钻井生产过程中,拔起地线桩是一项任务量大,操作繁琐的工作,旧版地线桩存在一些弊端。如果使用吊车或操作不当甚至会造成不必要的人员伤害。
旧版地线起出工具的存在问题主要有:
①安全性差:使用此工具前,钻井队搬迁过程中起出地线桩有两种方式可操作,但均未达到现有工具的安全性能。A.用吊索具系到地线桩顶部地线安装板的下端,利用吊车将地线桩直接拔起,这个过程中极易滑脱或将地线安装板损坏;容易造成吊索具的破损、地线桩弯曲,给安全生产造成事故隐患;冬季地面冻结,吊车用力不均、距离及角度受限,造成吊车倾斜或突然拔出弹甩伤人事件。B.旧型地线桩起出工具分为两个整体,制作工艺及材料都比较笨重,携带不方便,而且需要两个人配合操作。②可调性差:旧版地线桩起出工具使用时每撬动一次都要变换支撑插孔,才能由低往高拔起,无法直接往复运动,调节性差,需两个人同时配合才能达到不倾倒可移动的效果,费时费力,存放多占空间。③时效性差:就起出电线桩速度来说,从前两个人一起配合还要半分钟的时间。
因此,对现有的地线起出装置进行创新与改良,就变得迫在眉睫。
地线起出作业是钻井队搬家安装作业中不可或缺的工作环节,现有的地线起出装置存在诸多弊端,这就使研制新型的地线起出工具变得十分必要。
通过对钻井生产过程中废旧材料的二次利用,经过多次实践,从笨重到简易,从规范到合理,经过精心打磨焊制,发明创新了一个新型地线桩。
在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就称为杠杆,杠杆可以是任意形状的硬棒。杠杆五要素(如图1所示):
支点:杠杆绕着转动的点,通常用字母O来表示。动力:使杠杆转动的力,通常用F1来表示。阻力:阻碍杠杆转动的力,通常用F2来表示。动力臂:从支点到动力作用线的距离,通常用L1表示。阻力臂:从支点到阻力作用线的距离,通常用L2表示。
杠杆的支点不一定要在中间,满足下列三个点的系统,就可以称为杠杆:支点、施力点、受力点。
杠杆原理也称为“杠杆平衡条件”[1]。要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力矩(力与力臂的乘积)大小必须相等。即:动力×动力臂=阻力×阻力臂,用代数式表示为:
F1×L1=F2×L2 (1)
式中,F1表示动力,L1表示动力臂,F2表示阻力,L2表示阻力臂。从上式可看出,要使杠杆达到平衡,动力臂是阻力臂的几倍,阻力就是动力的几倍。
杆杠原理告诉我们,在使用杠杆时,为了省力,就应该用动力臂比阻力臂长的杠杆;如果想要省距离,就应该用动力臂比阻力臂短的杠杆[2]。因此使用杠杆可以省力,也可以省距离。
新型地线起出工具的设计是充分利用杠杆原理,简化杠杆结构,从而达到省力操作携带方便的目的。
首先,根据:动力×动力臂=阻力×阻力臂,将新型地线起出工具的动力臂与阻力臂的比值尽量大。因此,我们将支点的位置选择在足够靠近起出电线接触点一侧,对新型地线起出装置进行受力分析,会发现此套工具将人施加的动力和地线桩受到的上提拉力比值进行了最大化设计。
我们舍弃了原有地线起出工具利用改变支点位置延长地线桩起出受力距离的思路,将新型地线起出工具与地线桩接触处的阻力臂末端设计成轴动,这就使得地线桩与新型地线起出工具可以咬合的位置,都可以作为受力位置,从而解决了地线桩受力距离不够的问题,达到了简化工具结构,操作方便的目的。
将动力臂的长度做成可调节,达到了两个目的,一是可以增加动力臂距离,起出与地面摩擦阻力更大的地线桩,另一方面,使新型地线起出工具便于携带。
新型地线桩起出工具柄长103cm由直径22mm废旧抽油杆完成;C型扳本体是由厚度为31mm的钢板切割成型;整体C扳长110mm、宽93mm;C扳两内侧焊置废旧钳牙,牙长65mm、牙厚14mm、牙距32mm轻松卡住地线桩;扳头11cm+销轴6cm+手柄103cm=整体长度为120cm。底座为长15cm×12cm厚8mm钢板+长18cmφ22mm双向油杆丝扣接头+6cm轴销=底座长度24.8cm,可调长度为50mm。
