CN107869315A - 一种自动化修井机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于石油设备领域,具体涉及一种自动化修井机,是由新型钻具输送装置、钻台面机械手、钻台面自动液压钳、自动卡瓦、新型钻杆上扣对中装置、二层台机械手、二层台可折叠栏杆、自动吊卡、游车及吊环防晃装置所组成的,各配套装置及系统各自与控制系统连接,并集成在司钻处进行集中控制,整个作业过程司钻全程监控,实现管具上下钻台的无人化操作,并通过钻台面自动液压钳实现钻杆对中和上扣的配合自动作业,所述游车与吊环防晃装置通过扶正吊环,实现钻杆在自动吊卡与二层台机械手之间的移运。综上所述,本发明减轻了操作工的劳动强度,提高工作效率,安全可靠。

Description

一种自动化修井机
技术领域
[0001]本发明属于石油设备领域,具体涉及一种自动化修井机,用于实现修井作业的自 动化。
背景技术
[0002]钻井和修井作业中,传统的方式为使用游车大钩、液压大钳、吊钳、吊卡等并配合 二层台及钻台面的若干名操作工实现修井作业,作业环境恶劣,作业过程劳动强度大,需要 司钻与各位置操作工的默契配合且作业危险性较高。目前钻井和修井作业自动化机具的使 用越来越多,修井过程的自动化成为一种趋势。减少修井作业的作业人数,降低劳动强度及 作业危险性,实现司钻对修井过程的集中控制、修井作业各过程的自动衔接必将是未来修 井作业的主要方向。
发明内容
[0003]本发明专利的目的是实现修井作业的自动化。通过二层台机械手、游钩及吊环防 晃装置、钻台面机械手、钻台面自动液压钳、自动吊卡、自动卡瓦、井口对中装置、钻具输送 装置等自动化机具的配合使用,提高修井作业效率,降低作业劳动强度,提高作业安全性。 通过集成司钻控制,实现对修井过程的全程监控。
[0004]本发明为达到上述自动化修井作业和司钻全程监控的作业过程,采用如下技术方 案实现:
[0005]本发明自动化修井机包括钻具输送装置、钻台、井架、钻台面机械手、钻台面井口 对中装置、钻台面自动液压钳、自动卡瓦、自动吊卡、二层台、二层台机械手、二层台可折叠 栏杆、游车及吊环防晃装置、控制系统,其特征是:所述钻具输送装置放置在钻台一侧,与钻 台、井架成线性排布,且钻具输送装置具有能够两侧起升并伸出的导轨及V型槽,能够将钻 具输送至台面与自动吊卡配合实现钻具的输送;所述钻台面机械手通过导轨固定在钻台面 上;所述钻台面井口对中装置固定在自动卡瓦的两侧,保证钻杆在输送至井口,准备与自动 卡瓦卡住的钻具对接时的准确性;所述钻台面自动液压钳,能够实现钻杆的上、卸扣,在井 口对中装置将两钻杆对正并退出工作后,自动液压钳完成钻杆的上扣;所述二层台机械手 固定在二层台中间走道的下方,与自动吊卡配合实现钻具的抓取和下放,与钻台面机械手 配合实现钻具在钻台面的排放;所述二层台可折叠栏杆通过销轴固定于二层台中间走道 上,实现栏杆免拆卸和可折叠;所述游车及吊环防晃装置,能够防止二层台机械手与自动吊 卡配合工作时吊环及钻具的晃动,保证钻具的交接顺利完成;所述钻具输送装置、钻台面机 械手、钻台面井口对中装置、自动液压钳、自动卡瓦、二层台机械手及游车和吊环防晃装置 均各自与控制系统相连,实现司钻的集中控制。
[0006] 本发明的功能实现具体还可通过以下方案实现:
