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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。通过现场使用，对比分析了铁钻工的结构、工作原理和技术参数，阐述了铁钻工优缺点及改善的意见。
关键词：钻井装备；铁钻工；试验；技术改进
随着钻井装备技术的发展， 钻井设备的自动化程度在不断提高，钻具的扭矩旋扣设备也在不断更新换代， 从手动吊钳、液气压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等方面起到了重要的作用。在减少劳动力、减轻劳动强度、提高自动化程度等方面相比液压大钳有着无可比拟的优势。
1.铁钻工简介
铁钻工主要应用于钻井作业工程中，钻具接头的上卸扣作业，代替传统的液气大钳和猫头作业。设备有回转升降立柱、伸缩臂、下钳体、上钳体、旋扣钳等部分组成；集低速大扭矩冲扣，高速低扭矩旋扣于一体，最大卸扣扭矩达160KN.m ；可以方便地实现运输位置、工作位置、井口位置、鼠洞位置等自由定位；实现27/8 ” ～95/8之间所有钻杆、加重钻杆、钻铤、套管上卸扣作业；通过PLC、HMI屏组合，实现真正的一键操作；通过无线遥控装置方便地实现司钻房、井口间异地控制。
2.现场试用实现的功能
2014年6月，钻井总公司在70002钻井队试验应用了一套规格型号：TZG-160铁钻工，在对铁钻工使用一段周期以来，与液气大钳+猫头的传统作业模式对比，在操作使用、卡持范围、安全因素等方面具有以下优缺点。
2.1从操作方面来说
（1）井口识别功能：启动前伸按扭，钳体自动前伸至井口位置后停止，从而省去了人力手动扶持液气大钳找正井口位置，避免钳体与钻具的猛烈撞击。
（2）上卸扣一键操作功能：按下启动按钮后，钳体夹紧、高速旋扣、低速崩扣至设定扭矩停止等作业，一气呵成，期间无需人为手动操作。相比液气大钳省去了中间高低档切换、视觉参比对照压力表示数压力、钳口反转对正等繁琐的操作步骤。
（3）输出扭矩大：铁钻工综合了液气大钳与液压猫头的功能，在与液压大钳效率不相上下的情况下，最高可输出160000N/m；对液压猫头崩扣作业时，效率尤为明显，省时省力。
（4）上扣扭矩准：根据不同钻具类型及钻具组合，将所需扭矩等参数一次性设进参数里。上扣过程中，当钳体达到预设扭矩时，设备可实现精准的扭矩限制，从而避免了操作人员频繁设定紧扣压力，看压力表判别上扣扭矩的人为误差。
（5）钻具切换简单：根据不同的钻具，只需要将钻具组合输入到参数里，并设定好相应参数。
2.2从卡持范围来说
（1）与普通液气大钳相比，具有卡持范围广。卡持范围：27/8-95/8。而普通液气大钳卡持范围为27/8-7，根据不同的钻具需要更换相应牙板，铁钻工牙板为通用型。
（2）铁钻工不仅适用于钻杆，钻挺，还适用于套管，转换接头，提升短节等上下直径不一样的钻具，在这方面大大减少了液压猫头使用频次。
2.3从安全因素来说
（1）液气大钳采用手拉葫芦吊来升、降大钳，劳动强度大；悬吊式的安装方式，造成纲丝绳间的缠绕，磨损断丝的等不安全隐患。铁钻工采用固定安装的方式，避免了高空悬吊作业不安全问题。
（2）液压大钳在作业中过程中需用操作人员前、后扶持大钳，在此过程中，如果操作人员脚步跟不上气缸前伸后退的速度，将会给人员带来猛烈的冲击等安全隐患。
（3）液气大钳没有限位控制，前伸作业过程中，每次都会听到钳体与钻具巨烈撞击声，减少了钳体与气缸的使用寿命。
3.存在主要问题
