专利名称：顶驱管子自动处理总成的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种石油装备中顶部驱动钻井系统的钻杆自动处理装置。
背景技术：
目前，国内各种石油钻机在施工过程中，大多由人工操作完成钻杆装卸，不仅效率低，而且对操作工的安全存在隐患。针对这种现状，提出了一种针对顶部驱动钻井系统的钻杆自动处理装置；并对其机械结构和液压统进行了设计；而且顶部驱动钻井系统代表了一种最先进的石油钻井驱动方式。由于钻杆长而沉重，不宜移动，需要几个工人共同合作才能完成换杆，这就需要很大的劳动强度；这在很大程度上延长了钻井作业时间，降低了施工效率。同时由于钻机的工作环境的限制，特别是在高位钻井和倾斜钻井过程中，人工装卸钻杆特别困难，工人在操作过程中可能因为一时的疏忽酿成重大施工伤亡事故。因此，设计出一种效率高、安全性好的钻杆自动处理装置统就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足而提供一种顶驱管子自动处理总成。可有效提高石油钻井的施工效率，避免操作工在更换钻杆的过程中发生意外损伤；并可在与其它自动化装置(钻杆自动排放装置)联合使用时，真正实现自动化钻井；管子自动处理总成是为起下钻作业服务的，其作用是对钻柱进行操作，可自动抓放钻杆、上/卸扣，井喷时远程遥控内防喷器关闭钻柱内通道；可以在任意高度用电机上/卸扣。本发明所采用的技术方案是顶驱管子自动处理器总成，包括扭矩臂总成、背钳总成、防喷器总成、倾斜机构、回转体总成、液动吊卡、液压管汇，回转体总成的上端与齿轮箱相接，独立于主轴运动；扭矩臂总成、背钳总成、防喷器总成、倾斜机构、液动吊卡、液压管汇悬挂于旋转头下，与旋转头一起做顺时针、逆时针方向运动。扭矩臂总成包括扭矩梁、螺母和、销钉、销轴和、螺栓、和、弹簧、弹簧立柱、垫圈和、 开口销和、螺母、底板、间隔环I、间隔环II、间隔环III、背钳悬挂架、铜套、和、滚轴和、黄油嘴、IBOP倾斜支架、IBOP液缸、液缸固定销、耳轴套、安全销、管线配套弯头、背钳定位杆；扭矩梁上端两边的加厚部分两孔为销轴孔，连接到回转总成的背面下端，两销孔同轴，其四个相关端面平行；扭矩梁下端连接背钳总成，以销轴为中心做相应摆动；背钳定位杆可将背钳总成固定在扭矩臂总成的三个相应位置，方便上防喷器、下防喷器、钻杆的上卸扣，背钳定位杆通过螺母、安全销固定在扭矩梁上；背钳悬挂架、底板、间隔环I、间隔环II、间隔环
III、销轴、螺栓、弹簧、弹簧立柱、开口销、螺母组成背钳总成的悬挂系统，背钳悬挂架是通过销轴、螺栓与弹簧、弹簧立柱连为一体，底板上有多个间隔环，底板使用螺栓、垫片固定在扭矩梁的下端面上；ΙΒ0Ρ执行机构包括IBOP倾斜支架、销轴、铜套、滚轴、螺母、垫圈、黄油嘴、 开口销、IBOP液缸、液缸固定销、耳轴套，IBOP液缸底部左右两端带有转动轴，两个转动轴连接两个耳轴套，耳轴套内部衬有铜套，两个耳轴套固定在扭矩梁相应的两孔内，同轴，固定耳轴套的两孔和扭矩梁上端的两销轴孔平行；ΙΒ0Ρ液缸的活塞杆带有U形臂，与IBOP倾斜支架用销轴连接，IBOP倾斜支架的销轴孔内衬有铜套；ΙΒ0Ρ倾斜支架采用两倒U形式的结构；两倒U形的连接处为IBOP液缸活塞杆连接点；ΙΒ0Ρ倾斜支架小U型的两臂用销轴连接到扭矩梁相应的销轴处，用销轴、螺母、开口销固定；ΙΒ0Ρ倾斜支架小U型的两臂上的销轴孔内衬铜套，IBOP倾斜支架小U型的两臂两销轴孔及扭矩梁上相应两孔的同轴，此连接点为固定旋转点；ΙΒ0Ρ倾斜支架大U型的两臂连接滚轴、螺母、垫圈，滚轴上安装有黄油嘴，黄油嘴润滑滚轴用；两滚轴同轴，滚轴连接到IBOP执行套内；扭矩臂总成上的扭矩梁上端与回转总成相连的销轴连接IBOP液缸转动轴的销轴孔、连接IBOP液缸活塞杆的销轴孔； IBOP倾斜支架小U型的两臂的销轴孔；ΙΒ0Ρ倾斜支架大U型的两臂连接滚轴孔的各销轴孔平行。扭矩梁为箱体式结构，最大承受牛·米的扭矩力。调整背钳在扭矩臂的位置时使两弹簧同时受力；背钳总成的重量通过弹簧作用在底板上。底板上有多个间隔环，可相应调整背钳总成的上下位置。