一种内置油缸式可浮动顶驱背钳的制作方法

1.本发明涉及石油钻井及地质钻探技术领域，尤其涉及一种内置油缸式可浮动顶驱背钳。


背景技术：

2.对于石油钻井、地质钻探领域顶驱装置具备很强的技术优势，尤其在深孔、定向孔等施工作业时顶驱装置可以将顶部驱动的优势发挥到极点。背钳作为顶驱装置一个重要的功能模块承担着钻杆的拧卸工作，在施工过程中工作频率高，工作负载变化范围大，受到不同钻杆规格的差距导致需要拧卸的尺寸变化范围较大。
3.在使用过程中现有的顶驱背钳多采用双油缸对夹的方式，这种方式控制简单，夹持范围与油缸行程有关可调范围相对较大。但是这类背钳在夹持时由于背钳与钻杆的中心偏移会导致卡瓦夹持中心的偏转，偏转后的卡瓦会对夹持油缸中油缸杆产生侧向弯矩，最终造成背钳夹持油缸的密封失效导致泄露。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种内置油缸式可浮动顶驱背钳，避免了夹持油缸泄露且结构尺寸小。
6.(二)技术方案
7.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
8.本发明实施例提供一种内置油缸式可浮动顶驱背钳，包括前背钳体和后背钳体；前背钳体和后背钳体对接形成夹持孔，后背钳体和前背钳体内均设有油缸杆和卡瓦组件，卡瓦组件一端与油缸杆连接；油缸杆的连接端为弧形面，卡瓦组件设有与弧形面匹配的第一弧形凹槽，油缸杆的弧形面与第一弧形凹槽转动连接；还包括供油系统，供油系统内置在前背钳体和后背钳体内，供油系统用于为油缸杆提供动力以驱动油缸杆带动卡瓦组件水平直线运动以夹持夹持孔中的钻杆。
9.优选地，还包括连接件，连接件包括连接的水平板和竖直板；油缸杆上设有环形凹槽，连接件的水平板与卡瓦组件连接，连接件的竖直板伸入环形凹槽，竖直板与环形凹槽在水平方向上设有间隙。
10.优选地，竖直板上设有与环形凹槽匹配的第二弧形凹槽；竖直板的厚度小于环形凹槽的厚度。
11.优选地，卡瓦组件包括卡瓦块、牙板以及压板；卡瓦块设有安装槽，牙板设置在安装槽内，压板分别设置在卡瓦块的上下两端以固定牙板；第一弧形凹槽设置在卡瓦块的一侧，油缸杆与卡瓦块转动连接。
12.优选地，连接件的水平板与压板连接；卡瓦块的上下两端设有楔形连接槽，压板设置在楔形连接槽内且压板的结构与楔形连接槽相匹配。
13.优选地，供油系统包括设置前背钳体和后背钳体内的油道；前背钳体和后背钳体内的油道通过油道销连通。
14.优选地，后背钳体和前背钳体的一端铰接，后背钳体的另一端设有插槽，前背钳体的另一端设有凸起，插槽和凸起上均设有通孔，通孔对接形成与油道销匹配的销孔。
15.优选地，油道销沿轴向间隔设有第一连接主油道和第二连接主油道；油道销径向设有与第一连接主油道连通的第一连接油口和第二连接油口，以及与第二连接主油道连通的第三连接油口和第四连接油口；后背钳体内设有第一油道和第二油道，前背钳体内设有第三油道和第四油道，第一油道与第一连接油口连通，第三油道与第二连接油口连通，第二油道与第四连接油口连通，第四油道与第三连接油口连通。
16.优选地，还包括悬挂机构；悬挂机构包括背钳反扭梁以及套设在背钳反扭梁上的背钳悬挂板，背钳反扭梁与背钳悬挂板可拆卸连接；背钳悬挂板通过悬吊组件与后背钳体连接。
17.优选地，悬吊组件包括悬吊杆以及套设在悬吊杆上的浮动弹簧；浮动弹簧的一端与后背钳体的内腔抵接，浮动弹簧的另一端与悬吊杆抵接。
18.(三)有益效果
19.本发明的有益效果是：
20.本发明提供的一种内置油缸式可浮动顶驱背钳，在夹持时当顶驱背钳与钻杆的中心偏移导致卡瓦组件的偏转，由于油缸杆的连接端为弧形面，卡瓦组件设有与弧形面匹配的第一弧形凹槽，油缸杆的弧形面与第一弧形凹槽转动连接，因此当卡瓦组件上的第一弧形凹槽偏转时油缸杆也不会偏转，从而避免了偏转后的卡瓦组件对油缸杆产生侧向弯矩，进而避免了夹持油缸的密封失效导致泄露。且由于供油系统内置在后背钳体和前背钳体内，减小了顶驱背钳的结构尺寸，同时提高了供油系统使用的可靠性。
附图说明
21.图1为本发明的内置油缸式可浮动顶驱背钳的结构示意图；
22.图2为图1中的局部剖视图；
23.图3为卡瓦组件和连接件的分解示意图；
24.图4为卡瓦块的结构示意图；
