CN102661128A - 钻杆自动放置和取出装置 - Google Patents

Abstract

一种钻杆自动放置和取出装置，包括上放取装置、下放取装置，上放取装置安装在二层平台的底部，下放取装置固定在井架的下部，排列架安装在井架上，先由下放取装置抓取钻杆的下部从井口中移动到下层平台的指定位置进行排列，再由上放取装置上的抓取装置抓取钻杆的上部移动到排列架上进行排列，可将起出的钻杆自动排列在排列架上，下钻杆时，可将排列架上的钻杆自动取出移动到井口，只需人工操作设备，不需在人工与钻杆接触操作，减少了工人的劳动强度，不需要工人在危险环境中工作，不会发生人身伤害事故，能安全生产，起下钻杆实现了机械化作业，自动化程度高，工作效率高，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

钻杆自动放置和取出装置

技术领域

本发明是油田钻修井作业现场用的设备，是起下钻杆时用的装置，特别是一种是钻杆自动放置和取出装置。 

背景技术

在油田钻井过程中，要进行起下钻杆及工作，就是把钻杆从井内提出来后将钻杆分段移至到排列架，下入钻杆时将钻杆从排列架移动到井口。目前的做法是：钻机通过吊卡将钻杆从井内提出后，从连接箍部位分段卸开(一般以两根钻杆的长度为一段)，由人工将卸开的钻杆下部先推移到排列架的排列位置处定位，钻机不再吊置钻杆，由井架二层平台上的工人将上一端推拽到上部的排列架内进行固定。这种施工方法在下层平台通常是二到三人进行操作，而且在二层平台施工属高空作业，下层施工处在吊装设备的下部，操作工人均处在非常危险的环境中，而且劳动强度很大，作业效率低。近些年来，在该领域也出现了过一些类似的机械手或机械臂等机械设备，但受国内钻井平台和制造业水平的限制，都没有得到很好的应用。而虽然其它行业有成熟的机械手臂，但它们的承载能力低，不能满足油田钻井行业的要求。中国专利申请：200520125802.1井架二层平台使用的动力机械臂；200620144624.8钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置；2009201000775.6钻井井架二层平台钻杆自动排放装置，都是以需要整体移动钻杆或单独解决二层平台上的自动排放为目标，不能同时在下层平台和二层平台进行机械化排列钻杆。 

发明内容

本发明的目的是提供一种钻杆自动放置和取出装置，将起出的钻杆自动排列在排列架上，下钻杆时，将排列架上的钻杆自动取出移动到进口，减少工人劳动强度，使工人不在危险环境中工作，实现机械化作业，提高工作效率。 

本发明的目的是这样实现的：包括上放取装置、下放取装置，上放取装置安装在二层平台的底部，下放取装置固定在井架的下部，排列架安装在井架上，先由下放取装置抓取钻杆的下部从井口中移动到下层平台的指定位置进行排列，再由上放取装置上的抓取装置抓取钻杆的上部移动到排列架上进行排列，上放取装置包括轨道、齿条副、行走座、侧边轮、液压马达、中心轴总成、连接座、主液压缸、主牵引臂、副牵引臂、副液压缸、四杆机构、抓取装置，轨道固定在二层平台的底部，轨道上安装行走座，行走座上有侧边轮，侧边轮安装在轨道上，行走座上有齿条副，中心轴总成上的齿轮与齿条副啮合，液压马达安装在连接座上，连接座悬挂在中心轴上，液压马达驱动中心轴总成行走，液压马达驱动中心轴总成上的中心轴旋转，主牵引臂与连接座铰链式连接，主液压缸上端与连接座铰链式连接，主液压缸下端与主牵引臂铰链式连接，副牵引臂下端与主牵引臂铰链式连接，副牵引臂上端与抓取装置铰链式连接，四杆机构一端与抓取装置铰链式连接，另一端与主牵引臂下端铰链式连接，副液压缸上端与主牵引臂上部铰链式连接，副液压缸下端与副牵引臂下部铰链式连接，下放取装置包括固定座、旋转座、起落臂液压缸、起落臂、摆动液压缸、摆动臂、连杆机构、浮动抓取旋转轮机构、旋转液压缸，固定座安装在井架下部，旋转座安装在固定座上，旋转液压缸一端与井架铰链式连接，旋转液压缸另一端与旋转座铰链式连接，起落臂后端与旋转座铰链式连接，起落臂前端与摆动臂后端铰链式连接，摆动臂后端与浮动抓取旋转轮机构铰链式连接，起落臂液压缸上端与起落臂铰链式连接，起落臂液压缸下端与旋转座铰链式连接，摆动液压缸后端与起落臂后端铰链式连接，摆动液压缸前端与摆动臂后端后端铰链式连接，连杆机构后端与起落臂前端铰链式连接，连杆机构前端与浮动抓取旋转轮机构铰链式连接，浮动抓取旋转轮机构抓取从井口里起出的钻杆。 