背钳总成包括钳头液缸缸体、钳头大门、活塞、缸盖、门销、环形挡圈、活塞密封、防尘圈、顶塞、背钳阀汇总成、黄油嘴、固定板、扶正套、弹簧、钳头总成、喇叭口总成、键、螺栓、 和、螺母、垫片和、开口销；钳头液缸缸体一端带有方孔，内穿过扭矩梁，可在扭矩梁上下运动，钳头液缸缸体有一阶梯圆孔，较小孔处有两道密封圈，安装防漏活塞密封和防尘圈，安装较大孔上有一道弧形槽安装环形挡圈，顶塞与钳头液缸缸体一起压入缸体；钳头液缸缸体与钳头大门通过两个门销连接，门销的一端装有黄油嘴，门销上有多处润滑出油孔门销的另一端带有定位槽，通过固定板将门销、钳头液缸缸体、钳头大门固定在一起，门销上有两螺栓孔，钳头总成利用螺栓、垫片、键安装在钳头大门的U形槽内；活塞装在钳头液缸缸体内，活塞大头处通过安装在活塞上的顶塞进行密封，且通过安装在钳头液缸缸体上的环形挡圈进行一端限位，另一端是阶梯孔限位；活塞另一端的活塞密封及防尘圈安装在钳头液缸缸体的较小孔体上；另一个钳头总成利用螺栓、垫片、键安装在活塞的小端端面上，与钳头大门上的钳头总成形成一个环形体；背钳阀汇总成安装在钳头液缸缸体的上方；扶正套、弹簧、螺栓、螺母、垫片、开口销组成扶正系统，安装在背钳的上部，扶正套分为前后扶正套，分别安装在钳头液缸缸体和钳头大门上；喇叭口总成安装在背钳的下部，分前后两部分，分别安装在钳头液缸缸体和钳头大门上。钳头液缸缸体与钳头大门均为铸钢件，起外部支撑、连接作用。钳头液缸缸体较大孔上的环形挡圈，为缸盖限位。门销上的两螺栓孔，其中一个安装铰制孔螺栓，并利用此螺栓定位，将固定板做一定旋转，旋出定位槽。活塞的伸缩夹固住钻杆，防转力矩达到最低为牛·米。背钳不工作时，利用螺栓、螺母给弹簧的预紧力将前后扶正环套抱紧保护接头，使背钳钳牙和钻杆保持一定的间隙，以防钳牙碰到钻杆。防喷器总成由上防喷器总成、下防喷器总成、保护接头依次从上向下螺纹连接，上防喷器总成连接IBOP执行装置，IBOP执行套与IBOP支架连接，利用IBOP液缸的伸缩来自动开、关上防喷器总成；下防喷器总成为手动控制开、关。倾斜机构包括倾斜鄂固定销、倾斜鄂、吊环、U形螺栓、夹板、连杆和、连接销、倾斜液缸、倾斜液缸固定销、U形夹、U形夹固定销、固定板、铜套、直角弯头、销轴；倾斜鄂通过倾斜鄂固定销与回转体连接，倾斜鄂倾斜鄂固定销为轴线转动，倾斜鄂固定销通过固定板将其固定在回转体的支撑臂上，固定销孔同轴；倾斜液缸的底座通过销轴与回转体的连接臂连接，以此为轴线，倾斜液缸可以摆动，连接销轴同轴；倾斜液缸的活塞缸前端带螺纹连接 U形夹，并用U形夹固定销固定，U形夹连接倾斜鄂中间部位的挂耳，挂耳孔中衬有铜套，挂耳连接U形夹用销孔同轴；倾斜液缸的油孔带有管线专用的直角弯头；倾斜鄂的大U形臂与连杆I、连杆I与连杆II、连杆II与夹板的连接均用连接销连接，并用螺栓、开口销固定， 连接销孔同轴；夹板与吊环通过U形螺栓固定在一起；吊环的一端挂在回转体的承载壁上， 另一端挂接液动吊卡。倾斜鄂固定销孔、倾斜液缸固定销孔、挂耳连接U形夹用销孔、倾斜鄂的大U形臂与连杆I连接销孔平行。回转总成包括回转体、轴体、回转齿轮、活塞环、卡簧、回转密封圈和、O形圈和、减磨衬环、防尘密封圈、鼠洞位置调节板、安全挡板、螺栓、垫圈、开口销、双头螺柱、铜套；回转体通过其承载轴体与齿轮箱体用螺栓连接，回转齿轮与回转体用螺栓、垫圈连接，内有O形圈；回转体通过上、下减磨衬环对承载轴体扶正；回转体通过回转密封圈、减磨衬环、防尘密封圈在轴体上旋转；活塞环安装在轴体上，内接O形圈；活塞环与回转体通过回转密封圈连接；轴体上加工有十道轴向深浅不一的深孔形油道，每道油道有两个径向孔，上端的径向孔连接特制的管线接头，下端径向孔根据不同的深度连接回转体中的回转油道，油路密封； 回转体浮动油道通过回转体、轴体、活塞环、回转齿轮、O形圈、O形圈形成的密闭压力油空间；鼠洞位置调节板通过铜套、双头螺柱等固定在回转体上，鼠洞位置调节板以双头螺柱定位通过铜套做一定的转动，鼠洞位置调节板的一端带有调整螺栓；安全挡板用螺栓、螺母、 垫圈固定在回转体的承载臂上；活塞环与承载轴体的连接为过盈配合，过盈量为承载轴体与回转体连接处要镀硬铬处理，表面粗糙度要求高，活塞环外表面与回转体连接处镀硬铬处理，表面粗糙度要求高。十道安装在回转体的回转密封圈与轴体、回转体形成了道可密闭的旋转空间，通过回转体上安装的特制接头与其功能件的管线连接，共完成吊环前倾、吊环后倾、吊环复位、背钳夹紧、背钳松开、防喷器开、防喷器关、液动吊卡开门、液动吊卡闭门功能。根据鼠洞的位置调整螺栓的伸出长短，来确定吊环倾斜的位置。