CN101936141A - 油田钻管输送设备 - Google Patents

Abstract

一种石油钻管输送设备，由托架、举升机构、电气系统、进出管机构、踢管机构及管架组成，并以所述托架为基体，四个管架对称布置在托架两侧，举升机构布置在托架纵向中心平面位置；电气控制系统设置在托架内部；进出管机构对称布置在举升机构的两侧，并固定在托架上；踢管机构前后布置在托架中心平面位置。本发明运用自动化控制、液压传动、机械传动相结合，实现了石油钻管进出管、踢管、升降、传输过程的全自动化。操作灵活性强，自动化程度高，适用于各油田钻管输送。

Description

油田钻管输送设备

技术领域

本发明涉及一种油田钻管输送设备，属于机械设备领域，其机构原理也可用于其它管件或杆件类零件的输送。

背景技术

油田钻管输送设备广泛用于北美和中东各油田，其功能是把石油钻管从管架自动输送到4米、5米、6米、7米、8米等不同高度的油田钻井平台，或将石油钻管从油田钻井平台自动送回地面。设备仅由一名操作人员操作，钻管最大质量约1700公斤，最大长度约10米。

输送设备的工作过程一般是：进管时，通过进管机构将钻管送入管槽内，然后通过举升机构将管槽未端举升到井架平台，最后通过推管小车将管子沿管槽推到井架平台上，实现管子从管架上到井架平台的输送过程；卸管时，管槽未端首先升到井架平台位置，由平台上将管子放入管槽内，然后通过举升机构将管槽降至水平位置，然后通过踢管机构将管子踢出管槽，然后踢管机构将管子踢到管架上，完成卸管过程。

设备要求的功能参数一般为：

(1).设备送管最大长度：10米；

(2).设备送管最大直径：Φ340mm

(3).设备送管最大质量：1700kg

(4).举升时间：35±2秒

(5).送管速度：0.3±0.05米/秒

(6).降落时间：35±2秒

(7).传动方式：液压传动与机械传动相结合

(8).控制方式：按钮控制

(9).适用环境：-40℃～40℃

发明内容

本发明的目的是根据上述需求，提供一种能自动将管架上的石油钻管输送至井架平台上的钻管输送设备。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

所述钻管输送设备由托架、举升机构、电气系统、进出管机构、踢管机构及管架组成，设备以所述托架为基体，四个管架对称布置在托架两侧；举升机构活动连接在托架纵向中心平面位置；电气系统设置在托架内部；进出管机构共四个，前后对称布置在举升机构的两侧，并固定在托架上；踢管机构共两个，前后布置在托架纵向中心平面位置。

所述托架采用框架式结构，托架两侧前后两端各设有一架梯子。

所述举升机构由管槽、摆臂、水平导轨和传输系统组成，其中管槽由钢板焊接加工而成，为空心矩形管状结构，管槽一端通过铰链与摆臂连接，另一端装有两个水平滑轮；摆臂为两个支臂组成的框架式结构，一端通过铰链与托架活动连接，水平导轨固定连接在托架中心相应位置，管槽上的水平滑轮装在水平导轨中，使其能在水平方向自由滑动；所述传输系统由液压马达、主动链轮、从动链轮、主传动链、两条从传动链、导向链轮、主动张紧轮、两个从动张紧轮、链条托板、大导向链轮和推管小车构成，各件依次相连后固定在举升机构的管槽内。

所述电气系统由宽温型PLC可编程程序控制器、AC/DC集成稳压电源模块、接触器、按钮开关、指示灯、行程开关、存贮器和系统控制程序软件电连接组成，安装于托架内。

所述进出管机构由进管油缸、出管油缸和杠杆组成，进管油缸和出管油缸上端通过销轴与杠杆联接，下端固定在托架上，杠杆设置在各管架靠举升机构内侧。

所述踢管机构由2个往复直线运动和1个回转运动复合而成的平面运动机构及其踢管油缸组成，踢管油缸输出端与其运动机构相连，输入端固定于托架内。

本发明的优点是：

采用机、电、液一体化设计方式，运用自动化控制、液压传动、机械传动相结合，实现进出管、踢管、升降、传输过程的全自动化。操作灵活性强，自动化程度高，不需要操作人员在工作区里执行任何操作，操作人员的安全得到了可靠的保证。具有较好的稳定性、可操作性。

附图说明

图1是本发明所述油田钻管输送设备结构立体图；

图中：1-托架、2-举升机构、4-电气系统、5-进出管机构、6-踢管机构、7-管架。

图2是本发明的结构主视图；

图3是图2的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明：

如图所示，本发明所述石油钻管输送设备由托架1、举升机构2、电气系统4、进出管机构5、踢管机构6及管架7组成，整个机构以所述托架1为基体，两侧对称布置4个管架7，其中每一侧的两个管架为一组；举升机构2布置在托架1纵向中心平面位置；电气部分布置在托架内部；进出管机构布置在举升机构的两侧，并固定在托架上，前后各两个，每一侧的一组成对使用；踢管机构6设有两个，前后布置在托架纵向中心，踢管机构的油缸垂直安装于托架内部，两缸动作同步。

