CN101725326A - 模块组装式海上平台液压蓄能修井机 - Google Patents

Abstract

一种模块组装式海上平台液压蓄能修井机，由作业平台、机架、动力模块、蓄能模块、控制模块和举升模块组成，作业平台中心部设有液压转盘，转盘下部平台上焊有一根立管、立管下端与井口大四通连接，在作业平台的一侧面安装有动力模块、控制模块和蓄能模块，在另一侧面上安装有上为三角架下为矩形架的机架，三角架设为对称的两个，对称焊在矩形架前后上支撑上，在矩形架上左支撑中部设有转轴架，转轴架上安装有举升模块，主液缸下端设有转轴，转轴安装在转轴架上，主液缸上端安装驴头，驴头的前端两侧对称安装有两个天车滑轮，在三角架内中间安装有两个定滑轮，与天车滑轮上下对应，天车滑轮和定滑轮通过钢丝绳与大钩连接。

Description

模块组装式海上平台液压蓄能修井机

一、技术领域

本发明设计了一种海上修井作业的设备，具体的说是一种模块组装式海上平台液压蓄能修井机。

二、背景技术

1997年以前，我国的海洋修井机完全依靠进口；从1997年以后，国产海洋修井机的设计与制造，从无到有，逐渐发展到目前的系列化、多样化。2002年6月，中国海洋石油总公司颁布了海洋石油平台修井机的相关标准，使得海洋修井机的生产制造进入一个规范化阶段。海洋修井机国产化以来，生产厂家主要有江汉石油管理局第四机械厂、宝鸡石油机械厂和南阳石油机械厂。这些生产厂家具有陆上钻修设备设计制造经验，经过对海洋修井机多年的研究以及对海洋修井机使用者反馈的意见分析，海洋修井机的设计、生产、制造已形成系列化，功能上基本能满足海洋油田的需求。但基本结构还是陆地修井机的结构模式，尤其对于常规的修井机，一般需要较大的场地，并且需要在平台上安装导轨，这对于中小平台的修井作业带来了一定的限制。另外较高的制造、搬运与安装成本不能满足用户的需要。

为了适应不同海域、不同平台、不同作业方式和特殊的作业要求，国产海洋修井机将在规格、结构性能等方面不断完善和提高，近年来呈现出了设计模块化、功能多样化、可搬迁、电驱动等发展趋势。

液压蓄能修井机由于其节能、环保、占用场地小、安装方便等突出优点而受到广泛关注并且进行了较大范围的陆地油田修井作业，取得了较好的效果。将液压蓄能修井机结合海洋平台实际工况进行改装设计以后，或将可以作为目前海洋修井机的一种有益补充，成为海洋修井机发展的又一新的趋势。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种模块组装式海上平台液压蓄能修井机，降低海上采油平台的修井成本，以实现分体安装，自移位及海上平台的场地比较小无法安装大型的修井机的问题，有效的降低了作业成本。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

一种模块组装式海上平台液压蓄能修井机，由作业平台、机架、动力模块、蓄能模块、控制模块和举升模块组成，其特征在于作业平台设为矩形，中心部设有液压转盘，转盘下部平台上焊有一根立管、立管下端与井口大四通连接，在作业平台的一侧面安装有动力模块、控制模块和蓄能模块，在另一侧面上安装有上为三角架下为矩形架的机架，三角架设为对称的两个，对称焊在矩形架前后上支撑上，在矩形架上左支撑中部设有转轴架，转轴架上安装有驴头、大钩、天车滑轮、定滑轮、钢丝绳、主液缸、刹车阀和液压快速接头组成的举升模块，主液缸下端设有转轴，转轴安装在转轴架上，主液缸上端安装驴头，驴头的前端两侧对称安装有两个天车滑轮，在三角架内中间安装有两个定滑轮，与天车滑轮上下对应，天车滑轮和定滑轮通过钢丝绳与大钩连接；作业平台的四个角上设有辅助螺旋千斤顶，顶在海上平台的上层甲板上。

