楊龍飛

摘要：抹油及上護(hù)絲是石油鉆桿檢查維修的最后一道工序，針對(duì)目前人工操作的現(xiàn)狀及存在的不足，設(shè)計(jì)了抹油及上護(hù)絲機(jī)構(gòu)。該裝置解決了石油鉆桿接頭螺紋抹油和接頭上護(hù)絲的自動(dòng)化問題，具有穩(wěn)定、高效、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：石油鉆桿接頭;檢查維修;抹油及上護(hù)絲;自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TP241? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）22-0071-02

0? 引言

鉆桿在油氣開采中扮演著重要角色，而鉆桿在井下的工作環(huán)境卻十分惡劣。為了確保石油鉆桿在井下能夠順利工作，減少由鉆桿引起的井下事故，鉆桿在使用一定時(shí)間后要送回工廠進(jìn)行檢查維修。抹油及上護(hù)絲是鉆桿檢查維修的最后一道工序。目前，這一工作主要是依靠人工完成的，不僅工作效率低，完成質(zhì)量差，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)性高。抹油及上護(hù)絲一體化裝置能很好的解決人工操作的不足之處。越來越多的鉆桿維修廠希望擁有抹油及上護(hù)絲自動(dòng)化裝置。對(duì)抹油及上護(hù)絲一體化裝置的研發(fā)設(shè)計(jì)具有很中要的意義。本次設(shè)計(jì)了鉆桿接頭抹油及上護(hù)絲一體化裝置，該裝置具有穩(wěn)定、高效、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。主要內(nèi)容有公接頭抹油裝置、母接頭抹油裝置、上護(hù)絲裝置以及底部工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了油泵，潤滑油，驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇計(jì)算。

1? 鉆桿接頭概述

石油鉆桿是鉆井工具中用來連接鉆頭并起傳遞扭矩作用的桿件，其基本結(jié)構(gòu)是管體兩端連接鉆桿接頭。鉆桿接頭分為母接頭和公接頭，帶有內(nèi)螺紋的接頭為母接頭，帶有外螺紋的接頭為公接頭。

鉆桿的連接通過鉆桿接頭螺紋來完成。如果接頭螺紋出現(xiàn)損壞，鉆桿連接出現(xiàn)異常，將有可能導(dǎo)致鉆桿在井下斷裂。鉆桿斷裂將給鉆井工作帶來巨大的困難，不僅無法繼續(xù)進(jìn)行鉆井工作，而且還要設(shè)法將斷裂鉆桿從井下打撈起來，繼而重新下鉆桿進(jìn)行鉆井工作。這在人力、物質(zhì)以及時(shí)間上都是巨大的浪費(fèi)?？紤]到鉆桿在井下惡劣的工作狀況，為了確保石油鉆桿在井下能夠順利工作，減少由鉆桿引起的井下事故，鉆桿在使用一定時(shí)間后要送回工廠進(jìn)行檢查維修。

2? 工藝現(xiàn)狀

鉆桿接頭抹油和上護(hù)絲為鉆桿維修的最后一道工序。抹油時(shí)鉆桿在裝置帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，工人用刷子往絲扣上刷絲扣油，刷完絲扣油后再往接頭螺紋上擰護(hù)絲。由于鉆桿有兩個(gè)接頭，因此抹油上護(hù)絲工作需要兩個(gè)工人來完成。此工序完成后鉆桿便能出廠重新使用。目前，這一工序主要依靠人工完成，不僅工作效率低，完成質(zhì)量差，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)性高。針對(duì)當(dāng)前工藝現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)抹油及上護(hù)絲機(jī)構(gòu)，用以代替人工操作，就顯得很有必要。抹油及上護(hù)絲機(jī)構(gòu)，采用自動(dòng)化技術(shù)，能很好的解決目前人工操作的現(xiàn)狀及存在的不足，具有穩(wěn)定、高效、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。

3? 總體方案設(shè)計(jì)

鉆桿接頭抹油及上護(hù)絲機(jī)構(gòu)的總體方案示意圖見圖1。

鉆桿固定在兩支撐軸上，鉆桿一端為母接頭，另一端為公接頭。鉆桿兩端各放置一套抹油及上護(hù)絲機(jī)構(gòu)。抹油裝置和上護(hù)絲裝置垂直固定在底板上，形成互成90°的工作位。將抹油裝置和上護(hù)絲裝置固定在底板上，兩裝置成互相垂直的工作位。將底板固定在小車上。小車位于底座導(dǎo)軌上。小車上帶有兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)驅(qū)動(dòng)小車水平移動(dòng)，一個(gè)驅(qū)動(dòng)底板轉(zhuǎn)動(dòng)。護(hù)絲放在圓筒中，圓筒位于底座旁邊。

