專利名稱：節(jié)勞矮型石油鉆機的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種帶有擺管裝置，具有自動墊卡機構(gòu)的石油鉆機。
石油鉆機工程中，體力勞動強度之大是當今世界各行業(yè)中很少見的。各行各業(yè)在應用現(xiàn)代科學技術(shù)取代體力勞動方面，都取得了卓越成就。但是，石油鉆井工程則很少有成就。多年來，人們?yōu)榱藴p輕石油工人的勞動強度，做了大量的工作，研制了一批又一批機械設備，但是，這些裝備不是過于復雜，就是過于笨重。在某一方面雖然減輕了體力勞動(如液壓大鉗、動力卡瓦等)，在另一方面又增加了勞動。
本發(fā)明的目的在于提供一種將擰管、擺管、墊卡和扣吊卡等幾種繁重體力勞動的工序，聚合成使用機械力的節(jié)勞矮型石油鉆機。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的石油鉆機，對現(xiàn)有石油鉆機中的天車、井架、游車、吊卡、轉(zhuǎn)盤、卡瓦和立根擺放裝置等作了較大的改造，增添了墊卡、吊卡、擰管和擺管等機構(gòu)。各部件的結(jié)構(gòu)敘述于下將現(xiàn)有石油鉆機單獨井架制成分列于井口兩側(cè)的左右兩個桁架型井架，在井架頂部分別裝有安裝天車的天車梁，在右側(cè)井架頂部有安裝擺管機的飄臺。前側(cè)和右側(cè)焊有飄臺的斜撐桿。
左右兩天車軸分別安放在左右井架頂?shù)奶燔嚵荷?，由騎馬螺栓螺母固定在梁上。在天車軸上分別安裝了左右兩組天車滑輪組。
在右側(cè)井架的飄臺上安裝有擺管機行車的鋼軌，擺管機的行車輪系擺放在上面。擺管機的機架安放在行車輪系上，機架前部裝著立柱，后部裝有使擺管機旋轉(zhuǎn)和直行的驅(qū)動裝置、起重卷揚機、變幅卷揚機等設備，在立柱的頂端通過銷軸聯(lián)接臂架，臂架的尾部由銷軸安裝了滑輪，臂架前部也由銷軸安裝了滑輪，在臂架的前滑輪下方，由銷軸安裝了垂直桿?？梢宰杂赊D(zhuǎn)動，支桿由兩端的銷軸鉸接在垂直桿中間部位和立柱下部。在垂直桿的下端頭。有用螺栓固定的堵頭。垂直桿上安放有可上下移動的導向架，與導向架卡在一起的是機械手，機械手上安有起重滑輪，有起重鋼絲繩繞過，起重卷揚機通過卷放起重鋼絲繩可提起和下放機械手，機械手的形狀俯看象一個叉子，正看象一個杯子。頭和尾翹起，中央凹下部位從下向上卡在導向架上。機械手的下部通過銷軸安裝有起吊重物的吊鉤，在機械手的叉頭部分有通孔，穿了銷子后可防止裝入機械手中的鉆桿脫落。變幅卷揚機通過變幅鋼絲繩使臂架變幅。需要向井口放入或提出的立根由擺管機通過機械手。吊起放入井口上方的轉(zhuǎn)盤上或從井口移至井架外側(cè)的立根上。
本發(fā)明的游車，也和天車一樣分成左右兩組，分兩側(cè)裝在橫梁上。橫梁的中部呈環(huán)狀，兩端有通孔允許起導向作用的鋼絲繩通過，與現(xiàn)有鉆機不同的是，呈筒狀的吊卡主體之上部穿過橫梁的環(huán)，由螺母將吊卡主體懸吊在橫梁上，為了便于吊卡主體相對橫梁轉(zhuǎn)動，在螺母與橫梁之間安裝有壓力軸承和軸承防護罩。左右兩組游車滑輪組由螺母壓緊滑輪軸承，使其不能沿橫梁軸向移動。在橫梁左右螺母的外側(cè)穿有左右豎支板，在其外側(cè)又有銷緊螺母將其壓緊在橫梁上。在左右豎支板的下端，由螺栓和螺母固定了一個橫支板。筒狀吊卡主體的內(nèi)徑較鉆桿接頭的外徑尺寸稍大，可以使接頭暢通無阻，在其中間部位的外圓面上加工有兩個環(huán)形槽，靠近下端附近側(cè)壁上有允許吊卡爪通過的長方孔，在長方孔的上下兩側(cè)加工有孔底為螺紋孔的臺肩通孔。吊卡外套套在吊卡主體的外面，在其上部加工有螺紋孔，下部端頭附近外徑變大，在吊卡主體與外套間形成一個較大的環(huán)狀空間，以便包容吊卡爪。
吊卡操作機構(gòu)是由下列一些零件構(gòu)成。由螺母固定在橫支持板上的左右兩個支柱?？柯菟ㄣq接在左支柱上的桿，桿的另一端也由螺栓連接在杠桿的左端上。杠桿的中間部分呈環(huán)狀，右端有通孔允許起導向作用的鋼絲繩通過，環(huán)狀部分由螺釘連接在吊卡外套上。杠桿可以繞左右支柱的鉸支點轉(zhuǎn)動，拔動吊卡外套沿吊卡主體上下移動。在外套上裝有螺紋連接的定位空心螺釘。定位銷埋置在定位銷空心螺釘?shù)拿た變?nèi)，在定位銷盲孔內(nèi)與定位空心螺釘盲孔間放有彈簧，其作用是將定位銷推向外去，卡在吊卡主體的環(huán)形槽內(nèi)，定位空心螺釘可以調(diào)節(jié)定位銷彈簧的彈力大小，由鎖緊螺母鎖定，以防在工作中螺釘松動。定位銷將外套掛在吊卡主體的環(huán)形槽內(nèi)。
吊卡爪機構(gòu)是由下列一些零件組成的。吊卡爪是一個背面加工成截圓錐狀的零件，爪的上下各有一個帶臺肩的通孔，在吊卡爪通孔的孔中穿有螺釘，擰在吊卡主體的螺孔內(nèi)，對其起導向作用，吊卡爪穿在吊卡主體下側(cè)壁的長方通孔內(nèi)，在吊卡主體長方孔上下放有彈簧，將吊卡爪向外推，以期使吊卡爪從卡住接頭的部位后退。吊卡主體與外套下部的較大環(huán)狀空間，包容著吊卡爪。外套下端口處加工有環(huán)狀凹槽。在外套由杠桿拔動，相對吊卡主體上移時，允許吊卡爪在彈簧力作用下，退出卡住接頭的部位。外套在杠桿撥動相對吊卡主體下移時，使吊卡爪進入卡住接頭的部位，從而與吊卡操作機構(gòu)協(xié)調(diào)完成卡住與松掉鉆桿接頭的功能。
