CN108678690B - 管柱自动化处理系统厂内联调试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了陆地和海洋管柱自动化处理设备厂内联调试验装置和试验方法，本发明试验装置包括试验台架、工装底座、天车、抓管机、模拟井口、鼠洞以及相关的配套设施，该装置可分别进行陆地与海洋管柱自动化处理系统的联调试验，可实现管柱输送、建立根、排钻柱等功能，也可满足两套系统同时进行安装和试验。

Description

管柱自动化处理系统厂内联调试验装置及方法

技术领域

本发明属于石油机械制造技术领域，涉及一种管柱自动化处理设备厂内联调试验装置及方法。

背景技术

石油钻采装备作为石油工业的支柱，其先进性、智能化水平决定了石油勘探开发的技术水平，我国的石油钻采装备随着智能控制技术和信息技术的发展，智能化和自动化水平日益提高。管柱自动化处理系统是我国石油钻机智能化发展的最新成果，该系统可以代替人工完成钻具移运、连接、排放、下入和回收等繁重的体力劳动，具有保障作业安全、降低劳动强度、节省人工投入、提升作业效率等方面的优点。

管柱自动化处理系统从使用环境角度可分为陆地管柱自动化处理系统和海洋管柱自动化处理系统，陆地管柱自动化处理系统包括的设备主要是动力猫道、铁钻工、动力鼠洞、自动井架工、二层台机械手、液压卡瓦和液压吊卡等。海洋管柱自动化系统包括的设备主要是抓管吊机、动力猫道、铁钻工、柱式或桥式排管机、动力鼠洞和动力卡瓦等。

目前，国内石油装备制造企业在管柱自动化处理系统研制方面取得长足进步，但管柱自动化处理系统的厂内联调试验受制于试验条件和设施，在没有配套钻机的情况下只能完成系统内单台设备的功能试验和性能试验，整个系统的功能及可靠性无法得到验证，油田生产现场故障较多。

发明内容

本发明的目的是提供一种管柱自动化处理设备厂内联调试验装置，为多台设备功能试验和性能试验提供试验装置。

本发明的另一个目的是提供一种管柱自动化处理设备厂内联调试验方法。

本发明所采用的技术方案是，一种陆地管柱自动化处理设备厂内联调试验装置，包括试验台架，试验台架固定在工装底座上，工装底座上配套有立根台，工装底座上还开设有模拟井口和鼠洞；试验台架顶端设有可移动天车，试验台架一侧设置有抓管机；所述试验台架两侧可安装二层台，其中一侧二层台上安装有二层台机械手，另一侧二层台下方安装有井架工，天车悬吊装置下部安装有液压吊卡；试验台架安装抓管机的一侧安装有动力猫道，动力猫道垂直于两个二层台的连线，模拟井口附近安装有铁钻工。

进一步地，立根台与模拟井口之间安装有推扶臂。

进一步地，试验台架采用双联井架结构。

本发明另一技术方案是，一种海洋管柱自动化处理设备厂内联调试验装置，其特征在于，包括试验台架，试验台架固定在工装底座上，工装底座上配套有立根台，工装底座上还开设有模拟井口和鼠洞；试验台架顶端设有可移动天车，试验台架一侧设置有抓管机；所述试验台架内可安装动力指梁，动力指梁的上部安装有桥式排管机，试验台架安装抓管机的一侧固定有鹰抓机导轨，鹰抓机导轨上安装有鹰抓机，工装底座上还安装有柱式排管机，柱式排管机上部处于动力指梁中间。天车悬吊装置下部安装有液压吊卡；试验台架安装抓管机的一侧安装有动力猫道，动力猫道垂直于两个二层台的连线，模拟井口附近安装有铁钻工；

进一步地，试验台架采用双联井架结构。

本发明还提供了一种陆地管柱自动化处理设备厂内联调试验方法，采用上述陆地管柱自动化处理设备厂内联调试验装置，包括以下步骤：

步骤1：将待试验设备安装到位；

步骤2：连接各试验设备动力及控制系统，调试各单元设备功能；

步骤3：管柱自动化处理系统联合调试和试验过程如下：

1)钻具输送：操作抓管机，抓取钻具并放置在动力猫道架体上部，由动力猫道将钻具输送到工装底座，循环本过程完成钻具输送；

2)建立根：

利用天车和下部悬挂的液压吊卡吊起由动力猫道送到工装底座的钻具，垂直放入钻台面的模拟井口，再吊起第二根钻具放入鼠洞，再吊起第三根钻具与鼠洞的钻具进行对接，利用铁钻工进行上扣拧紧，然后将两单根对接后的立根吊起与模拟井口中的钻具进行对接，完成建立根过程；

3)排立根：

一种方式为抓持式排放方式，利用天车和液压吊卡将立根吊至工装底座以上，利用井架工将立根抓持并排放入二层台指梁间，完成排立根作业；

4)钻具的拆卸作业与上述钻具输送、建立根、排立根作业过程相反。

步骤4：记录设备的运行情况，对相关测试数据进行记录。

进一步地，当所述立根台与模拟井口之间安装有推扶臂时，步骤3)所述排立根的方式为推扶式的排放方式，利用天车和液压吊卡将立根吊至工装底座以上，先操作推扶臂将立根下端推扶至立根台对应位置，再启动二层台机械手将立根的上端排放入二层台。