动力模块由油箱，两台机泵和快速接头及液压阀组成，两台机泵并联安装在油箱架底面。

控制模块由操作室，在操作室内设置的大通径两位三通换向阀，与大通径两位三通换向阀匹配的先导阀，刹车阀和快速接头组成，大通径两位三通换向阀设置4个，相互间并连，先导阀设置4个，相互之间并联，与大通径的两位三通换向阀之间并联；刹车阀设置在主液缸的A腔的进出油管路上，通过一个先导阀与高压管和低压管路连接。

蓄能模块由氮气包、蓄能缸和快速接头组成，蓄能缸设为圆柱形，蓄能缸内设有无杆活塞，蓄能缸垂直安装在作业平台上，也可水平安装在作业平台上；氮气包设在蓄能缸一侧，与蓄能缸上端通过快速接头连接，蓄能缸下端通过快速接头与机泵出口管路连接。

主液缸设为复合式主液缸，由A缸、B缸、C缸和D缸相套组成，所形成的A、B、C、D腔分别通过大通径两位三通换向阀和先导阀控制与高低压液压管路接通，力挡分为五个挡位控制，A、C、D三腔都接通高压油时，B腔接通低压油时为一档；A、C两腔都接通高压油时，B腔和D腔接通低压时为二档；A、D两腔都接通高压油时B、C两腔接通低压油时，为三档；A腔接通高压油，B、C、D三腔接通低压油时为四档；A腔和B腔接通高压油，C、D两腔接通低油时为五档。

液压转盘的液压管路由可调节流阀，先导阀快速接头和液压管组成，液压转盘的进口和出口通过先导阀与机泵的出口管和油箱的回流管相连，在液压转盘出口与先导阀之间设有一个可调节流阀。

本发明与已有技术相比具有如下优点：

1、作业平台的通过升高立管连接在井口大四通上，通过作业平台上底部的升高立管将作业负荷和设备重量转载在井口大四通上，占地面积小，适应海上小平台上的修井作业。

2、将液压蓄能修井机设为分体的模块、便于运输和安装。

3、液压结构、液压控制和液压管路设计合理，结构紧凑、体积小、便于操作控制适合海上平台修井。

4、设计了靠自身液压结构自移井位，只需一个小龙门架配合就完成自移井位的任务。

四、附图说明

图1-本发明的结构示意图

图2-图1的左视图

图3-图1的俯视图

1-作业平台 2-氮气包 3-蓄能缸 4-大钩 5-转轴 6-钢丝绳7-定滑轮 8-定轮板 9-吊装定滑轮 10-主液缸 11-天车滑轮 12-机架 13-油箱机泵组 14-上层甲板平台 15-立管 16-中层甲板平台17-下层甲板平台 18-井口四通 19-液动半封 20-套管 21-万能防喷器 22-液动安全卡瓦 23-操作室 24-辅助螺旋千斤顶 25-驴头

图4-海洋平台液压蓄能修井机三维示意图

图5-动力模块液压原理图：13-1油箱 13-2机泵组 33-快速接头

图6-举升模块液压原理图：10-主液缸 28-刹车阀 33-快速接头A-A缸腔 B-B缸腔 C-C缸腔 D-D缸腔

图7-举升模块外形图

图8-蓄能模块液压原理图：2-氮气包 3-蓄能缸 33-快速接头

图9-控制模块液压原理图：30-大通径两位三通换向阀 31-先导阀33-快速接头

图10：液压钳、液压转盘原理图：32-液压钳/液压转盘 33-快速接头

图11：液压原理总图：2-氮气包  3-蓄能缸  10-主液缸  13-1油箱13-2机泵组  28-刹车阀  29-卸荷溢流阀  30-大通径两位三通换向阀31-先导阀  32-液压钳/液压转盘  33-快速接头