[0007]本发明所述钻具输送装置包括钻杆架调整座、钻杆架、钻杆拨叉、方钻杆提升装 置、底座、导轨、滑车、V型槽、起升连杆、挡管桩、导轨起升及伸缩液缸等组成,其特征是:所 述钻杆架调整座机钻杆架用于提供钻杆的摆放,并通过调整高度和角度,实现钻杆在钻杆 架上的运动,钻杆架与调整座通过焊接方式连接,钻杆架与中间导轨通过销轴连接;所述钻 杆拨叉为圆弧型结构,通过液压缸推动拨叉旋转,提供钻杆由钻杆架向V型槽运动的动力, 完成钻杆的移运;所述方钻杆提升装置设计有V型槽,用于放置方钻杆,该装置固定于一侧 钻杆架与导轨中间,实现方钻杆及其他类似钻具的上、下移运;所述V型槽具有伸缩液缸,能 够完成槽体一定角度的倾斜,接收来自钻杆拨叉的钻杆及方钻杆提升装置的方钻杆及钻 具;所述导轨及滑车通过销轴固定在钻杆架的中间,通过液压缸提供动力,通过起升连杆保 证起升稳定性,能进行平行举升或单侧一定角度举升,将放置于V型槽中的钻具提升至一定 高度,并可将V型槽向钻台面伸出,完成钻具由地面至钻台面的移运和交接。
[0008] 本发明所述钻台面机械手包括固定于钻台面的导轨,机械手旋转装置,机械手连 杆架及钻具稳定装置、钻具夹持装置;所述导轨通过齿轮齿条时间机械手的运动空间的扩 展;所述机械手旋转装置通过电机实现机械手的360°旋转;所述机械手通过抓取装置实现 钻杆的抓取和移送功能,该抓取装置能够通过液缸完成抓取位置的前后、左右小范围调节; 通过扶持装置实现钻具的导向和扶正功能,及自动吊卡的推送功能,保证钻杆运送过程中 的对接顺利完成;所述台面机械手能够实现防诱油的自动检测和涂抹。
[0009] 本发明所述钻台面自动液压钳包括导轨、钳体、驱动装置、稳定机架及吊架等装 置;所述导轨及驱动装置通过链轮和链条实现钳体、机架及吊架的前后运动;所述吊架能够 实现钳体的上下高度调节及传递反向扭矩;所述稳定机架为钳体上下运动提供结构基础, 并保证稳定性;所述钳体能够实现钻杆的上卸扣。
[0010] 本发明所述钻杆井口对中装置包括连接桩及导轨、伸缩装置、对中装置;所述固定 钳桩通过销轴固定于钻台上,通过导轨为对中装置的运动提供限位槽;所述伸缩装置通过 连杆结构及液缸完成对中装置的位置调节;所述对中装置为喇叭槽形式,提供钻杆对中的 导向槽; 本发明所述二层台机械手包括伸缩滑轨装置、支撑箱体、步进电机、主臂总成;所 述伸缩滑轨装置丝杠传动,通过减速电机提供机械手的前后运动;所述步进电机固定于支 撑箱体两侧,为机械手的伸长和旋转提供动力;所述主臂总成为连杆机构,保证抓取装置的 水平运动,完成机械手的伸长和钻具的抓取;
[0012]本发明所述游车及吊环防晃装置包括安装板、驱动装置、平行机构、滑轨安装板、 防晃导轨等;所述安装板用于将防晃装置安装于井架上;所述驱动装置驱动平行机构实现 防晃装置的伸出和收回;所述防晃导轨完成吊环的限位及稳定;
[0013 ]本发明所述的控制系统,主要有液压系统,自动控制系统、监控系统;所述液压系 统主要由动力系统、执行系统、管路等组成;所述自动控制系统由PLC控制器及各类电机、传 感器、线路等组成;所述监控系统主要由摄像头、传感器、显示屏、管线等组成。
[0014]优点和积极效果
[0015]本发明实现了修井作业的全自动化作业,减轻了操作工的劳动强度,降低了工作 过程中的安全隐患;本发明设计了钻杆上扣对中装置,结构简单,工作稳定,实现了钻杆上 扣的自动对正,并与钻台面自动液压钳配合完成钻杆的上扣功能;本发明设计并继承了游 车及吊环防晃装置,有效避免了钻杆交接过程中的晃动,提高了工作效率,降低了工作过程 的安全隐患。本发明将各种自动化装置集成使用,并将控制集中在司钻处,实现了修井作业 的集中控制和监控。
