郭坤，宋殿蘭，劉家榮，劉文武

（北京探礦工程研究所，北京100083）

背鉗在巖芯鉆機(jī)上的應(yīng)用前景

郭坤*，宋殿蘭，劉家榮，劉文武

（北京探礦工程研究所，北京100083）

系統(tǒng)地介紹了頂驅(qū)鉆機(jī)中背鉗的卸扣原理，具有體積小、勞動(dòng)強(qiáng)度低、保護(hù)鉆桿等功能，其在巖芯鉆機(jī)中作為卸扣裝置有一定的應(yīng)用前景。

背鉗；卸扣；鉆探

1　概述

背鉗裝置是頂驅(qū)鉆機(jī)系統(tǒng)井架上隨頂驅(qū)沿20～30m導(dǎo)軌上下滑動(dòng)的鉆桿上扣裝置，其具有效率高、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。頂驅(qū)是石油鉆井、尤其是海上石油鉆井與修井普遍采用的鉆井設(shè)備，最早由國(guó)外引入，具有長(zhǎng)行程、立根鉆進(jìn)、開(kāi)泵提鉆、下鉆掃孔功能，處理卡鉆、埋鉆事故能力強(qiáng)等特點(diǎn)［1］。背鉗作為頂驅(qū)鉆機(jī)的上卸扣裝置，主要作用是在鉆機(jī)需要上卸扣時(shí)，其內(nèi)部油缸加壓壓緊下端鉆柱或鉆桿的上接頭，由頂驅(qū)主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)頂驅(qū)在20～30m行程范圍內(nèi)鉆桿與頂驅(qū)之間上扣和卸扣，在上卸扣的過(guò)程中背鉗能上下浮動(dòng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)鉆桿接頭絲扣的目的，是一種較為先進(jìn)的上卸扣裝置［2］。

2　目前巖芯鉆機(jī)的上卸扣的局限性

現(xiàn)有立軸或者動(dòng)力頭巖芯鉆機(jī)作為地質(zhì)鉆探施工的主要設(shè)備，鉆機(jī)上的上卸扣裝置具有以下特點(diǎn)：

（1）提下鉆的過(guò)程中發(fā)生卡鉆與埋鉆事故的情況下，回轉(zhuǎn)器已經(jīng)移開(kāi)孔口，不能再接上鉆桿，無(wú)法進(jìn)行開(kāi)泵掃空，處理事故能力較弱。

（2）對(duì)鉆桿絲扣的保護(hù)不足。鉆桿在上卸扣的過(guò)程中，鉆桿之間會(huì)軸向移動(dòng)，擠壓尚未脫開(kāi)的內(nèi)外絲扣導(dǎo)致鉆桿絲扣嚴(yán)重?fù)p壞。這也是巖芯鉆探施工過(guò)程中較大的成本損耗，隨著巖芯鉆塔深度的加大，鉆桿絲扣磨損導(dǎo)致的成本增加會(huì)更大。

（3）現(xiàn)有液氣大鉗式上卸扣裝置只能在孔口位置上扣和卸扣，仍需人工推拉定位，設(shè)備笨重，自動(dòng)化程度較低。需要專(zhuān)門(mén)的工位值守，勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大。

3　背鉗的原理

背鉗安裝于頂驅(qū)回轉(zhuǎn)器上，在提下鉆的過(guò)程中隨頂驅(qū)整體移動(dòng)，可以隨頂驅(qū)在任意時(shí)候任意位置完成上卸扣作業(yè)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)泵提鉆下鉆掃孔作業(yè)［3］。背鉗在結(jié)構(gòu)形式上主要有2種，一種是環(huán)形背鉗，其特點(diǎn)是對(duì)中性好，無(wú)需鎖緊機(jī)構(gòu)，但是維修保養(yǎng)極不方便，應(yīng)用較少。另一種結(jié)構(gòu)形式是側(cè)掛式背鉗，相對(duì)環(huán)形背鉗具有維保方便，使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多。本文以側(cè)掛式背鉗來(lái)闡述背鉗的工作原理。

背鉗主要由背鉗支架、背鉗拖座、鉗體、活塞、卡瓦體及牙板、活門(mén)、前后扶正器、前后導(dǎo)入器等組成［4］。具體示意圖如圖1所示。

圖1　DQ70BSC側(cè)掛式背鉗結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)鉆桿的接頭處通過(guò)導(dǎo)入器到達(dá)背鉗的牙板處后，液壓油進(jìn)入鉗體活塞腔后，高壓油驅(qū)動(dòng)活塞帶動(dòng)后卡瓦體及牙板伸出接觸鉆桿接頭一側(cè)后，活塞繼續(xù)伸出導(dǎo)致鉆桿對(duì)背鉗整體會(huì)施加一個(gè)反作用力，前卡瓦提及牙板在反作用力的接觸鉆桿接頭的另一側(cè)，此過(guò)程中前扶正器彈簧壓縮。通過(guò)上述過(guò)程背鉗實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中夾緊的功能。