使吊卡操作機構(gòu)工作的吊卡控制機構(gòu)至少有2～3套，是由下列一些零件構(gòu)成。立在游車吊卡右側(cè)的槽鋼由螺栓固定在轉(zhuǎn)盤上，在槽鋼上部有縱向縫槽，在槽的外側(cè)有螺栓螺母固定的支架，支架呈弓狀，中央有通孔，支架中央通孔所對的槽上裝有碰塊，碰塊中央加工有盲孔，盲孔置有彈簧，一個中間有臺肩的雙頭螺栓從支架的中央孔穿出，由螺母緊定在支架上，螺栓的另一端穿過彈簧內(nèi)圈，插在碰塊盲孔內(nèi)，螺栓上擰有調(diào)節(jié)彈簧力的調(diào)節(jié)螺母及鎖緊螺母，彈簧力將碰塊壓向槽鋼。在游車上提或下放吊卡時，杠桿的右端碰在碰塊上，或向下、或向上移動，撥動外套上下移動，以使吊卡爪向外收回讓鉆桿接頭通過、或使吊卡爪向內(nèi)伸出讓吊卡爪卡住鉆桿接頭，以便上提或下放鉆柱。
游車吊卡系統(tǒng)的導向機構(gòu)是由以下零件組成的。兩個安裝在左右井架靠近上頂端的環(huán)，系于環(huán)上的左右兩根導向鋼絲繩，左側(cè)的導向繩穿過游車吊卡的橫梁左側(cè)通孔，系于螺旋扣一端環(huán)首螺桿上，螺旋扣另一端的鉤首螺桿鉤在一個環(huán)上，該環(huán)裝在擰于鉆機底盤上的螺栓上端的通孔中。轉(zhuǎn)動螺旋扣，使左導向繩繃緊;必要時，可以松動螺旋扣使左導向繩放松、取下鉤在環(huán)上的鉤首螺桿，可將左導向繩移去。右導向繩穿過游車吊卡的橫梁右側(cè)端頭部位的通孔，和吊卡杠桿右側(cè)端頭附近的通孔，與左導向繩一樣，右導向繩同樣系在環(huán)首螺桿的環(huán)上，環(huán)首螺桿擰在螺旋扣上，螺旋扣的另一端同樣是一個鉤首螺桿，其鉤也鉤在一個環(huán)上，該環(huán)是裝在擰于轉(zhuǎn)盤上的螺栓上端通孔中。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)盤也較現(xiàn)有鉆機的轉(zhuǎn)盤作了改進。轉(zhuǎn)盤的水平軸系與現(xiàn)有的轉(zhuǎn)盤水平軸系結(jié)構(gòu)相近，轉(zhuǎn)盤的垂直軸系有較大的改動。垂直軸系是由轉(zhuǎn)盤殼體。放在轉(zhuǎn)盤垂直軸孔處的擋油環(huán)，坐在擋油環(huán)上的轉(zhuǎn)盤主軸承，由主軸承支承的垂直空心軸上方的外套，坐在外套上的轉(zhuǎn)盤上軸承，靠螺栓壓緊上軸承的上蓋，上蓋與外套間隙處的密封，與空心軸聯(lián)接的大錐齒輪等組合而成。大錐齒輪接受由水平軸小錐齒輪來的動力、驅(qū)動垂直軸系旋轉(zhuǎn)，完成鉆井和擰扣的任務。
在垂直軸系的上方是本發(fā)明的擰管機構(gòu)，擰管機構(gòu)是由放在轉(zhuǎn)盤垂直軸外套內(nèi)的內(nèi)套、靠銷子裝在內(nèi)套縱向槽內(nèi)的直角扳子、一端位于內(nèi)套的軸向小孔、另一端位于直角扳子的短腳小孔內(nèi)的扭轉(zhuǎn)彈簧、在內(nèi)套側(cè)凸法蘭下方和上方的下壓板及上壓板、在內(nèi)套上壓板與側(cè)凸法蘭間有軸承和它的防護罩、雙頭螺桿下端穿過上下壓板的通孔擰在轉(zhuǎn)盤上和擰在其上端的螺母、在螺桿的下壓板與轉(zhuǎn)盤間穿有彈簧，在上壓板下方的轉(zhuǎn)盤上安的兩個液缸、向上穿過上壓板的通孔且由螺母對其施力的活塞桿、及內(nèi)套下端與轉(zhuǎn)盤空心軸上端相配的牙嵌離合器等組合而成。
在液缸中的活塞桿將內(nèi)套向下壓時，直角扳子在轉(zhuǎn)盤外套的推動下，向內(nèi)轉(zhuǎn)成水平。卡住鉆桿的短接頭，然后內(nèi)套與外套的牙嵌離合器掛合，在轉(zhuǎn)盤垂直軸系旋轉(zhuǎn)時就可以對鉆桿擰扣，此時轉(zhuǎn)盤以下的鉆桿已被隨后敘述的墊卡機構(gòu)卡死不轉(zhuǎn)了。上扣時是牙嵌斜面嚙合。
本發(fā)明的墊卡機構(gòu)是安裝在轉(zhuǎn)盤垂直軸孔的下方，是由具有側(cè)凸法蘭、坐在鉆機底盤上，本體穿過底盤大孔的墊卡體、放在墊卡體斜梯型槽內(nèi)的卡瓦、由平頭螺釘安裝在墊卡體內(nèi)孔上的固定板、坐在固定板上的下圈、上端擰在下圈上，以其下端穿過固定板的通孔壓卡瓦的壓桿、由螺栓固定在墊卡體下面的下套、放在下套盲孔中向上穿過墊卡體通孔推卡瓦的頂桿、在下套盲孔中推動頂桿的彈簧、上端擰在下圈上其下端穿過固定板的通孔沉入墊卡體的通孔中的彈簧套，放在下圈上方的動圈、上端擰在動圈上其下端穿過下圈彈簧套底部通孔的雙頭螺桿、上端抵在上圈下面，另一端抵在彈簧套底內(nèi)圈穿在螺桿上的彈簧、擰在螺桿下端用以調(diào)節(jié)彈簧力的調(diào)節(jié)螺母及鎖緊螺母、焊在底盤套圈上的支架、由銷子和支架連接的手柄、靠平頭螺釘固定在轉(zhuǎn)盤側(cè)壁的角板、穿在角板和手柄上兩通孔的限位銷等零件組成。