附图说明
[0016]图1为本发明整体示意图。
[0017]图2为钻台面自动装置布置示意图。
[0018]图3为二层台处自动装置示意图。
[0019]图4为钻具输送装置缩回示意图。
[0020]图5为钻具输送装置钻杆拨送示意图。
[0021]图6为钻具输送装置举升示意图。
[0022]图7为钻具输送装置V型槽前伸示意图。
[0023]图8为钻台面机械手示意图。
[0024]图9为钻杆上扣对中装置示意图。
[0025]图10为钻台面自动液压钳示意图。
[0026]图11为二层台机械手臂示意图。
[0027]图12为游车及吊环防晃装置示意图。
[0028]图中标记:1-钻具输送装置,2-二层台,3-井架,4-自动吊卡,5-钻台,6-司钻房,7_ 钻台面机械手,S-钻杆上扣对中装置,9-钻台面自动液压钳,10_自动卡瓦,台折叠 栏杆,12_二层台机械手,13-游车及吊环防晃装置,14_钻杆架,15-挡管粧,16_导轨, 杆拨叉,18-伸缩块,19-V型槽,20-方钻杆提升块,2卜起升连杆,液压缸,23_钻杆架调整 座,24-滑车,25-底座,26-钻台面机械手导轨,27-稳定装置,28—钻具夹持装置,29_机械手 连杆架,30-机械手旋转装置,31-连接粧,对中装置导轨,33_对中槽,34_连杆,35—钳体, 36-液压钳导轨,37_吊架,训-稳定机架,洲-驱动装置,40-液压缸,41-安装版,42-平行机 构,43-防晃轨道,44-滑轨装置,45-机械手减速电机,46-支撑箱体,47-主臂总成,48-抓手 总成具体实施方式。
具体实施方式
[0029]下面结合附图,对本发明做详细的说明。
[0030]如图1、图2和图3所示,本发明包括钻具输送装置i、二层台2、井架3、自动吊卡4、钻 台5、司钻房6、钻台面机械手7、钻杆上扣对中装置8、钻台面自动液压钳9、自动卡瓦1〇、二层 台折叠栏杆11、二层台机械手12、游车及吊环防晃装置13、控制系统等。
[0031]如图4、图5、图6和图7所示,钻具输送装置1包括钻杆架14、挡管桩15、导轨16、钻杆 拨叉17、伸缩块18、V型槽19、方钻杆提升块20、起升连杆21、液压缸22、钻杆架调整座23、滑 车24、底座25组成。钻具输送装置1放置在钻台5 一侧,与钻台&井架3成线性排布。钻杆排布 在钻杆架14上,通过调整钻杆架调整座23的高度使钻杆向钻杆拨叉17移动,钻杆拨叉17拨 动钻杆向此时已倾斜一定角度的V型槽19中,V型槽19在收到钻杆后回复原来状态,此时液 ^缸22伸出,带动起升连杆21和其上的导轨16、滑车24和V型槽19向上运动,在起升到移动 高度后,V型槽19在伸缩液压缸的推动下带着钻具向钻台面移动。
[0032]如图8所示,钻台面机械手7通过钻台面机械手导轨26固定在钻台面上,包括稳定 装置27、钻具夹持装置28、机械手连杆架四、机械手旋转装置30等。在移运钻杆、钻具过程 中,自动吊卡4将钻杆、钻具一端提升一端距离,为防止另一端砸到钻台面,钻台面机械手伸 出其连杆架29,并使用其稳定装置27将钻杆、钻具另一端扶稳,缓慢放置在台面上,顺利完 成钻杆的提升;钻台面机械手7还能够扶正对接时的钻杆,与井口上扣对中装置8一起实现 钻杆的对接。
