CN106761487B - 海洋钻井平台用管具处理系统及连接移运立根的方法 - Google Patents

海洋钻井平台用管具处理系统及连接移运立根的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海洋钻井平台用管子处理系统及连接移运立根的方法,本系统包括井架、铁钻工、卡瓦装置、布置在井架外侧的排管装置,井架的内部安装有立根连接机械手、扶持机械手,立根连接机械手包括游动滑车,游动滑车中部的导向机构上安装有回转装置,回转装置的底部通过销轴与机械臂的顶端相连接,回转装置的底部与摆动液缸的底座相连接,机械臂的底端铰接有夹持头。本发明利用立根连接机械手实现对管具的抓取、竖直移运、立根的连接、立根从井架外侧、内侧、井口中心位置的相互移运,立根在移运过程中始终处于竖直状态,降低了立根的变形,保证了立根移运过程中作业的安全性能,极大地减少了能耗,降低了设备的运行成本。

Description

海洋钻井平台用管具处理系统及连接移运立根的方法
技术领域
本发明涉及海洋钻井设备技术领域,具体的说是一种海洋钻井平台用管具处理系统及连接移运立根的方法。
背景技术
海洋油气资源的勘探开发潜力巨大,是当前和未来油气资源战略接替的重要领域。海洋钻井是一项复杂的系统工程,大量的先进技术在钻井平台上得到广泛体现,具有高技术、高投入、高风险的特点。为了降低海洋钻井的作业成本,平台在设计时会采用多种措施以提高作业效率、降低能耗,增强设备的安全性能。
在管具处理方面,目前深水海洋平台多采用将三根单根钻杆或者四根单根钻杆提前接好组成一个钻杆柱储存在指梁中,当使用时直接用排管机取出移运至井口中心钻井,这样就大大减少了钻杆的处理时间。当前使用的钻杆单根长度一般为31ft(9.4488m),四个单根钻杆组成一根钻杆柱后总长度可达124ft(37.8m),这么长的钻杆竖直站立后刚度很差,极易产生较大变形。目前处理钻杆柱的方法是利用钻杆柱倾斜臂,使钻杆柱下端受力支撑然后倾斜至井架内,由顶驱来完成钻杆柱的组装和下放。这种处理方式一方面对钻杆接头的磨损很大,并且由于钻杆柱会产生较大的变形,安全性和可靠性较差;另一方面是采用顶驱处理,顶驱重量很大,一套顶驱和支撑顶驱的游动系统重量可达70多吨,顶驱频繁地沿井架上下运动处理钻杆会产生大量的功率损耗,生产成本高昂。因此,如何更安全、更可靠、更经济地处理钻杆等管具,提高管具处理效率是目前石油勘探领域科研人员亟需解决的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种海洋钻井平台用管具处理系统及连接移运立根的方法,以解决现有的海洋钻井平台连接移运立根的操作过程中立根容易发生变形,设备运行成本高,安全性能不高的问题。
为解决上述技术问题,本实用新型所采取的技术方案为:
一种海洋钻井平台用管具处理系统,它包括安装在钻台上的井架、铁钻工、卡瓦装置、布置在井架外侧的排管装置,钻台安装在主甲板上,所述井架的内部安装有布置在井口中心与排管装置之间的立根连接机械手,立根连接机械手的下方设有扶持机械手,立根连接机械手包括装卡在固定于井架内侧壁导轨上的游动滑车,游动滑车中部的导向机构上安装有回转装置,回转装置的底部通过销轴与机械臂的顶端相连接,回转装置的底部还与摆动液缸的底座相连接,摆动液缸的活塞端连接在机械臂上,机械臂的底端铰接有夹持头。
优选的,所述夹持头与机械臂之间安装有姿态调整液缸。
优选的,所述回转装置上安装有液压马达驱动回转装置带动机械臂旋转,回转装置能够沿着导向机构上下移动。
优选的,所述游动滑车的顶端安装有钢丝绳,钢丝绳穿过安装在导轨上方的提升组件缠绕在固定于井架外侧的升降绞车上。