墊卡機構(gòu)中的卡瓦有凸臺，以承受鉆具的重量，前面有豎齒，并且齒有很小的斜度。由于卡瓦是對稱布置的，利用鉆具的重量可以自動將其卡緊，不使其轉(zhuǎn)動。
下面結(jié)合附圖加以說明


圖1是本發(fā)明鉆機的總裝主視圖。
圖2是本發(fā)明鉆機的墊卡擰管轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)的主視圖及部分剖視圖。
圖3是本發(fā)明鉆機的游車吊卡系統(tǒng)的主視圖及部分剖視圖。
圖4是本發(fā)明鉆機的井架及立根架等裝置的俯視圖。
圖5是本發(fā)明鉆機的機械手主視圖。
圖6是圖5中機械手的俯視圖。
圖7是本發(fā)明鉆機的機械手的銷子。
圖8是圖1中的A-A剖視圖。
圖9是圖1中的B-B剖視圖。
圖10是本發(fā)明鉆機導向架的主視圖。
圖11是圖10中導向架的俯視圖。
圖12是圖10中C-C剖視圖。
在圖1、圖2、圖3中，井架分成左右兩個井架，分別在井口的兩側(cè)。井架前大腿188和165勾劃出井架大門的輪廓、立根和鉆桿可從此開門中進出。井架大腿187和166示出井架外部輪廓。天車放在井架的天車梁138上，分成左右兩組，天車軸由騎馬螺栓137和螺母184固定在天車梁上，天車軸135上分別安裝有左右天車滑輪組136。
在右井架的頂部，設有飄臺142上放置有擺管機行車軌道146，由斜撐桿145及168直撐桿167等桿保證其剛度。軌道146上安放的是擺管機，其底部是機座170，機座前部是立柱174，立柱的頂部是由銷子178將臂架連在其上，臂架179的尾部用銷軸裝了起重用滑輪177，前端也用銷軸裝了前滑輪180。而且還用銷軸181連接了一根垂直桿182，在垂直桿中部和立柱根部用銷子鉸接了一根支桿183，從而使支桿183、垂直桿182、立柱174和臂架179組成一個可動的平行四邊形，使提起和下放的鉆桿保持鉛垂直向下，擺管機的機座后都安裝了起重卷揚機172，變幅卷揚機171，以及使擺管機回轉(zhuǎn)和直行的驅(qū)動裝置173。起重卷揚機通過提升鋼絲繩176。吊起和下放立根以及其它重物。變幅卷揚機通過變幅鋼絲繩175使臂架變幅。擺管機的機座170下面安裝有車輪系統(tǒng)169使其可在軌道146上行走，以便使擺管機可以從井口旁起到井架外側(cè)，起吊井架以外立根或重物。擺管機還可繞其中心回轉(zhuǎn)，以期完成擺管任務。
在右井架的背后，是本發(fā)明的立根排放架，它是由呈圓弧狀并且開有擺放立根的缺口的橫梁150，前、后大腿162和148與底桿161及若干橫桿163等組成，立根81斜靠在橫梁150的缺口中。
在擺管機的垂直桿182的下方安有堵頭185，目的是防止導向架160滑出，導向架可以沿垂直桿182上下滑動，起吊立根的機械手153象個杯子，又象個叉子，頭和把子上翹，中間下凹，下凹部位正好卡著導向架，頭卡住鉆柱長接頭80的下端，尾部裝有由銷子155安裝的提升滑輪，提升鋼絲繩從中穿過，并穿過導向架160的方框，死端固定在臂架上。在卷揚機卷動鋼絲繩時，機械手在導向架限定之下。只沿垂直桿182上下移動，不致使所提的立根左右或前后擺動。(也見圖5)
在左右井架靠近頂端的部位，固定著兩個環(huán)186，對游動系統(tǒng)起導向作用的鋼絲繩48系在上面，左側(cè)繩穿過游車吊卡的橫梁120左端通孔(也見圖2和3及9)，由繩卡46、47系在螺旋扣的環(huán)首螺桿44上面，螺旋架43的另一端是勾首螺桿41，勾在環(huán)40上環(huán)40是裝在螺栓38上的。左側(cè)的螺栓38擰在鉆機底盤19上面，右側(cè)螺栓38擰在轉(zhuǎn)盤20上面。以上的諸零件構(gòu)成了游車吊卡系統(tǒng)的導向機構(gòu)。兩側(cè)的導向鋼絲繩48由螺旋架43繃緊或放松，必要時可以松掉螺旋架，從環(huán)40上取下鉤首螺桿，將其移到別處。
與現(xiàn)有鉆機區(qū)別較大的是游車吊卡系統(tǒng)，其橫梁120中央部分呈環(huán)狀。吊卡主體91從環(huán)中穿過，由吊卡鎖緊螺母111吊在橫梁上，方便吊卡旋轉(zhuǎn)，在螺母111下面放了軸承113和防護罩112。橫梁120的左右兩側(cè)分別安裝了游車滑輪組114，并由鎖緊螺母119作軸向壓緊和鎖定，在螺母119間夾裝有左右兩塊豎板118，在豎板118的下方，由螺栓126固定了一橫支持板129。在吊卡左側(cè)由螺母127固定了一個左支柱130，右側(cè)由螺母110固定了一個右支柱109。以上的這些零件組成了游車系統(tǒng)的主體。
在吊卡主體91的外面套有一個吊卡外套90，可沿吊塊主體上下移動。其壁上擰有兩個定位銷螺釘95和鎖緊螺母93，螺釘95內(nèi)裝有定位銷92，在螺釘與定位銷的盲孔中放置彈簧94，彈簧將定位銷推向吊卡主體91，卡在其環(huán)形槽上，使吊卡外套90懸吊在吊卡主體上。在外套的外面套裝著一個控制杠桿107，桿107的中間部分呈環(huán)狀，由螺栓106將其鉸接在外套90的上部。其左端由螺栓96和桿133連接成一體，桿133由螺栓132和螺母131與左支柱130連接成鉸接。以上諸零件構(gòu)成了吊卡操作機構(gòu)。
