CN107500170A - 一种滑轮提升系统及其钻井平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑轮提升系统及其钻井平台，提升系统包括支架上设置的上滑轮组架、第一动滑轮组架、第二动滑轮组架和吊装架；所述吊装滑轮组通过钢丝绳与上滑轮组连接，吊装架通过吊装滑轮组、上滑轮组以及所述钢丝绳可上下移动地吊装在所述上滑轮组架的下方；所述钢丝绳的第一端经过所述第一动滑轮组后与所述支架固定连接；所述钢丝绳的第二端经过所述第二动滑轮组后与所述支架固定连接。本发明将传统的绞车提升装置去掉，利用油缸提升系统后，将提升系统与井架合为一体，成本将大幅度降低，同时，滑轮组的效率得到有效提升，吊装滑轮的载荷与速度，可以通过液压系统方便控制，便于实现更好的钻进控制。

Description

一种滑轮提升系统及其钻井平台

技术领域

本发明涉及钻井提升系统技术领域，特别涉及一种新型钻机用的滑轮提升系统及其钻井平台。

背景技术

目前，钻井设备由提升系统、旋转系统、循环系统、传动系统、驱动系统、控制系统、钻机底座及辅助设备等多个系统组成。

钻机的提升系统为了起下钻具、下套管以及控制钻压、送钻等，钻机装有一套起升设备，主要由绞车、辅助刹车、游动系统、井架等组成。

其中，井架是钻采设备提升系统的重要组成部分之一。它是一种具有一定高度和空间的金属结构物，并且具有较好的整体稳定性。

游动系统在钻机的提升设备中，将天车、游车和大钩用钢丝绳把它们连接起来，就组成了一个复滑轮系。又称为钻机的游动系统。游车的形状为流线型，有一根芯轴，滑轮在轴上排成一列，其结构与天车相似。

大钩既是钻机游动系统的主要设备,又是联接水龙头的部件。提升绞车是构成提升系统的主要设备，是组成一部钻机的核心部件，是钻机的主要工作机构之一。钻井绞车实际上是一部重型起重机械，常见的绞车由以下几个系统组成：⑴支撑系统：由焊接的框架式支架或密闭箱壳式底座架。⑵传动系统：由三根轴组成，即传动轴、猫头轴、滚筒轴。⑶控制系统：包括牙嵌、齿式、气动离合器，司钻控制台、控制阀件等。⑷制动系统：即刹车系统、包括刹把、刹车带、主刹车、辅助刹车等。⑸卷扬系统：包括主滚筒、副滚筒、各种猫头等起升卷绳装置。⑹润滑及冷却系统：润滑方式有黄油、滴油、飞溅或强制润滑等几种。

现有钻井系统常用提升系统用滑轮组布置方式，如下图1所示，一般为一端出绳的单联省力滑轮组，假如滑轮组的倍率为m，即输入端力F1比输出端力F，可省m倍，但是速度与行程将会放大m倍。

然而，上述的技术方案在减小提升力的同时，由于每组滑轮都存在一定的功率消耗，由此造成提升效率低小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滑轮提升系统及其钻井平台，以解决现有技术中的提升系统成本高，效率低下的技术问题。

本发明提供一种滑轮提升系统，所述滑轮提升系统包括支架上设置的上滑轮组架、第一动滑轮组架、第二动滑轮组架和吊装架；

所述上滑轮组架上设置有上滑轮组；

所述第一动滑轮组架上设置有第一动滑轮组；

所述第二动滑轮组架上设置有第二动滑轮组；

所述吊装架上设置有吊装滑轮组；

所述吊装滑轮组通过钢丝绳与上滑轮组连接，吊装架通过吊装滑轮组、上滑轮组以及所述钢丝绳可上下移动地吊装在所述上滑轮组架的下方；

所述钢丝绳的第一端经过所述第一动滑轮组后与所述支架固定连接；

所述钢丝绳的第二端经过所述第二动滑轮组后与所述支架固定连接；

所述第一动滑轮组架和所述第二动滑轮组架可滑动地设置在所述支架上，和/或，所述上滑轮组架可滑动地设置在所述支架上，通过移动第一动滑轮组架和第二动滑轮组架，和/或所述上滑轮组架，拉动所述钢丝绳进而迫使所述吊装架上下移动。

