一种桥塞钻磨防反扭装置及反扭矩监测系统技术领域
本发明属于油气井钻磨技术领域，具体涉及一种桥塞钻磨防反扭装置及反扭矩监
测系统。
背景技术
水平井多级压裂使用复合桥塞作为封隔工具，压裂施工结束后，采用油管磨铣方
式将复合桥塞磨铣掉，恢复井筒畅通，以方便进一步的返排和生产作业。
磨铣作业时的钻具组合从井口到井底依次为油管、反循环阀、单向阀、螺杆钻、磨
鞋，磨鞋由螺杆钻提供动力进行磨铣，油管上部由司钻控制刹把下放并给磨鞋施加钻压，在
钻塞作业过程中，施加的钻压较小时，磨鞋磨削桥塞较慢，整个钻塞作业效率低下，施加的
钻压较大时，磨鞋与桥塞接触紧密，磨鞋转速下降甚至堵转，当磨鞋受到桥塞的反扭矩大于
套管给油管的滚动摩阻时，会导致螺杆钻外壳带动整个油管串转动，导致地面上水龙带等
在油管上的缠绕，此时必须停止作业，处理缠绕问题，费时费力。
发明内容
本发明的目的是防止管串因反扭矩反转，提高桥塞的钻磨效率，避免发生安全事
故，保证施工人员与设备的安全。
为此，本发明提供了一种桥塞钻磨防反扭装置，包括井口连接件、设于井口连接件
上方的夹紧机构，所述夹紧机构可相对于井口连接件旋转，所述井口连接件与夹紧机构之
间设有支撑体，所述支撑体上从上至下依次套设有压盘、钢球座、压片，所述夹紧机构与压
盘固定连接，所述钢球座与压片固定连接，所述压片下设有第一蝶形弹簧；
所述压盘上设有钢球窝，所述钢球座上设有轴向小孔，该轴向小孔内设有圆柱销和钢
球，其中钢球设于圆柱销顶部且与压盘上的钢球窝对齐。
所述夹紧机构包括箱体，所述箱体顶部设有通孔，所述箱体内设有滚轮、丝杠、设
于丝杠两端的卡爪，所述卡爪与丝杠螺纹连接，且两端螺纹方向相反；
所述滚轮为偶数个且对称设于通孔轴线两侧，所述滚轮上设有倒齿，所述滚轮轴线与
通孔轴线垂直，所述滚轮通过轴承连接有滚轮座，所述滚轮座通过销钉与卡爪连接。
所述井口连接件上固定有扭矩传感器和变送器，所述扭矩传感器和变送器电连
接，所述钢球座上设有缺口槽，所述扭矩传感器的触点设于缺口槽内。
所述井口连接件为带颈法兰，所述扭矩传感器和变送器均设于带颈法兰的颈部。
所述滚轮座体与卡爪之间设置有第二蝶形弹簧。
所述压盘与箱体的下底板通过螺钉固定连接，所述压片与钢球座通过螺钉连接。
所述支撑体下部套设有推力调心滚子轴承，该推力调心滚子轴承设于带颈法兰的
颈内部。
本发明还提供了一种桥塞钻磨反扭矩监测系统，包括桥塞钻磨防反扭装置，还包
括设于监控操作室的信号监测箱、设于泵出口处的压力传感器和流量传感器，所述压力传
感器、流量传感器和桥塞钻磨防反扭装置的变送器均与信号监测箱输入端电连接，所述信
号监测箱输出端电连接计算机。
所述信号监测箱还设有比较模块和接收比较模块信号的声光报警器。
本发明的有益效果是：本发明提供的这种桥塞钻磨防反扭装置，通过夹紧机构可
将油管夹紧，防止其反转，但不影响油管柱的上提与下放，当需要过油管接箍时，只需反向
转动丝杠使装置处于打开状态，打开时其通径为180mm，对油管柱的起下不影响。该装置结
构简单，安全可靠，可有效提高施工效率。
桥塞钻磨反扭矩监测系统，能采集扭矩、泵压、排量等主要钻磨桥塞施工数据，实
现采集曲线显示，可设定扭矩的超限报警值，当扭矩达到报警值时，系统自动声光报警，提
示司钻及时采取措施，以释放反扭矩，确保施工安全。
下面将结合附图做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明桥塞钻磨防反扭装置的立体结构示意图；
图2是本发明桥塞钻磨防反扭装置的俯视图；
图3是本发明桥塞钻磨防反扭装置的剖视图。
图中：1、井口连接件；2、通孔；3、第一蝶形弹簧；4、支撑体；5、圆柱销；6、钢球；7、箱
体；8、滚轮；9、第二蝶型弹簧；10、压盘；11、钢球座；12、丝杠；13、变送器；14、压片；15、扭矩
传感器；16、传感器固定座；17、滚轮座；18、卡爪；19、推力调心滚子轴承。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供了一种桥塞钻磨防反扭装置，包括井口连接件1、设于井口连接件1上方
的夹紧机构，所述夹紧机构可相对于井口连接件1旋转，所述井口连接件1与夹紧机构之间
设有支撑体4，所述支撑体4上从上至下依次套设有压盘10、钢球座11、压片14，所述夹紧机
构与压盘10固定连接，所述钢球座11与压片14固定连接，所述压片14下设有第一蝶形弹簧
3；
所述压盘10上设有钢球窝，所述钢球座11上设有轴向小孔，该轴向小孔内设有圆柱销5
和钢球6，其中钢球6设于圆柱销5顶部且与压盘10上的钢球窝对齐。
桥塞钻磨防反扭装置通过井口连接件1与封井器连接，管柱穿过夹紧机构后通过
