CN106050146A - 海上钻井设备 - Google Patents

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Abstract

一种海上钻井设备，包括海上钻井平台、钻机、钻杆自动搬运装置和钻杆夹持件，钻机包括钻进动力头和钻塔，钻杆自动搬运装置包括卡爪，钻杆库内放置了大量的钻杆，并可自动输出到一设定位置，所述钻杆自动搬运装置的卡爪从所述钻杆库中抓取钻杆并安装到所述钻进动力头上，所述钻进动力头驱动所述钻杆转动，并在所述钻塔上向下滑动从而进行钻进工作直至在所述钻塔上无法继续向下滑动，所述钻杆夹持件夹住所述钻杆，所述钻进动力头释放所述钻杆并滑回，所述钻杆自动搬运装置将另一钻杆装到所述钻进动力头上，所述钻进动力头转动而将另一钻杆与前一钻杆安装固定在一起，所述钻杆夹持件松开前一钻杆而让所述钻进动力头驱动两钻杆一起转动。

Description

海上钻井设备
技术领域
本发明涉及钻探设备技术领域，尤其涉及一种海上钻井设备。
背景技术
目前在进行海上钻井作业、开采海洋资源时面临着诸多的挑战，因为海上钻井作业目前通常采用海洋浮式钻井装备，由于受海风、海浪的影响，钻井设备会产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、升沉等多个自由度上的运动，这不但严重影响了海上钻井作业的顺利进行，并且不利于生产系统和装备的维护，影响钻进精度，降低钻具的寿命；除此之外，在海上钻井作业过程中，通常需要将钻杆拧上或拧下，目前一般是通过人工或半自动化操作来装卸钻杆，效率较低且存在较大的安全隐患，因此需要对目前的海上钻井设备进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种可抑制晃动且自动化程度较高的海上钻井设备。
本发明的实施例提供一种海上钻井设备，包括海上钻井平台和钻机，所述钻机包括钻进动力头和钻塔，所述海上钻井设备还包括钻杆自动搬运装置和钻杆夹持件，所述钻杆自动搬运装置包括卡爪，所述钻杆库内放置了大量的钻杆，并可自动输出到一设定位置，所述钻杆自动搬运装置的卡爪从所述钻杆库中抓取钻杆并安装到所述钻进动力头上，所述钻进动力头驱动所述钻杆转动，并在所述钻塔上向下滑动从而进行钻进工作直至在所述钻塔上无法继续向下滑动，所述钻杆夹持件夹住所述钻杆，所述钻进动力头释放所述钻杆并滑回，所述钻杆自动搬运装置将另一钻杆装到所述钻进动力头上，所述钻进动力头转动而将另一钻杆与前一钻杆安装固定在一起，所述钻杆夹持件松开前一钻杆而让所述钻进动力头驱动两钻杆一起转动。
进一步地，所述钻杆包括第一端和第二端，所述第一端设有螺孔，所述第二端的外侧设有螺纹，一钻杆的第二端可转入另一钻杆第一端的螺孔中而将两钻杆安装固定在一起。
进一步地，所述钻杆自动搬运装置还包括导轨、底座、转台、大臂、小臂和回转头，所述导轨固定在所述海上钻井平台上，并位于所述钻杆库和所述钻机之间，所述底座可在所述导轨上滑动，所述转台可在所述底座上转动，所述大臂可转动地安装在所述转台上，所述小臂可转动地安装在所述大臂上，所述回转头转动安装在所述小臂上，所述卡爪安装在所述回转头上。
进一步地，所述大臂的转轴与所述转台的转轴垂直。
进一步地，所述卡爪包括两爪片，两爪片可相对抱紧或分离，从而实现抓取或释放钻杆。
进一步地，所述钻杆夹持件包括滑轨、座体和设置在座体中且相互分离的两夹持部，所述座体可在所述滑轨上滑动，两夹持部可移动并相对靠拢而夹住所述钻杆，也可移动并相互远离而释放所述钻杆。
进一步地，所述海上钻井设备包括稳定平台，所述稳定平台包括底座、运动补偿板和连接在底座和运动补偿板之间的若干运动补偿件，所述底座固定在所述海上钻井平台上，所述钻机的钻塔安装在所述运动补偿板上。
进一步地，所述运动补偿板开设了开孔，所述底座开设了通孔，所述开孔和通孔处于上下对齐的位置而让钻杆穿过。
进一步地，所述运动补偿件包括缸体和活塞，所述活塞在所述缸体中滑动，所述活塞的上部伸出所述缸体并通过球铰结构连接到所述运动补偿板下侧，所述缸体下部的外侧通过球铰结构连接到所述底座的上侧。
进一步地，所述海上钻井设备还包括连接到运动补偿件的控制箱，所述控制箱控制运动补偿件的活塞的运动，从而对运动补偿板的位置进行控制，让安装在运动补偿板上的钻机的位置基本保持不动。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的海上钻井设备可通过稳定平台为钻机在钻井作业过程中提供的高精度、快响应的位姿补偿；同时通过钻杆库、自动搬运装置、钻进动力头和钻杆夹持件自动地将多根钻杆依次装上，大大提高了生产效率并降低了安全隐患。