进一步地，所述吊装架上设置有吊钩。

进一步地，所述支架或者所述上滑轮组架上设置有第一锚定滑轮组，所述钢丝绳的第一端经过第一锚定滑轮组与所述第一动滑轮组连接。

进一步地，所述支架或者所述上滑轮组架上设置有第二锚定滑轮组，所述钢丝绳的第二端经过第二锚定滑轮组与所述第二动滑轮组连接。

进一步地，所述滑轮提升系统还包括分别用于驱动所述第一动滑轮组架和所述第二动滑轮组架，和/或，用于驱动所述上滑轮组架移动的驱动机构。

进一步地，所述驱动机构包括用于驱动所述上滑轮组架移动的上驱动机构。

进一步地，所述支架为钻井平台的井架。

进一步地，所述驱动机构为液压缸、电动伸缩杆或者气缸。

进一步地，所述第一动滑轮组架、所述第二动滑轮组架和所述上滑轮组架可上下滑动地设置在所述支架上；所述第一动滑轮组架和所述第二动滑轮组架分别设置在所述上滑轮组架下方的左右两侧。

进一步地，所述第一动滑轮组架、所述第二动滑轮组架和所述上滑轮组架与所述支架之间设置有导向装置。

进一步地，所述导向装置为直线导向槽、直线导向滑轨等。

进一步地，所述驱动机构包括分别用于驱动所述第一动滑轮组架和所述第二动滑轮组架移动的第一驱动机构和第二驱动机构。

进一步地，所述第一驱动机构和第二驱动机构一端分别与所述第一动滑轮组架和所述第二动滑轮组架连接，第一驱动机构和第二驱动机构的另一端与所述上滑轮组架连接；所述第一驱动机构和第二驱动机构同步工作，在举起上滑轮组架的同时，推动所述第一动滑轮组架或所述第二动滑轮组架向下移动。

进一步地，所述驱动机构还包括用于驱动所述上滑轮组架的移动的上驱动机构；所述第一驱动机构、第二驱动机构和上驱动机构同步工作，在向上举起所述上滑轮组架的同时，将所述第一动滑轮组架和所述第二动滑轮组架向下移动。

进一步地，所述驱动机构还包括2个所述上驱动机构；2个上驱动机构分别与所述第一驱动机构和第二驱动机构背对背设置；所述第一驱动机构、第二驱动机构和上驱动机构为液压缸。进一步地，所述第一驱动机构和第二驱动机构为液压缸或气缸，液压缸或气缸的缸体或者活塞杆与所述动滑轮组架连接，液压缸或气缸的活塞杆或者缸体与所述上滑轮组架连接。

进一步地，所述吊装滑轮组包括1-10个吊钩滑轮。

进一步地，所述第一动滑轮组包括1-10个第一驱动滑轮。

进一步地，所述第二动滑轮组包括1-10个第二驱动滑轮。

一种具有上述滑轮提升系统的钻井平台，所述支架为井架，所述吊装架上设置有吊钩。

与现有技术相比，本发明具有如下的技术效果：

1)本发明将传统的绞车提升装置去掉，利用油缸提升系统后，将提升系统与井架合为一体，成本将大幅度降低。

2)滑轮组的效率得到有效提升。

3)吊装滑轮的载荷与速度，可以通过液压系统方便控制，便于实现更好的钻进控制。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术中的钻井平台提升系统的滑轮组布置方式示意图；