所述托架采用框架式结构，托架前后两端设有2架梯子，以方便操作人员上下，它是其余各机构的安装、承载基体，合理、巧妙地利用了托架内部的立体空间，结构非常紧凑。可使整个设备工作时具有较好的稳定性、可操作性。

所述举升机构由管槽、摆臂、水平导轨、传输系统组成，.其中管槽主要由6mm～10mm的钢板焊接加工而成，为空心矩形管状结构。在长度方向分两段焊接加工后，采用螺栓连接，调整达要求后，焊接成一体。管槽一端通过铰链与摆臂连接，另一端装有两个水平滑轮，可在水平导轨中沿水平方向往复运动。在举升机构运动过程中主要承载长度为2～10米，最大质量为3800磅的石油钻管，通过举升缸的驱动及摆臂的旋转运动，外端可上升至不同的油井平台高度。管槽长度设计10～15米，以保证不同长度石油钻管的存放、可靠滑动。

摆臂主要由8mm～12mm的钢板焊接加工而成，框架式结构，两侧面各一个支臂，由钢板焊接成矩形结构，中间用型钢加强。在举升机构中起连杆作用，两端通过铰链连接，在举升油缸作用下带动摆臂向上运动，使管槽能升到所需的石油钻井平台高度。其特征在于重量轻、承受负荷大，可达65～90吨。

水平导轨通过螺栓连接固定在托架上，水平导轨的两侧以槽钢为导轨，管槽上的水平滑轮装在槽钢中，能在水平方向自由滑动，从而实现管槽在举升油缸作用下通过摆臂的旋转运动自由升降。

传输系统主要由液压马达、主动链轮、从动链轮、主传动链、两条从传动链、导向链轮、主动张紧轮、两个从动张紧轮、链条托板、大导向链轮、推管小车构成，依次连接后安装在管槽内。该结构传动同步，不打滑；传动可靠，安全；运行时推管小车两组共8个轮子紧贴管槽型面，无翻转、无侧向位移，运行平稳；链条托板加装了耐磨聚四氟乙烯板，噪音小；传输行程大，可传送8～10米的直线距离；承受负荷大，能可靠、平稳传送3800磅的钻管；光电检测，PLC控制，推管小车能精确定位。

举升机构的特点：举升高度范围大，为13英尺～33英尺高；适用范围广，可用于13英尺、16英尺、20英尺、23英尺、27英尺、30英尺高的石油钻井平台；升降平稳、可靠、安全；负荷运行，稳定性好；结构简单，类似四连杆机构原理。

进出管机构主要由杠杆、销、铰链支座组成，输送设备共设有四个进出管机构，每侧各2个。进管时，进管油缸推动杠杆向上运动，杠杆形成斜度，钻管沿着斜度平稳滚到管槽中。出管时，出管油缸推动杠杆向上运动，杠杆形成斜度，把踢管机构踢到杠杆上的钻管沿着斜度平稳滚到设备一侧的管架上。

液压机构包括液压马达、进管油缸、出管油缸和踢管油缸，液压马达与举升机构的传输系统相连，进管油缸和出管油缸上端与进出管机构的杠杆相连，下端连接在托架上，踢管油缸与踢管机构对应相连。

踢管机构是由2个往复直线运动和1个回转运动复合而成的平面运动机构和踢管油缸组成，平面运动机构包括导轨、弹簧、楔块、开口销、垫圈、销轴、底板、顶板、回转块、顶头、柱塞、滑块等。踢管时，回转块先要完成对钻管的推举，然后自然形成一个让管件向外平缓滚动的斜面，动作连续，过渡平稳。

踢管机构复位时，油缸柱塞能拉动机构顺利回到初始位置，回转块能随机构平稳、安全复位。机构复位后，油缸柱塞能顺利脱离机构并远离管槽，使管槽的空间运动不受干涉。回转块与顶板在非工作状态时，其作用为填充管槽方孔，使钻管在管槽内纵向输送时不受方孔干涉而顺利通过。

管架由悬架、管架本体、斜拉伸、支承装置构成，用于存放钻管。管架通过销轴与托架连接，可旋转90°，通过调节支承装置高度，可实现管架向外倾斜或向内倾斜，以满足设备工况的调整。设备运输时，四个管架收起，紧贴托架两侧；工作时，四个管架展开与托架长度方向成90°，用斜拉伸支承固定，保证设备工作平稳。