杠桿107以螺栓132為軸轉(zhuǎn)動，撥動外套沿吊卡主體上下移動，達到操縱吊卡的目的。上述桿107的位置是提升鉆具時的聯(lián)接位置，在下放鉆具到井口中時，則要將桿133和桿107的聯(lián)接解開。使桿107左端呈自由狀態(tài)，右側(cè)由螺栓108與右支柱109聯(lián)成一體，構(gòu)成桿107的下鉆工作狀態(tài)。
在吊卡主體的下端加工有長方孔和兩個帶螺孔的臺肩通孔，吊卡爪從長方孔中通出，在臺肩孔中放有彈簧89，兩個螺栓88穿過吊卡爪上的通孔，擰在吊卡主體91的螺孔上，對彈簧89導向，吊卡爪87的背部制成截圓錐狀。在吊卡外套90的下部制成喇叭形，而且加工有環(huán)狀空間，以包容吊卡爪。在吊卡外套90向上移動時，環(huán)狀空間上移，吊卡爪87在彈簧89的作用下退到空間里，爪從主體中收回，以便鉆桿接頭在吊卡主體內(nèi)孔中暢行無阻。在外套90向下移動時，環(huán)狀空間的臺肩下移，碰著卡爪背錐，吊卡爪87被外套90推向內(nèi)去，使爪伸進吊卡主體91的內(nèi)孔，鉆桿接頭就被吊卡爪卡住，以上是構(gòu)成吊卡爪機構(gòu)的諸零件。
為了控制吊卡控制杠桿107的動作，在游車吊卡系統(tǒng)右側(cè)設置了幾套(結(jié)構(gòu)相同)控制機構(gòu)?？刂茩C構(gòu)的支架槽鋼36，由螺栓35固定在轉(zhuǎn)盤20上，其上端部分開有縱向槽縫，在其外側(cè)由螺栓100和螺母99固定的支架98，支架的中央開有通孔，帶臺肩的雙頭螺桿103由螺母101固定在支架上，槽鋼的槽縫上嵌有一個碰塊105。碰塊的背部加工有盲孔，內(nèi)中放置一個彈簧104，雙頭螺桿103的左端插在彈簧104的內(nèi)圈中，調(diào)節(jié)鎖緊螺母102擰在螺桿103上，以控制彈簧力，碰塊上下有斜面以利杠桿107通過。以上詳盡地描述了游車吊卡系統(tǒng)的全貌。此外，游車滑輪由兩個軸承115支承，兩側(cè)有壓蓋117由平頭螺栓固定在滑輪上，隔套121、122、123、124、125使運動件與固定件之間不發(fā)生干擾。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)盤與現(xiàn)有轉(zhuǎn)盤相比，變化較大，分成三大部分。上部是擰管機構(gòu)，中間是轉(zhuǎn)盤，下部是墊卡機構(gòu)。
轉(zhuǎn)盤20座在鉆機底盤19上，由螺栓75固定。與常規(guī)轉(zhuǎn)盤相近的是同樣具有水平軸系和垂直軸系。水平軸系中的水平軸27前端聯(lián)接著小錐齒輪16，其后是壓蓋18，壓蓋由螺釘上在軸套21上，壓蓋壓著前軸承34，軸臺肩右邊是聯(lián)接在其上的棘輪33，其右是后軸承32，棘輪33和后軸承32由隔套31隔開，蓋25壓住后軸承32，并由螺栓24上在軸套21上，水平軸27的右端是聯(lián)接其上的鏈輪28，隔套26位于鏈輪28與后軸承32之間，鏈輪由螺釘30壓緊壓蓋29，固定在軸上，整個水平軸系由螺釘22固定在轉(zhuǎn)盤20上。由鉆機動力設備來的動力，通過鏈輪28傳入，驅(qū)動水平軸旋轉(zhuǎn)，帶動轉(zhuǎn)盤完成鉆井和擰管任務。
垂直軸系和水平軸系毗鄰，大錐齒輪17與小錐齒輪16相嚙合。接受其動力。大錐齒輪與空心軸14聯(lián)接在一起，空心軸14座在轉(zhuǎn)盤主軸承15上，主軸承座在轉(zhuǎn)盤20上。軸承15和轉(zhuǎn)盤20之間壓著擋油環(huán)13，在空心軸的上方由螺釘63壓緊外套61，轉(zhuǎn)盤的上軸承62座在外套61上，壓蓋49由螺栓39聯(lián)接在轉(zhuǎn)盤20上，且壓住上軸承62，在壓蓋49與外套61之間裝有密封件60，空心軸14具有內(nèi)六方的內(nèi)孔，供鉆井時放方補心之用。
在轉(zhuǎn)盤垂直軸系的上方，本發(fā)明加了一個擰管機構(gòu)。內(nèi)套59置于外套61之內(nèi)，內(nèi)套59上沿軸向加工有兩個縱向槽，槽中由銷子64安裝了兩個直角扳子66，在銷子64上裝有彈簧65，彈簧的一端插在內(nèi)套59的軸向小孔內(nèi)，另一端則插在直角扳子66的小孔內(nèi)，由于是扭轉(zhuǎn)彈簧，會使直角扳子繞銷子64旋轉(zhuǎn)，在內(nèi)套59的外周有側(cè)凸法蘭，下壓板58位于其下，上壓板55位于其上，上壓板55與側(cè)凸法蘭之間置有軸承57和其防護罩56，對下壓板起導向作用的雙頭螺桿70，下端擰在轉(zhuǎn)盤壓蓋49上，上端穿過下壓板和上壓板的通孔，且端頭擰有螺母69，在下壓板下方的螺桿70上穿有彈簧71，其作用是幫助內(nèi)套59從擰管位置退出來，在彈簧71的作用下，內(nèi)套59從外套61中升起來，直角扳子在扭轉(zhuǎn)彈簧65作用下向上翹起，藏在內(nèi)套59的軸向槽內(nèi)，此時內(nèi)套內(nèi)孔成了空孔，吊卡外套90可以自由通過。