 设置能够沿所述壳体左右移动的钳头浮动安装座，浮动安装座内腔一 侧安装液压缸，该液压缸通过内部油液压力的变化左右浮动，并且一
明的顶部驱动钻井装置背钳在上卸扣时，背钳的左钳头和右钳头能够
6根据需要沿左右方向自由浮动，以钻杆的位置为中心进行自动对中和 找正，因此可以实现背钳夹紧可靠，左钳头和右钳头锁紧力均勻一致 的效果，避免了背钳磨损、钻杆划伤以及需要机械扶正的问题。并且
和分离，能够与钻杆保持适当距离，并与钻杆之间的间隙相同，在钻 井现场使用该顶部驱动钻井装置背钳时，可以延长背钳的使用周期和 更换周期，使得整个顶部驱动钻井装置的工作更加安全可靠。
图1为现有技术中顶部驱动钻井装置背钳的结构图； 图2为本发明顶部驱动钻井装置背钳的剖视图； 图3为本发明顶部驱动钻井装置背钳的俯视图。
具体实施例方式
本发明的核心是提供 一 种顶部驱动钻井装置背钳，该背钳包括背 钳壳体和由左钳头和右钳头组成的一对钳头，并且在背钳壳体内部设 置能够沿该壳体左右移动的钳头浮动安装座，该浮动安装座内腔一侧 安装液压缸，液压缸通过内部油液压力的变化左右浮动，这一对4计头 分别连接在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的 上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施 方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明顶部驱动钻井装置背钳的结构如图2所示
从图2中可见该顶部驱动钻井装置背钳包括背钳壳体201、钳 头浮动安装座202、左平4建203、左钳牙座204、左钳牙205、右钳牙 206、右4f牙座207、右平4建208、液压釭209、夹紧活塞210、销4丁 211、档圈212。以及液压缸内的工作油腔214、工作油腔215,与工作油腔214连通的进回油口 216和与工作油腔215连通的进回油口 217。
其中，在背钳壳体201内部设置能够沿该壳体左右移动的钳头浮 动安装座202,在4廿头浮动安装座202内腔右侧安装液压缸209，该液 压缸209可以通过内部油液压力的变化实现左右浮动，在液压缸209 右侧壁上固定四个销钉211，并且在液压缸209内腔设置一个夹紧活 塞210,该夹紧活塞210的右端部安装在钳头浮动安装座202上，以 使该夹紧活塞210仅能随浮动安装座202 —起左右移动。
夹紧活塞210将液压缸209内腔分隔成两个工作油腔，即工作油 腔214和工作油腔215，并且在该夹紧活塞210的右端部分别设置与 上述两个工作油腔连通的两进回油口 ，即进回油口 216与工作油腔214 连通，进回油口 217与工作油腔215连通。在该夹紧活塞210端部与 浮动安装座202侧壁连接的部分安装一对档圏212，档圈将夹紧活塞 210轴向固定在浮动安装座202侧壁上。
其中，左钳头由左4t牙座204和左4甘牙205组成，右钳头由右钳 牙座207和右钳牙206组成。分别在钳头浮动安装座202内腔的左侧 壁及液压缸209左侧外壁上设置键槽，通过左平4定203将左钳牙座204 与浮动安装座202内腔的左侧壁键槽相连，通过右平键208将右钳牙 座207与液压缸209左侧外壁上的4建槽相连。
本发明顶部驱动钻井装置背钳的俯视图如图3所示
从图3中可见该顶部驱动钻井装置背钳包括背钳壳体201、钳 头浮动安装座202、左钳牙座204、左钳牙205、右钳牙206、右钳牙 座207、液压缸209、销4丁211。
其中，在背钳壳体201内部设置能够沿该壳体左右移动的钳头浮 动安装座202，在钳头浮动安装座202内腔右侧安装液压缸209,该液 压缸209可以通过内部油液压力的变化实现左右浮动，在液压缸209右侧壁上固定销钉211,并且在液压缸209内腔设置有一个夹紧活塞， 该夹紧活塞能随钳头浮动安装座202 —起左右移动。
其中，左钳头由左钳牙座204和左钳牙205组成，右钳头由右4计 牙座207和右钳牙206组成。分别在浮动安装座202内腔的左侧壁及 液压缸209左侧外壁上设置键槽，通过左平键将左钳牙座204与浮动 安装座202内腔的左侧壁键槽相连，通过右平键将右钳牙座207与液 压缸209左侧外壁上的键槽相连。
下面结合本发明的剖视图2和俯视图3，详细描述本发明顶部驱 动钻井装置背钳的工作过程
本发明顶部驱动钻井装置在上卸扣过程中，夹紧活塞210进回油 口216进油，进回油口217回油，此时液压缸209的工作油腔214内 的油液压力升高，工作油腔215内的油液压力降4氐，当工作油腔214 内的油液压力大于工作油腔215内的油液压力时，这个压力差4,动液 压缸209沿图示向左移动，当右钳牙206向左移动中接触到钻杆后， 液压缸209停止向左运动，随后油液压力推动夹紧活塞210和钳头浮 动安装座202沿图示向右运动，带动左钳牙205夹紧钻杆，此时主轴 ;旋转后即可完成上卸扣的动作。
