CN104763357A - 一种自动化钻具移运装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动化钻具移运装置，其包括底座、排放钻具的支腿、进料机构、坡道、钻具移运组件和钻具提升组件，所述进料机构铰接在排放钻具的支腿上，所述排放钻具的支腿铰接在底座两侧，其特征在于：所述钻具移运组件安装底座上，且所述钻具移运组件可相对于所述坡道运动，用以实现钻具在坡道的高位与低位之间的运输；所述钻具提升组件用以驱动钻具移运组件相对于坡道进行高位与低位之间的运动。本发明的自动化钻具移运装置，整体结构体积小、方便整体运输，能够适应不同高度的钻台面，可以直接将钻杆送至井口附近，提高了送钻工作的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于石油钻探开发技术领域，尤其涉及一种自动化钻具移运装置。
背景技术
目前，国内外石油钻探设备自动化程度较低，陆地石油钻机普遍采用常规配套的坡道与猫道组合，靠钻台面的小绞车与猫道前端的小绞车相配合，将位于地面排管架上的钻具提升到钻台面上，下放钻具时，靠钻具自重与坡道的斜面将钻具下放到猫道上，再将钻具滚入侧面的排管架上，该操作方式效率低，安全性差。
近年来，石油钻机上将钻具运送至钻台面的自动化设备有多种方式，比较常见且自动化程度较高的机械化运送钻具用动力猫道是钢丝绳起升方式动力猫道和四连杆机构的动力猫道。
钢丝绳起升式动力猫道是利用支腿与进料机构将钻具送入V型送钻装置，起升绞车安装在坡道后部，绞车缠绳时拉动V型送钻具装置，将钻具到钻台面。这种自动化送钻装置的主要缺点是：1、由于V型送钻装置由绞车拉动，绞车存在乱绳风险。2、结构之间存在撞击和振动。3、只能适应一种高度钻台面高度。
不使用坡道而采用油缸顶升平行四连杆机构的动力猫道，虽然避免了结构之间的撞击和振动，但其仅能适用于较低钻台面的钻机。并且，其送钻装置无法伸到井口附近，下放钻杆时需人工将钻具推至送钻装置上，钻具移运的效率低、安全性能差。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种无冲击振动、钻具轨迹定位准确、装置自动化程度高，可以直接将钻具送至井口附件，同时还能够适应不同高度钻台面的自动化钻具移运装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种自动化钻具移运装置，包括底座、排放钻具的支腿、进料机构、坡道、钻具移运组件和钻具提升组件，所述进料机构铰接在排放钻具的支腿上，所述排放钻具的支腿铰接在底座两侧，其特征在于：所述钻具移运组件安装底座上，且所述钻具移运组件可相对于所述坡道运动，用以实现钻具在坡道的高位与低位之间的运输；所述钻具提升组件用以驱动钻具移运组件相对于坡道进行高位与低位之间的运动。
所述钻具移运组件包括支撑架、移动支架、提升臂和滑靴；所述提升臂一端与支撑架铰接，另一端铰接有滑车，且所述滑车可沿底座长度方向运动；所述支撑架的两端均设有支撑架滚轮，其中一端的支撑架滚轮可沿底座长度方向运动，另一端的支撑架滚轮可沿坡道上下运动；所述移动支架可相对于支撑架在支撑架的长度方向上运动，且所述移动支架内设置有可容纳钻具的V型槽；所述滑靴位于移动支架的V型槽内，且该滑靴可在V型槽的长度方向上带动钻具移动。
由于支撑架前端滚轮始终未脱离坡道滑道、移动支架往前移动，未直接与钻台面接触，很好的解决了常规钢丝绳拉升式动力猫道V型送钻具装置与脱离坡道时产生的冲击振动。