上壓板55下方的轉(zhuǎn)盤壓蓋49上由螺栓50安裝了兩個液缸51，液缸活塞桿54，穿過上壓板55的通孔，擰在螺母52上，活塞在液壓作用下向下移動，拉動上壓板55下移，外套61在旋轉(zhuǎn)中使直角扳子的短腳進入內(nèi)套59的槽，而長腳則伸出卡住鉆桿短接頭68的扁方處，此時內(nèi)套59失去外套61的動力而停止轉(zhuǎn)動，當內(nèi)套59繼續(xù)下降坐到底時，內(nèi)套下端面的牙嵌與轉(zhuǎn)盤空心軸14的牙嵌掛合。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)帶動內(nèi)套59轉(zhuǎn)動，就可以擰管了?？梢钥闯錾峡蹠r牙嵌是斜面接觸，卸扣時是牙嵌的直邊接觸。擰管時轉(zhuǎn)盤下方的鉆桿已為下面提到的墊卡機構(gòu)卡住不能轉(zhuǎn)動了。
墊卡機構(gòu)的墊卡體7是其主體，它是個筒狀零件，具有側(cè)凸法蘭，可以用法蘭坐在鉆機底盤19上，法蘭側(cè)面和底盤19上的套圈74配合，由擰在套圈上的長螺栓73頂住，其內(nèi)里加工有兩個斜的梯形槽，槽內(nèi)放有卡瓦5，卡瓦5的前側(cè)面有縱向齒，且有很小的傾斜度，對稱布置，下部有凸臺，在鉆具重量作用下，卡瓦向下向內(nèi)運動，卡緊鉆柱長接頭80，即防止鉆柱下落，又防其旋轉(zhuǎn)。在墊卡體內(nèi)由平頭螺釘84固定了固定圈8，其上方是下圈9(也見圖8)，有壓桿6擰在下圈9上，其下端穿過固定圈8的通孔抵在卡瓦5上，在下圈9上還擰有彈簧套85，其下端同樣穿過固定圈8的通孔，沉入墊卡體7的通孔中，一個雙頭螺桿11上端擰在上圈12上，下端穿過彈簧套85下端的通孔且擰有調(diào)節(jié)和鎖緊螺母86，在上圈12和彈簧套85底部間的雙頭螺桿11上穿有彈簧10，擰動調(diào)節(jié)螺母86可調(diào)節(jié)彈簧10對上圈12的推力。在卡瓦5的下方有頂桿3，自下穿過墊卡體7的通孔，抵在卡瓦5的底面上，在墊卡體7的下方，由螺栓4聯(lián)接著一個下套1，下套1上加工有盲孔，其中放有彈簧2和頂桿3，頂桿3對卡瓦5施一向上的推力，使卡瓦沿斜槽上升。離開卡住立根81的長接頭80的位置，使上提或下放鉆具時碰不著卡瓦5。在底盤19的套圈74左側(cè)焊有支架82，由銷子83安裝了手柄77，在轉(zhuǎn)盤20的左下側(cè)由平頭螺釘76安裝了兩塊角板78，其上加工有若干通孔，銷子79穿過手柄77和角板78的通孔，以限定手柄的位置。上圈12有兩個功能，其一是在提升鉆具時，將手柄77(見圖8)放在左端向上的姿態(tài)，使上圈12以下的諸零件彈簧10、螺桿11、彈簧套85、下圈9、壓桿6等都下降，將卡瓦5壓到槽底，便于長接頭80的下端停放，卡瓦雖被壓到槽底，但當鉆桿接頭向上提時，鉆桿短接頭68碰到卡瓦5時，由于彈簧10被壓縮，卡瓦5還是會上升一段距離，使卡瓦的下臺肩能縮進梯形槽內(nèi)，讓接頭68和80通過。其第二個功能是在下鉆時，將手柄77放在左端向下的姿態(tài)，此時，彈簧10和2都處于自由狀態(tài)，卡瓦5也上升到梯形槽的上端，鉆具的接頭68、80可以自由通過。當?shù)蹩ㄏ路诺酵馓?0的下端碰到上圈12以后，則上圈12、彈簧10、下圈9、壓桿6、卡瓦5等一齊在吊卡壓力之下下降，當卡瓦5下降到槽底5時，就為鉆具的停放做好準備，吊卡繼續(xù)下放，接頭80下端就被卡瓦5卡住。
轉(zhuǎn)盤20坐在鉆機底盤19上，底盤架在鉆機轉(zhuǎn)盤梁164上。圖中點劃線134所示的是井架的輪廓。
在圖4中，可見井口140的位置，點劃線134示出井架的輪廓，點劃線141示出井架底座的范圍，天車梁138，天車軸135，騎馬螺栓137等的位置及井架頂139的位置，149和147是立根靠在橫梁150缺口上時的上下兩點的位置。
在圖5中(也見圖6)，呈杯子狀的機械手153，其中間有由銷子155和螺母154安裝的升降滑輪152，提升鋼絲繩176從中穿過，在機械手的下部由銷子157、開口銷156和墊片158聯(lián)接著起重鉤159，在頭部開口部分加工有通孔供銷子189穿過。
在圖7中，示出了機械手153，在從導向架160上卸下來后，用來起吊地面上的重物，以及在地面起吊鉆桿用的銷子189的形狀。
在圖10、11、12中示出了導向架160的形狀，尤其是在圖12中，中間未剖的部分是卡機械手的。提升鋼絲繩176從方框中通過，剖面線部分的開口是為避開支桿183與垂直桿182連接銷的。