液动吊卡由回转体的两根油管控制；吊环中心距开档大，中心孔于钻杆保持垂直平衡。液压管汇，包括倾斜阀汇、背钳阀汇、连接执行件的管线；倾斜阀汇的功能是连接倾斜液缸的前后腔油路，当吊环执行前倾或后倾功能时，可以提供Mpa以上的背压，控制液缸的伸缩速度；当吊环执行浮动功能时，控制液缸的前后腔与油箱相通，可使吊环回到中位；背钳阀汇总成主要是连接背钳夹紧缸的前后腔，夹紧时，可使前腔的油补回后腔，快速夹紧；正常状态可使前腔保持Mpa的压力；连接执行件的管线就是完成的管子自动处理功能的油路，包括吊环前倾、吊环后倾、吊环复位、背钳夹紧、背钳松开、防喷器开、防喷器关、 液动吊卡开门、液动吊卡闭门。倾斜机构的特点由倾斜油缸推动吊环、液动吊卡作两个方向的运动，可实现前倾、后倾，并具有自动复位功能使吊环吊卡自动复位到中位。前倾可伸向鼠洞或二层台抓放钻杆；后倾的作用是使吊卡回位，最大后倾时使吊卡离钻台面更远，可充分利用钻柱进行钻进。前倾角度为30°，后倾角度为50°。摆动的水平距离与吊环长度有关。回转体的转动是靠液压马达带动大齿轮驱动的，由调速阀调节液压马达的转速， 通常旋转头的转速为8 10转/分钟。通过液压系统的远程控制，本系统很好的完成了自动抓放钻杆、上/卸扣，井喷时远程遥控内防喷器关闭钻柱内通道，可用电机上/卸扣等管子自动处理的问题；并且本系统具有背钳夹持范围大，87mnT220mm;维护保养方便，结构简单，便于拆装，更换钳牙方便；可以上下滑动，能够沿扭矩梁向上滑动，可以方便的拆卸转换接头及手动和遥控ΙΒ0Ρ，吊环的摆动幅度大，前倾角度为30°，后倾角度为50° ;可根据要求的水平距离更换不同长度的吊环。本发明的有益效果是，可以方便的、安全的、高效的完成石油钻井的起下钻作业服务；从而有效地解决了石油钻井过程中的自动抓放钻杆、上/卸扣，井嗔时远程遥控内防嗔器关闭钻柱内通道，可以在任意高度用电机上/卸扣等功能的问题。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图I为本发明的主体结构图。
图2为本发明的主体结构左视图。
图3为本发明中扭矩臂总成的主体组装结构图。
图4为本发明中背钳总成的主体结构图。
图5为本发明中背钳总成的主体结构左视图。
图6为图5的C-C剖视图。
图7为图6的A部分详细放大图。
图8为图6的B部分详细放大图。
图9为本发明中防喷器总成的主体组装结构图。
图10为本发明中倾斜机构的主体结构图。
图11为本发明中倾斜机构的主体结构左视图。
图12为本发明中回转总成的主体结构图。
图13为本发明中回转总成的主体结构左视图。
图14为图12的A-A剖视图。
图15为图14的I部分详细放大图。
图中I为扭矩臂总成、2为背钳总成、3为防喷器总成、4为倾斜机构、5为回转总
成、6为液动吊卡、7为液压管汇、8为扭矩梁、9为螺母、10为销钉、11为销轴、12为螺栓、13 为弹簧、14为弹簧立柱、15为螺栓、16为垫圈、17为螺栓、18为开口销、19为螺母、20为底板、21为间隔环1、22为间隔环2、23为间隔环3、24为背钳悬挂架、25为销轴、26为铜套、 27为螺母、28为垫圈、29为滚轴、30为黄油嘴、31为IBOP倾斜支架、32为铜套、33为开口销、34为螺母、35为IBOP执行液缸、36为液缸固定销、37为铜套、38为耳轴套、39为垫片、 40为安全销、41管线配套弯头、42为背钳定位杆、43为钳头液缸缸体、44为钳头大门、45为活塞、46为缸盖、47为门销、48为环形挡圈、49为活塞密封、50为防尘圈、51为顶塞、52为背钳阀汇总成、53为黄油嘴、54为固定板、55为扶正套、56为弹簧、57为钳头总成、58为喇叭口总成、59为键、60为螺栓、61为螺栓、62为螺母、63为垫片、64为开口销、65为螺栓、66 为垫片、67为螺栓、68为放松装置、69为IBOP执行套、70为上防喷器总成、71为下防喷器总成、72为保护接头、73为倾斜鄂固定销、74为倾斜鄂、75为吊环、76为U形螺栓、77为夹板、78为连杆、79为连杆、80为连接销、81为倾斜液缸、82为倾斜液缸固定销、83为U形夹、 84为U形夹固定销、85为固定板、86为铜套、87为直角弯头、88为销轴、89为回转体、90为轴体、91为回转齿轮、92为活塞环、93为卡簧、94为回转转密封圈95为O形圈、96为减磨衬环、97为防尘密封圈、98为回转密封圈、99为O形圈、100为鼠洞位置调节板、101为安全挡板、102为螺栓、103为垫圈、104为开口销、105为双头螺柱、106铜套。