工作時(shí)，先讓抹油工作位與鉆桿位于同一中心，兩邊小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車水平移動(dòng)，使抹油頭與鉆桿接頭螺紋實(shí)現(xiàn)對(duì)接。鉆桿在外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，打開抹油裝置油泵，使絲扣油從油路進(jìn)入抹油頭，在鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)抹油工作。抹油工作完成后，小車退回起點(diǎn)。上護(hù)絲裝置外層套筒電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)使上護(hù)絲裝置豎起來，接著中間套筒電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)中間套筒和內(nèi)層軸一起向下去抓護(hù)絲。當(dāng)內(nèi)層軸上方頭與護(hù)絲上方口實(shí)現(xiàn)對(duì)接后，電磁鐵將護(hù)絲吸附在上護(hù)絲裝置上，然后中間套筒電機(jī)反轉(zhuǎn)，使中間套筒回到起始高度，外層套筒電機(jī)反轉(zhuǎn)使裝置回到水平。小車轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車轉(zhuǎn)過90°，使上護(hù)絲裝置與鉆桿位于同一中心。兩邊小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車水平移動(dòng)，使絲扣與鉆桿接頭螺紋對(duì)接。由于上護(hù)絲時(shí)公接頭端和母接頭端同時(shí)工作，此時(shí)不能讓鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)該使鉆桿固定不動(dòng)。小車水平移動(dòng)電機(jī)再次工作使護(hù)絲與接頭螺紋實(shí)現(xiàn)對(duì)接。內(nèi)層軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶帶動(dòng)內(nèi)層軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成擰護(hù)絲工作。擰完護(hù)絲電磁鐵斷電，失去吸附作用，小車水平移動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車回到起始位置，準(zhǔn)備對(duì)下一根鉆桿進(jìn)行抹油及上護(hù)絲工作。

4? 機(jī)構(gòu)各部件設(shè)計(jì)

4.1 母接頭抹油裝置

如圖2所示，母接頭抹油裝置主要由母接頭抹油頭、中間球鉸和尾部彈簧三大部分組成，這三大部分通過一根鋼管連接在一起。

母接頭抹油頭針對(duì)母接頭螺紋形狀設(shè)計(jì)，螺栓連接著兩塊不同大小的圓板，小圓板大端面設(shè)計(jì)均勻分布的圓孔和方形槽，用以連接油管和刷子。大圓板一端面亦相應(yīng)設(shè)計(jì)均勻分布的圓孔和方形槽，用來連接油管和刷子的另一端。兩板之間均勻連接若干根油管和若干把刷子，與圓板上的孔和槽相對(duì)應(yīng)。油管上均勻分布若干個(gè)油孔。在抹油頭圓柱板右端面焊接一定長度的鋼管，通過這段鋼管用螺釘將抹油頭固定在主體鋼管上。螺釘選用開槽圓柱頭螺釘[1]。通過這種方式連接抹油頭，使抹油頭能方便拆卸，便于油管、刷子以及圓板的更換。由于鉆桿接頭螺紋具有多種尺寸，針對(duì)各種尺寸設(shè)計(jì)相應(yīng)的抹油頭，通過更換不同尺寸的抹油頭便能實(shí)現(xiàn)一套裝置滿足所有鉆桿接頭抹油工作。

中間球鉸和尾部彈簧首先對(duì)鋼管在豎直方向起固定作用，讓抹油頭和鉆桿接頭螺紋在同一中心，能夠順利實(shí)現(xiàn)對(duì)接。在進(jìn)行抹油工作時(shí)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，抹油頭不轉(zhuǎn)動(dòng)。由于鉆桿不直等外部因素使鉆桿中心在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有一定波動(dòng)，中間球鉸和尾部彈簧的重要作用便是允許抹油頭和鋼管隨著鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)在各個(gè)方向有一定的波動(dòng)。球鉸內(nèi)部為一定直徑大小的球，中間有一圓柱孔，通過圓柱孔將球鉸套在主鋼管上。球鉸外部是鉸支座，鉸支座由底座和上蓋構(gòu)成[2]。底座和上蓋各有一球孔，合在一起正好裝下內(nèi)部圓球。為了滿足抹油頭和鋼管的波動(dòng)在支座左右兩端各開了錐孔與球孔接通，錐孔小端之間比鋼管外徑稍大一些。如此在進(jìn)行抹油時(shí)，鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)抹油頭和鋼管存在一定波動(dòng)，球鉸內(nèi)部球便可以在支座內(nèi)輕微轉(zhuǎn)動(dòng)。尾部有若干根彈簧，每根彈簧上下左右各一根與主鋼管相連并固定在尾部板上。

