CN106703724B

CN106703724B - 智能化上下管分拣系统

Info

Publication number: CN106703724B
Application number: CN201710017303.8A
Authority: CN
Inventors: 张朝纯; 张晓�; 丁秀菊; 刘伟; 武守信; 罗乃琦; 罗鹏
Original assignee: Individual
Current assignee: Shanghai Wanwei Yitong Equipment Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2018-09-21
Anticipated expiration: 2037-01-11
Also published as: CN106703724A

Abstract

本发明涉及一种智能化上下管分拣系统，是油田钻井设备接卸钻杆、套管的配套装置，适用于常规钻机接卸钻杆套管及复式双循环欠平衡套管随钻工艺的同时接卸双层管，其特征在于：是由械臂底盘总成、主杆总成、付杆总成、套管机械臂总成和钻杆机械臂总成五部分组成。本发明解决了复式双循环欠平衡随管钻井工艺中同时接卸双层管的难题，提高整机自动化水平，降低工人劳动强度，提高钻井、完井效率，采用PLC控制，实现动作速度快、定位准确、无缝连接、节省接卸钻杆套管的时间、提高钻井效率。采用PLC自动化控制系统与各个执行机构配合，完成整机接卸钻杆套管的过程全程动作自动完成，较人工接卸钻杆套管更安全，更快捷，更准确，更节省资源。

Description

智能化上下管分拣系统

技术领域

本发明涉及一种油田钻井设备接卸钻杆、套管的配套装置，适用于常规钻机接卸钻杆套管，同时也适用于复式双循环欠平衡套管随钻工艺的同时接卸双层管，特别涉及一种智能化上下管分拣系统。

背景技术

目前，国内油田常规接卸钻杆、套管通常采用吊车加人工的方式，这种常规接卸钻杆、套管主要存在：1、人工接卸钻杆套管劳动强度大，通常需要5～10人才能完成；2、人工接卸钻杆套管存在安全隐患，容易出现安全事故，影响整个钻井作业；3、人工接卸钻杆套管成本高昂，效率低下；4、人工接卸钻杆套管无法同时进行接卸双层管等问题。

发明内容

本发明克服了上述存在缺陷，目的是为了解决复式双循环欠平衡随管钻井工艺中同时接卸双层管的难题，提高整机自动化水平，降低工人劳动强度，提高钻井、完井效率，采用PLC控制，实现动作速度快、定位准确、无缝连接、安全可靠、节省接卸钻杆套管的时间、提高钻井效率，提供一种智能化上下管分拣系统。

本发明智能化上下管分拣系统内容简述：

本发明智能化上下管分拣系统，其特征在于：智能化上下管分拣系统是由：械臂底盘总成、主杆总成、付杆总成、套管机械臂总成和钻杆机械臂总成五部分组成；机械臂底盘总成由：液压支腿、行走底盘、行走导轨Ⅰ、行走导轨Ⅱ、行走导轨Ⅲ、行走导轨Ⅳ、上平台、钻杆托架、提升架液压缸、鼠洞、被钳、提升架、导向提升器和导向提升机构构成，上平台的两侧设有液压支腿与上平台固定连接，上平台的底部设有行走底盘，行走导轨Ⅰ、行走导轨Ⅱ滑动连接设置在行走底盘上，行走底盘与行走导轨Ⅱ连接，行走导轨Ⅲ、行走导轨Ⅳ滑动连接设置在行走导轨Ⅱ上，行走导轨Ⅲ与行走导轨Ⅰ连接；在上平台的上面设有钻杆托架、在上平台的上面设有提升架、底部设有鼠洞，被钳设置在提升架的下部，导向提升器设置在提升架的中间，导向提升机构设置在提升架的上部，提升架液压缸的一端固定在上平台上，另一端与提升架固定连接。

所述的主杆总成由：钻杆、套管托、套管夹、主杆、钻杆夹、套管、套管液压钳、钻杆液压钳和液压钳支架构成，液压钳支架设置在主杆的上部，在液压钳支架的上部设有钻杆液压钳，下部设有套管液压钳，两个套管托和两个套管夹设置在主杆的左侧夹持套管上，两个钻杆夹设置在主杆右侧夹持钻杆上。