图2是现有技术中的12倍率的单联滑轮组提升系统的滑轮组布置示意图；

图3是根据本发明实施例1的滑轮提升系统的滑轮组布置示意图；

图4是根据本发明实施例2的滑轮提升系统的结构示意图；

图5是图4中提升系统将吊钩提起后的结构示意图；

图中：

1-支架； 2-上滑轮组架；

2a-上滑轮组； 2b-上驱动机构；

3-第一动滑轮组架； 3a-第一动滑轮组；

3b-第一驱动机构； 4-第二动滑轮组架；

4a-第二动滑轮组； 4b-第二驱动机构；

5-吊装架； 5a-吊装滑轮组；

6-钢丝绳； 7-钻井吊钩；

L1-油缸的活塞行程； L2-吊钩的移动距离；

8-第一锚定滑轮组； 9-第二锚定滑轮组。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。

实施例1

如图3所示，本实施例提供的新型钻机用滑轮提升系统包括支架1上设置的上滑轮组架2、第一动滑轮组架3、第二动滑轮组架4和吊装架5；

上滑轮组架2上设置有上滑轮组2a；

第一动滑轮组架3上设置有第一动滑轮组3a；

第二动滑轮组架4上设置有第二动滑轮组4a；

吊装架5上设置有吊装滑轮组5a；

吊装滑轮组5a通过钢丝绳6与上滑轮组2a连接，吊装架5通过吊装滑轮组5a、上滑轮组2a以及钢丝绳6可上下移动地吊装在上滑轮组架2的下方；

钢丝绳6的第一端经过第一动滑轮组3a后与支架1固定连接；

钢丝绳6的第二端经过第二动滑轮组4a后与支架1固定连接；

第一动滑轮组架3、第二动滑轮组架4以及上滑轮组架2均可滑动地设置在支架1上，通过移动第一动滑轮组架3、第二动滑轮组架4和/或者上滑轮组架2而拉动钢丝绳6而迫使吊装架5上下移动；

其中，钻井吊钩7设置在吊装架5上。

上滑轮组架2上设置有第一锚定滑轮组8，钢丝绳6的第一端经过第一锚定滑轮组8与第一动滑轮组3a连接。

上滑轮组架2上设置有第二锚定滑轮组9，钢丝绳6的第二端经过第二锚定滑轮组9与第二动滑轮组4a连接。

第一动滑轮组架3、第二动滑轮组架4和上滑轮组架2可上下滑动地设置在支架1上。

新型钻机用滑轮提升系统还包括：分别用于驱动第一动滑轮组架3和第二动滑轮组架4移动的第一驱动机构3b和第二驱动机构4b，用于驱动上滑轮组架2移动的2个上驱动机构2b。2个上驱动机构2b分别与第一驱动机构3b和第二驱动机构4b背对背设置；

驱动机构为液压缸。驱动机构同时或者分别工作，可以将吊钩提起或者落下。

其中，吊装滑轮组5a包括5个吊钩滑轮。第一动滑轮组3a包括3个第一驱动滑轮。第二动滑轮组4a包括3个第二驱动滑轮。

当4个液压缸同时并完全伸出时，单个液压缸走的行程为S，与上滑轮组架相关联的钢绳有12根，液压缸背对背伸出时，它们总共会走12S，两侧的动滑轮组架相关联的12根所走的行程为24S，所有的钢丝绳走了36S。钢丝绳的总长度是不变的，与吊装架相关有10根，即所有的行程最终要分配到这10根钢丝绳，即吊装架要移动行程为：36S/10＝3.6S。提升系统的倍率是可以根据需求进行配置，本例中倍率设置为3.6。

与现有技术相比，本发明具有如下的技术效果：

本发明通过改变钢丝绳6输入端执行机构的驱动方式，将钢丝绳6的两端均与支架1固定，在吊装滑轮组5a的两端均设置有用于出绳的动滑轮组，即由一端出绳改变为两端出绳，整个提升系统的工作效率有效提升。