旧地线桩拔出器工具利用杠杆原理,使用50×50×6mm的角铁,制作一个0.5米高的支架,均匀气割出多个斜槽,目的是根据地线桩的高度随时调整支点的位置,调整撬杠合适的下压角度;将其焊接在一个直径为30mm的底盘上,以在松软的地面使支座不致压入泥土中(支座图2);用一根直径为25mm的撬杠(图3),在较粗的一端做一个开叉,宽度比地线桩略宽。开叉的顶端打孔,可插进一根定位销,防止撬杠滑脱;在撬杠距开叉一端合适位置焊两个短杆,可根据地线桩的松紧调整支点的距离,改变力臂的大小。操作平稳,用力下压,由小到大,先将地线桩拔松动,再随机调整撬杠的支点高度或距离,直至拔出地线。
新型地线桩起出工具，巧妙地运用了杠杆原理，C型扳手，双向油杆接头50mm可调高度，往复运动无需变换位置，一人操作省时省力等使用优势，安全快捷拔起地线桩只需10秒，速度提高了两倍;已经成为钻井队拔起地线桩必备工具，现场员工都喜欢使用，安全快捷已经成为这款工具的最好诠释。
充分对比可以看出新型地线起出工具充分利用钢板支座的平稳与坚韧、油杆接头丝扣的调节升高、轴销连接往复运动的便捷和杠杆原理的省时省力，牙板的高效摩擦系数、重量适中废旧材料完成等优点。本发明做工精细，巧妙地运用了钢板底座、丝扣调高、轴销连接、往复运动、杠杆原理等优点大范围使用在钻井队伍中。比起从前的操作方式更安全更高效。此项工具不但轻便快捷，操作简易，而且稳定性强，省时省力，从现场操作过程中可以确定，时间节约了2倍，节省人员一名，安全性好。因此，在诸多钻井队伍中，已经推广。
旧的拔出地线桩工具不具备安全省力的条件，甚至存在伤人隐患。这款工具很大程度上解决了携带笨重、操作繁琐、两人配合、费时费力、空间受限等弊端。安全性能差，需两个人配合使用且不停调整高度调整位置，稳定性差，容易倾倒砸伤脚。搁置存放占地面积大，撬动地线连接板时还容易损坏地线连接点，造成不必要的麻烦。
新型地线起出工具的发明,使地线桩起出工作不再是钻井队拆搬作业中的难题,节约了大量工作时间和人力物力。具有以下特点:
(1)一款安全稳定、便携好用的地线桩起出工具，它构思巧妙且原理简单，也适用于钻井队及其他工厂其他领域由地面拔出金属棍及管的使用。(2)这款工具充分利用钢板支座的平稳与坚韧、油杆接头丝扣的调节升高、轴销连接往复运动的便捷和杠杆原理的省时省力，牙板的高效摩擦系数、重量适中废旧材料完成等优点，完美地诠释了安全又快捷、好用又价廉工具的真正含义。(3)使用过程操作简单，只需将底座贴近地线桩，C型扳手卡住地线桩本体，利用两个活动式轴销和可调节式支座，做上下压动往复运动即可将地线桩轻松拔出。底座为双向调节丝扣可掌握高度，不用时将C扳拿出即可轻易存放。(4)多次试验改造完成后的这款地线桩起出工具，受到使用者及设备工具制造者鉴别和肯定，造型简单实用，经济效果非常直观，整体重量仅为10kg，操作者用手就能轻松拎起，使用及携带都很方便。
当然,新型地线起出工具还有很大空间可以修改完善。
摘要：本文主要介绍了地线桩起出工具的创新与改良,以及实际应用。在钻井生产过程中,搬家安装是一项必不可少的工作环节,拔起地线桩又是搬家安装中必须完成的工作,且任务量巨大。然而旧版地线起出装置设计结构复杂且不连贯,具有操作空间受限,使用笨重等弊端。由此经过多次实践和改良,成功发明了一款新型地线起出装置,该装置具有结构合理、操作简易、省时省力、携带方便等特点。能更加充分利用杠杆原理,在实际应用中广受好评。
关键词：地线起出装置,杠杆原理,合理优化结构,操作简易
[1] 刘文庆,崔学政,张富强.钻杆自动排放系统的发展及典型结构[J].石油矿场机械,2007,36(11):74-77.
[2] 沙永柏,朱吉良,李志东,等.钻杆自动化操作系统的典型结构[J].机械制造,2011,49(6):60-62.
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