所述的付杆总成由：主杆液压缸、主付杆连接臂、付杆支臂、付杆液压缸、连接轴和支座构成，付杆支臂通过连接轴与支座连接，支座设置在上平台上，主杆液压缸的一端与付杆支臂固定连接，另一端与主杆固定连接，主付杆连接臂的一端与付杆支臂固定连接，另一端与主杆固定连接，付杆液压缸的一端固定连接在上平台上，另一端固定连接在付杆支臂上。

所述的套管机械臂总成由：底座、套管机械臂液压缸、转轴、支座、套管大臂、套管油缸Ⅰ、大臂与中臂连接轴、连杆Ⅰ、中臂、套管油缸Ⅱ、连杆Ⅱ、中臂与小臂连接轴、小臂和套管机械手构成，套管大臂与支座通过转轴铰接，支座固定在上平台上，套管机械臂液压缸一端固定在套管大臂上另一端通过底座固定在上平台上，套管大臂上部通过大臂与中臂连接轴与中臂连接，套管油缸Ⅰ一端固定在套管大臂上，另一端固定在连杆Ⅰ上，中臂通过中臂与小臂连接轴与小臂连接，套管油缸Ⅱ一端固定在中臂上另一端固定在连杆Ⅱ上，小臂上设有套管机械手。

所述的钻杆机械臂总成由：底座、钻杆机械臂液压缸、转轴、支座、钻杆大臂、钻杆油缸Ⅰ、大臂与中臂连接轴、连杆Ⅲ、中臂、钻杆油缸Ⅱ、连杆Ⅳ、中臂与小臂连接轴、小臂和钻杆机械手构成，钻杆大臂与支座通过转轴铰接，支座固定在上平台上，钻杆机械臂液压缸一端固定在钻杆大臂上另一端通过底座固定在上平台上，钻杆大臂上部通过大臂与中臂连接轴与中臂连接，钻杆油缸Ⅰ一端固定在钻杆大臂上，另一端固定在连杆Ⅲ上，中臂通过中臂与小臂连接轴与小臂连接，钻杆油缸Ⅱ的一端与中臂固定连接，另一端与连杆Ⅳ固定连接，钻杆机械手设置在小臂上。

本发明智能化上下管分拣系统，采用PLC自动化控制系统与各个执行机构配合，完成整个接卸钻杆套管的过程，全程动作自动完成，不需要人工参与，较人工接卸钻杆套管更安全，更快捷，更准确，更节省资源。较其他接钻杆系统更先进，更人性化，自动化，能独立完成自动接卸双层管。

附图说明

图1是智能化上下管分拣系统结构示意图；

图2是智能化上下管分拣系统结构侧视图；

图3是套管机械臂结构示意图；

图4是钻杆机械臂结构示意图；

图中：1是机械臂底盘总成、2是主杆总成、3是付杆总成、4是套管机械臂总成、 5是钻杆机械臂总成、6是液压支腿、7是行走底盘、8是行走导轨Ⅰ、9是行走导轨Ⅱ、10是行走导轨Ⅲ、11是行走导轨Ⅳ、12是上平台、13是钻杆托架、14是提升架液压缸、15是鼠洞、16是被钳、17是提升架、18是导向提升器、19是导向提升机构、20是钻杆、21是套管托、22是套管夹、23是主杆、24是钻杆夹、25是套管、26是套管液压钳、27是钻杆液压钳、28是液压钳支架、29是主杆液压缸、30是主付杆连接臂、31是付杆支臂、32是付杆液压缸、33是连接轴、34是支座、35是底座、36是套管机械臂液压缸、37是转轴、38是支座、39是套管大臂、40是套管油缸Ⅰ、41是大臂与中臂连接轴、42是连杆Ⅰ、43是中臂、44是套管油缸Ⅱ、45是连杆杆Ⅱ、46是中臂与小臂连接轴、47是小臂、48是套管机械手、49是底座、50是钻杆机械臂液压缸、51是转轴、52是支座、53是钻杆大臂、54是钻杆油缸Ⅰ、55是大臂与中臂连接轴、56是连杆Ⅲ、57是中臂、58是钻杆油缸Ⅱ、59是连杆Ⅳ、60是中臂与小臂连接轴、61是小臂、62是钻杆机械手。