以图2中所示的滑轮组为例，即提升系统中常用的12倍率的单联滑轮组为例，该滑轮组的效率即为：η_t＝F₁×S₁/F×S

以一个在钻井机械中，如果钢丝绳每过一个滑轮损失的效率为η,其机构的效率计算为：

Q＝Pf*η+Pf*η²+Pf*η³+Pf*η⁴+Pf*η⁵+Pf*η⁶+Pf*η⁷+Pf*η⁸+Pf*η⁹+Pf*η¹⁰+Pf*η¹¹+Pf*η¹²+Pf*η¹³

＝Pf*(η+η²+η³+η⁴+η⁵+η⁶+η⁷+η⁸+η⁹+η¹⁰+η¹¹+η¹²+η¹³)

＝Pf*(η(1-η¹³)/(1-η))

因为η_t＝Q*S/Pf*Sf＝Q*S/(Pf*6*S).......功率的比值

所以η_t＝(η(1-η¹³))/(z(1-η))

如上述计算，如果η＝0.96，则此滑轮组的效率η_t＝0.77。

而本发明通过改变输入端执行机构的驱动方式，如图3所示，可实现将所有定滑轮转变为动滑轮，可将1端出绳变为2端出绳。

此滑轮组的倍率值为m，为方便理解，此图示实施例倍率为3.6，η＝0.96。

则其效率计算如下：

Q＝2Pf(η⁷+η⁸+η⁹+η¹⁰+η¹¹)

F＝Pf*(η+η²+η³+η⁴+η⁵+η⁶)

P＝2Pf*(1+η+η²+η³+η⁴+η⁵+η⁶+η⁷+η⁸+η⁹+η¹⁰+η¹¹)

因为η_t＝(Q*3.6S)/((2F+P)*S).......功率的比值

所以：

η_t＝(2*3.468*Pf*3.6S)/((2*5.214*Pf+2*9.68*Pf)*S)＝(2*3.468*3.6)/(2*5.214+2*9.68)＝0.838

由此可见，与现有技术方案相比，本发明技术方案可将效率提升约7％。

实施例2

本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于：

如图4和5所示，第一动滑轮组架3和第二动滑轮组架4分别设置在上滑轮组架2下方的左右两侧。

第一驱动机构3b和第二驱动机构4b一端分别与第一动滑轮组架3和第二动滑轮组架4连接，第一驱动机构3b和第二驱动机构4b的另一端与上滑轮组架2连接；第一驱动机构3b和第二驱动机构4b同步工作，在举起上滑轮组架2的同时，推动第一动滑轮组架3或第二动滑轮组架4向下移动。

具体而言，第一驱动机构3b和第二驱动机构4b为液压缸时，液压缸的缸体或者活塞杆与动滑轮组架连接，液压缸的活塞杆或者缸体与上滑轮组架2连接。

其中，L1为油缸的活塞行程，而L2为吊钩的移动距离。

本实施例的结构更加简单，动滑轮组架与上滑轮组架共用两个液压缸，在不增加液压缸行程的前提下，可以大大延长吊钩的行程距离。

另外，本发明还公开了一种钻井平台，一种具有上述的钻井平台，其中，井架为上述的井架，上述的滑轮提升系统就设置在井架上，吊装架上设置有吊钩。钻具、套管以及辅助设备吊装在吊钩下方，利用本发明中的滑轮提升系统可以有效实现上述装备的起降。钻井平台的其他部件可为现有技术，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (12)

1.一种滑轮提升系统，其特征在于，包括支架(1)上设置的上滑轮组架(2)、第一动滑轮组架(3)、第二动滑轮组架(4)和吊装架(5)；

所述上滑轮组架(2)上设置有上滑轮组(2a)；

所述第一动滑轮组架(3)上设置有第一动滑轮组(3a)；

所述第二动滑轮组架(4)上设置有第二动滑轮组(4a)；

所述吊装架(5)上设置有吊装滑轮组(5a)；

所述吊装滑轮组(5a)通过钢丝绳(6)与上滑轮组(2a)连接，吊装架(5)通过吊装滑轮组(5a)、上滑轮组(2a)以及所述钢丝绳(6)可上下移动地吊装在所述上滑轮组架(2)的下方；

