新型鉆井泵凡爾座拔取器的研制與應(yīng)用

楊東　王洪臣　張吉平　曹希峰　姚成龍　潘躍明　趙志華　陳凱

摘 要：鉆井泵凡爾座拔取器，是現(xiàn)場鉆井泵維修常用的工具之一，針對現(xiàn)有技術(shù)中的鉆井泵凡爾座拔取器掛取端牽引鋼絲繩易損壞，掛取端倒T型拔抓易變形難以懸掛，設(shè)計結(jié)構(gòu)存在一定的缺陷。為解決凡爾座拔取器存在的設(shè)計結(jié)構(gòu)等問題，研究了一種適用于通孔凡爾座的新型鉆井泵凡爾座拔取器，對新型鉆井泵凡爾座拔取器的結(jié)構(gòu)、工作原理、結(jié)構(gòu)特點進行了闡述。該新型凡爾座拔取器設(shè)計結(jié)構(gòu)新穎，掛取端面積大，易于操作。

關(guān)鍵詞：鉆井泵;凡爾座拔取器;研制與應(yīng)用

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

1 前言

鉆井泵在工作過程中，液力端的上水缸、排水缸的凡爾座極易損壞，特別是鉆井液固相含量高的情況下，損壞更為嚴(yán)重，需要使用凡爾座拔取器進行拔取，更換新的凡爾座。

拔取通孔凡爾座的工具，常用的是一種倒T型的掛取拔取桿，上端用液壓驅(qū)動進行拔取，其結(jié)構(gòu)雖然簡單，但由于掛取端倒T型拔抓大于凡爾座的內(nèi)直徑，需要用細(xì)鋼絲繩牽引至掛取端倒T型拔抓豎起呈豎狀，倒T型拔抓小于凡爾座內(nèi)直徑掛取端才能進入凡爾座，由于掛取端掛上凡爾座以后，看不到鋼絲繩牽引繩在缸內(nèi)的狀態(tài)，拔取過程中極易將牽引鋼絲繩破壞擠斷，再次使用時就無法正常使掛取端掛在凡爾座上。在這種情況下，現(xiàn)場常用的方法是將凡爾座拔取器下放到上水室采用多次敲擊或下沖的辦法使掛取端倒T型拔抓掛在凡爾座上，或者取排水端凡爾座時，用人工操作將掛取端倒T型拔抓掛在凡爾座上，存在安全隱患且費時費力。如果掛取端倒T型拔抓變形，采用人工方法和敲擊或者下沖就更加的費時費力，如果掛取端變形嚴(yán)重，就無法使用，需要更換新的拔取桿總成，這種方法，既浪費人力物力，增加了工人的勞動強度，降低了工作效率。

為解決上述操作上問題和結(jié)構(gòu)上的設(shè)計缺陷，滿足現(xiàn)場使用要求，研制了一種新型鉆井泵凡爾座拔取器，關(guān)鍵部位拔取抓采用收縮、張開、圓形接觸式結(jié)構(gòu)，能夠快速進行下放、抓取、上提拉拔，拔取抓具有圓周截面受力、軸向受力大、受力均勻的特點，在現(xiàn)場應(yīng)用中取得了良好的效果。

2 結(jié)構(gòu)、工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)

新型鉆井泵凡爾座拔取器的結(jié)構(gòu)，主要有下錐頭、中心桿、錐抓、錐環(huán)、上鎖緊螺母、千斤頂、墊板、手動液壓泵等組成。下錐頭呈凸?fàn)?，錐抓分為4塊，呈L型瓦狀，錐環(huán)呈通孔狀圓環(huán)，四個錐抓上端與錐環(huán)通過軸銷連接，連接在錐環(huán)上的錐抓與中心桿上下自由活動，掛取時，錐抓L與下錐頭凸臺配合緊貼在一起。（圖1）。

2.2 工作原理

利用下錐頭撐開錐抓、錐抓上移，錐抓同時收縮，下落張開功能，當(dāng)錐抓即將進入通孔凡爾座時，由于凡爾座通孔直徑小于錐抓直徑，錐抓遇阻上移，位移到中心桿中段處，錐抓收縮，錐抓依靠自身重量和凡爾座的斜面自由下落，然后上提中心桿，錐抓落座在下錐頭上，下錐頭與錐抓貼合一起抓掛在凡爾座底部，使用液壓附件施加壓力進行拔?。▓D2）。