具体实施方式

本发明智能化上下管分拣系统，采用械臂底盘总成、主杆总成、付杆总成、套管机械臂总成和钻杆机械臂总成五部分组成是这样实现的，下面结合附图做具体说明。

见图1、图2，在智能化上下管分拣系统中机械臂底盘总成1由：液压支腿6、行走底盘7、行走导轨Ⅰ 8、行走导轨Ⅱ 9、行走导轨Ⅲ10、行走导轨Ⅳ 11、上平台12、钻杆托架13、提升架液压缸14、鼠洞15、被钳16、提升架17、导向提升器18和导向提升机构19构成，上平台12的两侧设有液压支腿6与上平台12固定连接，用于调整上平台12的水平度。上平台12的底部设有行走底盘7，行走导轨Ⅰ 8、行走导轨Ⅱ 9滑动连接设置在行走底盘7上，行走底盘7与行走导轨Ⅱ 9连接。行走导轨Ⅲ 10、行走导轨Ⅳ 11滑动连接设置在行走导轨Ⅱ 9上，行走导轨Ⅲ 10与行走导轨Ⅰ 8连接；在上平台12的上面设有钻杆托架13、在上平台12的上面设有提升架17、底部设有鼠洞15，被钳16设置在提升架17的下部，导向提升器18设置在提升架17的中间，导向提升机构19设置在提升架17的上部，提升架17通过提升架液压缸14在上平台12上翻转，提升架液压缸14的一端固定在上平台12上，另一端与提升架17固定连接。

主杆总成2由：钻杆20、套管托21、套管夹22、主杆23、钻杆夹24、套管25、套管液压钳26、钻杆液压钳27和液压钳支架28构成，液压钳支架28设置在主杆23的上部，在液压钳支架28的上部设有钻杆液压钳27，下部设有套管液压钳26，两个套管托21和两个套管夹22设置在主杆23的左侧夹持套管25上，两个钻杆夹24设置在主杆23右侧夹持钻杆20上。

付杆总成3由：主杆液压缸29、主付杆连接臂30、付杆支臂31、付杆液压缸32、连接轴33和支座34构成，付杆支臂31通过连接轴33与支座34连接，支座34设置在上平台12上，主杆液压缸29的一端与付杆支臂31固定连接，另一端与主杆23固定连接，主付杆连接臂30的一端与付杆支臂31固定连接，另一端与主杆23固定连接，付杆液压缸32的一端固定连接在上平台12上，另一端固定连接在付杆支臂31上。

套管机械臂总成4由：底座35、套管机械臂液压缸36、转轴37、支座38、套管大臂39、套管油缸Ⅰ 40、大臂与中臂连接轴41、连杆Ⅰ 42、中臂43、套管油缸Ⅱ 44、连杆Ⅱ 45、中臂与小臂连接轴46、小臂47和套管机械手48构成，套管大臂39与支座38通过转轴37铰接，支座38固定在上平台12上，套管机械臂液压缸36一端固定在套管大臂39上另一端通过底座35固定在上平台12上，套管大臂39上部通过大臂与中臂连接轴41与中臂43连接，套管油缸Ⅰ 40一端固定在套管大臂39上另一端固定在连杆Ⅰ 42上，中臂43通过中臂与小臂连接轴46与小臂47连接，套管油缸Ⅱ 44一端固定在中臂43上另一端固定在连杆Ⅱ 45上，小臂47上设有套管机械手48。

钻杆机械臂总成5由：底座49、钻杆机械臂液压缸50、转轴51、支座52、钻杆大臂53、钻杆油缸Ⅰ 54、大臂与中臂连接轴55、连杆Ⅲ 56、中臂57、钻杆油缸Ⅱ 58、连杆Ⅳ 59、中臂与小臂连接轴60、小臂61和钻杆机械手62构成，钻杆大臂53与支座52通过转轴51铰接，支座52固定在上平台12上，钻杆机械臂液压缸50一端固定在钻杆大臂53上另一端通过底座49固定在上平台12上，钻杆大臂53上部通过大臂与中臂连接轴55与中臂57连接，钻杆油缸Ⅰ 54一端固定在钻杆大臂53上，另一端固定在连杆Ⅲ 56上，中臂57通过中臂与小臂连接轴60与小臂61连接，钻杆油缸Ⅱ 58的一端与中臂57固定连接，另一端与连杆Ⅳ 59固定连接，钻杆机械手62设置在小臂61上。