所述钢丝绳(6)的第一端经过所述第一动滑轮组(3a)后与所述支架(1)固定连接；

所述钢丝绳(6)的第二端经过所述第二动滑轮组(4a)后与所述支架(1)固定连接；

所述第一动滑轮组架(3)和所述第二动滑轮组架(4)可滑动地设置在所述支架(1)上，和/或，所述上滑轮组架(2)可滑动地设置在所述支架(1)上，通过移动第一动滑轮组架(3)和第二动滑轮组架(4)，和/或所述上滑轮组架(2)，拉动所述钢丝绳(6)进而迫使所述吊装架(5)上下移动。

2.根据权利要求1所述滑轮提升系统，其特征在于，所述支架(1)或者所述上滑轮组架(2)上设置有第一锚定滑轮组(8)，所述钢丝绳(6)的第一端经过第一锚定滑轮组(8)与所述第一动滑轮组(3a)连接。

3.根据权利要求1所述滑轮提升系统，其特征在于，所述支架(1)或者所述上滑轮组架(2)上设置有第二锚定滑轮组(9)，所述钢丝绳(6)的第二端经过第二锚定滑轮组(9)与所述第二动滑轮组(4a)连接。

4.根据权利要求1所述滑轮提升系统，其特征在于，所述滑轮提升系统还包括分别用于驱动所述第一动滑轮组架(3)和所述第二动滑轮组架(4)，和/或，用于驱动所述上滑轮组架(2)移动的驱动机构。

5.根据权利要求4所述滑轮提升系统，其特征在于，所述驱动机构为液压缸、电动伸缩杆或者气缸。

6.根据权利要求4所述滑轮提升系统，其特征在于，所述第一动滑轮组架(3)、所述第二动滑轮组架(4)和所述上滑轮组架(2)可上下滑动地设置在所述支架(1)上；所述第一动滑轮组架(3)和所述第二动滑轮组架(4)分别设置在所述上滑轮组架(2)下方的左右两侧。

7.根据权利要求6所述滑轮提升系统，其特征在于，所述第一动滑轮组架(3)、所述第二动滑轮组架(4)和所述上滑轮组架(2)与所述支架(1)之间设置有导向装置。

8.根据权利要求6所述滑轮提升系统，其特征在于，所述驱动机构包括分别用于驱动所述第一动滑轮组架(3)和所述第二动滑轮组架(4)移动的第一驱动机构(3b)和第二驱动机构(4b)。

9.根据权利要求8所述滑轮提升系统，其特征在于，所述第一驱动机构(3b)和第二驱动机构(4b)一端分别与所述第一动滑轮组架(3)和所述第二动滑轮组架(4)连接，第一驱动机构(3b)和第二驱动机构(4b)的另一端与所述上滑轮组架(2)连接；所述第一驱动机构(3b)和第二驱动机构(4b)同步工作，在举起上滑轮组架(2)的同时，推动所述第一动滑轮组架(3)和所述第二动滑轮组架(4)向下移动。

10.根据权利要求8所述滑轮提升系统，其特征在于，所述驱动机构还包括用于驱动所述上滑轮组架(2)的移动的上驱动机构(2b)；所述第一驱动机构(3b)、第二驱动机构(4b)和上驱动机构(2b)同步工作，在向上举起所述上滑轮组架(2)的同时，将所述第一动滑轮组架(3)和所述第二动滑轮组架(4)向下移动。

11.根据权利要求10所述滑轮提升系统，其特征在于，所述驱动机构还包括2个所述上驱动机构(2b)；2个上驱动机构(2b)分别与所述第一驱动机构(3b)和第二驱动机构(4b)背对背设置；所述第一驱动机构(3b)、第二驱动机构(4b)和上驱动机构(2b)为液压缸。

12.具有权利要求1-11任一项所述的滑轮提升系统的钻井平台，其特征在于，所述支架为井架，所述吊装架上设置有吊钩。