具体实施例方式顶驱管子自动处理器总成，包括扭矩臂总成I、背钳总成2、防喷器总成3、倾斜机构4、回转体总成5、液动吊卡6、液压管汇7，回转体总成5的上端与齿轮箱相接，独立于主轴运动；扭矩臂总成I、背钳总成2、防喷器总成3、倾斜机构4、液动吊卡6、液压管汇7悬挂于旋转头下，与旋转头一起做顺时针、逆时针方向运动。扭矩臂总成I包括扭矩梁8、螺母9和34、销钉10、销轴11和25、螺栓12、15和 17、弹簧13、弹簧立柱14、垫圈16和28、开口销18和33、螺母19、底板20、间隔环I 21、间隔环II 22、间隔环III 23、背钳悬挂架24、铜套26、32和37、滚轴27和29、黄油嘴30、IBOP倾斜支架31、IB0P液缸35、液缸固定销36、耳轴套38、安全销40、管线配套弯头41、背钳定位杆42。扭矩梁8上端两边的加厚部分两孔为销轴孔，连接到回转总成5的背面下端，两销孔同轴，其四个相关端面平行；扭矩梁8下端连接背钳总成2，以销轴11为中心做相应摆动；背钳定位杆42可将背钳总成2固定在扭矩臂总成的I三个相应位置，方便上防喷器70、 下防喷器71、钻杆的上卸扣，背钳定位杆42通过螺母9、安全销40固定在扭矩梁8上；背钳悬挂架24、底板20、间隔环I 21、间隔环II 22、间隔环III 23、销轴11、螺栓12、弹簧13、弹簧立柱14、开口销18、螺母19组成背钳总成2的悬挂系统，背钳悬挂架24是通过销轴11、螺栓12与弹簧13、弹簧立柱14连为一体，底板20上有多个间隔环，底板20使用螺栓17、垫片16固定在扭矩梁8的下端面上；ΙΒ0Ρ执行机构包括IBOP倾斜支架31、销轴25、铜套26、 滚轴29、螺母27、垫圈28、黄油嘴30、开口销33、IBOP液缸35、液缸固定销36、耳轴套38， IBOP液缸35底部左右两端带有转动轴，两个转动轴连接两个耳轴套38，耳轴套38内部衬有铜套26，两个耳轴套38固定在扭矩梁8相应的两孔内，同轴，固定耳轴套38的两孔和扭矩梁8上端的两销轴孔平行；ΙΒ0Ρ液缸35的活塞杆带有U形臂，与IBOP倾斜支架31用销轴25连接，IBOP倾斜支架31的销轴孔内衬有铜套32 ；ΙΒ0Ρ倾斜支架31采用两倒U形式的结构；两倒U形的连接处为IBOP液缸35活塞杆连接点；ΙΒ0Ρ倾斜支架31小U型的两臂用销轴25连接到扭矩梁8相应的销轴处，用销轴25、螺母34、开口销33固定；ΙΒ0Ρ倾斜支架31小U型的两臂上的销轴孔内衬铜套26，IBOP倾斜支架31小U型的两臂两销轴孔及扭矩梁8上相应两孔的同轴，此连接点为固定旋转点；ΙΒ0Ρ倾斜支架31大U型的两臂连接滚轴29、螺母27、垫圈28，滚轴29上安装有黄油嘴30，黄油嘴30润滑滚轴29用；两滚轴29 同轴，滚轴29连接到IBOP执行套内；扭矩臂总成I上的扭矩梁8上端与回转总成5相连的销轴连接IBOP液缸转动轴的销轴孔、连接IBOP液缸活塞杆的销轴孔；ΙΒ0Ρ倾斜支架31小
9U型的两臂的销轴孔；ΙΒ0Ρ倾斜支架31大U型的两臂连接滚轴孔的各销轴孔平行。扭矩梁8为箱体式结构，最大承受100000牛·米的扭矩力。调整背钳在扭矩臂的位置时使两弹簧13同时受力；背钳总成2的重量通过弹簧 13作用在底板20上。底板20上有多个间隔环，可相应调整背钳总成2的上下位置。背钳总成2包括钳头液缸缸体43、钳头大门44、活塞45、缸盖46、门销47、环形挡圈48、活塞密封49、防尘圈50、顶塞51、背钳阀汇总成52、黄油嘴53、固定板54、扶正套55、 弹簧56、钳头总成57、喇叭口总成58、键59、螺栓60、61和65、螺母62、垫片63和66、开口销64。