当提升臂不能再延伸时，由于移动支架可以继续往钻台面上伸出，可以直接将钻具送至井口附近，提高了送钻工作的工作效率。
在一些特殊情况下，即使移动支架无法使得钻具送至井口附近，设置的滑靴也可以继续带动钻具移向井口。
所述移动支架上还设有翻料机构，该翻料机构呈V型，其中一端与移动支架铰接，另一端为自由端；该翻料机构铰接有翻料油缸，在翻料油缸的作用下，所述翻料机构可将钻具翻出移动支架。翻料机构实现了钻具的自动翻料，无需人工卸钻具，降低了劳动强度。
所述移动支架上还设有挡料机构，该挡料机构包括安装在移动支架上的安装座、安装在安装座上的挡料机构油缸和挡料机构挡杆，所述挡料机构挡杆中部与安装座铰接，挡料机构挡杆的一端与挡料机构油缸的活塞端铰接，挡料机构挡杆的另一端为自由端；所述挡料机构挡杆的自由端可绕挡料结构挡杆与安装座的铰接处转动，以实现挡料机构挡杆的自由端位于移动支架上表面的上方或者下方。当钻具进料和运输过程中，挡料机构的自由端位于移动支架表面上方，其能够防止钻具进料和运输过程中滚出移动支架，增加本装置的安全系数。
所述钻具提升组件为两组，该两组钻具提升组件分别设置在坡道两侧；其中每组钻具提升组件包括拉伸油缸、滑轮组件和钢丝绳；所述拉伸油缸的缸体端固定在坡道上，拉伸油缸的活塞端与钢丝绳的一端相连，钢丝绳的另一端穿绕滑轮组件后与移运组件连接。采用拉伸油缸和滑轮组件与钢丝绳配合的驱动方式，能够减小钻具移运组件运动过程中的振动，实现钻具轨迹定位准确。
所述滑轮组件包括一个动滑轮和一个定滑轮，且所述动滑轮和定滑轮的轴线相互垂直。通过动定滑轮组合，可以有效节约空间，使本装置的整体体积小。
所述提升臂为在长度方向上可调节长度的伸缩臂。可伸缩式的提升臂可以让本装置适应不同高度钻台面的钻具移运，尤其适合较低钻台面钻具的移运。
所述底座设置有容纳钻具移运组件的空腔。当需要运输本装置时，可将钻具移运组件容纳在该底座的空腔内，方便运输。同时，当钻具移运组件在低位时，也方便钻具的进料。
综上所述，本发明的自动化钻具移运装置，具有以下优点：
1、本发明的自动化钻具移运装置，由于移动支架可以继续往钻台面上伸出，可以直接将钻杆送至井口附近，提高了送钻工作的工作效率。
2、本发明的自动化钻具移运装置，由于支撑架前端滚轮始终未脱离坡道滑道、移动支架往前移动，未直接与钻台面接触，很好的解决了常规钢丝绳拉升式动力猫道V型送钻具装置与脱离坡道时产生的冲击振动。
3、本发明的自动化钻具移运装置，坡道与底座，支腿与底座均相互铰接，方便动力猫道的收纳、储存和运输，大大降低了自动化钻具移运装置的安装、运输要求。
4、本发明的自动化钻具移运装置，钻具进料时，支腿、进料机构和钻具移运组件连接为一体，钻具进料过程不存在碰撞死点，钻具轨迹定位准确，装置自动化程度高、工作效率高。
5、本发明的自动化钻具移运装置，底座上滑车限位装置位置可进行调节，提升臂自身长度可调节，配合坡道安装角度调节，可实现不同高度钻台面的送钻特别地，特别地，这种结构可应用于低钻台面与高钻台面的送钻。
6、本发明的自动化钻具移运装置，即使自动送钻功能失效，该装置仍然可当作普通钻杆猫道使用。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：
图1为本发明钻具移送装置的初始位置的结构主视示意图；
图2为本发明钻具移送装置的初始位置时的立体结构示意图；
图3为图1视图中Ⅰ的放大示意图；
图4为本发明钻具移送装置中挡料机构初始位置时的结构示意图；
图5为本发明钻具移送装置中挡料机构工作时的结构示意图；