附图说明
图1是本发明海上钻井设备的一示意图。
图2是图1的海上钻井设备的一稳定平台的一示意图。
图3是图1的海上钻井设备的一钻机的一示意图。
图4是图1的海上钻井设备的一钻杆自动搬运装置的一示意图。
图5是图1的海上钻井设备的一钻杆夹持件的一示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种海上钻井设备，包括海上钻井平台或钻井船10、稳定平台20、控制箱30、钻机40、钻杆自动搬运装置50、钻杆库60和钻杆夹持件70；该控制箱30、稳定平台20和钻杆库60均安装在该海上钻井平台或钻井船10上。
请一并参阅图1至图3，该稳定平台20包括底座21、运动补偿板22和连接在底座21和运动补偿板22之间的若干运动补偿件23，在一实施例中，运动补偿件23为液压缸或电动缸，其包括缸体231和活塞232，活塞232可在缸体231中滑动并与缸体231的内壁密封，活塞232的上部伸出缸体231并通过球铰结构连接到运动补偿板22下侧，则活塞232可相对运动补偿板22在三维空间内做任意角度的转动；缸体231下部的外侧通过球铰结构连接到底座21的上部，则缸体231可相对底座21在三维空间内做任意角度的转动。
运动补偿板22开设了开孔221，底座21开设了通孔211，开孔221和通孔211处于上下对齐的位置，开孔221和通孔211用来让钻杆穿过。
这些运动补偿件23均连接到控制箱30，控制箱30控制这些运动补偿件23的活塞232的运动，从而对运动补偿板22的位置进行控制。
稳定平台20的底座21安装在海上钻井平台或钻井船10上，钻机40包括钻塔41和钻进动力头42，钻塔41安装在稳定平台20的运动补偿板22上，钻进动力头42安装在钻塔41中，并可在钻塔41中上下滑动，钻杆可被安装到钻进动力头42上，并在钻进动力头42的驱动下转动。
请参阅图1和图4，钻杆自动搬运装置50包括导轨51、底座52、转台53、大臂54、小臂55、回转头56和卡爪57，导轨51固定在海上钻井平台或钻井船10上，并位于钻杆库60和钻机40之间，钻杆库60内放置了大量的钻杆62，并可自动输出一钻杆62到一设定位置，从而方便钻杆自动搬运装置50的卡爪57抓取；底座52可在导轨51上滑动，转台53可在底座52上转动，大臂54可转动地安装在转台53上，且大臂54的转轴与转台53的转轴垂直，小臂53可转动地安装在大臂54上，回转头56转动安装在小臂53上，卡爪57安装在回转头56上，卡爪57包括两爪片571，两爪片571可相对抱紧或分离，从而实现抓紧或释放钻杆62。
每一钻杆62包括一第一端621和一第二端622，第一端621设有螺孔623，第二端622的外侧设有螺纹624，则一钻杆62的第二端622可转入另一钻杆62第一端621的螺孔623中，从而将两钻杆62连接起来。
请参阅图1和图5，钻杆夹持件70安装在海上钻井平台或钻井船10上，钻杆夹持件70包括滑轨71、座体72和设置在座体72中的两分离的夹持部73，座体72可在滑轨71上滑动，并可滑动到运动补偿板22的开孔221的下部位置；两夹持部73可移动并相对靠拢而夹住钻杆62，也可移动并相互远离而释放钻杆62。
请参阅图1至图5，该海上钻井设备工作时，钻杆自动搬运装置50的卡爪57抓取钻杆库60中的第一根钻杆62，钻杆自动搬运装置50的底座52、转台53、大臂54、小臂55、回转头56协同动作而将抓取的第一根钻杆62安装到钻机40的钻进动力头42上，钻进动力头42驱动第一根钻杆62转动，同时钻进动力头42在钻塔41上向下滑动从而进行钻进工作，当钻进动力头42滑动到钻塔41上的较低位置而无法继续向下滑动时，第一根钻杆62此时位于钻杆夹持件70的两夹持部73之间，在此处，两夹持部73移动并相对靠拢而夹住第一根钻杆62，钻进动力头42释放第一根钻杆62，然后钻进动力头42在钻塔41上向上滑回到较高的位置。
而后钻杆库60输出第二根钻杆62到指定位置，钻杆自动搬运装置50的卡爪57抓取该第二根钻杆62，钻杆自动搬运装置50的底座52、转台53、大臂54、小臂55、回转头56协同动作而将抓取的第二根钻杆62安装到钻机40的钻进动力头42上，并将第二根钻杆62下部的第二端622与第一根钻杆62的第一端621对齐，钻进动力头42驱动第二根钻杆62转动，同时钻进动力头42在钻塔41上向下滑动从而将第二根钻杆62的第二端622旋入第一根钻杆62的螺孔623中，从而将第二根钻杆62与第一根钻杆62固定起来，而后两夹持部73移动并相对分离而松开第一根钻杆62，则钻进动力头42可同时驱动第二根钻杆62与第一根钻杆62一起转动而进行钻进工作，按照上述方法，可将多根钻杆62通过钻杆库60、自动搬运装置50、钻进动力头42和钻杆夹持件70依次自动连接固定起来，从而实现了钻杆62的自动搬运和安装。
