CN101358510A - 钻台垂直自升,二层台同步升降的一体化井架底座 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种钻台垂直自升，二层台同步升降的一体化井架底座。此种底座属于一种新型钻机底座。其技术特征在于提出了一种全新的钻机底座结构和起升下放形式，不但沿用了自起升概念和措施，而且使此种底座整体刚性良好。具有结构简单，底座与井架一体化，整体稳定性和刚性好，钻台石油钻井界大，从而可以满足用户在不同油层条件下，灵活选用高度不同的防喷器组的需求，便于整体搬迁，利于降低重心高度，确保整体搬迁安全。大大提高了钻机的使用灵活性，具有较高的经济效益。

Description

钻台垂直自升，二层台同步升降的一体化井架底座

技术领域

石油钻井界一直着眼于开发钻台高度可调，稳定性高，底座和井架自行升降的底座和井架结构。

本发明为石油钻采行业提出一种钻台垂直自升，高度可调，二层台可随钻台同步运动的井架底座一体化结构，用于石油钻井新型结构钻机。

背景技术

石油钻机的底座是钻机的主要结构件，起到支撑井架、立根和钻台设备负荷的作用，其下部预留空间以便安装钻井防喷器组。现有石油钻机有各种形式的底座，按安装方式的不同，底座一般可分为3种型式：一种是箱型式(包括叠箱型式)，另一种是拖撬型式，还有一种是升举型式(平行四边形)，而井架则竖立于底座之上。现分述如下：

箱型式或叠箱型式：

该结构底座主要分为若干模块，其左右基座形式为箱型，各大模块之间用销子相互连接，各个模块整体拼装，组成整个底座。该结构型式刚性较好，结构牢固。但存在有以下缺点：

A.安装繁琐，需要依赖外部动力组装。

B.部分模块体积大，重量重，安装困难，安全性差。

C.运输单元较多。搬家工作繁重。

D.安装时高位吊装单元多，特别是钻台台面较高时，十分困难，且安装时间长，费用较高。

E.钻台高度取决于累叠高度。

拖撬型式：

该结构底座设计为可整体拖运型，其左右基座形式为拖撬型，各个模块之间用销子相互连接，整体拼装，组成整个底座拖撬。该结构型式刚性较好，结构牢固，搬家运输方便。但存在有以下缺点：

A.安装需要依赖外部动力组装。

B.仅限用于小型钻机，因整体拖运模块外形、重量有限制，不可应用于重型钻机。

C.钻台台面较低，难以满足现代钻井井口安装要求。

升举型式：

这是当前最广泛使用的型式。

该结构底座的主要特点是以底层、顶层、中层等组成，底座的底层、顶层之间由中层连接，在中层内包括若干组长度相同的与底层、顶层铰接的转动杆系，各自绕销轴作相向转动，靠绞车和游车设备用钢丝绳牵引起升或下放底座顶层(钻台)及先期已安装的钻台设备，井架和底座以枢轴相连，也靠绞车和游车设备用钢丝绳牵引而竖立或下放。这种型式已形成专利：如US P 4569168(1986-2-11)“用于移动式石油钻机的自升式底座”；US P 4831795(1989-5-23)“钻机塔架装配”；中国专利2034148(1989-5-24)对牵引绳的布置作出改进。采用此种升举型式时，设备实现低位安装，依靠绞车自身动力并借用钻机提升系统实现底座和井架的整体起升，应用广泛，如US P 6523319(2003-2-25)“移动钻机”仍然采用类似结构。但升举型式存在以下缺点：

A.底座结构较复杂(如以底层、顶层、中层等组成的平行四边形三层式铰接底座)。

B.由于多点铰接，制造、安装精度要求高。

C.整体刚性略差。

D.由于井架安装于底座顶层(即钻台)，稳定性较差。

E.钻台高度取决于底座中层杆系高度，杆系不调整，高度不可调。

石油钻井界一直着眼于开发钻台高度可调，稳定性高，底座和井架自行升降的底座和井架结构。

美国专利4821816(1989-3-18)-“模块化钻机安装方法”描述了一种钻机底座，它由两个分离的平行滑撬和一个钻井平台构成。在钻机底座的两个分离的平行滑撬之间装有尺寸适当的管状构架，平台用于支撑绞车和井架，而平台则以四条腿支撑在钻机底座上。这四条腿与平台和底座以枢轴相连，借用钻井平台马达，液压泵，液缸，管状构架和连杆机构来升降钻井平台。最后，经平行度调整，机械锁定两个分离的平行滑撬。无疑，管状构架和所述四腿的尺寸将确定钻井平台的高度。

美国专利5408940(1995-3-25)“用齿轮齿条机构调节工作台高度”采用齿轮齿条机构实现建筑工作台起升和高度调节，未见用于石油钻机。

由挪威EDM AS专利化的新概念钻机采用齿轮齿条机构来改进钻机的提升系统，还令井架下段起传统底座的作用。

中国专利2206347(1995-8-30)“一种石油钻机井架”曾采用四腿落地井架，在操作状态下不晃动，抗扭转刚度和承载能力提高。

这些专利技术对开发钻台高度可调，稳定性高，底座和井架自行升降的底座和井架结构的开发有所启发。

发明内容

本发明专利结构上完全不同于上述各种常见钻机结构及所列专利，提出一种全新的钻机底座结构和起升下放形式，即把平行四边形三层式底座改变为相互平行的两层式结构(上层即钻台)；把井架大腿及其人字架腿生根于两层式结构的下层，并以井架前腿及其人字架后腿作为两层式结构上层的运行导轨和支撑架构；把三层式底座的铰接起升/下放形式改变为两层式结构中的顶层构件垂直起升/下放形式；全部起升/下放作业以钻机自身所配备设备为动力，起升、下放井架底座(即自起升式)。这种理念是新颖而易于实现的，不但沿用了自起升概念和措施，克服了上述各种现有和专利结构的问题和缺点，而且通过计算机对结构整体稳定性的分析计算，证明该结构完全满足各种钻井工况的工作要求，整体刚性良好。其优点归纳如下：