优选的,所述回转装置与游动滑车之间设有补偿液缸。
优选的,所述扶持机械手包括上导轨、伸缩液压缸、固定在井架上的下导轨,伸缩液压缸的缸体固定安装在下导轨上,伸缩液压缸的活塞端与上导轨相连接,上导轨上安装有移动扶持头,移动扶持头上连接有钢丝绳,钢丝绳的另一端绕过固定在上导轨端部的导向轮连接到下导轨上。
优选的,所述排管装置的下端安装在主甲板内部的围阱中,排管装置底部与主甲板的上表面之间的距离为6.5-7.5m。
一种海洋钻井平台用管具处理系统连接移运立根的方法,该方法利用上述的海洋钻井平台用管具处理系统来实现,它包括以下步骤:
步骤一、立根连接机械手在升降绞车与提升组件的作用下沿着导轨向下运动至距离钻台一定高度处,夹持头到达从猫道送来的管具位置后,姿态调整液缸动作,调整、控制夹持头夹紧管具的顶端,控制升降绞车拉动游动滑车向上行走提起管具,待游动滑车行走至一定位置后,姿态调整液缸再次调整夹持头的姿态,使所夹持的管具处于竖直状态,与此同时扶持机械手的扶持头夹持住管具的底端,使管具保持竖直状态;
步骤二、作业人员控制摆动液缸的活塞端逐渐收缩,同时控制伸缩液压缸伸缩,使扶持头与夹持头同步向井口中心运动,将竖直状态的管具送至井口中心上方;
步骤三、立根连接机械手沿井架向下运动下放管具,扶持机械手配合扶持管具,当管具顶端高于钻台0.5-1.5m时停止管具的下放;控制卡瓦装置卡紧管具,控制立根连接机械手、扶持机械手回复原位;
步骤四、按照步骤一、步骤二所述方法,立根连接机械手与扶持机械手将第二根管具移运至井口中心上方,立根连接机械手下放第二根管具至第二根管具与第一根管具能够对扣时停止下放动作,铁钻工对第一根管具和第二根管具进行上扣作业,同时补偿液缸动作,以抵消设备的重量,缓解管具上扣时管具上的丝扣所承受的压力;
步骤五、当第一根管具与第二根管具上扣连接完成后,卡瓦装置松开,立根连接机械手按照步骤三的操作要求将连接好的立根继续下放,立根下放到位后,由卡瓦装置卡紧立根;
重复上述步骤一至步骤五的作业过程,完成整根立根的连接作业;
步骤六、作业人员控制立根连接机械手沿导轨向上运动提起立根,扶持机械手配合扶持立根,直至立根底端高于钻台的上表面;
步骤七、摆动液缸的活塞端伸长,机械臂向下运动,伸缩液压缸同步回缩,使立根保持竖直状态移运至井架大门处;
步骤八、立根连接机械手沿导轨向下运动下放立根,扶持机械手扶持立根,当立根的底端距离主甲板上表面1-2m时停止下放作业;
步骤九、作业人员控制液压马达运转,驱动回转装置带动机械臂旋转,与此同时,扶持头在上导轨上与夹持头同步向井架外侧移动,将立根移运至井架外侧;
步骤十、立根连接机械手沿导轨向下运动,下放立根至排管装置的作业空间内,排管装置抓取立根,并将立根排放至指梁中。
本发明的有益效果为:
(1)本发明将排管装置设置在井架外侧,利用安装在井架内侧的立根连接机械手实现对管具的抓取、竖直移运、立根的连接、管具/立根从井架外侧、内侧、井口中心位置的相互移运,并通过立根连接机械手和扶持机械手的配合,使管具/立根在移运过程中始终处于竖直状态,降低了管具/立根的变形,保证了管具移运过程中作业的安全性能,不再需要顶驱提取、下放管具/立根,极大地减少了能耗,降低了设备的运行成本;
(2)管具/立根在移运过程中上端承受立根连接机械手的拉力,扶持机械手只起扶持作用,移运过程管具/立根不会产生弯曲变形,移运过程更安全、可靠;
(3)本发明将排管装置设置在井架外侧,可大幅降低井架的高度、重量,减少了设备在海洋钻井作业时的受风面积,增强了设备的安全性能,减少了制造成本;
(4)本发明通过游动滑车在竖直导轨上的上下运动,能够满足猫道与整个立根高度之间的行程需求;