本發(fā)明的鉆機在下放鉆具時，擺管機行走到井架前端(圖4前一個虛線圓所示)，將機械手插入長接頭80的下方，然后上提并旋轉(zhuǎn)、行走到井口140上方，將立根對正井口(后一個虛線圓處，見圖4)，下放立根到吊卡主體91和轉(zhuǎn)盤內(nèi)，與卡在墊卡上的長接頭80上端絲扣對正，此時上提吊卡，并移走機械手。隨后開始擰管，在吊卡達到立根上端的接頭附近時，擰管動作結(jié)束，吊卡在控制碰塊105的作用下，杠桿107將吊卡爪壓入吊卡主體，卡在長接頭80的頸部，將吊卡上提一小段距離，使墊卡體內(nèi)的卡瓦5等零件處于自由狀態(tài)，收進梯形槽內(nèi)再下放鉆具使吊卡進入轉(zhuǎn)盤，碰在上圈12上，將其壓下，強迫卡瓦5到槽底夾緊鉆桿接頭，繼續(xù)下放吊卡，杠桿107的柄在壓縮碰塊105的同時，通過碰塊105。通過碰塊后，再提起吊卡，則107的柄被碰塊105壓下，將套90上提，吊卡爪87從吊卡主體內(nèi)退出，這時就可以繼續(xù)上提吊卡，準備以同樣方式下放第二根立根及所有的鉆柱。
提升鉆具時，先將杠桿按提升鉆具接好，即將杠桿107的左端和左支柱130接好，與109右支柱解開。在墊卡機構(gòu)中，用手柄77將上圈12壓下，使卡瓦5下降到墊卡體7的槽底(這些工作都要在提升方鉆桿以前做好)。方鉆桿提出后，鉆桿長接頭80停放在卡瓦5的中間，上邊的短接頭68已隨方鉆桿拿走。吊卡降到接頭80的頸部。杠桿107的柄在壓縮碰塊105的同時通過碰塊105，再提升吊卡，這時杠桿107的柄被碰塊105壓下來，外套90下降，吊卡爪87進入吊卡主體91內(nèi)孔，將接頭80頸部卡住，吊卡繼續(xù)上升，井內(nèi)鉆柱就被提起。當下一個接頭68或80的上臺肩碰到卡瓦5的凸臺時，卡瓦5上升，并縮回梯形槽內(nèi)，立根上升就不會遇到阻擋。在接頭80過了卡瓦5以后，卡瓦5又自動回到槽底。如果此時要停放鉆柱，就可在接頭80下端通過卡瓦5后下放鉆柱，長接頭80的下端自然落在卡瓦中間，被卡瓦的豎齒卡緊。擰管機構(gòu)就可以擰管了。在擰管的同時下放吊卡，移動機械手153卡入接頭80下端并上提，套住接頭80的下端。在擰管完畢后，擺管機就將立根上提，抽出吊卡外，轉(zhuǎn)移到立根架上。
在鉆桿提升快完時，要松退長螺栓73，退出手柄77(也可以取掉)，在鉆鋌提出時，鉆鋌就自動將整套墊卡帶出轉(zhuǎn)盤。
如果鉆鋌數(shù)量不多，就可用現(xiàn)有的辦法擰卸鉆鋌。如果鉆鋌量大，可更換合適的吊卡機構(gòu)和墊卡機構(gòu)及擰管機構(gòu)(與上述的相應機構(gòu)類似，只是尺寸大一點)。擰卸完鉆鋌，提出鉆頭，起鉆工序完成。
使用了本發(fā)明的石油鉆機，經(jīng)濟效益和社會效益是極其顯著的，任何機械要向前發(fā)展，第一步就需要用機械動力代替人的體力，操作一臺機械如果其中一個環(huán)節(jié)必須依賴人力，那么機械的效率必然受到人力和情緒的制約，而人力和情緒又是一個極不穩(wěn)定的因素，不可能將人的勞動速率穩(wěn)定地大幅度提高。
多年來，石油鉆機在其它工序方面有許多先進的技術(shù)，但在墊卡、擰管、扣吊卡、擺管等重要工序，主要還是靠人力來進行，鉆機的效率受到了限制。如果采用本發(fā)明的技術(shù)，使幾個重要工序有機地結(jié)合成一體，用機械力來代替人力，這樣只需由司鉆一人操作液壓、電氣等手柄與按鈕，就可完成擰管、擺管、墊卡和扣吊卡等工序，從而節(jié)省了勞動力，提高了效率。由于采用了本發(fā)明的裝置與機構(gòu)，鉆井工人可由每班5～6人減至2～3人，起下鉆具所占整個鉆井時間的比例從20～40%降至10～20%。而且泥漿也噴不到工人身上。由于擺管在井架之外的立根架上，立根可以穿出井架頂部之外，所以井架的重量減輕了三分之一以上。
權(quán)利要求
1.一種由天車、井架、游車、吊卡、絞車、轉(zhuǎn)盤、卡瓦、動力傳動裝置、立根排放裝置、立根架及底座等組成的石油鉆機，其特征在于A.井架是由位于井口兩側(cè)的兩組金屬桁架構(gòu)成的井架、位于右側(cè)井架頂部的擺管裝置的飄臺142、位于左右兩井架頂部的天車梁138等組成，B.天車是由分別安放在左右兩井架頂部的天車梁138上的天車軸135、安裝在左右天車軸上的左右天車滑輪組136、將天車軸牢固地固定在天車梁上的騎馬螺栓137和螺母184等組成，C.游車吊卡系統(tǒng)是由中間有通孔允許鉆桿及接頭通過的筒狀吊卡主體91、中央成環(huán)狀穿在吊卡主體91上的橫梁120、穿于吊卡主體罩在橫梁120上的軸承113、穿于吊卡主體罩在軸承113上的防護罩112、位于護罩112之上方靠螺紋和吊卡主體連接的吊卡螺母和鎖緊螺母111、分別安裝在吊卡主體左右兩側(cè)橫梁上的游車滑輪組114、在游車滑輪組外側(cè)靠螺紋和橫梁相連接壓緊游車軸承的螺母和鎖緊螺母119、位于壓緊螺母和鎖緊螺母119之間穿于橫梁上的左右支板118、牢固地安裝在豎支板上的支持板129、將左右支板118和橫支持板129牢固地連成一體的螺栓螺母126、靠螺母110和127固定在支持板上的吊卡操作機構(gòu)、位于橫梁下方套在吊卡主體91上的吊卡外套90、位于吊卡主體91和吊卡外套90下端附近的吊卡爪機構(gòu)、位于橫梁兩側(cè)的游車吊卡系統(tǒng)導向機構(gòu)、位于游車吊卡系統(tǒng)右側(cè)的吊卡控制機構(gòu)等組成，D.