浮动抓取旋转轮机构包括抓取连接座、旋转轮架、旋转轮、心轴、阻挡爪、螺丝钉、伸出轴、摆动油缸，伸出轴由螺丝钉固定在抓取连接座上，伸出轴由摆动油缸驱动，旋转轮架与伸出轴连接，旋转轮安 

装在心轴上，心轴安装在旋转轮架上，阻挡爪安装在旋转轮架上，钻杆旋转轮槽里，并被阻挡爪约束不会脱出。 

本发明的有益效果是：可将起出的钻杆自动排列在排列架上，下钻杆时，可将排列架上的钻杆自动取出移动到井口，只需人工操作设备，不需在人工与钻杆接触操作，减少了工人的劳动强度，不需要工人在危险环境中工作，不会发生人身伤害事故，能安全生产，起下钻杆实现了机械化作业，自动化程度高，工作效率高，具有显著的经济效益和社会效益。 

附图说明

图1是本发明实施例装配视图。 

图2是图1中上放取装置2的装配视图。 

图3是图1中下放取装置5的装配视图。 

图4是图3中浮动抓取旋转轮机构5-8的装配视图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。 

由图可知，包括上放取装置2、下放取装置5，上放取装置2安装在二层平台1的底部，下放取装置5固定在井架4的下部，排列架3安装在井架4上，先由下放取装置5抓取钻杆8的下部从井口7中移动到下层平台6的指定位置进行排列，再由上放取装置2上的抓取装置2-13抓取钻杆8的上部移动到排列架3上进行排列，上放取装置2包括轨道2-1、齿条副2-2、行走座2-3、侧边轮2-4、液压马达2-5、中心轴总成2-6、连接座2-7、主液压缸2-8、主牵引臂2-9、副牵引臂2-10、副液压缸2-11、四杆机构2-12、抓取装置2-13，轨道2-1固定在二层平台1的底部，轨道2-1上安装行走座2-3，行走座2-3上有侧边轮2-4，侧边轮2-4安装在轨道2-1上，行走座2-3上有齿条副2-2，中心轴总成2-6上的齿轮与齿条副2-2啮合，液压马达2-5安装在连接座2-7上，连接座2-7悬挂在中心轴总成2-6上，液压马达2-5驱动中心轴总成2-6行走(液压马达2-5旋转时带动中心轴总成2-6上的齿轮旋转，在齿条副2-2作用下使行走座2-3沿轨道2-1行走)，液压马达2-5驱动中心轴总成2-6上的中心轴旋转，主牵引臂2-9与 连接座2-7铰链式连接，主液压缸2-8上端与连接座2-7铰链式连接，主液压缸2-8下端与主牵引臂2-9铰链式连接，副牵引臂2-10下端与主牵引臂2-9铰链式连接，副牵引臂2-10上端与抓取装置2-13铰链式连接，四杆机构2-12一端与抓取装置2-13铰链式连接，另一端与主牵引臂2-9下端铰链式连接，副液压缸2-11上端与主牵引臂2-9上部铰链式连接，副液压缸2-11下端与副牵引臂2-10下部铰链式连接，下放取装置5包括固定座5-1、旋转座5-2、起落臂液压缸5-3、起落臂5-4、摆动液压缸5-5、摆动臂5-6、连杆机构5-7、浮动抓取旋转轮机构5-8、旋转液压缸5-9，固定座5-1安装在井架4下部，旋转座5-2安装在固定座5-1上，旋转液压缸5-9一端与井架4铰链式连接，旋转液压缸5-9另一端与旋转座5-2铰链式连接，起落臂5-4后端与旋转座5-2铰链式连接，起落臂5-4前端与摆动臂5-6后端铰链式连接，摆动臂5-6后端与浮动抓取旋转轮机构5-8铰链式连接，起落臂液压缸5-3上端与起落臂5-4铰链式连接，起落臂液压缸5-3下端与旋转座5-2铰链式连接，摆动液压缸5-5后端与起落臂5-4后端铰链式连接，摆动液压缸5-5前端与摆动臂5-6后端后端铰链式连接，连杆机构5-7后端与起落臂5-4前端铰链式连接，连杆机构5-7前端与浮动抓取旋转轮机构5-8铰链式连接，连杆机构5-7处于摆动臂5-6的外侧，浮动抓取旋转轮机构5-8抓取从井口7里起出的钻杆8。 