4.2 公接頭抹油裝置

公接頭抹油裝置和母接頭抹油裝置一樣，也是由抹油頭、中間球鉸和尾部彈簧三部分組成，這三大部分也通過一根鋼管連接在一起。

公接頭抹油裝置除了抹油頭與母接頭抹油裝置不同外，其余結(jié)構(gòu)與母接頭抹油裝置完全相同。

4.3 上護(hù)絲裝置

如圖3所示，上護(hù)絲裝置由內(nèi)層軸、中間套筒、外層套筒三大部分組成。在護(hù)絲上開一方口，并將護(hù)絲堆放在圓桶中。上護(hù)絲時(shí)鉆桿固定不轉(zhuǎn)動(dòng)，通過上護(hù)絲裝置轉(zhuǎn)動(dòng)將護(hù)絲擰緊。內(nèi)層軸是一段階梯軸，其前端用螺釘連接一個(gè)方頭，用以與護(hù)絲上開的方口對(duì)接。階梯軸尾部連接皮帶輪，利用減速電機(jī)通過帶傳動(dòng)來帶動(dòng)內(nèi)層軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以完成擰護(hù)絲的工作[3]。

中間套筒為一空心圓管，與內(nèi)層軸間裝有一對(duì)軸承。軸承固定在階梯軸上，通過臺(tái)階水平定位，軸承蓋固定在中間套筒上。套筒前端軸承蓋上通過螺栓固定一塊電磁鐵，電磁鐵與內(nèi)層軸方頭挨在一起。當(dāng)電磁鐵通電后，方頭與護(hù)絲方口對(duì)接后就可將護(hù)絲吸附在裝置上。通過齒輪齒條傳動(dòng)，使中間套筒可以移動(dòng)[4]。在右端軸承蓋延伸板上固定著內(nèi)層軸轉(zhuǎn)動(dòng)減速電機(jī)。

外層套筒和中間套筒一樣是空心管，與中間套筒間有一銅套，該銅套允許中間套筒軸向移動(dòng)但是不能轉(zhuǎn)動(dòng)。筒套用軸套蓋水平壓緊。套筒外表面前后各有一根軸，通過軸承和軸承座將整個(gè)裝置固定在小車上。通過齒輪傳動(dòng)，使整個(gè)裝置由水平變?yōu)樨Q直[5]。

4.4 抹油及上護(hù)絲裝置集成

如圖4所示，將母接頭抹油裝置和上護(hù)絲裝置固定在底板上，底板固定在小車上，小車位于底座導(dǎo)軌上，便形成了母接頭抹油及上護(hù)絲機(jī)構(gòu)。上護(hù)絲裝置與母接頭抹油裝置互相垂直。轉(zhuǎn)盤和護(hù)絲筒位于底座旁邊。當(dāng)小車轉(zhuǎn)過90°，上護(hù)絲裝置由水平變?yōu)樨Q直時(shí)，便可向下抓取護(hù)絲。

同樣將公接頭抹油裝置和上護(hù)絲裝置固定在底板上，底板固定在小車上，小車位于底座導(dǎo)軌上，便形成了公接頭抹油及上護(hù)絲機(jī)構(gòu)。

5? 結(jié)論

本文在工藝現(xiàn)狀、總體方案設(shè)計(jì)、各部件設(shè)計(jì)等方面對(duì)鉆桿接頭抹油及上護(hù)絲機(jī)構(gòu)進(jìn)行了簡單介紹。本次設(shè)計(jì)旨在解決石油鉆桿接頭螺紋抹油和接頭上護(hù)絲的自動(dòng)化問題。通過設(shè)計(jì)抹油和上護(hù)絲機(jī)構(gòu)，代替人工對(duì)鉆桿進(jìn)行抹油和上護(hù)絲工作，從各個(gè)方面來講，都具有非常重要的意義。

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