墊卡擰管轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)是由鉆機的底盤19、安裝在底盤19上的轉(zhuǎn)盤20、將轉(zhuǎn)盤20固定在底盤19上的螺栓75、位于轉(zhuǎn)盤20垂直軸孔內(nèi)的垂直軸系總成、位于轉(zhuǎn)盤20水平軸孔內(nèi)的水平軸系總成、位于轉(zhuǎn)盤20和底盤19之間并穿過底盤19的孔向下延伸的墊卡機構(gòu)和位于轉(zhuǎn)盤20垂直軸孔上方并安裝在轉(zhuǎn)盤上的擰管機構(gòu)等組成，E.立根排放裝置是由位于右側(cè)井架頂部的擺管裝置的飄臺142、位于飄臺下方支承飄臺142的斜撐桿145和168和飄臺直撐桿167、安裝在飄臺142上的擺管機行車軌道146、安放在行車軌道146上的擺管機174、立于右側(cè)井架外側(cè)的立根架150等組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機，其特征在于所述的游車吊卡系統(tǒng)的吊卡操作機構(gòu)是由靠螺母127固定在橫支持板129上的左支柱130和靠螺母110固定在橫支持板129上的右支柱109、套在吊卡外套90外中間成環(huán)狀兩端有杠桿伸出的控制杠桿107、將吊卡外套90和控制杠桿107的中間環(huán)連成一體且允許杠桿107在吊卡外套90上擺動的螺栓106、一端有孔靠螺栓132螺母131和左支柱130的孔連接另一端有孔靠螺栓96和控制杠桿107連接的桿133、靠螺紋和吊卡外套90上部的螺孔相連接的吊卡外套定位銷螺釘95、擰在螺釘95上的鎖緊螺母93、放在螺釘95內(nèi)腔里抵在吊卡主體91環(huán)狀槽內(nèi)的定位銷92、放在螺釘95內(nèi)腔里將定位銷92推向吊卡主體91環(huán)形槽的彈簧94等組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機，其特征在于所述的游車吊卡系統(tǒng)的吊卡爪機構(gòu)是由在吊卡主體91接近下端側(cè)壁部位加工出的通孔、有供吊卡爪穿過吊卡主體下側(cè)部的通孔內(nèi)的吊卡爪87、在吊卡主體91下側(cè)部通孔的附近對稱地加工有螺紋的臺階通孔，在通孔中放置有一端抵在吊卡主體的孔底另一端抵在吊卡爪87的環(huán)狀槽內(nèi)的彈簧89、穿過吊卡爪的通孔和彈簧89內(nèi)圈擰在吊卡主體螺孔上的螺栓88、罩在吊卡主體91外面具有允許吊卡爪87向外退出的環(huán)形槽與將吊卡爪推向吊卡主體內(nèi)孔的吊卡外套90等組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機，其特征在于所述的游車吊卡系統(tǒng)的導向機構(gòu)是由靠近左右井架頂部安裝的兩個環(huán)186、上端系在左右兩環(huán)186下垂穿過游車吊卡系統(tǒng)橫梁120左右兩端通孔和控制杠桿107右端部通孔下端系于環(huán)首螺桿44的導向鋼絲繩48、位于橫梁120左側(cè)擰在鉆機底盤19上和位于橫梁右側(cè)擰在轉(zhuǎn)盤20上的螺栓38、安裝在螺栓38上的環(huán)40、一端以環(huán)首螺桿44系著鋼絲繩48另一端以鉤首螺桿41鉤在環(huán)40上的張緊螺旋架43、以及將鋼絲繩48系于環(huán)首螺桿的繩卡46、47等組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機，其特征在于所述的游車吊卡系統(tǒng)的吊卡控制機構(gòu)是由安裝在轉(zhuǎn)盤20上的槽鋼36、將槽鋼固定在轉(zhuǎn)盤20上的螺栓35、安裝在槽鋼36外側(cè)的支架98、將支架98固定在槽鋼36上的螺栓100和螺母99、穿過支架98中央通孔的雙頭螺桿103、將雙頭螺桿固定在支架98上的螺母101、擰在雙頭螺桿103上調(diào)節(jié)彈簧力的調(diào)節(jié)螺母和鎖緊螺母102、嵌在槽鋼36的縱向縫槽中的碰塊105、穿在雙頭螺桿103上一端抵在碰塊105中央盲孔底、另一端抵在調(diào)節(jié)螺母102上的碰塊彈簧104、以及由碰塊105控制的控制杠桿107等組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機，其特征在于所述的轉(zhuǎn)盤垂直軸系是由轉(zhuǎn)盤20的殼體、置于轉(zhuǎn)盤垂直軸孔處擋油環(huán)13、安放在擋油環(huán)上方的轉(zhuǎn)盤主軸承15、坐在主軸承15上的垂直空心軸14、安裝在空心軸14上的外套61、將外套61固定在空心軸上的螺釘63、坐在外套61上的轉(zhuǎn)盤上軸承62、壓在上軸承62上方可調(diào)節(jié)軸承間隙的轉(zhuǎn)盤壓蓋49、將壓蓋49固定在轉(zhuǎn)盤上的螺栓39、臥于壓蓋49的環(huán