图6为本发明钻具移送装置中钻具进料时的立体结构示意图；
图7为本发明钻具移送装置中滑靴工作时的结构示意图；
图8为本发明钻具移送装置中钻具移运组件的结构主视示意图；
图9为图8的俯视示意图；
图10为图8中A-A向剖示示意图；
图11为本发明钻具移送装置中移动支架的翻料机构的示意图；
图12为图9中B-B剖切示意图；
图13为本发明钻具移送装置将钻具送到钻台面的过程示意图；
图14为本发明钻具移送装置工作过程中的轴向示意图；
图15为本发明钻具移送装置收拢后储存时或者运输时的状态示意图。
图中标记：1-坡道，2-底座，3-液压站，4-支腿，5-钻具移运组件，6-挡料机构，601-挡杆，602-安装座，603-挡料机构油缸，7-滑靴，8-进料机构，9-挡杆，10-主油缸，11-滚杠，12-滑轮组件，13-滑轮组件，14-滑车，15-提升臂，16-滚轮，17-支撑架，1701-滚轮，18-移动支架，1801-滑道，19-折臂，20-钢丝绳固定端一，21-钢丝绳固定端二，22-滑靴油缸，23-移动支架油缸，24-折臂油缸，25-翻料机构，26-支撑架滚轮，27-滑车滚轮，28-限位装置，29-坡道起升油缸，2901-坡道起升油缸连接端，2902-坡道起升油缸与底座铰接处，30-耳座，31-滑道，32-钻具，33-铰接处一，34-坡道滑道，35-轨道，36-钢丝绳固定端三，37-钢丝绳固定端四，38-钢丝绳一，39-钢丝绳二，40-钻具位置调节装置，41-铰接处二，42-铰接处三，43-铰接处四，44-铰接处五，45-钻具，46-铰接处六，47-铰接处七，48-导轮，49-铰接处八。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
本实施例1中定义前端为朝着钻台方向的一端，反之则称为后端。定义底座长度方向的中心线为底座对称中心。定义内侧为靠近底座的一端，反之为外侧。
如图1、图2、图13所示，本发明的自动化钻具移运装置包括坡道1、底座2、液压站3、支腿4、钻具移运组件5，其具体连接结构如下：
如图1，坡道1的前端安装在钻台面上，坡道1的后端与底座2的前端在铰接处一33铰接。如图2、图3所示，坡道上安装有坡道滑道34，坡道滑道34沿坡道1长度方向延伸；坡道1的前端设有滚杠11，滚杠11可在坡道1的前端进行位置调整；坡道1的顶部设有滑轮组件12，其旋转中心轴线方向平行于n向；坡道1的两侧设有主油缸10，其缸筒端铰接在坡道1的两侧上，其缸杆端部安装有滑轮组件13，滑轮组件13其旋转中心轴线垂直于n向、m向；坡道1的顶部还设有钢丝绳固定端三36，钢丝绳固定端四37,分别用于固定钢丝绳一38、钢丝绳二39的一端。
如图2、图14所示，底座2安装在水平方向，底座2上设有轨道35，轨道35沿底座2长度方向延伸；如图8、图9所示，支撑架17上设有滚轮16，滚轮16安装在轨道35上；如图8、图13所示，滚轮16可沿着轨道35移动；如图14所示，底座2上设有滑道31，滑道31沿底座2长度方向延伸。如图8、图9、图14所示，滑车14上设有滑车滚轮27，滑车滚轮27安装在滑道31上，滑车14通过滑车滚轮27沿滑道31移动，滑车滚轮27卡入滑道31中，滑车14在移动过程中平稳、安全。