淺談動力頭浮動的作用及結構形式

趙 娟，王海鑌，朱冬鈺，姜 洲

(連云港黃海勘探技術有限公司，江蘇 連云港 222062)

0 引言

動力頭的浮動是指由動力頭液壓卡盤和孔口夾持器配合完成鉆桿的擰卸動作時，動力頭必須能隨鉆桿接頭螺紋的擰出、擰入而自由地前后移動。此時如果動力頭不能浮動，鉆桿將直接作用于螺紋，整個應力集中在兩鉆桿的螺紋連接處，易損壞螺紋。該功能可延長鉆桿使用壽命，減少脫扣或鉆桿從螺紋連接處折斷等孔內事故。

在擰卸鉆桿的過程中，螺紋扣的損傷，不僅影響工作效率，延長施工作業周期，而且導致綜合作業成本的增加，造成嚴重的浪費；甚至可能發生鉆桿的報廢。本文從保護鉆桿出發，針對地質鉆探中擰卸鉆桿損傷鉆桿螺紋的這一情況，梳理出幾種常見的動力頭浮動形式，目的就是希望能為設計者在今后勘探鉆機的設計中提供一些借鑒和幫助。

1 動力頭浮動的結構形式

動力頭浮動的結構形式主要可分為液壓浮動和機械浮動。

1.1 液壓浮動

液壓浮動是通過改變其液壓系統來實現動力頭的浮動，常見的有兩種形式。

(1)卸扣浮動

回路主要由換向閥1(三位四通換向閥)、換向閥2(兩位三通換向閥)、給進液壓缸等所構成，如圖1所示。換向閥1的P口接液壓泵的出油，T口接系統回油，A口、B口分別接執行元件給進液壓缸或者馬達進出口，執行元件與動力頭直接連接；換向閥2的A口、B口分別與給進液壓缸進出油口相連接，T口接系統回油。當動力頭配合夾持器夾持卸扣時，換向閥1處于中位O位，打開換向閥2，使換向閥2的A口、B口與T口接通，此時給進液壓缸處于浮動狀態，旋轉動力頭完成鉆桿卸扣。當動力頭配合夾持器擰緊時，使換向閥2的A口、B口與T口斷開，控制換向閥1，使得給進液壓缸給進，旋轉動力頭完成鉆桿擰緊。

圖1 液壓卸扣浮動簡圖Fig.1 Hydraulic unscrewing floating diagram

(2)擰卸浮動

如圖2所示，由三位四通換向閥、溢流閥、壓力表構成。換向閥的P口接液壓泵的出油，T口接系統回油，A口、B口分別接執行元件給進油缸液壓進出油口，給進液壓缸與動力頭直接連接，溢流閥的P口接給進液壓缸的給進腔，T口系統回油。當動力頭配合夾持器擰卸鉆桿時，溢流閥調整為0 MPa，換向閥調整到右位，使得P口與B口接通，逐步調整溢流閥，直至調整到克服給進液壓缸向前給進的阻力，此時動力頭夾持鉆桿，給進液壓缸繼續保持向前給進，可通過溢流閥實現浮動，動力頭來擰卸鉆桿。

圖2 液壓擰卸浮動簡圖Fig.2 Hydraulic unscrewing floating diagram

1.2 機械浮動

機械浮動是通過改變其機械結構來實現浮動，常見的有三種形式。

(1)動力頭在導向桿上浮動

如圖3所示，主要由動力頭、導向桿、滑座構成。動力頭通過導向桿固定在滑座上，動力頭可在導向桿上前后自由滑動，L為動力頭在導向桿上浮動的行程，L必須大于擰卸鉆桿時鉆桿的螺紋長度，在動力頭配合夾持器夾持鉆桿擰卸時，必須將動力頭與滑座之間的浮動距離L置于合適的位置，才能保證在擰緊、卸扣時動力頭夾持鉆桿有足夠的余量來給進和后退浮動。

圖3 導向桿浮動簡圖Fig.3 Guide rod floating diagram

(2)鏈條浮動

如圖4所示，主要由動力頭、導向拉桿、滑座、鏈條構成。動力頭固定在滑座上，動力頭與滑座保持聯動狀態，導向拉桿穿過滑座上的耳板與前后兩側的鏈條相連接，L為鏈條浮動的行程，與動力頭浮動類似，鏈條的浮動行程L必須大于鉆桿螺紋的長度，此時將滑座與導向拉桿之間的浮動距離L置于合適的位置，才能保證動力頭在擰卸鉆桿時保護鉆桿螺紋不受損傷。

圖4 鏈條浮動簡圖Fig.4 chain floating diagram

(3)法蘭浮動

如圖5所示，主要由六方軸、上法蘭盤、內卡鍵、下法蘭盤所構成。動力頭主軸外露部分加工成六方軸，上、下法蘭盤均為內六方孔，用以動力頭傳遞扭矩，內卡鍵起六方軸與下法蘭盤之間浮動限位的作用，上、下法蘭盤連接后可在六方軸上自由滑動，保持足夠的滑移量，避免在卸扣時損傷鉆桿螺紋。

圖5 法蘭浮動簡圖Fig.5 Flange floating diagram

4 結論

金剛石鉆探具有鉆孔效率高、地質效果好、鉆頭壽命長、巖心質量好、勞動強度低、鉆孔事故率低等許多優點，已被廣泛用于固體礦產勘探和科學鉆探、油氣資源地質調查、海洋地質調查等領域。隨著勘探開采環境的不斷惡化，安全技術的要求也越來越高，勘探巖層多變、不確定性較強等復雜條件，使鉆桿在鉆孔孔內發生事故后的維修十分不方便，所以孔底作業的穩定可靠可以節省大量的人力物力。

本文從實際出發，以安全施工為前提，以經濟效益為目標，針對地質鉆探中對于常發生的擰卸鉆桿螺紋扣損傷問題，分別從液壓系統和機械結構角度列舉多種浮動結構,供鉆機設計人員參考和借鑒，使鉆桿擰卸扣時鉆桿、動力頭以及夾持器不再承受巨大的反作用力，有效地保護了鉆桿螺紋，提高鉆桿的可靠性，降低施工成本，而且使操作更加方便、簡潔，有效預防和減少了井下作業事故的發生。