25.图5为油缸杆的结构示意图；
26.图6为供油系统的结构示意图；
27.图7为油道销的结构示意图；
28.图8为内置油缸式可浮动顶驱背钳应用的结构示意图(锁位销位于高位)；
29.图9为内置油缸式可浮动顶驱背钳应用的结构示意图(锁位销位于中位)；
30.图10为内置油缸式可浮动顶驱背钳应用的结构示意图(锁位销位于低位)。
31.【附图标记说明】
32.1：前背钳体；11：凸起；12：第三油道；13：第四油道；14：第三密封空间；15：第四密封空间；
33.2：后背钳体；21：插槽；22：第一油道；23：第二油道；24：第一密封空间；25：第二密封空间；
34.31：油道销；311：第一连接主油道；312：第二连接主油道；313：第一连接油口；314：第二连接油口；315：第三连接油口；316：第四连接油口；
35.4：油缸杆；41：弧形面；42：环形凹槽；43：减重孔；
36.5：卡瓦组件；51：卡瓦块；511：安装槽；512：第一弧形凹槽；513：楔形连接槽；52：牙板；53：压板；
37.6：端盖；
38.7：连接件；71：水平板；72：竖直板；721：第二弧形凹槽；
39.81：上导向盘；82：下导向盘；
40.9：悬挂机构；91：背钳反扭梁；92：背钳悬挂板；93：锁位销；94：悬吊组件；941：悬吊杆；942：浮动弹簧。
具体实施方式
41.为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
42.图1-2所示，本发明实施例提供一种内置油缸式可浮动顶驱背钳，包括前背钳体1、后背钳体2和供油系统，前背钳体1和后背钳体2对接形成夹持孔，后背钳体2和前背钳体1内均设有油缸杆4和卡瓦组件5，后背钳体2和前背钳体1内设有容纳腔，油缸杆4通过端盖6连接在容纳腔内，为了保证油缸杆4的密封性，在油缸杆4的周向上设有密封圈，油缸杆4与卡瓦组件5一端连接，以推动或拉回卡瓦组件5，如图5所示，油缸杆4的连接端为弧形面41，卡瓦组件5设有与弧形面41匹配的第一弧形凹槽512，油缸杆4的弧形面41与第一弧形凹槽512转动连接。
43.在卡瓦组件5夹持钻杆时，顶驱背钳与钻杆的中心偏移会导致卡瓦组件5的偏转，由于在本实施例中油缸杆4的连接端为弧形面41，卡瓦组件5设有与弧形面41匹配的第一弧形凹槽512，油缸杆4的弧形面41与第一弧形凹槽512转动连接，由此当卡瓦组件5上的第一弧形凹槽512偏转时油缸杆4也不会偏转，从而避免了偏转后的卡瓦组件5对油缸杆4产生侧向弯矩，进而避免了夹持油缸的密封失效导致的泄露。在实际应用的过程中，为了降低顶驱背钳的整体重量，在油缸杆4远离卡瓦组件5的一端设有减重孔43。在前背钳体1上设有吊环螺钉以便于吊装。
44.在本实施例中，供油系统内置在前背钳体1和后背钳体2内，供油系统用于为油缸杆4提供动力以驱动油缸杆4带动卡瓦组件5水平直线运动以夹持夹持孔中的钻杆。由于供油系统内置在后背钳体2和前背钳体1内，进而减小了顶驱背钳的结构尺寸，同时提高了供油系统使用的可靠性。
45.如图3所示，内置油缸式可浮动顶驱背钳还包括连接件7，连接件7包括连接的水平板71和竖直板72，油缸杆4上设有环形凹槽42，连接件7的水平板71与卡瓦组件5连接，连接件7的竖直板72伸入环形凹槽42，竖直板72与环形凹槽42在水平方向上设有间隙。竖直板72上设有与环形凹槽42匹配的第二弧形凹槽721，进而更好的使竖直板72与油缸杆4匹配以提高连接件7的可靠性，其中竖直板72的厚度小于环形凹槽42的厚度。在实际应用的过程中，
由于竖直板72与环形凹槽42之间留有间隙，供油系统为油缸杆4供油时，由于供油系统的动力较大，连接件7的竖直板72的端面不与环形凹槽42的端面接触，进而油缸杆4不通过连接件7的竖直板72作用在卡瓦组件5上，而是通过油缸杆4前端的弧形面41抵接第一弧形凹槽512以推动卡瓦组件5向前移动，进而提高了连接件7的可靠性、降低了连接件7的更换频率进而降低了内置油缸式可浮动顶驱背钳的生产成本。当油缸杆4拉回卡瓦组件5时，连接件7的竖直板72的端面与环形凹槽42的端面接触，进而通过连接件7将卡瓦组件5带回。