[0033] 如图9所示,钻杆上扣对中装置8包括连接桩31、对中装置导轨32、对中槽33、连杆 34。钻杆连接上扣时,自动吊卡4将钻杆运送到井口附近时,井口对中装置连杆34将对中槽 33推送至一起,行程喇叭口状,钻杆便可依靠喇叭口的导向作用与卡在自动卡瓦1〇上的另 一根钻杆完成对接。此时,钻杆对中装置8便可退回至初始状态。
[0034]如图10所示,钻台面自动液压钳9包括钳体%、液压钳导轨36、吊架37、稳定机架 38、驱动装置39组成。在钻杆上扣对中装置8完成钻杆对接之后,钻台面自动液压钳9便可在 驱动装置39的驱动下,沿其导轨36前进之井口,使用钳体35完成钻杆的上扣。吊架37及稳定 机架38能够保证液压钳9工作时的稳定性。
[0035]如图11所示,游车及吊环防晃装置13,包括液压缸40、安装版41、平行装置42、防晃 轨道43。若需要防止自动吊卡4及游车晃动时,在防晃装置13的液压缸40驱动下,平行装置 42将防晃轨道43推送出去,将两吊环分别抵住,起到防止吊环晃动的作用。
[0036]如图12所示,二层台机械手12包括滑轨装置44、减速电机45、支撑箱体46、主臂总 成47、抓手总成48等部件。需要将立根摆放到二层台2上时,自动吊卡4运动到二层台附近, 此时使用防晃装置I3将吊环抵住。二层台机械手12在减速电机45驱动下,沿滑轨装置44行 驶至自动吊卡4附近,旋转支撑箱体46,并伸出主臂总成47,使用抓手总成48将自动吊卡4上 的钻杆上侧抓住。与此同时,钻台面机械手7抓住钻杆的下端,将钻杆移动至立根需要摆放 的位置。二层台机械手12将钻杆的上端摆放至二层台2的相应位置,完成钻杆的摆放。
[0037]以上所述为本发明的一种实现方式,并非其范围,其他等效的转化均在本发明的 专利范围之内。
[0038]综上所述,本发明实现了修井作业的全自动化作业,减轻了操作工的劳动强度,提 高工作效率,安全可靠,实现了钻具由地面至下钻的全自动化操作,包括钻具移运的自动 化,钻杆上扣的自动对正,钻台面自动液压钳完成钻杆的上扣,二层台排管自动化,及一系 列防晃对正功能。本发明将各种自动化装置集成使用,并将控制集中在司钻处,实现了修井 作业的集中控制和监控。

Claims (8)

1.一种自动化修井机,包括钻具输送装置、钻台、井架、钻台面机械手、钻台面井口对中 装置、钻台面自动液压钳、自动卡瓦、自动吊卡、二层台、二层台机械手、二层台可折叠栏杆、 游车及吊环防晃装置、控制系统,其特征是:所述钻具输送装置放置在钻台一侧,与钻台、井 架成线性排布,且钻具输送装置具有能够两侧起升并伸出的导轨及V型槽,能够将钻具输送 至台面与自动吊卡配合实现钻具的输送;所述钻台面机械手通过导轨固定在钻台面上;所 述钻台面井口对中装置固定在自动卡瓦的两侧,保证钻杆在输送至井口,准备与自动卡瓦 卡住的钻具对接时的准确性;所述钻台面自动液压钳,能够实现钻杆的上、卸扣,在井口对 中装置将两钻杆对正并退出工作后,自动液压钳完成钻杆的上扣;所述二层台机械手固定 在二层台中间走道的下方,与自动吊卡配合实现钻具的抓取和下放,与钻台面机械手配合 实现钻具在钻台面的排放;所述二层台可折叠栏杆通过销轴固定于二层台中间走道上,实 现栏杆免拆卸和可折叠;所述游车及吊环防晃装置,能够防止二层台机械手与自动吊卡配 合工作时吊环及钻具的晃动,保证钻具的交接顺利完成;所述钻具输送装置、钻台面机械 手、钻台面井口对中装置、自动液压钳、自动卡瓦、二层台机械手及游车和吊环防晃装置均 各自与控制系统相连,实现司钻的集中控制。