本发明智能化上下管分拣系统的工作原理：

本发明智能化上下管分拣系统工作时，启动付杆液压缸32，使付杆总成3及主杆总成2立起呈垂直状态。钻杆机械臂液压缸50启动，钻杆机械臂总成5动作，钻杆机械手62将钻杆20抓起，即钻杆机械臂液压缸50带动钻杆大臂53绕转轴51旋转，钻杆油缸Ⅰ 54推动连杆Ⅲ 56、连杆Ⅲ 56推动中臂57绕大臂与中臂连接轴55旋转；钻杆油缸Ⅱ58推动连杆Ⅳ 59、连杆Ⅳ 59推动小臂61绕中臂与小臂连接轴60旋转，小臂61上钻杆机械手62抓起钻杆20放到钻杆托架13上；付杆液压缸32启动，付杆液压缸32拉动付杆支臂31，付杆支臂31绕连接轴33旋转至水平状态；主杆总成2通过主付杆连接臂30、主杆液压缸29与付杆总成3同步旋转至水平状态。

再启动套管机械臂液压缸36，套管机械臂总成4动作，套管机械手48将套管25抓起，即套管机械臂液压缸36带动套管大臂39绕转轴37旋转，套管油缸Ⅰ 40推动连杆Ⅰ42、连杆Ⅰ 42推动中臂43绕大臂与中臂连接轴41旋转；套管油缸Ⅱ 44推动连杆Ⅱ 45、连杆Ⅱ45推动小臂47绕中臂与小臂连接轴46旋转，小臂47上套管机械手48抓起套管25放到套管托21上；套管托21滚动调整套管25至合适位置后，套管夹22和套管液压钳26将套管25夹紧；钻杆夹24将钻杆20抓起，钻杆液压钳27夹持钻杆20；付杆液压缸32启动，付杆液压缸32拉动付杆支臂31，付杆支臂31绕连接轴33旋转至水平状态；主杆总成2通过主付杆连接臂30、主杆液压缸29与付杆总成3同步旋转至垂直状态；启动主杆液压缸29，主付杆连接臂30带动主杆总成2移动使钻杆20对准导向提升器18，钻杆液压钳27松开后，启动提升架液压缸14将提升架17翻转到水平位置，导向提升器18中心对准鼠洞15中心，导向提升机构19转动使钻杆20随导向提升器18下行至鼠洞15；启动主杆液压缸29，主付杆连接臂30带动主杆总成2移动使套管25中心对准鼠洞15中心；导向提升机构19转动使钻杆20随导向提升器18上行穿入套管25至钻杆液压钳15位置，提升架17将钻杆液压钳27转回夹紧钻杆20；启动主杆液压缸29将双层管送至主钻机动力顶驱正下方，主钻机动力顶驱旋转接上钻杆20和套管25。当完井时，液压支腿6工作，行走底盘7离开地面，使机械臂系统相对于行走底盘7产生相对运动，实现机械臂系统的前进和后退。

本发明是对本申请人在先申请的发明专利号：ZL201410659178.7 名称：智能化上下管分拣系统设计的改进。本发明与在先申请对比，具有结构简单、占地面积小、易于操作、节省工作时间等优势。它是一种用于全液压双动力组合式万米钻机中的全自动接卸钻杆、套管的系统装置，可在套管随钻工艺中同时完成接卸双层管，采用PLC自动化控制系统与各个执行机构相配合，完成接卸钻杆套管的过程，全程动作自动完成，不需要人工参与，较人工接卸钻杆套管更安全，更快速，更准确，更节省资源。较其他自动接钻杆系统更先进，更人性化、自动化，能独立完成自动接卸双层管。节省了人力、物力，避免了人工操作存在的危险性，节省了接卸钻杆、套管的时间，提高了整个钻井直至完井过程的。可与其他钻井设备配套使用，可大大提高钻井工程时间及工程质量。

Claims

1.一种智能化上下管分拣系统，其特征在于：智能化上下管分拣系统是由：械臂底盘总成、主杆总成、付杆总成、套管机械臂总成和钻杆机械臂总成五部分组成；机械臂底盘总成（1）由：液压支腿（6）、行走底盘（7）、行走导轨Ⅰ（8）、行走导轨Ⅱ（9）、行走导轨Ⅲ（10）、行走导轨Ⅳ（11）、上平台（12）、钻杆托架（13）、提升架液压缸（14）、鼠洞（15）、被钳（16）、提升架（17）、导向提升器（18）和导向提升机构（19）构成，上平台（12）的两侧设有液压支腿（6）与上平台（12）固定连接，上平台（12）的底部设有行走底盘（7），行走导轨Ⅰ（8）、行走导轨Ⅱ（9）滑动连接设置在行走底盘（7）上，行走底盘（7）与行走导轨Ⅱ（9）连接，行走导轨Ⅲ（10）、行走导轨Ⅳ（11）滑动连接设置在行走导轨Ⅱ（9）上，行走导轨Ⅲ（10）与行走导轨Ⅰ（8）连接；在上平台（12）的上面设有钻杆托架（13）、在上平台（12）的上面设有提升架（17）、底部设有鼠洞（15），被钳（16）设置在提升架（17）的下部，导向提升器（18）设置在提升架（17）的中间，导向提升机构（19）设置在提升架（17）的上部，提升架液压缸（14）的一端固定在上平台（12）上，另一端与提升架（17）固定连接。