上卸扣完成后，当背钳需要从夹紧状态松开时，夹紧活塞210进 回油口217进油，回油口216回油，此时液压缸209的工作油腔215 内的油液压力升高，工作油腔214内的油液压力降j氐，当工作油腔215 内的油液压力大于工作油腔214内的油液压力时，这个压力差推动液 压缸209沿图示向右移动，随后右钳牙206与钻杆分离后松开，此时 液压缸209中和销4丁 211向右运动至销4丁 211与背4f壳体201右侧的 侧壁接触时，液压缸209停止向右运动，随后油液压力推动夹紧活塞 210和钳头浮动安装座202向左移动，带动左4甘牙205与钻杆分离后 松开。当左钳牙205和右钳牙206彻底离开钻杆后，保持液压缸209的工作油腔215的油液压力始终大于工作油腔114的油液压力，以此 保证左钳头和右钳头始终在钳头浮动安装座202内处于最大^^开位 置，使得钻杆在钻进时不会与背钳钳头相碰，造成刮蹭和磨损。由此， 本发明的顶部驱动钻井装置背钳工作在夹紧和松开两种状态时，通过 依靠4计头浮动安装座202和液压缸209在背钳壳体201内部相互之间 左右浮动，具有良好的对中性能。
通过以上本发明的实施例描述可知，应用本发明的顶部驱动钻井 装置在通过背钳上卸扣时，背钳的左钳头和右钳头能够根据需要沿左 右方向自由浮动，以钻杆的位置为中心进行自动对中和找正，因此可 以实现背钳夹紧可靠，左钳头和右钳头锁紧力均匀一致的效果，避免 了背钳磨损、钻杆划伤以及需要机械扶正的问题。并且在上卸扣结束 松开时，由于左钳头和右钳头沿夹紧力反方向自动松开和分离，能够 与钻杆保持适当距离，并与钻杆之间的间隙相同，在钻井现场使用该 顶部驱动钻井装置时，可以延长背钳的使用周期和更换周期，使得该 装置的工作更加安全可靠。
虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员均知道， 本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要 求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。
权利要求
1、一种顶部驱动钻井装置背钳，包括背钳壳体和由左钳头和右钳头组成的一对钳头，其特征在于，还包括在所述背钳壳体内部设置能够沿所述壳体左右移动的钳头浮动安装座；所述浮动安装座内腔一侧安装液压缸，所述液压缸通过内部油液压力的变化左右浮动；所述一对钳头分别连接在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上。
2、 根据权利要求1所述的顶部驱动钻井装置背钳，其特征在于， 所述液压缸固定至少四个销钉，所述四个销钉从靠近所述钳头浮动安装座的侧壁上穿过。
3、 根据权利要求1或2所述的顶部驱动钻井装置背钳，其特征 在于，所述液压缸内腔设置夹紧活塞，所述夹紧活塞端部安装在所述 钳头浮动安装座的侧壁上。
4、 根据权利要求3所述的顶部驱动钻井装置背钳，其特征在于，所述夹紧活塞将所述液压缸内腔分隔成两个工作油腔，在所述端 部上分别设置连通所述两个工作油腔的两个进回油口 。
5、 根据权利要求3所述的顶部驱动钻井装置背钳，其特征在于， 所述夹紧活塞端部与所述侧壁之间安装档圏，所述档圈将所述夹紧活塞轴向固定在所述侧壁上。
6、 根据权利要求3所述的顶部驱动钻井装置背钳，其特征在于， 所述背4甘工作时，所述两个进回油口中的一个进回油口进油，另一个进回油口回油，通过所述两个工作油力空的油液压力变化^,动所述 液压缸及所述钳头浮动安装座左右浮动。
7、 根据权利要求1所述的顶部驱动钻井装置背钳，其特征在于，分别在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上设置键槽，所述一 对钳头通过平键固定在所述键槽中。
全文摘要
本发明公开了一种顶部驱动钻井装置背钳，包括背钳壳体和由左钳头和右钳头组成的一对钳头，还包括在所述背钳壳体内部设置能够沿所述壳体左右移动的钳头浮动安装座；所述浮动安装座内腔一侧安装液压缸，所述液压缸通过内部油液压力的变化左右浮动；所述一对钳头分别连接在所述浮动安装座及所述液压缸的侧壁上。应用本发明的顶部驱动钻井装置背钳在上卸扣时，可以实现背钳夹紧可靠，左钳头和右钳头锁紧力均匀一致的效果，避免了背钳磨损、钻杆划伤以及需要机械扶正的问题；并且在上卸扣结束松开时，能够与钻杆保持适当距离，并与钻杆之间的间隙相同；延长了背钳的使用周期和更换周期，使得整个顶部驱动钻井装置的工作更加安全可靠。
文档编号E21B19/16GK101424162SQ20071017665
公开日2009年5月6日 申请日期2007年10月31日 优先权日2007年10月31日
发明者昂 李 申请人:中国南车集团北京机车车辆机械厂;中国南车集团株洲电力机车研究所