夹紧机构夹紧，由于夹紧机构与压盘10固连，钢球6在第一蝶形弹簧3的作用下顶在压盘10
上，为夹紧机构提供与管柱倒转相反的力，防止钻进时管柱发生倒转；当油管反扭扭矩大于
压盘10与钢球座11提供的最大扭矩时，钢球6被压盘10顶回，此时，钢球座11与夹紧机构打
滑，夹紧机构受到的扭矩不能通过压盘10传递给钢球座11，整个夹紧机构会相对钢球座11
和井口连接件1发生旋转以释放扭矩。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种如图1、图2所示的桥塞钻磨防反扭装置，所
述夹紧机构包括箱体7，所述箱体7顶部设有通孔2，所述箱体7内设有滚轮8、丝杠12、设于丝
杠12两端的卡爪18，所述卡爪18与丝杠12螺纹连接，且两端螺纹方向相反；
所述滚轮8为偶数个且对称设于通孔2轴线两侧，所述滚轮8上设有倒齿，所述滚轮8轴
线与通孔2轴线垂直，所述滚轮8通过轴承连接有滚轮座17，所述滚轮座17通过销钉与卡爪
18连接。
工作过程：桥塞钻磨防反扭装置通过井口连接件1与封井器连接，管柱穿过箱体7
顶部的通孔2，在钻进时，用扳手顺时针方向旋转丝杠12，滚轮座17在卡爪18的带动下进行
滑动，带动滚轮8向通孔2轴线中心移动，依靠滚轮8上的倒齿对管柱进行锁紧，防止管柱发
生转动；同时，由于滚轮8通过轴承固定在滚轮座17上，滚轮8可以转动，确保了管柱在四个
滚轮8的夹持下进行上下活动。
过油管接箍时，用扳手逆时针方向旋转丝杠12，带动滚轮座17将滚轮8之间的通径
开到最大，油管接箍可以顺利通过。
在本实施例中，滚轮8为两对共四个。所述滚轮座17体与卡爪18之间设置有第二蝶
形弹簧。所述压盘10与箱体7的下底板通过螺钉固定连接，所述压片14与钢球座11通过螺钉
连接。
该桥塞钻磨防反扭装置可将油管夹紧，防止其反转，但不影响油管柱的上提与下
放，当需要过油管接箍时，只需反向转动丝杠12使装置处于打开状态，打开时其通径为
180mm，对油管柱的起下不影响。该装置结构简单，安全可靠，可有效提高施工效率。
实施例3：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种如图3所示的桥塞钻磨防反扭装置，所述井
口连接件1上固定有扭矩传感器15和变送器13，所述扭矩传感器15和变送器13电连接，所述
钢球座11上设有缺口槽，所述扭矩传感器15的触点设于缺口槽内。扭矩传感器15通过传感
器固定座16固定在井口连接件1上。
在防反扭过程中，压盘10和钢球座11提供的反力会压迫扭矩传感器15的触点，将
管柱的反扭扭矩传递到力传感器上，之后通过变送器13将扭矩传感器15输出的电压信号变
为电流信号输出。当管柱反扭扭矩大于装置承受的最大扭矩时，钢球6被压盘10顶回，压盘
10受到的扭矩不能传递给钢球座11，整个夹紧机构会相对钢球座11发生旋转以释放扭矩。
扭矩传感器15的测量值乘以扭矩传感器15触点与防反扭装置中心轴线的距离即
管柱受到的反扭矩大小。
本实施例中，井口连接件1为带颈法兰，所述扭矩传感器15和变送器13均设于带颈
法兰的颈部。所述支撑体4下部套设有推力调心滚子轴承19，该推力调心滚子轴承19设于带
颈法兰的颈内部。
实施例4：
本实施例提供了一种桥塞钻磨反扭矩监测系统，包括实施例3的桥塞钻磨防反扭装置，
还包括设于监控操作室的信号监测箱、设于泵出口处的压力传感器和流量传感器，所述压
力传感器、流量传感器和桥塞钻磨防反扭装置的变送器13均与信号监测箱输入端电连接，
所述信号监测箱输出端电连接计算机。
所述信号监测箱还设有比较模块和接收比较模块信号的声光报警器。
信号监测箱采用220V交流供电，由AC-DC开关电源转换为24V与5V直流电压。24V电
压为传感器及计算机供电，5V电压为仪器电路供电。变送器13将扭矩传感器15输出的电压
信号变为4-20mA的电流信号，送入信号监测箱内，以保证长距离传输信号。当反转扭矩值超
过设定阈值时，信号监测箱发出报警，提醒司钻减小钻压防止反扭。
压力传感器和流量传感器通过485接口与计算机通信，传输数据，计算机显示实时
泵压、扭矩及流量值曲线。
桥塞钻磨反扭矩监测系统，能采集扭矩、泵压、排量等主要钻磨桥塞施工数据，实
现采集曲线显示，可设定扭矩的超限报警值，当扭矩达到报警值时，系统自动声光报警，提
示司钻及时采取措施，以释放反扭矩，确保施工安全。
本实施例没有详细叙述的方法属本行业的公知常识或常用手段，这里不一一叙
述。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡
是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。