钳头液缸缸体43 —端带有方孔，内穿过扭矩梁8，可在扭矩梁8上下运动，钳头液缸缸体43有一阶梯圆孔，较小孔处有两道密封圈，安装防漏活塞密封49和防尘圈50，安装较大孔上有一道弧形槽安装环形挡圈48，顶塞51与钳头液缸缸体43 —起压入缸体；钳头液缸缸体43与钳头大门44通过两个门销47连接，门销47的一端装有黄油嘴53，门销47 上有多处润滑出油孔门销47的另一端带有定位槽，通过固定板54将门销47、钳头液缸缸体 43、钳头大门44固定在一起，门销47上有两螺栓孔，钳头总成57利用螺栓65、垫片66、键 59安装在钳头大门44的U形槽内；活塞45装在钳头液缸缸体43内，活塞45大头处通过安装在活塞45上的顶塞51进行密封，且通过安装在钳头液缸缸体43上的环形挡圈48进行一端限位，另一端是阶梯孔限位；活塞45另一端的活塞密封49及防尘圈50安装在钳头液缸缸体43的较小孔体上；另一个钳头总成57利用螺栓65、垫片66、键59安装在活塞45 的小端端面上，与钳头大门44上的钳头总成57形成一个环形体；背钳阀汇总52成安装在钳头液缸缸体43的上方；扶正套55、弹簧56、螺栓60、螺母62、垫片63、开口销64组成扶正系统，安装在背钳的上部，扶正套55分为前后扶正套，分别安装在钳头液缸缸体43和钳头大门44上；喇叭口总成58安装在背钳的下部，分前后两部分，分别安装在钳头液缸缸体 43和钳头大门44上。钳头液缸缸体43与钳头大门44均为铸钢件，起外部支撑、连接作用。钳头液缸缸体43较大孔上的环形挡圈48，为缸盖限位。门销47上的两螺栓孔，其中一个安装铰制孔螺栓61，并利用此螺栓61定位，将固定板54做一定旋转，旋出定位槽。活塞45的伸缩夹固住钻杆，防转力矩达到最低为100000牛·米。背钳不工作时，利用螺栓61、螺母62给弹簧56的预紧力将前后扶正环套抱紧保护接头，使背钳钳牙和钻杆保持一定的间隙，以防钳牙碰到钻杆。防喷器总成3由上防喷器总成70、下防喷器总成71、保护接头72依次从上向下螺纹连接，上防喷器总成70连接IBOP执行装置，IBOP执行套69与IBOP支架31连接，利用 IBOP液缸35的伸缩来自动开、关上防喷器总成70 ;下防喷器总成71为手动控制开、关。倾斜机构4包括倾斜鄂固定销73、倾斜鄂74、吊环75、U形螺栓76、夹板77、连杆 78和79、连接销80、倾斜液缸81、倾斜液缸固定销82、U形夹83、U形夹固定销84、固定板 85、铜套86、直角弯头87、销轴88。倾斜鄂74通过倾斜鄂固定销73与回转体89连接，倾斜鄂74倾斜鄂固定销73为轴线转动，倾斜鄂固定销73通过固定板85将其固定在回转体89的支撑臂上，固定销孔同轴；倾斜液缸81的底座通过销轴88与回转体89的连接臂连接，以此为轴线，倾斜液缸81 可以摆动，连接销轴88同轴；倾斜液缸81的活塞缸前端带螺纹连接U形夹83，并用U形夹固定销84固定，U形夹83连接倾斜鄂74中间部位的挂耳，挂耳孔中衬有铜套86，挂耳连接 U形夹83用销孔同轴；倾斜液缸81的油孔带有管线专用的直角弯头87 ;倾斜鄂74的大U 形臂与连杆I 78、连杆I 78与连杆II 79、连杆II 79与夹板77的连接均用连接销80连接， 并用螺栓、开口销固定，连接销孔同轴；夹板77与吊环75通过U形螺栓76固定在一起；吊环75的一端挂在回转体89的承载壁上,另一端挂接液动吊卡6。倾斜鄂74固定销孔、倾斜液缸81固定销孔、挂耳连接U形夹83用销孔、倾斜鄂74 的大U形臂与连杆I 78连接销孔平行。回转总成包括回转体89、轴体90、回转齿轮91、活塞环92、卡簧93、回转密封圈94 和95、0形圈95和99、减磨衬环96、防尘密封圈97、鼠洞位置调节板100、安全挡板101、螺栓102、垫圈103、开口销104、双头螺柱105、铜套106。回转体89通过其承载轴体90与齿轮箱体用螺栓102连接，回转齿轮91与回转体 89用螺栓102、垫圈103连接，内有O形圈95 ;回转体89通过上、下减磨衬环96对承载轴体90扶正；回转体89通过回转密封圈94、减磨衬环96、防尘密封圈97在轴体90上旋转； 活塞环92安装在轴体90上，内接O形圈99 ;活塞环92与回转体89通过回转密封圈95连接；轴体90上加工有十道轴向深浅不一的深孔形油道，每道油道有两个径向孔，上端的径向孔连接特制的管线接头，下端径向孔根据不同的深度连接回转体89中的回转油道，油路密封；回转体浮动油道通过回转体89、轴体90、活塞环92、回转齿轮91、O形圈95、O形圈99 形成的密闭压力油空间；鼠洞位置调节板100通过铜套106、双头螺柱105等固定在回转体 89上，鼠洞位置调节板100以双头螺柱105定位通过铜套106做一定的转动，鼠洞位置调节板100的一端带有调整螺栓102 ;安全挡板101用螺栓102、螺母、垫圈固定在回转体89的承载臂上；活塞环92与承载轴体90的连接为过盈配合，过盈量为O. 