(5)本发明在管具上、卸扣作业时,通过补偿液缸抵消设备的重量,以缓解管具上的丝扣所承受的压力;
(6)扶持机械手中伸缩液缸伸缩时可带动上导轨移动,从而使扶持头跟随上导轨移动,并且可以从上导轨的一端移动到另一端,扶持头的行程为上导轨行程的两倍,增大了管具移运配合处理的范围。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是图1中立根连接机械手的结构示意图;
图3是图1中扶持机械手的结构示意图;
图4至图12是本发明用于立根连接移运步骤一至步骤十的使用状态图;
图中:1、井架,2、铁钻工,3、卡瓦装置,4、立根连接机械手,41、游动滑车,411、导向机构,412、液压马达,42、回转装置,43、摆动液缸,44、机械臂,45、夹持头,5、主甲板,6、钻台,7、扶持机械手,71、扶持头,72、上导轨,73、伸缩液压缸,74、下导轨,75、导向轮,8、排管装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图3所示的一种海洋钻井平台用管具处理系统,它包括安装在钻台6上的井架1、铁钻工2、卡瓦装置3、布置在井架1外侧的排管装置8,钻台6安装在主甲板5上,井架1的内部安装有布置在井口中心与排管装置8之间的立根连接机械手4,立根连接机械手4的下方设有扶持机械手7,立根连接机械手4包括装卡在固定于井架1内侧壁导轨上的游动滑车41,游动滑车41中部的导向机构411上安装有回转装置42,回转装置42的底部通过销轴与机械臂44的顶端相连接,回转装置42的底部还与摆动液缸43的底座相连接,摆动液缸43的活塞端连接在机械臂44上,机械臂44的底端铰接有夹持头45。
夹持头45与机械臂44之间安装有姿态调整液缸。
回转装置42上安装有液压马达412驱动回转装置42带动机械臂44旋转,回转装置42能够沿着导向机构411上下移动。
游动滑车41的顶端安装有钢丝绳,钢丝绳穿过安装在导轨上方的提升组件缠绕在固定于井架1外侧的升降绞车上。
回转装置42与游动滑车41之间设有补偿液缸。
扶持机械手7包括上导轨72、伸缩液压缸73、固定在井架上的下导轨74,伸缩液压缸73的缸体固定安装在下导轨74上,伸缩液压缸73的活塞端与上导轨72相连接,上导轨72上安装有移动扶持头71,移动扶持头71上连接有钢丝绳,钢丝绳的另一端绕过固定在上导轨72端部的导向轮75连接到下导轨74上。
排管装置8的下端安装在主甲板5内部的围阱中,排管装置8底部与主甲板5的上表面之间的距离为6.5-7.5m。
一种海洋钻井平台用管具处理系统连接移运立根的方法,该方法利用上述的海洋钻井平台用管具处理系统来实现,它包括以下步骤:
步骤一、如图1、图4所示,立根连接机械手4在升降绞车与提升组件的作用下沿着导轨向下运动至距离钻台6一定高度处,夹持头45到达从猫道送来的管具位置后,姿态调整液缸动作,调整、控制夹持头45夹紧管具的顶端,控制升降绞车拉动游动滑车41向上行走提起管具,待游动滑车41行走至一定位置后,姿态调整液缸再次调整夹持头45的姿态,使所夹持的管具处于竖直状态,与此同时扶持机械手7的扶持头71夹持住管具的底端,使管具保持竖直状态;
步骤二、如图5所示,作业人员控制摆动液缸43的活塞端逐渐收缩,同时控制伸缩液压缸73伸缩,使扶持头71与夹持头45同步向井口中心运动,将竖直状态的管具送至井口中心上方;
步骤三、如图6所示,立根连接机械手4沿井架1向下运动下放管具,扶持机械手7配合扶持管具,当管具顶端高于钻台60.5-1.5m时停止管具的下放;控制卡瓦装置3卡紧管具,控制立根连接机械手4、扶持机械手7回复原位;