如图14所示，滑道31前端设有限位装置28，限位装置28通过螺栓连接固定在滑道31上，限位装置28可以安装在滑道31上不同位置，实现滑车14不同行程调节；如图14所示，底座2上设有坡道起升油缸29，坡道起升油缸29与坡道1在坡道起升油缸与底座铰接处2902铰接，坡道起升油缸29用于坡道1的起升与下放，图14示油缸位置为本发明工作状态时的位置，当坡道1需下放时，将坡道起升油缸29缸杆部分伸出，坡道起升油缸连接端2901与坡道1上的耳座30连接，连接完成后，缩回缸杆，实现坡道1的下放，图15所示为坡道1下放后的运输状态。如图6、图7、图14所示，底座2上设有进料机构8和挡杆9，进料机构8用于将钻具45翻入到钻具移运组件5的V型槽中，挡杆9将钻具45挡在支腿4上，进料时，进料机构8勾起钻具45，钻具45跨过挡杆9的上表面，并顺着进料机构8滚入到钻具移运组件5的V型槽中。挡杆9插入底座2上不同标记的孔位，可实现挡不同管径大小的钻具。如图14所示，底座2上设有钻具位置调节装置40，钻具位置调节装置40由油缸驱动，可沿底座2长度方向移动，钻具位置调节装置40用于调节钻具45在支腿4上的位置，从而进出料过程平稳可靠。
如图8、图9、图10、图11、图12所示，钻具移运组件5由支撑架17、滑靴7、提升臂15、滑车14、移动支架18组成。如图10所示，移动支架18两侧设有滑道1801，支撑架17两侧设有滚轮1701，滚轮1701可沿着其自身轴线转动，滚轮1701安装在滑道1801内，滑道1801与滚轮1701在支撑架17长度方向可以相对移动，移动支架18可沿着支撑架17长度方向移动。如图12所示，支撑架17与移动支架18之间用移动支架油缸23连接，移动支架油缸23用于驱动移动支架18沿支撑架17移动，支撑架17与移动支架油缸23一端在铰接处四43处铰接，移动支架18与移动支架油缸23一端在铰接处五44处铰接；移动支架油缸23缸杆缩回，驱动移动支架18沿支撑架17向前运动。如图8所示，支撑架17后端设有滚轮16，滚轮16安装在轨道35上。如图9所示，支撑架17前端设有支撑架滚轮26，支撑架滚轮26可沿着自身轴线方向旋转，支撑架滚轮26安装在坡道滑道34中，支撑架17可沿着坡道1滑道移动，支撑架滚轮26卡入在坡道滑道34中，支撑架17动过程中平稳安全。如图9所示，支撑架17前端设有钢丝绳固定端一20，钢丝绳固定端二21，钢丝绳固定端一20、钢丝绳固定端二21分别固定钢丝绳一38、钢丝绳二39。如图2、图3、图9所示，钢丝绳固定端一21固定钢丝绳一39的一端，另一端与钢丝绳固定端四37固定，具体穿绳方式如图3所示，钢丝绳一38穿绳方式与钢丝绳二39穿绳方式一致。
如图6、图7所示，移动支架18上设有挡料机构6，挡料机构6包括两组，每组两个，两组挡料机构6对称分布在移动支架18的两侧；如图6所示挡料机构6伸出时，挡料机构6的上端位于移动支架18上表面上方，此时能将最大直径套管挡入其中；挡料机构6收回时，挡料机构6整体位于移动支架18的下方。挡料机构6用于防止钻具进料和运输过程中滚出移动支架18。如图4、图5所示，挡料机构6由挡杆601、安装座602、挡料机构油缸603组成；挡杆601与安装座602铰接连接，挡杆601上设有滑槽，挡料机构油缸603缸杆部分与挡杆601为销槽连接；图4为挡料机构6的初始位置，挡杆601位于移动支架18的下方，图5为挡料机构6的工作状态位置，挡料机构油缸603伸出，缸杆部分销轴（未示出）在挡杆601滑槽中滑动，挡杆601位于移动支架18的上方，实现挡料过程。如图9、图10所示，移动支架18上还设有翻料机构25，翻料机构25包括两组，每组三个，两组翻料机构6分布在移动支架18的两侧，翻料机构25油缸伸出，将钻具翻出移动支架18。如图9、图12所示，移动支架18上设有折臂19，折臂19前端设有可绕自身轴线旋转的导轮48，导轮48用于钻具上钻台面的导向，且导向48与钻具45滚动接触，钻具45上钻台面更容易；折臂19中间与移动支架18在铰接处八49处铰接，折臂19后端与折臂油缸24缸杆铰接，折臂油缸24缸筒与移动支架18铰接；当折臂油缸24缸杆处于伸出状态时，折臂19处于移动支架18的下方，钻具45上钻台面时，根据工况需要，折臂油缸24缩回，折臂19处于移动支架18的上方，实现钻具45的位置调整。