15-0. 2mm,承载轴体90 与回转体89连接处要镀硬铬处理，表面粗糙度要求高，活塞环92外表面与回转体89连接处镀硬铬处理，表面粗糙度要求高。十道安装在回转体89的回转密封圈94与轴体92、回转体89形成了道可密闭的旋转空间，通过回转体89上安装的特制接头与其功能件的管线连接，共完成吊环前倾、吊环后倾、吊环复位、背钳夹紧、背钳松开、防喷器开、防喷器关、液动吊卡开门、液动吊卡闭门功倉泛。根据鼠洞的位置调整螺栓102的伸出长短，来确定吊环75倾斜的位置。液动吊卡6由回转体89的两根油管控制；吊环75中心距开档大，中心孔于钻杆保
持垂直平衡。液压管汇7，包括倾斜阀汇、背钳阀汇、连接执行件的管线；倾斜阀汇的功能是连接倾斜液缸81的前后腔油路，当吊环75执行前倾或后倾功能时，可以提供IOMpa以上的背压，控制液缸的伸缩速度；当吊环75执行浮动功能时，控制液缸的前后腔与油箱相通，可使吊环75回到中位；背钳阀汇总成52主要是连接背钳夹紧缸的前后腔，夹紧时，可使前腔的油补回后腔，快速夹紧；正常状态可使前腔保持4Mpa的压力；连接执行件的管线就是完成的管子自动处理功能的油路，包括吊环前倾、吊环后倾、吊环复位、背钳夹紧、背钳松开、防喷器开、防喷器关、液动吊卡开门、液动吊卡闭门。
权利要求
1.顶驱管子自动处理器总成，包括扭矩臂总成、背钳总成、防喷器总成、倾斜机构、回转体总成、液动吊卡、液压管汇，其特征在于回转体总成的上端与齿轮箱相接，独立于主轴运动；扭矩臂总成、背钳总成、防喷器总成、倾斜机构、液动吊卡、液压管汇悬挂于旋转头下，与旋转头一起做顺时针、逆时针方向运动。
2.根据权利要求I所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于扭矩臂总成包括扭矩梁、螺母和、销钉、销轴和、螺栓、和、弹簧、弹簧立柱、垫圈和、开口销和、螺母、底板、间隔环I、间隔环II、间隔环III、背钳悬挂架、铜套、和、滚轴和、黄油嘴、IBOP倾斜支架、IBOP液缸、液缸固定销、耳轴套、安全销、管线配套弯头、背钳定位杆；扭矩梁上端两边的加厚部分两孔为销轴孔，连接到回转总成的背面下端，两销孔同轴，其四个相关端面平行；扭矩梁下端连接背钳总成，以销轴为中心做相应摆动；背钳定位杆可将背钳总成固定在扭矩臂总成的三个相应位置，方便上防喷器、下防喷器、钻杆的上卸扣，背钳定位杆通过螺母、安全销固定在扭矩梁上；背钳悬挂架、底板、间隔环I、间隔环II、间隔环III、销轴、螺栓、弹簧、弹簧立柱、开口销、螺母组成背钳总成的悬挂系统，背钳悬挂架是通过销轴、螺栓与弹簧、弹簧立柱连为一体，底板上有多个间隔环，底板使用螺栓、垫片固定在扭矩梁的下端面上；IBOP执行机构包括IBOP倾斜支架、销轴、铜套、滚轴、螺母、垫圈、黄油嘴、开口销、IBOP液缸、液缸固定销、耳轴套，IBOP液缸底部左右两端带有转动轴，两个转动轴连接两个耳轴套，耳轴套内部衬有铜套，两个耳轴套固定在扭矩梁相应的两孔内，同轴，固定耳轴套的两孔和扭矩梁上端的两销轴孔平行；ΙΒ0Ρ液缸的活塞杆带有U形臂，与IBOP倾斜支架用销轴连接，IBOP倾斜支架的销轴孔内衬有铜套；ΙΒ0Ρ倾斜支架采用两倒U形式的结构；两倒U形的连接处为 IBOP液缸活塞杆连接点；ΙΒ0Ρ倾斜支架小U型的两臂用销轴连接到扭矩梁相应的销轴处， 用销轴、螺母、开口销固定；ΙΒ0Ρ倾斜支架小U型的两臂上的销轴孔内衬铜套，IBOP倾斜支架小U型的两臂两销轴孔及扭矩梁上相应两孔的同轴，此连接点为固定旋转点；ΙΒ0Ρ倾斜支架大U型的两臂连接滚轴、螺母、垫圈,滚轴上安装有黄油嘴,黄油嘴润滑滚轴用；两滚轴同轴，滚轴连接到IBOP执行套内；扭矩臂总成上的扭矩梁上端与回转总成相连的销轴连接 IBOP液缸转动轴的销轴孔、连接IBOP液缸活塞杆的销轴孔；ΙΒ0Ρ倾斜支架小U型的两臂的销轴孔；ΙΒ0Ρ倾斜支架大U型的两臂连接滚轴孔的各销轴孔平行。
3.根据权利要求I和2所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于扭矩梁为箱体式结构，最大承受牛·米的扭矩力。