步骤四、如图7所示,按照步骤一、步骤二方法,立根连接机械手4与扶持机械手7将第二根管具移运至井口中心上方,立根连接机械手4下放第二根管具至第二根管具与第一根管具能够对扣时停止下放动作,铁钻工2对第一根管具和第二根管具进行上扣作业,同时补偿液缸动作,以抵消设备的重量,缓解管具上扣时管具上的丝扣所承受的压力;
步骤五、当第一根管具与第二根管具上扣连接完成后,卡瓦装置3松开,立根连接机械手4按照步骤三的操作要求将连接好的立根继续下放,立根下放到位后,由卡瓦装置3卡紧立根;
重复上述步骤一至步骤五的作业过程,完成整根立根的连接作业;
步骤六、如图8所示,作业人员控制立根连接机械手4沿导轨向上运动提起立根,扶持机械手7配合扶持立根,直至立根底端高于钻台6的上表面;
步骤七、如图9所示,摆动液缸43的活塞端伸长,机械臂44向下运动,伸缩液压缸73同步回缩,使立根保持竖直状态移运至井架1大门处;
步骤八、如图10所示,立根连接机械手4沿导轨向下运动下放立根,扶持机械手7扶持立根,当立根的底端距离主甲板5上表面1-2m时停止下放作业;
步骤九、如图11所示,作业人员控制液压马达412运转,驱动回转装置42带动机械臂44旋转,与此同时,扶持头71在上导轨72上与夹持头45同步向井架外侧移动,将立根移运至井架1外侧;
步骤十、如图12所示,立根连接机械手4沿导轨向下运动,下放立根至排管装置8的作业空间内,排管装置8抓取立根,并将立根排放至指梁中。
本发明将排管装置设置在井架外侧,利用安装在井架内侧的立根连接机械手实现对管具的抓取、竖直移运、立根的连接、管具/立根从井架外侧、内侧、井口中心位置的相互移运,并通过立根连接机械手和扶持机械手的配合,使管具/立根在移运过程中始终处于竖直状态,降低了管具/立根的变形,保证了管具移运过程中作业的安全性能,不再需要顶驱提取、下放管具/立根,极大地减少了能耗,降低了设备的运行成本;管具/立根在移运过程中上端承受立根连接机械手的拉力,扶持机械手只起扶持作用,移运过程管具/立根不会产生弯曲变形,移运过程更安全、可靠;本发明将排管装置设置在井架外侧,可大幅降低井架的高度、重量,减少了设备在海洋钻井作业时的受风面积,增强了设备的安全性能,减少了制造成本。

Claims (8)

1.一种海洋钻井平台用管具处理系统,它包括安装在钻台(6)上的井架(1)、铁钻工(2)、卡瓦装置(3)、布置在井架(1)外侧的排管装置(8),钻台(6)安装在主甲板(5)上,其特征在于:所述井架(1)的内部安装有布置在井口中心与排管装置(8)之间的立根连接机械手(4),立根连接机械手(4)的下方设有扶持机械手(7),立根连接机械手(4)包括装卡在固定于井架(1)内侧壁导轨上的游动滑车(41),游动滑车(41)中部的导向机构(411)上安装有回转装置(42),回转装置(42)的底部通过销轴与机械臂(44)的顶端相连接,回转装置(42)的底部还与摆动液缸(43)的底座相连接,摆动液缸(43)的活塞端连接在机械臂(44)上,机械臂(44)的底端铰接有夹持头(45)。
2.根据权利要求1所述的海洋钻井平台用管具处理系统,其特征在于:所述夹持头(45)与机械臂(44)之间安装有姿态调整液缸。
3.根据权利要求1或2所述的海洋钻井平台用管具处理系统,其特征在于:所述回转装置(42)上安装有液压马达(412)驱动回转装置(42)带动机械臂(44)旋转,回转装置(42)能够沿着导向机构(411)上下移动。
4.根据权利要求3所述的海洋钻井平台用管具处理系统,其特征在于:所述游动滑车(41)的顶端安装有钢丝绳,钢丝绳穿过安装在导轨上方的提升组件缠绕在固定于井架(1)外侧的升降绞车上。