图12-自移位模块原理图：26-简易龙门架 27-变向滑轮

图13-安装过程图

五、具体实施方式

为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作详细说明：

一种模块组装式海上平台液压蓄能修井机，如图1、4所示由作业平台1、机架12、动力模块(图5)、蓄能模块(图8)、控制模块(图9)和举升模块(图7)组成，其特征在于作业平台设为矩形，中心部设有液压转盘32，转盘下部平台上焊有一根立管15、立管下端与井口大四通连接，在作业平台的一侧面安装有动力模块、控制模块和蓄能模块，在另一侧面上安装有上为三角架下为矩形架的机架12，三角架设为对称的两个，对称焊在矩形架前后上支撑上，在矩形架左支撑中部设有转轴架，转轴架上安装有驴头25、大钩4天车滑轮11定滑轮7、钢丝绳6、主液缸10、刹车阀28和液压快速接头33组成的举升模块，主液缸下端设有转轴5，转轴安装在转轴架上，主液缸上端安装驴头25，驴头的前端两侧对称安装有两个天车滑轮11，在三角架内中间安装有两个定滑轮7，与天车滑轮上下对应，天车滑轮和定滑轮通过钢丝绳与大钩连接；作业平台的四个角上设有辅助螺旋千斤顶24，顶在海上平台的上层甲板上。

如图11所示液压系统靠软管和大通径的快速接头连接成一整套液压系统，在控制主液缸的过程中，如图7所示通过液控两位三通大通径的换向阀控制主液缸10的动作，带动由天车滑轮11、定滑轮7、定轮板8、驴头25、钢丝绳6和大钩4组成的1∶3举升系统距完成起下油管柱的重任。在工作过程中，因为该修井机本身带有液压源，对于液压钳、液压转盘或井口防喷器的操作可直接从修井机的液压系统引出，不必要增设液压源。

本发明可以实现自移位功能，如图12对于海上采油平台邻近井的作业，完成一口井的作业后，不必要将组装好的设备拆分成部件，先拆掉井口处的防喷装置，然后上层甲板平台14上放一个简易的龙门架26，通过井口的变向滑轮27将修井机的大钩挂到龙门架26的横梁上，操控操作室23内的阀件就可以将整套的修井机吊起，再利采油平台上的吊机或倒链就可以使整套的修井机整体移位。

如图1、11所示液压管线连接过程：机泵组13安装在上层甲板平台14上，油箱在上，油泵在下，泵排出的高压油通过大通径的液压软管连接氮气包2和蓄能缸3组成的蓄能系统和与主液缸10的大通径两位三通换向阀，从高压管线上引出小通径的高压软管接到操作室23的多路换向阀上作为主液缸的先导部分，控制主液缸10，从而完成修井机起下油管的功能，通过操作室23内的阀件可以操控刹车阀的开启和关闭，从而控制主液缸10在任意位置刹车；当下油管柱时，可开启刹车阀28，靠油管柱自身的重量实现下放，不消耗能量(此节能一)，在起下单根或空载的状态下，如图1、8所示机泵组13输出的高压油压缩蓄能缸3中的活塞来完成对氮气包2中氮气的压缩，完成蓄能(此节能二)，当系统需要大量的高压油时，压缩的氮气包2就可通过蓄能缸3来提供大量的高压油，快速的完成动作。

井控装置、液压钳或液压转盘均可以从高压管线上引出高压油完成各个元件的功能。

主液缸分为四腔，如图6所示分别为A、B、C、D四腔，通过大通径两位三通换向阀30控制各个油腔的进高压油或者接低压油，力档分为五个档位，当A、C、D三腔都接通高压油时，B腔接低压油时，此时提升力最小，但速度最快，为一档；当A、C两腔都接通高压油，B腔和D腔接低压油时，为二档；当A、D两腔都接通高压油，B腔和C腔接低压油时，为三档；当A腔接通高压油，B、C、D三腔接低压油时，为四档；当A腔和B腔接通高压油，C、D两腔接低压油时，为五档，此时提升力最大，速度最小。

