钻杆动力钳的应用与改进

杨风良，刘现川

(河北省煤田地质局第二地质队，河北 邢台 054000)



钻杆动力钳的应用与改进

杨风良，刘现川

(河北省煤田地质局第二地质队，河北 邢台 054000)

钻杆动力钳的使用大大钻井工作效率，不过，使用中也暴露出一些问题,比如：不同规格的颚板和堵头螺钉容易错配使用；拧卸反丝钻具时容易超扭矩上扣，卸扣无力；拧卸套管时，浮动体上下浮动行程小，容易损坏套管螺纹和动力钳；动力钳液压站长期无效空载运行，产生能耗、噪音和磨损等。针对上述问题，从动力钳的工作原理出发，结合现场实际情况，采取了配置专用周转箱，相同规格的颚板和堵头螺钉同箱存放、同时更换；在使用反丝钻具时，把进出液压马达的两根油管互换位置；在动力钳移送气缸的气路上增设“气控电”开关；完善操作工艺流程等措施对动力钳进行了适当改进。现场应用表明，改进后动力钳，不仅提高了钻井效率，降低了职工劳动强度，而且还提升了企业的核心竞争力和技术装备水平。

颚板和堵头螺钉错配；拧卸反丝钻具；专用周转箱；油管位置互换；“气控电”开关

为了减少上下钻具的辅助时间，提高扭矩控制精度和钻具使用寿命，降低工人劳动强度[1-2]，我单位从2010年起，陆续购置了多台ZQ203/100型钻杆动力钳。几年来，已经施工盐矿、地热和煤田地质勘探等各类钻井工程106项。在使用的过程中，也发现一些需要解决的问题。

1 容易出现的问题

(1)钻杆动力钳的颚板和堵头螺钉没有互锁装置，不同规格的颚板和堵头螺钉容易发生错配现象，损坏钻具螺纹[3]。

钻杆动力钳的颚板和堵头螺钉是与不同规格钻具(88.9mm钻杆、114mm钻杆、127mm等规格钻杆，177.8mm、203mm等规格钻铤)配套使用的，只有同一规格的颚板和堵头螺钉同时使用[1，3]，才能保证动力钳就位后，钻具接头与钳头中心重合，钳头转动时不会磨偏钻具接头。如果颚板与堵头螺钉不是同一规格，就会造成钻具接头偏离钳头中心，钳头转动时，损坏接头螺纹。

(2)拧卸反丝钻具时超大扭矩上扣，和卸扣扭矩不足的问题。从动力钳液压原理图[1，4](图1)可以看出，全系统不仅在液压动力站配置了总溢流阀(在虚线框右下角)，保护全系统安全；而且在上扣管线上专门配置了上扣溢流阀5，防止超扭矩上扣。当使用反丝钻具时，原设计的上扣管线就变成了卸扣管线，原来的卸扣管线就变成了上扣管线。原卸扣管线上没有安装溢流阀，使用反丝钻具上扣时，容易造成超扭矩上扣；原上扣管线上安装了溢流阀，使用反丝钻具卸扣时，容易发生溢流阀提前泄压，卸扣扭矩低，卸不开反丝钻具。

(3)拧卸套管螺纹时动力钳扭矩容易超过套管额定扭矩，以及动力钳浮动体上下浮动距离小的问题。根据有关资料[5-6]和现场实际操作，钻杆动力钳能拧卸套管，但是，易发几个问题：一是套管为细扣，动力钳拧卸套管容易发生搓扣，损坏螺纹，降低套管连接强度和密封效果； 二是套管螺纹额定拧紧扭矩小，比如钢级N80 ，规格为139.7mm×7.72mm的套管，普通长圆扣推荐拧紧扭矩只有6300N·m；而钢级为G105的73mm钻杆接头，推荐拧紧扭矩达到8940N·m[7-8]，所以，使用动力钳拧卸套管时，容易发生过紧、粘扣等现象；三是套管螺纹长度约100mm，钻杆动力钳上钳头浮动距离约30mm。使用动力钳拧卸套管时，经常发生套管还未达到额定拧紧扭矩，但是动力钳浮动体已经到达极限位置，不能再随套管继续下降，如果继续转动会造成套管螺纹滑扣[9-11]。

图1 动力钳液压系统结构Figure 1 Powered wrench hydraulic system configuration

(4)液压站长时间空载运转造成的耗能、噪音和设备磨损问题。在提钻具作业时，一个完整的提钻操作流程，按作业工序分9个步骤：一是上提钻具，二是卡井口吊卡(或卡瓦)，三是下放大钩，把钻具接头座放在井口吊卡(或卡瓦)上，四是用动力钳卸开井口钻具接头，五是上提大钩把卸开的钻具提离井口，六是下放大钩，把钻具放到立根盘上，七是摘开大钩悬挂的空吊卡，拉出钻具，八是下放大钩，九摘下空吊卡，挂上井口悬挂钻具的吊卡。从以上提钻工序可以看出，真正使用动力钳的时间，只有第四道工序，只占全部时间的10%～20%，其他时间根本不使用动力钳(下钻时流程顺序有变化，使用率基本无变化)。

