新型钻井泵凡尔座拔取器的研制与应用

杨东　王洪臣　张吉平　曹希峰　姚成龙　潘跃明　赵志华　陈凯

摘 要：钻井泵凡尔座拔取器，是现场钻井泵维修常用的工具之一，针对现有技术中的钻井泵凡尔座拔取器挂取端牵引钢丝绳易损坏，挂取端倒T型拔抓易变形难以悬挂，设计结构存在一定的缺陷。为解决凡尔座拔取器存在的设计结构等问题，研究了一种适用于通孔凡尔座的新型钻井泵凡尔座拔取器，对新型钻井泵凡尔座拔取器的结构、工作原理、结构特点进行了阐述。该新型凡尔座拔取器设计结构新颖，挂取端面积大，易于操作。

关键词：钻井泵;凡尔座拔取器;研制与应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.059

1 前言

钻井泵在工作过程中，液力端的上水缸、排水缸的凡尔座极易损坏，特别是钻井液固相含量高的情况下，损坏更为严重，需要使用凡尔座拔取器进行拔取，更换新的凡尔座。

拔取通孔凡尔座的工具，常用的是一种倒T型的挂取拔取杆，上端用液压驱动进行拔取，其结构虽然简单，但由于挂取端倒T型拔抓大于凡尔座的内直径，需要用细钢丝绳牵引至挂取端倒T型拔抓竖起呈竖状，倒T型拔抓小于凡尔座内直径挂取端才能进入凡尔座，由于挂取端挂上凡尔座以后，看不到钢丝绳牵引绳在缸内的状态，拔取过程中极易将牵引钢丝绳破坏挤断，再次使用时就无法正常使挂取端挂在凡尔座上。在这种情况下，现场常用的方法是将凡尔座拔取器下放到上水室采用多次敲击或下冲的办法使挂取端倒T型拔抓挂在凡尔座上，或者取排水端凡尔座时，用人工操作将挂取端倒T型拔抓挂在凡尔座上，存在安全隐患且费时费力。如果挂取端倒T型拔抓变形，采用人工方法和敲击或者下冲就更加的费时费力，如果挂取端变形严重，就无法使用，需要更换新的拔取杆总成，这种方法，既浪费人力物力，增加了工人的劳动强度，降低了工作效率。

为解决上述操作上问题和结构上的设计缺陷，满足现场使用要求，研制了一种新型钻井泵凡尔座拔取器，关键部位拔取抓采用收缩、张开、圆形接触式结构，能够快速进行下放、抓取、上提拉拔，拔取抓具有圆周截面受力、轴向受力大、受力均匀的特点，在现场应用中取得了良好的效果。

2 结构、工作原理

2.1 结构

新型钻井泵凡尔座拔取器的结构，主要有下錐头、中心杆、锥抓、锥环、上锁紧螺母、千斤顶、垫板、手动液压泵等组成。下锥头呈凸状，锥抓分为4块，呈L型瓦状，锥环呈通孔状圆环，四个锥抓上端与锥环通过轴销连接，连接在锥环上的锥抓与中心杆上下自由活动，挂取时，锥抓L与下锥头凸台配合紧贴在一起。（图1）。

2.2 工作原理

利用下锥头撑开锥抓、锥抓上移，锥抓同时收缩，下落张开功能，当锥抓即将进入通孔凡尔座时，由于凡尔座通孔直径小于锥抓直径，锥抓遇阻上移，位移到中心杆中段处，锥抓收缩，锥抓依靠自身重量和凡尔座的斜面自由下落，然后上提中心杆，锥抓落座在下锥头上，下锥头与锥抓贴合一起抓挂在凡尔座底部，使用液压附件施加压力进行拔取（图2）。