当需要从钻机40上拆下钻杆62时，钻杆夹持件70夹住位于下方的钻杆62，钻进动力头42反向转动位于上方的钻杆62，从而将位于上方的钻杆62拆下，而后钻杆自动搬运装置50将被拆下的钻杆62自动搬运回钻杆库60中；而后钻进动力头42向下移动将位于下方的钻杆62装到钻进动力头42中，钻进动力头42反向转动并同时向上滑动而带动钻杆62向上移动，而后钻杆夹持件70夹住位于下方的钻杆62，钻进动力头42反向转动位于上方的钻杆62，从而将位于上方的钻杆62拆下，采用上述方法，可自动地将连接固定在一起的多根钻杆62依次拆下并装回钻杆库60中。
上述海上钻井设备，通过钻杆库60、自动搬运装置50、钻进动力头42和钻杆夹持件70自动地将多根钻杆62依次装上或拆下，大大提高了生产效率并降低了安全隐患。
且上述海上钻井设备的钻进动力头42驱动钻杆62转动而进行钻进作业时，当海上钻井平台或钻井船10在海浪或海风的作用下产生升沉、横移、纵移、艏摇、横摇与纵摇等多个维度的运动时，控制箱30控制运动补偿件23的活塞232的运动，从而对运动补偿板22的位置进行控制，让安装在运动补偿板22上的钻机40的位置基本保持不动，从而避免因海上钻井平台或钻井船10的晃动而影响到钻井作业。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上钻井设备，包括海上钻井平台和钻机，所述钻机包括钻进动力头和钻塔，其特征在于：所述海上钻井设备还包括钻杆自动搬运装置和钻杆夹持件，所述钻杆自动搬运装置包括卡爪，所述钻杆库内放置了大量的钻杆，并可自动输出到一设定位置，所述钻杆自动搬运装置的卡爪从所述钻杆库中抓取钻杆并安装到所述钻进动力头上，所述钻进动力头驱动所述钻杆转动，并在所述钻塔上向下滑动从而进行钻进工作直至在所述钻塔上无法继续向下滑动，所述钻杆夹持件夹住所述钻杆，所述钻进动力头释放所述钻杆并滑回，所述钻杆自动搬运装置将另一钻杆装到所述钻进动力头上，所述钻进动力头转动而将另一钻杆与前一钻杆安装固定在一起，所述钻杆夹持件松开前一钻杆而让所述钻进动力头驱动两钻杆一起转动。
2.如权利要求1所述的海上钻井设备，其特征在于：所述钻杆包括第一端和第二端，所述第一端设有螺孔，所述第二端的外侧设有螺纹，一钻杆的第二端可转入另一钻杆第一端的螺孔中而将两钻杆安装固定在一起。
3.如权利要求1所述的海上钻井设备，其特征在于：所述钻杆自动搬运装置还包括导轨、底座、转台、大臂、小臂和回转头，所述导轨固定在所述海上钻井平台上，并位于所述钻杆库和所述钻机之间，所述底座可在所述导轨上滑动，所述转台可在所述底座上转动，所述大臂可转动地安装在所述转台上，所述小臂可转动地安装在所述大臂上，所述回转头转动安装在所述小臂上，所述卡爪安装在所述回转头上。
4.如权利要求3所述的海上钻井设备，其特征在于：所述大臂的转轴与所述转台的转轴垂直。
5.如权利要求3所述的海上钻井设备，其特征在于：所述卡爪包括两爪片，两爪片可相对抱紧或分离，从而实现抓取或释放钻杆。
6.如权利要求1所述的海上钻井设备，其特征在于：所述钻杆夹持件包括滑轨、座体和设置在座体中且相互分离的两夹持部，所述座体可在所述滑轨上滑动，两夹持部可移动并相对靠拢而夹住所述钻杆，也可移动并相互远离而释放所述钻杆。
7.如权利要求1所述的海上钻井设备，其特征在于：所述海上钻井设备包括稳定平台，所述稳定平台包括底座、运动补偿板和连接在底座和运动补偿板之间的若干运动补偿件，所述底座固定在所述海上钻井平台上，所述钻机的钻塔安装在所述运动补偿板上。
8.如权利要求7所述的海上钻井设备，其特征在于：所述运动补偿板开设了开孔，所述底座开设了通孔，所述开孔和通孔处于上下对齐的位置而让钻杆穿过。
9.如权利要求7所述的海上钻井设备，其特征在于：所述运动补偿件包括缸体和活塞，所述活塞在所述缸体中滑动，所述活塞的上部伸出所述缸体并通过球铰结构连接到所述运动补偿板下侧，所述缸体下部的外侧通过球铰结构连接到所述底座的上侧。
10.如权利要求9所述的海上钻井设备，其特征在于：所述海上钻井设备还包括连接到运动补偿件的控制箱，所述控制箱控制运动补偿件的活塞的运动，从而对运动补偿板的位置进行控制，让安装在运动补偿板上的钻机的位置基本保持不动。
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