安装过程的叙述：

①安装井控装置，包括液动半封19、万能防喷器21和液动安全卡瓦22(如图13)；②将海洋平台液压蓄能修井机各部件用吊机吊在平台之上；③依次安装作业平台1、机架12、蓄能缸3、氮气包2、操作室23、机泵组13、操作室23等，④安装主液缸10与1∶3的滑轮增距，安装主液缸10，然后用高压软管将主液缸的各个进出油口连接好，如图13所示然后安装天车滑轮11，驴头25，定轮7，穿钢丝绳6、大钩4，为防止在安装过程中钢丝绳6由于摩擦导致钢丝绳6溃断，将钢丝绳6绕过小滑轮9使钢丝绳6及大钩4自由垂下，主液缸10与1∶3的滑轮增距安装完毕后，用海上采油平台上的吊机将主液缸10缓慢竖起，主液缸10将沿着主液缸旋转轴5旋转，从而使主液缸从水平状态扶正到垂直状态(工作状态)，锁紧主液缸(如图19)；⑤将各个部件用高压或低压软管连接成一个有机的整体，即成海洋平台液压蓄能修井机，⑥安装就位后，即可作业。

Claims (6)

1.一种模块组装式海上平台液压蓄能修井机，由作业平台、机架、动力模块、蓄能模块、控制模块和举升模块组成，其特征在于作业平台设为矩形，中心部设有液压转盘，转盘下部平台上焊有一根立管、立管下端与井口大四通连接，在作业平台的一侧面安装有动力模块、控制模块和蓄能模块，在另一侧面上安装有上为三角架下为矩形架的机架，三角架设为对称的两个，对称焊在矩形架前后上支撑上，在矩形架上左支撑中部设有转轴架，转轴架上安装有驴头、大钩、天车滑轮、定滑轮、钢丝绳、主液缸、刹车阀和液压快速接头组成的举升模块，主液缸下端设有转轴，转轴安装在转轴架上，主液缸上端安装驴头，驴头的前端两侧对称安装有两个天车滑轮，在三角架内中间安装有两个定滑轮，与天车滑轮上下对应，天车滑轮和定滑轮通过钢丝绳与大钩连接；作业平台的四个角上设有辅助螺旋千斤顶，顶在海上平台的上层甲板上。

2.根据权利要求1所述的模块组装式海上平台液压蓄能修井机，其特征在于动力模块由油箱，两台机泵和快速接头及液压阀组成，两台机泵并联安装在油箱架底面。

3.根据权利要求1所述的模块组装式海上平台液压蓄能修井机，其特征在于控制模块由操作室，在操作室内设置的大通径两位三通换向阀，与大通径两位三通换向阀匹配的先导阀，刹车阀和快速接头组成，大通径两位三通换向阀设置4个，相互间并连，先导阀设置4个，相互之间并联，与大通径的两位三通换向阀之间并联；刹车阀设置在主液缸的A腔的进出油管路上，通过一个先导阀与高压管和低压管路连接。

4.根据权利要求1所述的模块组装式海上平台液压蓄能修井机，其特征在于蓄能模块由氮气包、蓄能缸和快速接头组成，蓄能缸设为圆柱形，蓄能缸内设有无杆活塞，蓄能缸垂直安装在作业平台上，也可水平安装在作业平台上；氮气包设在蓄能缸一侧，与蓄能缸上端通过快速接头连接，蓄能缸下端通过快速接头与机泵出口管路连接。

5.根据权利要求1所述的模块组装式海上平台液压蓄能修井机，其特征在于主液缸设为复合式主液缸，由A缸、B缸、C缸和D缸相套组成，所形成的A、B、C、D腔分别通过大通径两位三通换向阀和先导阀控制与高低压液压管路接通，力挡分为五个挡位控制，A、C、D三腔都接通高压油时，B腔接通低压油时为一档；A、C两腔都接通高压油时，B腔和D腔接通低压时为二档；A、D两腔都接通高压油时B、C两腔接通低压油时，为三档；A腔接通高压油，B、C、D三腔接通低压油时为四档；A腔和B腔接通高压油，C、D两腔接通低油时为五档。

6.根据权利要求1所述的模块组装式海上平台液压蓄能修井机，其特征在于液压转盘的液压管路由可调节流阀，先导阀快速接头和液压管组成，液压转盘的进口和出口通过先导阀与机泵的出口管和油箱的回流管相连，在液压转盘出口与先导阀之间设有一个可调节流阀。

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