具体操作是：钻井泵液力端的上水端或下水端压紧丝扣圈卸开后，取出缸盖、弹簧、凡尔体，将与拔取器中心杆连同在一起的下锥头和锥抓，通过凡尔座通孔下放至凡尔座下端，此时，锥抓呈张开状态，与下锥头结合在一起，由于锥抓与中心杆能够自由上下活动，继续下放中心杆，锥抓上移，锥抓上移到下锥头与中心杆连接位置后，锥抓直径变小，锥抓通过连接在锥环上的轴自动收缩呈圆柱体，由于圆柱体直径小于凡尔座通孔直径，锥抓自动下落至下锥头上，上提中心杆，锥抓与下锥头结合在一起，锥抓张开，此时，锥抓的下圆周面与锥头上圆周面结合，锥抓的上圆周面与凡尔座下端的圆周面结合，锥抓挂在凡尔体下端。垫板通过通孔与中心杆垫在上水端缸体上，液压千斤顶通过通孔与中心杆放置在垫板上，将上锁紧螺母旋在液压千斤顶上端，用扳手拧紧，使锥抓与凡尔体紧密结合，然后，操作手动液压泵打压，压力上升，千斤顶内顶产生位移，从而将凡尔座拔取（图3），拔取后，如果是上水端凡尔座，在上水腔室内用撬杠撬动锥抓使锥抓上移，锥抓收缩，凡尔座下落，上提中心杆，将凡尔座取出，中心杆上提遇到排水端凡尔座时以同样的方式上提锥抓，使锥抓收缩，最后将拔取器取出，完成凡尔座拔取。

3 结构特点

新型钻井泵凡尔座拔取器的锥抓呈1/4弧状，分为4块，分别通过轴销与锥环连接在一起，锥抓上的锥环与中心杆配合，上下能够自由活动，进入凡尔体前呈收缩状态，进入凡尔体后呈张开状态，下锥头的直径小于凡尔体的通孔直径，下放时，下锥头首先进入凡尔体，由于锥抓的直径大于凡尔体的直径，锥抓上移，锥抓上移到中心杆处，锥抓自动收缩，锥抓呈自由落体状态进入凡尔体通孔内，上提中心杆，锥抓在下锥头上移同时，在下锥头锥度的作用下锥抓张开，同时挂在凡尔体下端面，将垫板、液压千斤顶通过中心杆放置在上水端的缸体上，再通过手动液压泵打压使拔取器上移，最后将凡尔座拔出。

4 关键设计

新型钻井泵凡尔座拔取器的设计技术关键在于，该设计一是锥抓与中心杆上下自由活动，能够以自由落体的形式进入凡尔体，二是下锥头与锥抓配合，呈圆周状态，与凡尔体的接触面积增大，锥抓的受力更大，改变了原来挂抓呈倒T型的设计结构挂抓易损坏变形的弊端，省去了钢丝绳牵拉使挂抓进入凡尔体的环节，该拔取器下放更快，上拔受力更大。

5现场应用

目前，现场常用的是 API-7#和API-8#凡尔座，以3NB -1600钻井泵API-7#阀腔预装的API-7#凡尔座为例，拔取器下锥头最大直径110mm，锥抓最大直径126.5mm的7#拔取器，与API-7#凡尔座最小通孔是ф110mm，最小外直径是ф143mm的7#凡尔体配合（图4），通过在胜利工程公司5只钻井队15次应用作业，表现在操作简便，操作更快，操作安全下放拔取器迅速，挂取可靠，锥抓不易损坏的优势。

6 结论

新型钻井泵凡尔体拔取器，锥抓由于是4块弧形形成的圆周面接触，锥抓受力均匀，锥抓与下锥头配合能够承受更大的拉力。由于锥抓能够收缩和张开，锥抓自右上下活动，下放迅速简单，设计新颖，操作简便。由于改变了原来的倒T型挂取结构，抓取面积更大，无需使用钢丝绳进行牵引下放和徒手进行操作挂取，挂取牢固，安全无隐患。由于钻井泵规格型号不同，配备的凡尔座分为5种规格，分别是API-4#，API-5#， API-6#， API-7#， API-8#，如果要形成系列产品，还需要制作4种规格的拔取器，以满足现场不同系列钻井泵的需要。

参考文献：

[1]李太元.钻井泵凡尔座组合式拉拔工具的使用[J].钻采工艺，1997（04）：89.

[2]赵蓬等.抽油机曲柄销衬套拔取器工具的研制与现场应用[J].科技创新导报，2010（30）.

作者简介：杨东（1971-），男，四川广安人，本科，工程师，从事安全管理工作。