46.如图3所示，卡瓦组件5包括卡瓦块51、牙板52以及压板53，卡瓦块51设有安装槽511，牙板52设置在安装槽511内，压板53分别设置在卡瓦块51的上下两端以固定牙板52，通过设置压板53便于了牙板52的安装。如图4所示，第一弧形凹槽512设置在卡瓦块51的一侧，油缸杆4与卡瓦块51转动连接。在夹持孔的上端设有分体式上导向盘81，以用于导正顶驱主轴，在夹持孔的下端设有分体式下导向盘82以导正钻杆。由于油缸杆4与卡瓦块51之间安装有连接件7，减小了顶驱背钳整体轴向尺寸，且避免了夹持时的卡瓦块51的自由浮动对油缸杆4产生横向作用力。
47.在实际应用的过程中，连接件7的水平板71与压板53连接，卡瓦块51的上下两端设有楔形连接槽513，压板53设置在楔形连接槽513内且压板53的结构与楔形连接槽513相匹配，由此提高了压板53与卡瓦块51连接的稳固性。
48.如图6-7所示，供油系统包括设置前背钳体1和后背钳体2内的油道，前背钳体1和后背钳体2内的油道通过油道销31连通。后背钳体2和前背钳体1的一端铰接，后背钳体2的另一端设有插槽21，插槽21为凹字型结构，前背钳体1的另一端设有凸起11，插槽21和凸起11上均设有通孔，当凸起11插接在插槽21内时，凸起11和插槽21上的通孔对接形成与油道销31匹配的销孔。
49.具体地，油道销31沿轴向间隔设有第一连接主油道311和第二连接主油道312，油道销31径向设有与第一连接主油道311连通的第一连接油口313和第二连接油口314，以及与第二连接主油道312连通的第三连接油口315和第四连接油口316，后背钳体2内设有第一油道22和第二油道23，前背钳体1内设有第三油道12和第四油道13，第一油道22与第一连接油口313连通，第三油道12与第二连接油口314连通，第二油道23与第四连接油口316连通，第四油道13与第三连接油口315连通。在实际应用的过程中，当第二油道23进油时，油缸杆4带动卡瓦组件5向前推动夹持钻杆，当第一油道22进油时，油缸杆4带动卡瓦组件5向后移动以松开钻杆。应当说明的是，后背钳体2内端盖6和油缸杆4之间设有第一密封空间24，第一油道22与第一密封空间24连通，后背钳体2内油缸杆4远离卡瓦组件5的一端与后背钳体2的内腔之间设有第二密封空间25，第二油道23与第二密封空间25连通。前背钳体1内端盖6和油缸杆4之间设有第三密封空间14，第三油道12与第三密封空间14连通，前背钳体1内油缸杆4远离卡瓦组件5的一端与前背钳体1的内腔之间设有第四密封空间15，第四油道13与第四密封空间15连通。
50.在本实施例中，内置油缸式可浮动顶驱背钳还包括悬挂机构9，顶驱背钳通过悬挂机构9悬挂到顶驱装置本体上。其中，悬挂机构9包括背钳反扭梁91以及套设在背钳反扭梁91上的背钳悬挂板92，背钳反扭矩梁可承受设计能力内的悬重与钻杆拧卸时的反扭矩力量，且背钳反扭梁91通过锁位销93与背钳悬挂板92可拆卸连接，背钳悬挂板92通过悬吊组件94与后背钳体2连接。
51.其中，悬吊组件94包括悬吊杆941以及套设在悬吊杆941上的浮动弹簧942，在背钳悬挂板92的两侧设有圆孔，用于安装悬吊杆941，悬吊杆941的上端设有螺纹，在拧紧螺母后悬吊杆941被挂背钳悬挂板92的圆孔中，浮动弹簧942的一端与后背钳体2的内腔抵接，浮动弹簧942的另一端与悬吊杆941的阶梯抵接，从而保证装配后背钳体2的重量压在弹簧上平面。如图8-10所示，在实际应用的过程中，在背钳反扭梁91上沿竖直方向设置3个间隔的安装孔分别对应上中下三个高度，以适应不同高度的旋拧工作。当锁位销93装在高位时，内置油缸式可浮动顶驱背钳跟随上移此时可以实现对顶驱保护接头的拧卸，当锁位销93装在中间位置时，内置油缸式可浮动顶驱背钳对正钻杆接头位置，可以实现钻杆与保护接头之间的丝扣拧卸，当锁位销93装在最下位置时，内置油缸式可浮动顶驱背钳下移，整个顶驱背钳与顶驱保护接头脱离，此时可实现维修背钳或者更换保护接头的大作业空间需求。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
55.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
56.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。