井架生根于底座下座、两者连为一体、整体刚性、稳定性好。

装拆方便，钻台设备可在底座起升前进行低位安装，然后整体起升。

钻台设备亦可在底座下放后实现低位拆卸。

台面上、下空间大，易于各种设备的安装、摆放。

钻台高度可调，为用户提供可调台下净空高度，满足各种防喷器组对安装高度的需求。

采用钻机自身所配备的钻井绞车为动力，借用钻机提升系统，以钢丝绳牵引来完成井架的起升、下放，钻台的起升、下放采用液压驱动。

井架二层台高度可调节，可控制底座顶层与二层台同步升降运动，保持相对位置不变。也可独立调整二层台工作高度，适应不同钻具要求。

运输模块数量和重量减少，节约运输费用。

适宜拖车装载，适用于移动式钻机。

本发明钻机的技术设计方案如下：

钻机的井架①、人字架②直接坐在底座的底层③上，底座只有底层③、顶层④两部分，没有单独的中层支腿结构，而是把钻机井架①的前腿⑥和井架人字架的后腿⑦利用为底座的支腿来承受底座上的载荷，而且钻机井架的前腿⑥和井架人字架的后腿⑦同时也是底座垂直起升时的导向导轨。依靠绞车⑤动力将井架①起升到位。在起升井架①到位，与人字架②连接固定好后，再依靠液压动力驱动底座顶层④沿导轨垂直起升到需要高度位置，并与井架①、井架人字架②分别连接牢固，且可控制底座顶层与二层台同步运动。

有关本发明的技术构成和效果，结合附图和结构工作情况说明如下。

附图说明

图1是叠箱型式钻机结构示意图。

图2是拖撬型式钻机结构示意图

图3是升举型式(平行四边形)钻机结构示意图。

图4是本发明垂直起升钻机最佳实例结构示意图。

具体实施方式

图4是本发明垂直起升钻机最佳实施例的结构示意图，具体实施步骤如下：

先将底座顶层④、底层③按规定位置上、下叠放，并将底座底层③、顶层④固定连接好，在低位(＜3m高程)安装好人字架②及底座顶层④上的绞车⑤和其他各种钻井设备。

把井架①安装在初始起升位置，按起升要求穿好钻井钢丝绳⑧、起升大绳⑨。

用绞车⑤把井架①以铰升方式牵引起升到位，并把井架①与井架人字架②连接固定好。

解除底座顶层④、底层③之间的固定。

通过液压装置(11)，推举底座顶层④连同安装在它上面的设备沿着作为导轨的井架前腿⑥和井架人字架后腿⑦一起垂直起升。

根据需要选择合适的钻台面高度(至少有2个高度选择)，装上底座顶层④与井架前腿⑥、人字架后腿⑦之间的连接销⑩。

根据选定的钻台面高度(至少有2个高度选择)，可同步调节二层台(12)的高度以实现钻台携带钻具实施升降钻台作业的功能。

调节安装在井架的I段上的井眼调节对中装置，完成井眼对中作业。

Claims (9)

1.一种新型的钻台垂直自升，高度可调，二层台可随钻台同步运动的井架底座一体化结构包括：专门设计的相互平行的两层式底座结构(顶层即钻台)；把井架大腿及其人字架腿生根于两层式结构的下层，并以井架前腿及其人字架后腿作为两层式结构上层的运行导轨和支撑架构；两层式结构中的顶层构件采用垂直起升/下放形式；两层式结构中的顶层高度可按需调节；专门设计的井架二层台结构，其高度可按需调节。

2.根据权利要求1所述的井架底座一体化结构，其特征在于所述的石油钻机井架I段(下段)和井架人字架结构具有三重作用，既是井架或人字架的主腿，又是底座的支撑，还是底座顶层垂直起升的导轨和依靠。

3.根据权利要求1所述的井架底座一体化结构，其特征在于井架大腿及其人字架腿生根于两层式结构的下层而不是顶层。

4.根据权利要求1所述的井架底座一体化结构，其特征在于所述的钻机底座顶层连带安装钻井设备，可以依靠钻机设备动力沿钻机井架I段前腿和人字架后腿所形成导轨垂直起升或下放。

5.根据权利要求1所述的井架底座一体化结构，井架二层台高度即可与底座顶层同步运动，保持相对位置不变。也可独立调整二层台工作高度，适应不同钻具要求。

6.根据权利要求1所述的井架底座一体化结构，其特征在于所述的钻机底座顶层和井架二层台可以垂直升降并锁定于多个高度(至少2个)，且可按需自行调节。

7.根据权利要求1所述的井架底座一体化结构，其特征在于所述的钻机底座顶层和井架二层台调节高度方式可采用液压式或机械式。

8.根据权利要求1所述的井架底座一体化结构，其特征在于其底座顶层内装有导向滚轮装置或平行滑动装置，确保底座顶层(钻台)平稳起升。

9.根据权利要求1所述的井架底座一体化结构，其特征在于绞车不但可以安装在底座顶层上，随顶层同时起升，而且也可以安装在底座底层上固定不动。

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