（1）加重钻杆无法使用。从现场试用中发现该台铁钻工暂时无法适用于加重钻杆上/卸扣，加重钻杆接箍太长，旋扣辊子正好处于接头与钻杆本体过渡部位。
（2）不能上/卸钻头：由于钻头本体长度较小，铁钻工下钳体夹住钻头时同时净螺杆夹住，无法上卸钻头。
（3）不能卡持103/4套管及11”钻挺：铁钻工开口尺寸卡持范围为27/8-95/8。
（4）旋转定位：设备无旋转自动定位功能，由于铁钻工对井口位置要求严格，每次上/卸扣都需在井口前方，设立人员指挥司钻房内操作。
（5）司钻操作：由于安装位置的限制及钳体本身的遮档，司钻看不到钳体上/卸扣的具体情况。
（6）小鼠洞：由于安装位置限制，铁钻工暂时伸不到小鼠洞。
（7）维护要求较高：液压电气管路较复杂，需要现场维护具有较强意识、较高的素质技能。建议厂家加大培训。
4.针对存在问题，进一步改进和完善的建议
（1）针对加重钻杆：建议提高旋扣钳高度，让旋扣钳辊子让开旋扣钳过渡区。
（2）针对钻头： 建议加工专用牙板，将下钳体牙板长度减小，避免夹住螺杆。
（3）针对11”钻挺：对于特殊要求的钻挺，增大上下钳体开口尺寸。
（4）針对旋转定位：建议增加自动回转定位功能，使其具有自动旋转识别井口位置，避开人员操作旋转机构的旋转误差，并提高生产效率。
（5）针对司钻：建议更换设备安装位置，使司钻能观察到上扣＼卸扣情况；同时拓展无线遥控功能，增加井口位置操作铁钻工上扣＼卸扣及各种动作。
（6）针对小鼠洞：更换安装位置，使其能伸到井口位置的同时能兼固到小鼠洞，或者增长伸缩长度。
（7）针对维护：建议厂家加大培训，井队并挑选出专业人员对设备维护。
5.总结
通过此次铁钻工在生产作业实践，该设备能顺利完成自动化上、卸扣作业，具有钻具使用范围广、安装及操作简便，自动化程度高；是一种多功能、安全、高效的钻具旋扣设备；改变了液气大钳+猫头的传统作业模式。通过现场验证，提出了改进完善思路，产品完善后值得推广使用。
作者简介：
王红，（1975.11-），女，籍贯：吉林，学历：大学，职称：工程师。
关键词：钻井装备；铁钻工；试验；技术改进
随着钻井装备技术的发展， 钻井设备的自动化程度在不断提高，钻具的扭矩旋扣设备也在不断更新换代， 从手动吊钳、液气压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等方面起到了重要的作用。在减少劳动力、减轻劳动强度、提高自动化程度等方面相比液压大钳有着无可比拟的优势。
1.铁钻工简介
铁钻工主要应用于钻井作业工程中，钻具接头的上卸扣作业，代替传统的液气大钳和猫头作业。设备有回转升降立柱、伸缩臂、下钳体、上钳体、旋扣钳等部分组成；集低速大扭矩冲扣，高速低扭矩旋扣于一体，最大卸扣扭矩达160KN.m ；可以方便地实现运输位置、工作位置、井口位置、鼠洞位置等自由定位；实现27/8 ” ～95/8之间所有钻杆、加重钻杆、钻铤、套管上卸扣作业；通过PLC、HMI屏组合，实现真正的一键操作；通过无线遥控装置方便地实现司钻房、井口间异地控制。
2.现场试用实现的功能
2014年6月，钻井总公司在70002钻井队试验应用了一套规格型号：TZG-160铁钻工，在对铁钻工使用一段周期以来，与液气大钳+猫头的传统作业模式对比，在操作使用、卡持范围、安全因素等方面具有以下优缺点。
2.1从操作方面来说
（1）井口识别功能：启动前伸按扭，钳体自动前伸至井口位置后停止，从而省去了人力手动扶持液气大钳找正井口位置，避免钳体与钻具的猛烈撞击。
（2）上卸扣一键操作功能：按下启动按钮后，钳体夹紧、高速旋扣、低速崩扣至设定扭矩停止等作业，一气呵成，期间无需人为手动操作。相比液气大钳省去了中间高低档切换、视觉参比对照压力表示数压力、钳口反转对正等繁琐的操作步骤。