浮动抓取旋转轮机构5-8包括抓取连接座5-8-1、旋转轮架5-8-2、旋转轮5-8-3、心轴5-8-4、阻挡爪5-8-5、螺丝钉5-8-6、伸出轴5-8-7、摆动油缸5-8-8，伸出轴5-8-7由螺丝钉5-8-6固定在抓取连接座5-8-1上，伸出轴5-8-7由摆动油缸5-8-8驱动，旋转轮架5-8-2与伸出轴5-8-7连接，旋转轮5-8-3安装在心轴5-8-4上，心轴5-8-4安装在旋转轮架5-8-2上，阻挡爪5-8-5安装在旋转轮架5-8-2上，钻杆8处于旋转轮5-8-3槽里，并被阻挡爪5-8-5约束不会脱出。 

将下放取装置5的固定座(5-1)固定安装在井架4上，在固定旋转座(5-2)能旋转180度，旋转座5-2采用旋转液压缸5-9水平驱动做旋转运动。起落臂液压缸5-3使起落臂5-4旋转起落，可在没有排列作业时在起落臂液压缸5-3的推动下竖起来，以减少空间的占用。 摆动液压缸5-5可使摆动臂5-6收回或伸出，摆动臂5-6下部安装的浮动抓取旋转轮机构5-8通过连杆机构5-7调节保持水平位置。当钻杆8需要进行排列时，起落臂液压缸5-3使起落臂5-4下落后，即进入到工作状态。先利用摆动液压缸5-5向前的推进力将摆动臂5-6连同下部安装的浮动抓取旋转轮机构5-8摆动到越过井口7的位置后，旋转座5-2旋转到一定角度(根据实际状态调整)使浮动抓取旋转轮机构5-8的轮槽与钻杆8外壁相切，摆动液压缸5-5向后回缩带动摆动臂5-6连同钻杆8回摆，由于起下钻杆8的吊装机械(在用钻井设备，未画出)并没有撤离，所以回摆的作用力并不是很大。在摆动臂5-6回摆的过程中，因为摆动臂5-6是绕起落臂5-4作圆弧运动的，这时的钻杆8又被吊装机械所约束，钻杆8与浮动抓取旋转轮机构5-8之间必有一运动趋势，但钻杆8可以在浮动抓取旋转轮机构5-8上运动，浮动抓取旋转轮机构5-8能很好的抓取钻杆8。当摆动臂5-6摆回到初始位置后，启动旋转液压缸5-9使旋转座5-2将钻杆8旋转并由摆动臂5-6调整到排列位置，钻机上的吊装机械下落将钻杆8的下端放到排列点处。 

上放取装置2上的轨道2-1固定连接二层平台1的底部。行走座2-3可沿轨道2-1行走又可自身依靠液压马达2-5的动力绕中心轴2-6进行360度旋转。调整侧边轮2-4使其夹紧轨道2-1的两端面。主牵引臂2-9由主液压缸2-8驱动，副牵引臂2-10由副液压缸2-11驱动。行走座2-3在液压马达2-5的驱动下带动主牵引臂2-9沿轨道2-1行走，行走座2-3轨道2-1上行走是由齿条副2-2带动的(液压马达2-5旋转时带动中心轴总成2-6上的齿轮旋转，在齿条副2-2作用下使行走座2-3沿轨道2-1行走)。在副牵引臂2-10上安装的抓取装置2-13通过四杆机构2-12保持在任意位置处抓取口都能够处于水平状态。当下放取装置5完成排列工作恢复到初始位置后，上放取装置2将沿着轨道2-1行走到二层平台1的工作端，并将主牵引臂2-9连同抓取装置2-13旋转到钻杆8的方向，主牵引臂2-9在主液压缸2-8的驱动下向钻杆8的方向伸出并带动副牵引臂2-10及抓取装置2-13运动，当抓取装置2-13接触到钻杆8后执行抓取，这时吊装机械可完全脱离 钻杆8，上放取装置2取代了吊装机械的动力。由于钻杆8的下一端已经与下层平台6接触了，上放取装置2只是受到扶正钻杆8的力，旋转座5-2连同钻杆8旋转90度，将钻杆8转到排列架3的方向，行走座2-3沿轨道2-1行走到指定排列位置，主牵引臂2-9、副牵引臂2-10在主液压缸2-8、副液压缸2-11的驱动下同时伸出，将钻杆8放置到排列架3内，松开抓取装置2-13，回缩主液压缸2-8、副液压缸2-11，主牵引臂2-9、副牵引臂2-10回到初始位置，完成钻杆8在二层平台1上的排列作业。从而完成钻杆8的全部自动排列作业。 

