油管液压钳双扭矩阀的改进技术与应用

赵兴仁

摘要：300型油管液压钳是作业系统中现场通用工具，全行业具有比较统一的设计标准，主要用来对油管进行上卸扣操作。由于油水井中使用管材不一致，而300型油管液压钳为标配设备，施工中容易形成对部分管材上卸扣时扭矩过大现象，造成油管丝扣粘扣、油管缩径等问题，致使作业成本上升。研究液压钳改进技术，通过增加扭矩限定装置、改进液压钳介轮传输，达到防止油管丝扣粘扣、缩径等问题出现，充分发挥300型液压钳全部功能。介绍了300型油管液压钳改进技术的结构装置、工作原理等。通过实验，该改进技术能达到杜绝油管丝扣粘扣、缩径等问题，有效降低作业成本投入。

关键词：扭矩限定装置；扭矩阀；介轮；丝扣粘扣；缩径

现阶段在国内的作业系统中，300型油管液压钳是当前井下小修作业现场通用工具，主要用来对油管进行上卸扣操作。在施工过程中，由于修井作业机液压源输出功率、管材质量等因素，容易造成液压钳在上卸扣过程中产生油管丝扣粘扣、油管缩径等问题。

针对这些问题，进行实地观察，通过多方面的数据统计发现，引起油管丝扣粘扣、油管缩径的主要原因在于油管液压钳输出扭矩过大引起，因此需要寻找一种能够有效限定油管液压钳输出扭矩的方法。

1. 300型液压钳使用现状

1.1 300型油管液压钳技术参数

通过对多家300型油管液压钳生产厂家液压钳各类检测数据分析发现，300型液压钳都具有比较统一的标准。

（1）主钳

（2）背钳

（3）系统额定压力 10MPa

（4）最大供油量 100L/min

1.2原因分析

根据以上的数据显示，我们能够发现，300型油管液压钳的高档转速在100r/min，其转速明显超过现行国产油管的丝扣粘扣临界转速70r/min，在实际操作中由于转速高带来的惯性扭矩会引发过扭矩现象，这是造成我们油管丝扣粘扣的主要原因；300型油管液压钳额定高档扭矩最高1.1 kN·m、低档扭矩最高3.0，根据井场施工人员的施工习惯，为了防止油管上扣不紧，油管上扣最后都习惯用低档再上一下，容易超出我们现行的油管上扣扭矩标准（3寸油管1.9kN·m 、2寸半油管1.5 kN·m ），形成丝扣造扣，使油管丝扣端缩径。

2. 300型油管液压钳的技术改进

通过调查，我们找到了300型油管液压钳自身特征造成油管丝扣粘扣、缩径的主要原因，为了更好满足作业现场施工需要，保护油管降低管材成本，我们决定将300型液压钳做进一步的技术改进。

2.1液压钳快档转速、扭矩控制

工作原理：300型油管液压钳高档输出功率恒定的情况下，输出转速和扭矩成反比，在改变高档传动齿轮和介轮之间的传动比，降低大齿轮转速的同时，可以相应的提升高档扭矩，达到高档油管上扣满足生产需要的条件。

2.2恢复液压钳慢档的功能

恢复液压钳慢档扭矩，使用整体更换式扭矩阀，使其在系统额定压力（10MPa）压力调节范围3—10MPa.情况下，能够达到额定扭矩（3.5kN·m ），可以完成一般的对扣造扣、套铣、打捞、钻塞等工序，减少600型油管液压钳的转运、使用，减少对油管管柱本体的伤害。

工作原理：该扭矩阀安装在液压马达连接板的进油管路上，控制通过连接板的进油流量和进油压力，从而达到有效的控制油管液压钳扭矩的作用。工作原理为：上扣时推动手动换向阀，在正常的油量和压力下，液压油能够顺利的通过扭矩阀进油孔，此时扭矩阀不工作；当负荷增大进油压力过大时，液压油的压力作用在阀芯上使其向上移动，弹簧压缩，过量的液压油顺出油孔直接流到回油管路中，达到泄压目的，这样通过扭矩阀的油量和压力保持在一个相对稳定的状态，从而将液压钳的输出扭矩控制在相应的范围内。卸扣时推动手动换向阀，进油孔变成出油口扭矩阀不起作用，液压钳产生最大扭矩卸扣。

3.现场应用

截止到目前为止，改进后的300型液压钳已在两个作业队使用1年时间，现场使用效果良好，油管未出现粘扣、公扣缩径等问题，说明扭矩阀安全有效；使用期间两个作业队都进行过一般对扣造扣、套铣、打捞、钻塞等工序，未使用600型液压钳，说明改进后的300型液压钳低档能够满足作业现场一般对扣造扣、套铣、打捞、钻塞等施工使用要求。

4.结论

（1）油管液压钳介轮的改进，使油管液压钳的高档转速控制在油管粘扣临界转速内，既能防止油管粘扣、缩径，油管上扣不用换挡，操作更加简练；又能充分发挥液压钳的最大功能，一般对扣造扣、打捞、套洗、钻塞等工序都能满足，方便了作业队修井施工，降低了使用600型钳子的频率，对油管也是一种保护。

（2）油管液压钳扭矩阀应用后，分类更细致、广泛，可以根据不同的管材上卸扣要求随时更换相应的扭矩阀，从而更符合现场要求。同时校对更及时，能够实现定期更换（一般要求三个月更换一次），改变了以往液压钳不回场大修扭矩阀不校对的局面。

参考文献：

[1]张毅，陈建初.使用液压钳对油管粘扣的影响分析.石油机械，2002.11

[2]董昌乐，王敏，郝宁.上扣扭矩对套管粘扣影响实验研究及分析.辽宁化 工，2010.11