)形槽內(nèi)密封外套61和壓蓋49間隙的密封件60、穿在空心軸14上靠過盈配合向空心軸14傳力的大錐齒輪17等組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機，其特征在于所述的墊卡機構(gòu)是由靠側(cè)凸法蘭坐在鉆機底盤19上本體穿過底盤19大孔的墊卡體7、位于墊卡體斜梯形槽內(nèi)的卡瓦5、安裝在墊卡體7下方的下套1、將下套固定在墊卡體7上的螺栓4、位于下套1的盲孔中上端穿過墊卡體的通孔推動卡瓦5的頂桿3、位于下套1的盲孔中對頂桿施推力的彈簧2、靠平頭螺釘84牢固地安裝在墊卡體7的大孔內(nèi)的固定圈8、坐于固定圈上的下圈9、上端螺紋擰于下圈9下端穿過固定圈8的通孔壓在卡瓦5上的壓桿6、上端螺紋擰于下圈9下端穿過固定圈8的通孔沉入墊卡體7的通孔內(nèi)的彈簧套85、位于下圈9的上方的上圈12、上端螺紋擰于上圈12下端穿過彈簧套上的通孔的雙頭螺桿11、穿在雙頭螺桿11上一端推上圈12、另一端抵在彈簧套85內(nèi)臺肩的彈簧10、擰在雙頭螺桿11上調(diào)節(jié)彈簧10彈力的螺母和鎖緊螺母86、靠螺紋擰在底盤19的套圈74上的固定墊卡體的長螺栓73、焊在套圈74上的支架82、靠銷子83安裝在支架82上的手柄77、靠平頭螺釘安裝在轉(zhuǎn)盤20左側(cè)下方的角板78、和穿過角板78與手柄77的通孔限制手柄位置的銷子79等組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機，其特征在于擰管機構(gòu)是由位于轉(zhuǎn)盤外套61內(nèi)孔中的內(nèi)套59、靠銷子64裝在內(nèi)套59縱向槽中的直角板子66、一端位于內(nèi)套59的軸向小孔中、另一端位于直角板子66的短腳小孔中的扭轉(zhuǎn)彈簧65、穿在內(nèi)套59側(cè)凸法蘭下方的下壓板58、穿在內(nèi)套59側(cè)凸法蘭上方的軸承57、位于軸承上面和外側(cè)面的防護罩56、穿在內(nèi)套59外側(cè)及防護罩上方的上壓板55、上端擰有螺母69下端穿過上下壓板55和58的通孔擰在轉(zhuǎn)盤20上的雙頭螺桿70、穿在螺桿70上一端推下壓板58另一端抵在轉(zhuǎn)盤壓蓋49上的彈簧71、布置在內(nèi)套59周圍靠螺栓50安裝在轉(zhuǎn)盤壓蓋49上的液缸51、位于液缸內(nèi)向上伸出穿過上壓板通孔的活塞桿54、在活塞桿54頂部擰有螺母52且安有墊片在內(nèi)套59下方與轉(zhuǎn)盤空心軸14上方的牙嵌離合器等組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機，其特征在于所述的擺管機是由機座170、安裝在機座170上的立柱174、由銷子178安裝在立柱174頂端的臂架179、在臂架179的尾部由銷軸安裝的滑輪177、在臂架前端由銷軸安裝的前滑輪180、在前滑輪180下方的臂架上由銷軸181安裝著垂直桿182、由銷軸鉸接在垂直桿的中間部分和立柱下部的支桿183、固定在垂直桿182下端部的堵頭185、安裝在垂直桿182上可移動的導向架160、與導向架卡在一起的機械手153、安裝在機械手上的升降滑輪152和提升鋼絲繩176、安裝在機座170上通過提升鋼絲繩176起重的起重卷揚機172和通過變幅鋼絲繩175使臂架變幅的卷揚機171以及使擺管機旋轉(zhuǎn)與直行的驅(qū)動裝置173、安裝在機座下方支承擺管機在行車軌道146上行走的行車輪系等組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機，其特征在于所述的立根架是由呈圓弧狀且開有缺口的橫梁150、焊在橫梁前側(cè)的前大腿162、焊在橫梁后側(cè)的后大腿148、在前后大腿上的數(shù)根橫桿163等組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的石油鉆機，其特征在于所述的擰管機構(gòu)，其中的牙嵌離合器在上緊接頭絲扣時是斜面嚙合。卸松絲扣時是直面嚙合。
全文摘要
一種石油鉆機將墊卡、扣吊卡、擰管旋扣和擺管等四大工序的設備有機地結(jié)合在一起。游車布置在吊卡的兩側(cè)。天車分列在井口兩側(cè)的井架上，吊卡吊起的鉆桿柱可由右側(cè)井架頂部的擺管機從井架的開口中移到井架外側(cè)去，使井架的重量減少三分之一，轉(zhuǎn)盤與擰管旋扣、與墊卡等結(jié)合在一起，使司鉆一人按控制按鈕代替原來鉆工的勞動，而且接卸鉆桿是在轉(zhuǎn)盤之中進行，泥漿不再外噴，改善了鉆井環(huán)境，人員減少一半左右。
文檔編號E21B19/00GK1055572SQ9010825
公開日1991年10月23日 申請日期1990年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月9日
發(fā)明者劉方伯, 吳統(tǒng)文 申請人:蘭州德賽應用技術(shù)研究所