如图8、图9、图12所示，钻具移运组件5上设有滑靴7，滑靴7的上端位于移动支架18的V型槽内；滑靴7的下端与于滑靴油缸22连接；如图12所示，滑靴7下端与滑靴油缸22缸杆在铰接处三42处铰接，滑靴油缸22缸筒部分与移动支架18在铰接处二41处铰接。滑靴油缸22伸缩移动驱动滑靴7沿移动支架18长度方向滑动，滑靴7沿移动支架18长度方向移动用于推动钻具32移动支架18长度方向的移动。图6、图7展示了滑靴7在移动支架18上不同位置的结构示意图。图13为移动支架18至钻台面时，滑靴7推动钻具32沿移动支架18长度方向滑动的过程示意图。
如图8所示，钻具移运组件5上设有提升臂15，提升臂15后端与支撑臂17后端在铰接处六46处铰接，提升臂15前端与滑车14中部铰接；提升臂15可调节自身长度。如图9、图14所示，滑车14上设有滑车滚轮27，滑车滚轮27安装在滑道31中。如图1所示，装置处于初始状态，钻具移运组件5处于折叠状态，支撑架17、移动支架18处于水平位置，即使自动送钻功能失效，该装置仍然可当作普通钻杆猫道使用。
上述结构的自动化钻具移运装置，钻具起升过程为：
如图1、图2所示，装置处于初始状态，钻具32排在支腿上。支腿油缸4的油缸伸出，支腿4的横梁相对水平方向有一倾斜夹角，钻具32沿横梁上表面下滑至横梁的进料端；在横梁的进料端处，挡杆9将钻具32挡住，然后通过进料机构8将钻具32翻转至移动支架18内的V型槽内；进料时，移动支架18进料端的挡料机构6缩回以便进料，移动支架18非进料端的挡料机构6伸出，防止钻具32滚出移动支架18的V型槽，进料后，移动支架18进料端的挡料机构6伸出，防止钻具32滚出移动支架18的V型槽。图6为钻具32进料示意图，图7为钻具32进料完成后，本发明自动化钻具移运装置的结构示意图。进料完成后，主油缸10收回，拉动支撑架17沿着坡道长度方向移动；如图13所示，主油缸10处于初始位置，此时，与主油缸10缸杆连接的滑轮组件13位于初始位置处，滑车处于初始位置处。主油缸10缸杆收回，拉动支撑架17前端的支撑架滚轮26沿着坡道滑道34向上移动，同时伴随着滑车14沿着滑道31移动、滚轮16沿着轨道35移动；伴随着主油缸10收回，滑车14处于极限位置处，本发明装置处于“滑车到位姿态”。主油缸10继续收回，滑车14由于限位装置28的限位作用不再往前移动，钢丝绳一38，钢丝绳二39继续拉动，支撑架17前端的支撑架滚轮26沿着坡道滑道34向上移动，同时伴随着滚轮16脱离轨道35，提升臂15绕着滑车14上铰接处七47旋转提升，支撑架17前端逐渐上升到钻台面高度，本发明装置处于“主油缸到位姿态”。支撑架17前端上升到钻台面高度后，移动支架油缸23缸杆收回，移动支26架18继续沿着支撑架17长度方向移动，伸向井口附近，带移动支架18到达进口附近后，滑靴油缸22缸杆收回，拉动滑靴7向前运动，从而推动钻具32至井口附近，完成钻具32上钻台面的整个过程。
钻具32下放过程与钻具17起升过程相反：