卸扣功能。在活塞到達(dá)預(yù)訂位置后，主軸低速大扭矩反向旋轉(zhuǎn)，主軸或者接頭與鉆桿之間的螺紋緩慢松開(kāi)達(dá)到松扣的目的。繼續(xù)反向旋轉(zhuǎn)以是主軸或接頭與鉆桿完全松開(kāi)達(dá)到脫扣的目的，背鉗鉗體帶動(dòng)鉆桿往下壓縮位移彈簧與主軸或者接頭完全脫離。卸扣完成后，背鉗松開(kāi)鉆桿，整個(gè)卸扣功能分為松扣、脫扣、背鉗松開(kāi)3個(gè)過(guò)程。

上扣功能。在頂驅(qū)帶動(dòng)背鉗整體下降的過(guò)程中，將鉆桿對(duì)準(zhǔn)背鉗的導(dǎo)入器，鉆桿接頭螺紋與主軸或接頭螺紋對(duì)正，以上動(dòng)作完成對(duì)準(zhǔn)動(dòng)作。主軸低速大扭矩旋轉(zhuǎn)，將主軸或者接頭螺紋旋入鉆桿接頭螺紋中已到達(dá)旋扣目的。旋扣完成后，背鉗活塞到達(dá)預(yù)定位置夾緊鉆桿接頭，主軸繼續(xù)低速大扭矩旋轉(zhuǎn)至預(yù)定的扭矩值以達(dá)到緊扣的目的。上扣完成后，背鉗松開(kāi)鉆桿，整個(gè)上扣功能分為對(duì)正、旋扣、緊扣、背鉗松開(kāi)4個(gè)過(guò)程，如圖2所示。

圖2　背鉗上扣與卸扣作業(yè)順序

4　結(jié)論和建議

（1）由于頂驅(qū)鉆機(jī)與普通巖芯鉆機(jī)主軸與鉆桿的連接方式是完全相同的，背鉗的原理運(yùn)用到巖芯鉆機(jī)是完全可行的。

（2）背鉗運(yùn)用到巖芯鉆機(jī)還具有一定的局限性。由于背鉗中具有液壓機(jī)構(gòu)，其與全液壓巖芯鉆機(jī)的配套的效果可能更好。

（3）背鉗小型化的使命。由于頂驅(qū)鉆機(jī)的使用鉆桿直徑較大，巖芯鉆機(jī)使用鉆桿直徑相對(duì)較小。背鉗還不能直接用于巖芯鉆機(jī)，需在小型化的方向做一些研究。

［1］劉憲全，李效生.深孔地質(zhì)巖芯鉆機(jī)發(fā)展方向——頂部驅(qū)動(dòng)［J］.探礦工程，2009（增刊）：29-31.

［2］蔣誼，陳俊，王信軍，等.新型直驅(qū)式頂部驅(qū)動(dòng)裝置［J］.石油機(jī)械，2011，39（7）：56-59.

［3］韓兵奇，李連峰，高棟梁，等.DQ70型頂驅(qū)鉆井裝置動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究［J］.2011，40（9）：21-26.

［4］黃洪波，張文舉，臧臣坤，等.深部取心鉆探擰卸工具機(jī)械化的思考和實(shí)踐［J］.探礦工程，2011，38（7）：1-4.

Application Prospect of Back Tong in Core Drill

GUO Kun，SONG Dian-lan，LIU Jia-rong，LIU Wen-wu
（Beijing Institute of Prospecting Engineering，Beijing100083，China）

The shackle principle of the back tong in the top drive rig was systematically introduced，which with a compact size，low labor intensity，protection drill pipe and other functions，so it has a certain application prospects as a shackle core rig device.

back tong；shackle；drilling

P634.3

B

1004-5716（2016）10-0022-02

2015-11-12

2015-12-01

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查“西北地主主要城市地下水污染的調(diào)查評(píng)價(jià)（12120113016400）”項(xiàng)目資助。

郭坤（1985-），男（漢族），湖北仙桃人，工程師，現(xiàn)從事鉆探設(shè)備研究工作。