4.根据权利要求I和2所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于调整背钳在扭矩臂的位置时使两弹簧同时受力；背钳总成的重量通过弹簧作用在底板上。
5.根据权利要求I和2所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于底板上有多个间隔环，可相应调整背钳总成的上下位置。
6.根据权利要求I所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于背钳总成包括钳头液缸缸体、钳头大门、活塞、缸盖、门销、环形挡圈、活塞密封、防尘圈、顶塞、背钳阀汇总成、 黄油嘴、固定板、扶正套、弹簧、钳头总成、喇叭口总成、键、螺栓、和、螺母、垫片和、开口销； 钳头液缸缸体一端带有方孔，内穿过扭矩梁，可在扭矩梁上下运动，钳头液缸缸体有一阶梯圆孔，较小孔处有两道密封圈，安装防漏活塞密封和防尘圈，安装较大孔上有一道弧形槽安装环形挡圈，顶塞与钳头液缸缸体一起压入缸体；钳头液缸缸体与钳头大门通过两个门销连接，门销的一端装有黄油嘴，门销上有多处润滑出油孔门销的另一端带有定位槽，通过固定板将门销、钳头液缸缸体、钳头大门固定在一起，门销上有两螺栓孔，钳头总成利用螺栓、 垫片、键安装在钳头大门的U形槽内；活塞装在钳头液缸缸体内，活塞大头处通过安装在活塞上的顶塞进行密封，且通过安装在钳头液缸缸体上的环形挡圈进行一端限位，另一端是阶梯孔限位；活塞另一端的活塞密封及防尘圈安装在钳头液缸缸体的较小孔体上；另一个钳头总成利用螺栓、垫片、键安装在活塞的小端端面上，与钳头大门上的钳头总成形成一个环形体；背钳阀汇总成安装在钳头液缸缸体的上方；扶正套、弹簧、螺栓、螺母、垫片、开口销组成扶正系统，安装在背钳的上部，扶正套分为前后扶正套，分别安装在钳头液缸缸体和钳头大门上；喇叭口总成安装在背钳的下部，分前后两部分，分别安装在钳头液缸缸体和钳头大门上。
7.根据权利要求I和6所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于钳头液缸缸体与钳头大门均为铸钢件，起外部支撑、连接作用。
8.根据权利要求I和6所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于钳头液缸缸体较大孔上的环形挡圈，为缸盖限位。
9.根据权利要求I和6所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于门销上的两螺栓孔，其中一个安装铰制孔螺栓，并利用此螺栓定位，将固定板做一定旋转，旋出定位槽。
10.根据权利要求I和6所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于活塞的伸缩夹固住钻杆，防转力矩达到最低为牛·米。
11.根据权利要求I和6所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于背钳不工作时，利用螺栓、螺母给弹簧的预紧力将前后扶正环套抱紧保护接头，使背钳钳牙和钻杆保持一定的间隙，以防钳牙碰到钻杆。
12.根据权利要求I所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于防喷器总成由上防喷器总成、下防喷器总成、保护接头依次从上向下螺纹连接，上防喷器总成连接IBOP执行装置，IBOP执行套与IBOP支架连接，利用IBOP液缸的伸缩来自动开、关上防喷器总成；下防喷器总成为手动控制开、关。
13.根据权利要求I所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于倾斜机构包括倾斜鄂固定销、倾斜鄂、吊环、U形螺栓、夹板、连杆和、连接销、倾斜液缸、倾斜液缸固定销、U形夹、U形夹固定销、固定板、铜套、直角弯头、销轴；倾斜鄂通过倾斜鄂固定销与回转体连接， 倾斜鄂倾斜鄂固定销为轴线转动，倾斜鄂固定销通过固定板将其固定在回转体的支撑臂上，固定销孔同轴；倾斜液缸的底座通过销轴与回转体的连接臂连接，以此为轴线，倾斜液缸可以摆动，连接销轴同轴；倾斜液缸的活塞缸前端带螺纹连接U形夹，并用U形夹固定销固定，U形夹连接倾斜鄂中间部位的挂耳，挂耳孔中衬有铜套，挂耳连接U形夹用销孔同轴； 倾斜液缸的油孔带有管线专用的直角弯头；倾斜鄂的大U形臂与连杆I、连杆I与连杆II、 连杆II与夹板的连接均用连接销连接，并用螺栓、开口销固定，连接销孔同轴；夹板与吊环通过U形螺栓固定在一起；吊环的一端挂在回转体的承载壁上，另一端挂接液动吊卡。