上述各组件中的液压装置通过液压管路连接组成液压系统，为举升机构、进出管机构、踢管机构、传输系统提供动力，以满足不同的功能要求，能实现大负荷推动；速度可调；传输系统通过液压马达驱动，运动平稳；能在-40℃～40℃的环境条件下正常工作。

本发明实施例石油钻管输送设备电气系统由Siemens公司的S7-200宽温型PLC可编程程序控制器、AC/DC集成稳压电源模块、接触器、按钮开关、指示灯、行程开关和系统控制程序软件等组成。采用PLC程序控制设备工作的连续动作，通过行程开关、接近开关、光电开关检测各机构的运动位置，并精确定位。采用手动控制方式执行设备工作的单步动作。

本发明的工作原理为：

进管工作原理

钻管存放在管架上，沿管架滚向托架主体，与托架接触后，进管机构油缸伸长，油缸推动进出管机构的杠杆向上托起钻管，钻管沿杠杆滚到管槽内，同时进管油缸回到原始状态准备，进管过程完成。

升管工作原理

钻管滚入管槽后推管小车启动，向钻管方向推进，与钻管接触后推管小车停止前进，此时举升油缸启动，摆臂带动管槽和钻管一起向上运动，直到管槽未端到达最高点接近油井平台后，油缸停止动作，此时推管小车启动，沿管槽向上推动钻管，直到钻管伸出管槽未端约1米左右小车停止。整个升管过程完成。

进管和升管过程完成了钻管从管架到井架平台的自动运输。

降管工作原理

降管过程是升管过程的逆过程，即由井架平台上把钻管放入管槽内，推管小车带动钻管向下移动，待钻管完全进入管槽后，举升油缸开始起动，摆臂带动管槽和钻管一起向下运动直到水平位置，然后推管小车脱离钻管，回到起点位置。

踢管工作原理

管槽和钻管下降到水平位置后由踢管机构将钻管从管槽内踢出到达托架平台上。踢管机构的工作过程是：

踢管油缸进油，油缸活塞向上运动，活塞顶头进入管槽并靠近其中的顶板推动钻管移动，使钻管沿踢管机构运动斜面向外滚出，滚到托架平台上。

出管工作原理

经过踢管机构将钻管踢到托架平台上，启动进出管机构，出管油缸活塞向上运动，带动杠杆推动钻管向管架方向运动，最后沿管架滚动到管架极限位置后停止，完成出管过程。

降管、踢管和出管过程完成了从井架平台到存放管架上的自动输送。

Claims (6)

1.一种石油钻管输送设备，其特征在于：所述钻管输送设备由托架(1)、举升机构(2)、电气系统(4)、进出管机构(5)、踢管机构(6)及管架(7)组成，设备以所述托架(1)为基体，四个管架(7)对称布置在托架(1)两侧；举升机构(2)活动连接在托架(1)纵向中心平面位置；电气系统4设置在托架1内部；进出管机构(5)共四个，前后对称布置在举升机构(2)的两侧，并固定在托架(1)上；踢管机构共两个，前后布置在托架(1)纵向中心平面位置。

2.如权利要机求1所述的石油钻管输送设备，其特征在于：所述托架(1)采用框架式结构，托架两侧前后两端各设有一架梯子。

3.如权利要求1所述的石油钻管输送设备，其特征在于：所述举升机构(2)由管槽、摆臂、水平导轨和传输系统组成，其中管槽由钢板焊接加工而成，为空心矩形管状结构，管槽一端通过铰链与摆臂连接，另一端装有两个水平滑轮；摆臂为两个支臂组成的框架式结构，一端通过铰链与托架(1)活动连接，水平导轨固定连接在托架中心相应位置，管槽上的水平滑轮装在水平导轨中，使其能在水平方向自由滑动；所述传输系统由液压马达、主动链轮、从动链轮、主传动链、两条从传动链、导向链轮、主动张紧轮、两个从动张紧轮、链条托板、大导向链轮和推管小车构成，各件依次相连后固定在管槽内。

4.如权利要求1所述的石油钻管输送设备，其特征在于：所述电气系统由宽温型PLC可编程程序控制器、AC/DC集成稳压电源模块、接触器、按钮开关、指示灯、行程开关、存贮器和系统控制程序软件电连接组成，安装于托架内。

5.如权利要求1所述的石油钻管输送设备，其特征在于：所述进出管机构(5)是由进管油缸、出管油缸和杠杆组成的液压控制机构，进管油缸和出管油缸上端通过销轴与杠杆联接，下端固定在托架上，杠杆设置在各管架靠举升机构内侧。

6.如权利要求1所述的石油钻管输送设备，其特征在于：所述踢管机构由2个往复直线运动和(1)个回转运动复合而成的平面运动机构及其踢管油缸组成，踢管油缸一端与所述运动机构相连，另一端固定在托架内。

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