2 改进措施

针对钻杆动力钳在使用中出现的上述问题，经过查阅相关资料[10，12]，并结合现场情况，我们制定了如下改进措施：

(1)针对颚板和堵头螺钉容易错配使用的问题，现场配置了专用周转箱，相同规格的颚板和堵头螺钉同箱存放、同时更换，如有损坏及时更新补齐。并且对颚板和堵头螺钉的同步更换过程，设置了检查和复核程序，复核无误后才能使用动力钳。

(2)为了使用动力钳安全高效地拧卸反丝钻具，在使用反丝钻具时，把进出液压马达的两根油管互换位置[3,10]，既保证上扣时扭矩安全，又保证了卸扣时动作有力、顺利高效。

(3)针对动力钳拧卸套管时，存在的安全隐患，我们细化了操作规程：一是必须人工手动扶正拧2～3扣，防止错扣，在对扣成功后，再用动力钳拧卸；二是必须严格控制动力钳扭矩，防止损坏套管螺纹；三是每转动5～8圈，应反向转动钳头，使钳牙松开管体，待钳头浮动复位后，再重新夹紧套管，继续拧卸，防止浮动体上下浮动距离太大，造成浮动体脱落或损坏套管螺纹。

(4)为了减少动力钳动力消耗，降低噪音，延长设备寿命。我们在动力钳移送气缸的气路上增设了“气控电”开关[13-14]，当动力钳推向井口钻具时，气压升高，电路接通，液压站开始工作；当动力钳拉离井口钻具时，气压降低，电路断开，液压站停止工作，从而达到节能、降噪和延长动力钳使用寿命的目的。

3 使用效果

通过两年多的不断摸索和改进，并经现场使用，钻杆动力钳在我队勘探施工中充分发挥了安全、高效的优势，改善了职工的工作条件和环境，解放了紧缺的劳动力，提高了企业的装备水平和核心竞争力。

[1]江苏如石机械有限公司.ZQ203-100钻杆动力钳使用说明书[R].江苏 如东：江苏如石机械有限公司，2010.

[2]李世忠.钻探工艺学[M].北京：地质出版社，1992.

[3]王文智.钻杆动力钳的设计缺陷及使用中存在的问题[J].石油矿场机械，2005，(1):95-96.

[4]温振生,卢伟,温海涛,等.新型钻杆动力钳的研制[J].石油机械，2008，(6)：31-34.

[5]杨元东.钻杆套管两用动力钳的研制和应用[J].石油机械.2010,38(9):49-51.

[6]王卫民，仲玉芳.深部石盐层取心技术[J].中国煤炭地质，2010，22(增刊)：120-122.

[7]法国石油研究院，钻井数据手册[M].北京：地质出版社.

[8]赵金州.钻井工程技术手册[M].北京：中国石化出版社.

[9]王洪臣.石油钻井液压大钳危害事故分析[J].现代职业安全，2014,(8)：94-95.

[10]刘玉忠，液压动力钳使用过程中故障诊断与排除方法的研究[J].价值工程，2013，34，41-42.

[11]潘志勇，燕铸，刘文红，等.两起套管脱扣失效的典型案例分析[J].钻采工艺，2012,(5),83-86.

[12]孙浩.液压动力钳结构优化设计与控制系统研究[D].山东理工大学，2014.

[13]梁熊.钻杆动力钳的基本原理和维护保养[J].中国井矿盐，2014,(4):28-29.

[14]刘慧，于岩，王衍国.XYQ6B型液压动力钳的改进[J].液压与气动，2007，(4)，69-70.

Application and Improvement of Powered Drill Pipe Wrench

Yang Fengliang, Liu Xianchuan

(The Second Exploration Team, Hebei Bureau of Coal Geological Exploration, Xingtai, Hebei 054000)

The application of the powered drill pipe wrench has greatly stepped up the drilling efficiency. But, some issues have been exposed such as: different sized jaw plate and plug screw can be rashly mismatched; twist off left handed drill tools may over-torque spinning and cause screw off lacking in strength; when tighten and loosen casing, the floating body has small strokes up and down, thus can damage casing screw thread and powered drill pipe wrench; long-term invalid idle operation of the hydraulic station can cause energy consumption, noise and abrasions. In allusion to above issues, based on powered drill pipe wrench principle of operation, combined with site actual situation, configured special circulation box, the same specification jaw plates and plug screws put into the same box and replace at the same time. During the use of left handed drill tools, measures to appropriately improve the powered drill pipe wrench including two oil pipes pass in and out of hydro-motor should be transposed, an “electric pneumatic control” switch should be added on the transferring gas circuit of pneumatic cylinder and improving operation technical process. The application of the improved wrench on site has shown that not only can step up the drilling efficiency, lower down labor intensity, but also enhance the enterprise core competitiveness and technical equipment standard.

jaw plate and plug screw mismatch; twist off left handed drill tool; special circulation box; transposition of oil pipes pass in and out; “electric pneumatic control” switch

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.06.13

1674-1803(2017)06-0066-02

杨风良(1971-),男，河北临漳人，高级工程师，从事煤田、地热井、盐矿工程与定向对接井钻探技术和管理工作。

2016-12-08

文献标识码：A

责任编辑：樊小舟