5.根据权利要求4所述的海洋钻井平台用管具处理系统,其特征在于:所述回转装置(42)与游动滑车(41)之间设有补偿液缸。
6.根据权利要求5所述的海洋钻井平台用管具处理系统,其特征在于:所述扶持机械手(7)包括上导轨(72)、伸缩液压缸(73)、固定在井架上的下导轨(74),伸缩液压缸(73)的缸体固定安装在下导轨(74)上,伸缩液压缸(73)的活塞端与上导轨(72)相连接,上导轨(72)上安装有移动扶持头(71),移动扶持头(71)上连接有钢丝绳,钢丝绳的另一端绕过固定在上导轨(72)端部的导向轮(75)连接到下导轨(74)上。
7.根据权利要求6所述的海洋钻井平台用管具处理系统,其特征在于:所述排管装置(8)的下端安装在主甲板(5)内部的围阱中,排管装置(8)底部与主甲板(5)的上表面之间的距离为6.5-7.5m。
8.一种海洋钻井平台用管具处理系统连接移运立根的方法,其特征在于:该方法利用上述权利要求6所述的海洋钻井平台用管具处理系统来实现,它包括以下步骤:
步骤一、立根连接机械手(4)在升降绞车与提升组件的作用下沿着导轨向下运动至距离钻台(6)一定高度处,夹持头(45)到达从猫道送来的管具位置后,姿态调整液缸动作,调整、控制夹持头(45)夹紧管具的顶端,控制升降绞车拉动游动滑车(41)向上行走提起管具,待游动滑车(41)行走至一定位置后,姿态调整液缸再次调整夹持头(45)的姿态,使所夹持的管具处于竖直状态,与此同时扶持机械手(7)的扶持头(71)夹持住管具的底端,使管具保持竖直状态;
步骤二、作业人员控制摆动液缸(43)的活塞端逐渐收缩,同时控制伸缩液压缸(73)伸缩,使扶持头(71)与夹持头(45)同步向井口中心运动,将竖直状态的管具送至井口中心上方;
步骤三、立根连接机械手(4)沿井架(1)向下运动下放管具,扶持机械手(7)配合扶持管具,当管具顶端高于钻台(6)0.5-1.5m时停止管具的下放;控制卡瓦装置(3)卡紧管具,控制立根连接机械手(4)、扶持机械手(7)回复原位;
步骤四、按照步骤一、步骤二所述方法,立根连接机械手(4)与扶持机械手(7)将第二根管具移运至井口中心上方,立根连接机械手(4)下放第二根管具至第二根管具与第一根管具能够对扣时停止下放动作,铁钻工(2)对第一根管具和第二根管具进行上扣作业,同时补偿液缸动作,以抵消设备的重量,缓解管具上扣时管具上的丝扣所承受的压力;
步骤五、当第一根管具与第二根管具上扣连接完成后,卡瓦装置(3)松开,立根连接机械手(4)按照步骤三的操作要求将连接好的立根继续下放,立根下放到位后,由卡瓦装置(3)卡紧立根;
重复上述步骤一至步骤五的作业过程,完成整根立根的连接作业;
步骤六、作业人员控制立根连接机械手(4)沿导轨向上运动提起立根,扶持机械手(7)配合扶持立根,直至立根底端高于钻台(6)的上表面;
步骤七、摆动液缸(43)的活塞端伸长,机械臂(44)向下运动,伸缩液压缸(73)同步回缩,使立根保持竖直状态移运至井架(1)大门处;
步骤八、立根连接机械手(4)沿导轨向下运动下放立根,扶持机械手(7)扶持立根,当立根的底端距离主甲板(5)上表面1-2m时停止下放作业;
步骤九、作业人员控制液压马达(412)运转,驱动回转装置(42)带动机械臂(44)旋转,与此同时,扶持头(71)在上导轨(72)上与夹持头(45)同步向井架外侧移动,将立根移运至井架(1)外侧;
步骤十、立根连接机械手(4)沿导轨向下运动,下放立根至排管装置(8)的作业空间内,排管装置(8)抓取立根,并将立根排放至指梁中。
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