14.根据权利要求I和13所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于倾斜鄂固定销孔、倾斜液缸固定销孔、挂耳连接U形夹用销孔、倾斜鄂的大U形臂与连杆I连接销孔平行。
15.根据权利要求I所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于回转总成包括回转体、轴体、回转齿轮、活塞环、卡簧、回转密封圈和、O形圈和、减磨衬环、防尘密封圈、鼠洞位置调节板、安全挡板、螺栓、垫圈、开口销、双头螺柱、铜套；回转体通过其承载轴体与齿轮箱体用螺栓连接，回转齿轮与回转体用螺栓、垫圈连接，内有O形圈；回转体通过上、下减磨衬环对承载轴体扶正；回转体通过回转密封圈、减磨衬环、防尘密封圈在轴体上旋转；活塞环安装在轴体上，内接O形圈；活塞环与回转体通过回转密封圈连接；轴体上加工有十道轴向深浅不一的深孔形油道，每道油道有两个径向孔，上端的径向孔连接特制的管线接头，下端径向孔根据不同的深度连接回转体中的回转油道，油路密封；回转体浮动油道通过回转体、轴体、活塞环、回转齿轮、O形圈、O形圈形成的密闭压力油空间；鼠洞位置调节板通过铜套、双头螺柱等固定在回转体上，鼠洞位置调节板以双头螺柱定位通过铜套做一定的转动， 鼠洞位置调节板的一端带有调整螺栓；安全挡板用螺栓、螺母、垫圈固定在回转体的承载臂上；活塞环与承载轴体的连接为过盈配合，过盈量为.承载轴体与回转体连接处要镀硬铬处理，表面粗糙度要求高，活塞环外表面与回转体连接处镀硬铬处理，表面粗糙度要求闻。
16.根据权利要求I和15所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于十道安装在回转体的回转密封圈与轴体、回转体形成了道可密闭的旋转空间，通过回转体上安装的特制接头与其功能件的管线连接，共完成吊环前倾、吊环后倾、吊环复位、背钳夹紧、背钳松开、防喷器开、防喷器关、液动吊卡开门、液动吊卡闭门功能。
17.根据权利要求I和15所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于根据鼠洞的位置调整螺栓的伸出长短，来确定吊环倾斜的位置。
18.根据权利要求I和15所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于液动吊卡由回转体的两根油管控制；吊环中心距开档大，中心孔于钻杆保持垂直平衡。
19.根据权利要求I所述的顶驱管子自动处理器总成，其特征在于液压管汇，包括倾斜阀汇、背钳阀汇、连接执行件的管线；倾斜阀汇的功能是连接倾斜液缸的前后腔油路，当吊环执行前倾或后倾功能时，可以提供Mpa以上的背压，控制液缸的伸缩速度；当吊环执行浮动功能时，控制液缸的前后腔与油箱相通，可使吊环回到中位；背钳阀汇总成主要是连接背钳夹紧缸的前后腔，夹紧时，可使前腔的油补回后腔，快速夹紧；正常状态可使前腔保持Mpa的压力；连接执行件的管线就是完成的管子自动处理功能的油路，包括吊环前倾、 吊环后倾、吊环复位、背钳夹紧、背钳松开、防喷器开、防喷器关、液动吊卡开门、液动吊卡闭门。
全文摘要
本发明提供一种顶驱管子自动处理器总成，包括扭矩臂总成、背钳总成、防喷器总成、倾斜机构、回转体总成、液动吊卡、液压管汇，其特征在于回转体总成的上端与齿轮箱相接，独立于主轴运动；扭矩臂总成、背钳总成、防喷器总成、倾斜机构、液动吊卡、液压管汇悬挂于旋转头下，与旋转头一起做顺时针、逆时针方向运动，可以方便的、安全的、高效的完成石油钻井的起下钻作业服务；从而有效地解决了石油钻井过程中的自动抓放钻杆、上/卸扣，井喷时远程遥控内防喷器关闭钻柱内通道，可以在任意高度用电机上/卸扣等功能的问题。
文档编号E21B19/14GK102606091SQ20121000391
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者李晓明 申请人:天津胜利石油装备有限公司