具體操作是：鉆井泵液力端的上水端或下水端壓緊絲扣圈卸開后，取出缸蓋、彈簧、凡爾體，將與拔取器中心桿連同在一起的下錐頭和錐抓，通過凡爾座通孔下放至凡爾座下端，此時，錐抓呈張開狀態(tài)，與下錐頭結(jié)合在一起，由于錐抓與中心桿能夠自由上下活動，繼續(xù)下放中心桿，錐抓上移，錐抓上移到下錐頭與中心桿連接位置后，錐抓直徑變小，錐抓通過連接在錐環(huán)上的軸自動收縮呈圓柱體，由于圓柱體直徑小于凡爾座通孔直徑，錐抓自動下落至下錐頭上，上提中心桿，錐抓與下錐頭結(jié)合在一起，錐抓張開，此時，錐抓的下圓周面與錐頭上圓周面結(jié)合，錐抓的上圓周面與凡爾座下端的圓周面結(jié)合，錐抓掛在凡爾體下端。墊板通過通孔與中心桿墊在上水端缸體上，液壓千斤頂通過通孔與中心桿放置在墊板上，將上鎖緊螺母旋在液壓千斤頂上端，用扳手?jǐn)Q緊，使錐抓與凡爾體緊密結(jié)合，然后，操作手動液壓泵打壓，壓力上升，千斤頂內(nèi)頂產(chǎn)生位移，從而將凡爾座拔?。▓D3），拔取后，如果是上水端凡爾座，在上水腔室內(nèi)用撬杠撬動錐抓使錐抓上移，錐抓收縮，凡爾座下落，上提中心桿，將凡爾座取出，中心桿上提遇到排水端凡爾座時以同樣的方式上提錐抓，使錐抓收縮，最后將拔取器取出，完成凡爾座拔取。

3 結(jié)構(gòu)特點

新型鉆井泵凡爾座拔取器的錐抓呈1/4弧狀，分為4塊，分別通過軸銷與錐環(huán)連接在一起，錐抓上的錐環(huán)與中心桿配合，上下能夠自由活動，進入凡爾體前呈收縮狀態(tài)，進入凡爾體后呈張開狀態(tài)，下錐頭的直徑小于凡爾體的通孔直徑，下放時，下錐頭首先進入凡爾體，由于錐抓的直徑大于凡爾體的直徑，錐抓上移，錐抓上移到中心桿處，錐抓自動收縮，錐抓呈自由落體狀態(tài)進入凡爾體通孔內(nèi)，上提中心桿，錐抓在下錐頭上移同時，在下錐頭錐度的作用下錐抓張開，同時掛在凡爾體下端面，將墊板、液壓千斤頂通過中心桿放置在上水端的缸體上，再通過手動液壓泵打壓使拔取器上移，最后將凡爾座拔出。

4 關(guān)鍵設(shè)計

新型鉆井泵凡爾座拔取器的設(shè)計技術(shù)關(guān)鍵在于，該設(shè)計一是錐抓與中心桿上下自由活動，能夠以自由落體的形式進入凡爾體，二是下錐頭與錐抓配合，呈圓周狀態(tài)，與凡爾體的接觸面積增大，錐抓的受力更大，改變了原來掛抓呈倒T型的設(shè)計結(jié)構(gòu)掛抓易損壞變形的弊端，省去了鋼絲繩牽拉使掛抓進入凡爾體的環(huán)節(jié)，該拔取器下放更快，上拔受力更大。

5現(xiàn)場應(yīng)用

目前，現(xiàn)場常用的是 API-7#和API-8#凡爾座，以3NB -1600鉆井泵API-7#閥腔預(yù)裝的API-7#凡爾座為例，拔取器下錐頭最大直徑110mm，錐抓最大直徑126.5mm的7#拔取器，與API-7#凡爾座最小通孔是ф110mm，最小外直徑是ф143mm的7#凡爾體配合（圖4），通過在勝利工程公司5只鉆井隊15次應(yīng)用作業(yè)，表現(xiàn)在操作簡便，操作更快，操作安全下放拔取器迅速，掛取可靠，錐抓不易損壞的優(yōu)勢。

6 結(jié)論

新型鉆井泵凡爾體拔取器，錐抓由于是4塊弧形形成的圓周面接觸，錐抓受力均勻，錐抓與下錐頭配合能夠承受更大的拉力。由于錐抓能夠收縮和張開，錐抓自右上下活動，下放迅速簡單，設(shè)計新穎，操作簡便。由于改變了原來的倒T型掛取結(jié)構(gòu)，抓取面積更大，無需使用鋼絲繩進行牽引下放和徒手進行操作掛取，掛取牢固，安全無隱患。由于鉆井泵規(guī)格型號不同，配備的凡爾座分為5種規(guī)格，分別是API-4#，API-5#， API-6#， API-7#， API-8#，如果要形成系列產(chǎn)品，還需要制作4種規(guī)格的拔取器，以滿足現(xiàn)場不同系列鉆井泵的需要。

參考文獻：

[1]李太元.鉆井泵凡爾座組合式拉拔工具的使用[J].鉆采工藝，1997（04）：89.

[2]趙蓬等.抽油機曲柄銷襯套拔取器工具的研制與現(xiàn)場應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（30）.

作者簡介：楊東（1971-），男，四川廣安人，本科，工程師，從事安全管理工作。