（3）输出扭矩大：铁钻工综合了液气大钳与液压猫头的功能，在与液压大钳效率不相上下的情况下，最高可输出160000N/m；对液压猫头崩扣作业时，效率尤为明显，省时省力。
（4）上扣扭矩准：根据不同钻具类型及钻具组合，将所需扭矩等参数一次性设进参数里。上扣过程中，当钳体达到预设扭矩时，设备可实现精准的扭矩限制，从而避免了操作人员频繁设定紧扣压力，看压力表判别上扣扭矩的人为误差。
（5）钻具切换简单：根据不同的钻具，只需要将钻具组合输入到参数里，并设定好相应参数。
2.2从卡持范围来说
（1）与普通液气大钳相比，具有卡持范围广。卡持范围：27/8-95/8。而普通液气大钳卡持范围为27/8-7，根据不同的钻具需要更换相应牙板，铁钻工牙板为通用型。
（2）铁钻工不仅适用于钻杆，钻挺，还适用于套管，转换接头，提升短节等上下直径不一样的钻具，在这方面大大减少了液压猫头使用频次。
2.3从安全因素来说
（1）液气大钳采用手拉葫芦吊来升、降大钳，劳动强度大；悬吊式的安装方式，造成纲丝绳间的缠绕，磨损断丝的等不安全隐患。铁钻工采用固定安装的方式，避免了高空悬吊作业不安全问题。
（2）液压大钳在作业中过程中需用操作人员前、后扶持大钳，在此过程中，如果操作人员脚步跟不上气缸前伸后退的速度，将会给人员带来猛烈的冲击等安全隐患。
（3）液气大钳没有限位控制，前伸作业过程中，每次都会听到钳体与钻具巨烈撞击声，减少了钳体与气缸的使用寿命。
3.存在主要问题
（1）加重钻杆无法使用。从现场试用中发现该台铁钻工暂时无法适用于加重钻杆上/卸扣，加重钻杆接箍太长，旋扣辊子正好处于接头与钻杆本体过渡部位。
（2）不能上/卸钻头：由于钻头本体长度较小，铁钻工下钳体夹住钻头时同时净螺杆夹住，无法上卸钻头。
（3）不能卡持103/4套管及11”钻挺：铁钻工开口尺寸卡持范围为27/8-95/8。
（4）旋转定位：设备无旋转自动定位功能，由于铁钻工对井口位置要求严格，每次上/卸扣都需在井口前方，设立人员指挥司钻房内操作。
（5）司钻操作：由于安装位置的限制及钳体本身的遮档，司钻看不到钳体上/卸扣的具体情况。
（6）小鼠洞：由于安装位置限制，铁钻工暂时伸不到小鼠洞。
（7）维护要求较高：液压电气管路较复杂，需要现场维护具有较强意识、较高的素质技能。建议厂家加大培训。
4.针对存在问题，进一步改进和完善的建议
（1）针对加重钻杆：建议提高旋扣钳高度，让旋扣钳辊子让开旋扣钳过渡区。
（2）针对钻头： 建议加工专用牙板，将下钳体牙板长度减小，避免夹住螺杆。
（3）针对11”钻挺：对于特殊要求的钻挺，增大上下钳体开口尺寸。
（4）針对旋转定位：建议增加自动回转定位功能，使其具有自动旋转识别井口位置，避开人员操作旋转机构的旋转误差，并提高生产效率。
（5）针对司钻：建议更换设备安装位置，使司钻能观察到上扣＼卸扣情况；同时拓展无线遥控功能，增加井口位置操作铁钻工上扣＼卸扣及各种动作。
（6）针对小鼠洞：更换安装位置，使其能伸到井口位置的同时能兼固到小鼠洞，或者增长伸缩长度。
（7）针对维护：建议厂家加大培训，井队并挑选出专业人员对设备维护。
5.总结
通过此次铁钻工在生产作业实践，该设备能顺利完成自动化上、卸扣作业，具有钻具使用范围广、安装及操作简便，自动化程度高；是一种多功能、安全、高效的钻具旋扣设备；改变了液气大钳+猫头的传统作业模式。通过现场验证，提出了改进完善思路，产品完善后值得推广使用。
作者简介：
王红，（1975.11-），女，籍贯：吉林，学历：大学，职称：工程师。