通过钻台面上的吊卡将钻具32吊至移动支架18上，并通过滑靴7调节钻具32在移动支架18上的位置，然后移动支架油缸23伸出，移动支架18从井口附近收回，待移动支架油缸23伸出到位后，主油缸10缸杆伸出，从而支撑架17前端的支撑架滚轮26沿着坡道滑道34向下移动，同时伴随着提升臂15绕着滑车14上铰接处七47旋转下降，滚轮16接触轨道35，随着主油缸继续伸出，滑轮组件13返回初始位置，滑车14返回初始位置，支撑架17与移动支架18下放至水平位置。然后通过移动支架18上的翻料机构25将钻具32翻出移动支架18V型槽至支腿4上，整个钻具输送过程完成。
进一步地，将支腿折叠，利用坡道起升油缸29可将坡道1自动下放，可将坡道折叠至图15所示位置。本发明的自动化钻具移运装置，整体结构体积小、方便整体运输，很好地解决了整体运输问题。
Claims (9)
1.一种自动化钻具移运装置，包括底座、排放钻具的支腿、进料机构、坡道、钻具移运组件和钻具提升组件，所述进料机构铰接在排放钻具的支腿上，所述排放钻具的支腿铰接在底座两侧，其特征在于：所述钻具移运组件安装在底座上，且所述钻具移运组件可相对于所述坡道运动，用以实现钻具在坡道的高位与低位之间的运输；所述钻具提升组件用以驱动钻具移运组件相对于坡道进行高位与低位之间的运动。
2. 根据权利要求1所述一种自动化钻具移运装置，其特征在于:所述钻具移运组件包括支撑架、移动支架、提升臂和滑靴；所述提升臂一端与支撑架铰接，另一端铰接有滑车，且所述滑车可沿底座长度方向运动；所述支撑架的两端均设有支撑架滚轮，其中一端的支撑架滚轮可沿底座长度方向运动，另一端的支撑架滚轮可沿坡道上下运动；所述移动支架可相对于支撑架在支撑架的长度方向上运动，且所述移动支架内设置有可容纳钻具的V型槽；所述滑靴位于移动支架的V型槽内，且该滑靴可在V型槽的长度方向上带动钻具移动。
3. 根据权利要求2所述一种自动化钻具移运装置，其特征在于:所述移动支架上还设有翻料机构，该翻料机构呈V型，其中一端与移动支架铰接，另一端为自由端；该翻料机构铰接有翻料油缸，在翻料油缸的作用下，所述翻料机构可将钻具翻出移动支架。
4. 根据权利要求2所述一种自动化钻具移运装置，其特征在于:所述移动支架上还设有挡料机构，该挡料机构包括安装在移动支架上的安装座、安装在安装座上的挡料机构油缸和挡料机构挡杆，所述挡料机构挡杆中部与安装座铰接，挡料机构挡杆的一端与挡料机构油缸的活塞端铰接，挡料机构挡杆的另一端为自由端；所述挡料机构挡杆的自由端可绕挡料结构挡杆与安装座的铰接处转动，以实现挡料机构挡杆的自由端位于移动支架上表面的上方或者下方。
5. 根据权利要求1所述一种自动化钻具移运装置，其特征在于:所述钻具提升组件为两组，该两组钻具提升组件分别设置在坡道两侧；其中每组钻具提升组件包括拉伸油缸、滑轮组件和钢丝绳；所述拉伸油缸的缸体端固定在坡道上，拉伸油缸的活塞端与钢丝绳的一端相连，钢丝绳的另一端穿绕滑轮组件后与移运组件连接。
6. 根据权利要求5所述一种自动化钻具移运装置，其特征在于:所述滑轮组件包括一个动滑轮和一个定滑轮，且所述动滑轮和定滑轮的轴线相互垂直。
7. 根据权利要求2所述一种自动化钻具移运装置，其特征在于:所述提升臂为在长度方向上可调节长度的伸缩臂。
8. 根据权利要求1所述一种自动化钻具移运装置，其特征在于:所述底座设置有容纳钻具移运组件的空腔。
9. 根据权利要求2所述一种自动化钻具移运装置，其特征在于:所述滑靴采用液压油缸驱动。
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