将排列好的钻杆8下入井口7的作业与将钻杆8从井口7处排列到排列架3内的作业相反。 

本发明也可用于套管的下入和自动排列作业。 

Claims (2)

1.一种钻杆自动放置和取出装置，其特征是：包括上放取装置(2)、下放取装置(5)，上放取装置(2)安装在二层平台(1)的底部，下放取装置(5)固定在井架(4)的下部，排列架(3)安装在井架(4)上，先由下放取装置(5)抓取钻杆(8)的下部从井口(7)中移动到下层平台(6)的指定位置进行排列，再由上放取装置(2)上的抓取装置(2-13)抓取钻杆(8)的上部移动到排列架(3)上进行排列，上放取装置(2)包括轨道(2-1)、齿条副(2-2)、行走座(2-3)、侧边轮(2-4)、液压马达(2-5)、中心轴总成(2-6)、连接座(2-7)、主液压缸(2-8)、主牵引臂(2-9)、副牵引臂(2-10)、副液压缸(2-11)、四杆机构(2-12)、抓取装置(2-13)，轨道(2-1)固定在二层平台(1)的底部，轨道(2-1)上安装行走座(2-3)，行走座(2-3)上有侧边轮(2-4)，侧边轮(2-4)安装在轨道(2-1)上，行走座(2-3)上有齿条副(2-2)，中心轴总成(2-6)上的齿轮与齿条副(2-2)啮合，液压马达(2-5)安装在连接座(2-7)上，连接座(2-7)悬挂在中心轴总成(2-6)上，液压马达(2-5)驱动中心轴总成(2-6)行走，液压马达(2-5)驱动中心轴总成(2-6)上的中心轴旋转，主牵引臂(2-9)与连接座(2-7)铰链式连接，主液压缸(2-8)上端与连接座(2-7)铰链式连接，主液压缸(2-8)下端与主牵引臂(2-9)铰链式连接，副牵引臂(2-10)下端与主牵引臂(2-9)铰链式连接，副牵引臂(2-10)上端与抓取装置(2-13)铰链式连接，四杆机构(2-12)一端与抓取装置(2-13)铰链式连接，另一端与主牵引臂(2-9)下端铰链式连接，副液压缸(2-11)上端与主牵引臂(2-9)上部铰链式连接，副液压缸(2-11)下端与副牵引臂(2-10)下部铰链式连接，下放取装置(5)包括固定座(5-1)、旋转座(5-2)、起落臂液压缸(5-3)、起落臂(5-4)、摆动液压缸(5-5)、摆动臂(5-6)、连杆机构(5-7)、浮动抓取旋转轮机构(5-8)、旋转液压缸(5-9)，固定座(5-1)安装在井架(4)下部，旋转座(5-2)安装在固定座(5-1)上，旋转液压缸(5-9)一端与井架(4)铰链式连接，旋转液压缸(5-9)另一端与旋转座(5-2)铰链式连接，起落臂(5-4)后端与旋转座(5-2)铰链式连接，起落臂(5-4)前端与摆动臂(5-6)后端铰链式连接，摆动臂(5-6)后端与浮动抓取旋转轮机构(5-8)铰链式连接，起落臂液压缸(5-3)上端与起落臂(5-4)铰链式连接，起落臂液压缸(5-3)下端与旋转座(5-2)铰链式连接，摆动液压缸(5-5)后端与起落臂(5-4)后端铰链式连接，摆动液压缸(5-5)前端与摆动臂(5-6)后端后端铰链式连接，连杆机构(5-7)后端与起落臂(5-4)前端铰链式连接，连杆机构(5-7)前端与浮动抓取旋转轮机构(5-8)铰链式连接，浮动抓取旋转轮机构(5-8)抓取从井口(7)里起出的钻杆(8)。

2.根据权利要求1所述的钻杆自动放置和取出装置，其特征是：浮动抓取旋转轮机构(5-8)包括抓取连接座(5-8-1)、旋转轮架(5-8-2)、旋转轮(5-8-3)、心轴(5-8-4)、阻挡爪(5-8-5)、螺丝钉(5-8-6)、伸出轴(5-8-7)、摆动油缸(5-8-8)，伸出轴(5-8-7)由螺丝钉(5-8-6)固定在抓取连接座(5-8-1)上，伸出轴(5-8-7)由摆动油缸(5-8-8)驱动，旋转轮架(5-8-2)与伸出轴(5-8-7)连接，旋转轮(5-8-3)安装在心轴(5-8-4)上，心轴(5-8-4)安装在旋转轮架(5-8-2)上，阻挡爪(5-8-5)安装在旋转轮架(5-8-2)上，钻杆(8)处于旋转轮(5-8-3)槽里，并被阻挡爪(5-8-5)约束不会脱出。

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