铁钻工TM80在赵东平台的应用钻井工程师李同勇摘要：在自动化钻井生产中,铁钻工是目前最先进的扭矩旋扣设备,可完成钻杆、套管等钻具的旋扣连接工作,提高生产效率和安全性,是现代化钻井中重要的自动化设备之一。本文通过TM80型号铁钻工在赵东平台应用，分析了铁钻工的工作原理和技术参数;通过与液压大钳的比较阐述了铁钻工的优点;针对目前国内石油生产和设备现状,讨论了铁钻工的发展趋势。关键词:铁钻工;自动化钻井;结构设计;发展趋势1．前言随着现代化钻井的进程,钻井设备自动化程度在不断的提高,钻具的扭矩旋扣设备也在不断升级换代,从手动吊钳、液气混合动力大钳发展到现在最先进的铁钻工,自动化的旋扣设备在提高钻井生产效率和安全性能等方面起到了重要的作用。铁钻工(Ironroughneck)一词最早在20世纪70年代作为钻机配套设备,在自动化钻井生产中由美国石油设备制造商提出的。经过近几年的不断研发,石油设备制造商已开发出了几代铁钻工,具有了很成熟的技术,其产品已广泛地应用到石油生产中（如图1）。铁钻工是一种多功能、安全、高效的钻具旋扣设备,在生产中通过综合控制台进行遥控操作来完成上、卸扣等作业,是自动化钻井中非常重要的辅助设备,具有结构紧凑、性能强大、安装及操作简便的特点,广泛适用于陆地、海洋多种钻井平台和不同的野外环境的钻井作业,目前在国外的石油生产中应用比较普遍。图1铁钻工2．TM80铁钻工简介赵东平台TM80铁钻工是由加拿大Canrig公司提供的，在2012年2月份冬修整改期间，CPOE员工协助Canrig公司工作人员安装并调试了该铁钻工（如图2和图3）。铁钻工安装到赵东平台的钻台上，这是海洋工程公司首次在海洋钻井作业中使用井口自动化工具—“铁钻工”进行起下钻作业。据悉，公司已开工建造的中油海16平台也将安装使用铁钻工。赵东平台一直使用5-1/2"HT55扣型钻杆，上扣扭矩大，液压大钳配件经常损坏。铁钻工的安装大大节约了我们的可控成本和维修费用。平台上的液压大钳经过维护保养后送回公司，可以作为其他平台的备用液压大钳。平台要求每个员工要像对待自己的设备一样去对待铁钻工，按照外方提供的维护保养方案来定期对铁钻工进行维护保养，把对铁钻工的巡检加入到我们自己的日常设备巡检中，得到了外方的一致认可。图2铁钻工TM80正面图图3铁钻工TM80侧面图2.1工作原理铁钻工TM80改变了传统大钳的工作原理,将上、卸扣和紧、冲扣工作分为2部分完成。前端钳体分为旋扣装置和冲扣装置上、下2部分,简化了上、卸扣工作过程,开放式的钳口设计扩大了夹持范围,增加了最大输出扭矩,能完成套管、钻杆、井下工具等大管径钻具的连接需要,扭矩和速度在控制台直观显示,提高了螺纹连接时扭矩输出精度,通过PLC控制和全液压动力系统使整机便于操作、动作简单快捷。上扣过程中,通过移动装置运送前端钳体到达工作位置,闭合夹紧钳固定钻杆下接头,上端吊起钻杆对接后,闭合旋扣钳夹紧上端钻杆并启动液压马达进行旋扣连接,达到设定扭矩后停止并张开旋扣钳,同时闭合冲扣钳夹紧钻杆上接头,通过液缸推动或液压马达带动齿轮齿条机构,使冲扣钳绕钻杆圆心转动旋紧钻杆完成上扣;卸扣过程中,夹紧钳固定钻杆下接头,由冲扣钳冲开旋合的螺纹后再由旋扣钳旋开螺纹完成卸扣。由于旋扣过程中钳口的相对位置变化,在连接处设计采用弹簧连接架或者移动导轨等浮动结构,使钳体在旋扣过程中根据相对位置变化自行上、下调节。2.2技术参数表1TM80技术参数对比技术参数TM80钻具尺寸范围27/8″-8″最大上扣扭矩60,000ft.lbs最大卸扣扭矩80,000ft.lbs横向行程64″垂直行程30″旋转角度359°上扣时间13秒旋扣钳尺寸范围27/8″-8″旋扣钳最大扭矩2,500ft.lbs滚轴转速100rpm最大工作压力2500psi操作面板操作是无线控制可选重量5,676lbs工作电源480/600V100A2.3工作过程工作前的准备（以上扣为例）：启动液压站；选择工作模式为上扣模式；选择工作环境为井口；设置上扣扭矩（上扣需要达到的扭矩）；转动机械臂使钳口与井口对齐（以上均在控制面板上完成）如图4。图4设置铁钻工操作面板上扣过程:伸出机械臂使钻具进入钳口内；调节工作钳上下位置合适；控制高速钳高速上扣直到无法转动为止；控制低速钳紧扣，达到设定的扭矩自动停止上扣并松开上钳；松开下钳；收回机械臂，上扣完成。在连续上扣同一种钻具的工作中可以使用自动上扣功能，即调节工作钳上下位置合适后按下自动按钮，铁钻工自动完成高速上扣和低速紧扣并收回机械臂的全过程。若能保证每次坐卡瓦钻具母扣端面与转盘面的距离在很小的误差范围内则以上步骤均可自动完成。卸扣过程与上扣相反，先低速卸松再高速卸掉即可（如图2）。图5