2.根据权利要求1所述的智能化上下管分拣系统，其特征在于：所述的主杆总成（2）由：钻杆（20）、套管托（21）、套管夹（22）、主杆（23）、钻杆夹（24）、套管（25）、套管液压钳（26）、钻杆液压钳（27）和液压钳支架（28）构成，液压钳支架（28）设置在主杆（23）的上部，在液压钳支架（28）的上部设有钻杆液压钳（27），下部设有套管液压钳（26），两个套管托（21）和两个套管夹（22）设置在主杆（23）的左侧夹持套管（25）上，两个钻杆夹（24）设置在主杆（23）右侧夹持钻杆（20）上。

3.根据权利要求1所述的智能化上下管分拣系统，其特征在于：所述的付杆总成（3）由：主杆液压缸（29）、主付杆连接臂（30）、付杆支臂（31）、付杆液压缸（32）、连接轴（33）和支座（34）构成，付杆支臂（31）通过连接轴（33）与支座（34）连接，支座（34）设置在上平台（12）上，主杆液压缸（29）的一端与付杆支臂（31）固定连接，另一端与主杆（23）固定连接，主付杆连接臂（30）的一端与付杆支臂（31）固定连接，另一端与主杆（23）固定连接，付杆液压缸（32）的一端固定连接在上平台（12）上，另一端固定连接在付杆支臂（31）上。

4.根据权利要求1所述的智能化上下管分拣系统，其特征在于：所述的套管机械臂总成（4）由：底座（35）、套管机械臂液压缸（36）、转轴（37）、支座（38）、套管大臂（39）、套管油缸Ⅰ（40）、大臂与中臂连接轴（41）、连杆Ⅰ（42）、中臂（43）、套管油缸Ⅱ（44）、连杆Ⅱ（45）、中臂与小臂连接轴（46）、小臂（47）和套管机械手（48）构成，套管大臂（39）与支座（38）通过转轴（37）铰接，支座（38）固定在上平台（12）上，套管机械臂液压缸（36）一端固定在套管大臂（39）上另一端通过底座（35）固定在上平台（12）上，套管大臂（39）上部通过大臂与中臂连接轴（41）与中臂（43）连接，套管油缸Ⅰ（40）一端固定在套管大臂（39）上，另一端固定在连杆Ⅰ（42）上，中臂（43）通过中臂与小臂连接轴（46）与小臂（47）连接，套管油缸Ⅱ（44）一端固定在中臂（43）上另一端固定在连杆Ⅱ（45）上，小臂（47）上设有套管机械手（48）。

5.根据权利要求1所述的智能化上下管分拣系统，其特征在于：所述的钻杆机械臂总成（5）由：底座（49）、钻杆机械臂液压缸（50）、转轴（51）、支座（52）、钻杆大臂（53）、钻杆油缸Ⅰ（54）、大臂与中臂连接轴（55）、连杆Ⅲ（56）、中臂（57）、钻杆油缸Ⅱ（58）、连杆Ⅳ （59）、中臂与小臂连接轴（60）、小臂（61）和钻杆机械手（62）构成，钻杆大臂（53）与支座（52）通过转轴（51）铰接，支座（52）固定在上平台（12）上，钻杆机械臂液压缸（50）一端固定在钻杆大臂（53）上另一端通过底座（49）固定在上平台（12）上，钻杆大臂（53）上部通过大臂与中臂连接轴（55）与中臂（57）连接，钻杆油缸Ⅰ（54）一端固定在钻杆大臂（53）上，另一端固定在连杆Ⅲ（56）上，中臂（57）通过中臂与小臂连接轴（60）与小臂（61）连接，钻杆油缸Ⅱ（58）的一端与中臂（57）固定连接，另一端与连杆Ⅳ （59）固定连接，钻杆机械手（62）设置在小臂（61）上。