2. 根据权利要求1所述的一种自动修井机,其特征是:钻具输送装置包括钻杆架调整 座、钻杆架、钻杆拨叉、方钻杆提升装置、底座、导轨、滑车、V型槽、起升连杆、挡管桩、导轨起 升及伸缩液缸等组成,所述钻杆架调整座机钻杆架用于提供钻杆的摆放,并通过调整高度 和角度,实现钻杆在钻杆架上的运动,钻杆架与调整座通过焊接方式连接,钻杆架与中间导 轨通过销轴连接;所述钻杆拨叉为圆弧型结构,通过液压缸推动拨叉旋转,提供钻杆由钻杆 架向V型槽运动的动力,完成钻杆的移运;所述方钻杆提升装置设计有V型槽,用于放置方 钻杆,该装置固定于一侧钻杆架与导轨中间,实现方钻杆及其他类似钻具的上、下移运;所 述V型槽具有伸缩液缸,能够完成槽体一定角度的倾斜,接收来自钻杆拨叉的钻杆及方钻杆 提升装置的方钻杆及钻具;所述导轨及滑车通过销轴固定在钻杆架的中间,通过液压缸提 供动力,通过起升连杆保证起升稳定性,能进行平行举升或单侧一定角度举升,将放置于V 型槽中的钻具提升至一定高度,并可将V型槽向钻台面伸出,完成钻具由地面至钻台面的移 运和交接。
3. 根据权利要求1所述的一种自动修井机,其特征是:钻台面机械手包括固定于钻台面 的导轨,机械手旋转装置,机械手连杆架及钻具稳定装置、钻具夹持装置;所述导轨通过齿 轮齿条时间机械手的运动空间的扩展;所述机械手旋转装置通过电机实现机械手的360 °旋 转;所述机械手通过抓取装置实现钻杆的抓取和移送功能,该抓取装置能够通过液缸完成 抓取位置的前后、左右小范围调节;通过扶持装置实现钻具的导向和扶正功能,及自动吊卡 的推送功能,保证钻杆运送过程中的对接顺利完成;所述台面机械手能够实现防锈油的自 动检测和涂抹。
4. 根据权利要求1所述的一种自动修井机,其特征是:钻台面自动液压钳包括导轨、钳 体、驱动装置、稳定机架及吊架等装置;所述导轨及驱动装置通过链轮和链条实现钳体、机 架及吊架的前后运动;所述吊架能够实现钳体的上下高度调节及传递反向扭矩;所述稳定 机架为钳体上下运动提供结构基础,并保证稳定性;所述钳体能够实现钻杆的上卸扣。
5. 根据权利要求1所述的一种自动修井机,其特征是:钻杆井口对中装置包括连接桩及 导轨、伸缩装置、对中装置;所述固定钳桩通过销轴固定于钻台上,通过导轨为对中装置的 运动提供限位槽;所述伸缩装置通过连杆结构及液缸完成对中装置的位置调节;所述对中 装置为喇叭槽形式,提供钻杆对中的导向槽。
6. 根据权利要求1所述的一种自动修井机,其特征是:二层台机械手包括伸缩滑轨装 置、支撑箱体、步进电机、主臂总成;所述伸缩滑轨装置丝杠传动,通过减速电机提供机械手 的前后运动;所述步进电机固定于支撑箱体两侧,为机械手的伸长和旋转提供动力;所述主 臂总成为连杆机构,保证抓取装置的水平运动,完成机械手的伸长和钻具的抓取。
7. 根据权利要求1所述的一种自动修井机,其特征是:游车及吊环防晃装置包括安装 板、驱动装置、平行机构、滑轨安装板、防晃导轨等;所述安装板用于将防晃装置安装于井架 上;所述驱动装置驱动平行机构实现防晃装置的伸出和收回;所述防晃导轨完成吊环的限 位及稳定。
8. 根据权利要求1所述的一种自动修井机,其特征是:控制系统主要有液压系统,自动 控制系统、监控系统;所述液压系统主要由动力系统、执行系统、管路等组成;所述自动控制 系统由PLC控制器及各类电机、传感器、线路等组成;所述监控系统主要由摄像头、传感器、 显示屏、管线等。
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