本发明还提供了一种海洋管柱自动化处理设备厂内联调试验方法，采用上述海洋管柱自动化处理设备厂内联调试验装置，包括以下步骤：

步骤1：将待试验设备安装到位；

步骤2：连接各试验设备动力及控制系统，调试各单元设备功能；

步骤3：海洋管柱自动化处理系统联合调试和试验过程如下：

1)钻具输送：操作抓管机，抓取钻具并放置在动力猫道架体上部，由动力猫道将钻具输送到工装底座，循环本过程完成钻具输送；

2)建立根：

利用天车和下部悬挂的液压吊卡吊起由动力猫道送到工装底座的钻具，垂直放入模拟井口，再吊起第二根钻具放入鼠洞，再吊起第三根钻具与鼠洞的钻具进行对接，利用铁钻工进行上扣拧紧，然后将两单根对接后的立根吊起与模拟井口中的钻具进行对接，完成建立根过程；

3)排立根：

利用天车和液压吊卡将立根吊至工装底座以上，利用桥式排管机将立根上端抓持并排放入动力指梁的指梁间，此时立根的下部放置在立根台上，完成排立根作业；

4)钻具的拆卸作业与上述钻具输送、建立根、排立根作业过程相反；

步骤4：记录设备的运行情况，对相关测试数据进行记录。

进一步地，当所述试验装置包括鹰抓机和柱式排管机时，步骤3)所述建立根的方式为：利用鹰爪机抓起由动力猫道送到工装底座的钻具，鹰爪机可在鹰抓机导轨上上下移动，鹰爪机将钻具垂直放入模拟井口，再抓起第二根钻具放入鼠洞，再抓起第三根钻具与鼠洞的钻具进行对接，利用铁钻工进行上扣拧紧，然后将两单根对接后的立根抓起与模拟井口中的钻具进行对接，完成建立根作业；

步骤4)所述排立根的方式为：利用鹰抓机抓起建好的立根上部，交给柱式排管机，柱式排管机将立柱垂直放入动力指梁的指梁间，此时立根的下部放置在立根台上，完成排立根作业。

本发明联调试验装置和方法的有益效果是，解决了管柱自动化处理系统配套设备的联调试验难题，具体具有以下特点：

1)本发明试验装置可分别进行陆地与海洋管柱自动化处理系统的联调试验，可实现管柱输送、建立根、排钻柱等功能。

2)工装底座采用低位结构，方便管柱自动化处理设备的安装和人员检测。

3)试验台架采用双联井架结构，分为左、右两个试验区域，可满足两套系统同时进行安装和试验。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为本发明的结构侧视图；

图3为本发明的工装底座图；

图4为本发明的陆地管柱自动化处理系统试验方法主视图；

图5为本发明的陆地管柱自动化处理系统试验方法俯视图；

图6为本发明的海洋管柱自动化处理系统试验方法主视图；

图7为本发明的海洋管柱自动化处理系统试验方法俯视图。

图中1.天车，2.试验台架，3.工装底座，4.模拟井口，5.鼠洞，6.抓管机，7.立根台I，8.立根台II，9.钻台面 10.二层台机械手，11.二层台，12.井架工，13.铁钻工，14.液压吊卡，15.推扶臂，16.动力猫道，17动力指梁，18.桥式排管机，19.柱式排管机，20.鹰爪机，21.鹰抓机导轨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。

参照图1、图2和图3，本发明所涉及的联调试验装置包括试验台架2、工装底座3、天车1、抓管机6、模拟井口4和鼠洞5。工装底座3具有钻机底座的功能，为试验台架2、铁钻工13、推扶臂15、柱式排管机20等设备提供安装、工作平台。为便于设备的安装，工装底座3采用将鼠洞5沉入地下，并将立根台I 7、立根台II 8、钻台面9安装在地面的结构，降低了工装底座3的设计高度，钻台面9上设有鼠洞5、模拟井口4的开口。试验台架2固定在工装底座3上，试验台架2具有海洋或陆地钻机井架的功能，高度40m，采用双联井架结构，形成如图所示的左右两个对称的试验区域，一套管柱自动化处理设备可任意在其中一个区域安装，可实现两套海洋或陆地管柱处理设备同时进行试验。工装底座3配套有立根台I 7、立根台II8，可进行钻柱排放作业。工装底座3上开设有模拟井口4和鼠洞5，模拟井口4与鼠洞5可辅助建立根作业。试验台架2顶端设有天车1，天车1可通过滑轨在试验台架2顶端移动，具备钻机游吊系统的提升功能。试验台架2一侧(大门侧)设置有抓管机6。

在上述装置的基础上，参照图4和图5，陆地管柱自动化处理系统厂内联调试验装置配套设备包括设置在试验台架2两侧的二层台11，其中一侧的二层台11上设置有二层台机械手10，另一侧二层台11下方吊设有井架工12。液压吊卡14安装在天车1悬吊装置下部。动力猫道16安装在试验台架2安装抓管机6的一侧(大门侧)，动力猫道16垂直于两个二层台的连线，铁钻工13安装到模拟井口4附近，推扶臂15再装在立根台I 7与模拟井口4之间位置。

在上述装置的基础上，参照图6和图7，海洋管柱自动处理系统厂内联调试验装置配套设备包括动力指梁17，桥式排管机18安装在试验台架2的内部，动力猫道16安装在试验台架2安装抓管机的一侧(大门侧)，铁钻工13安装在工装底座3上模拟井口4附近，动力指梁17与桥式排管机18的安装的高度根据立柱的高度进行确定。鹰抓机导轨21固定在试验台架2安装抓管机的一侧(大门侧)上，鹰抓机20可在鹰抓机导轨21上移动，柱式排管机19下部安装在钻台面9上，上部处于动力指梁17中间。

以上装置中，根据钻柱有三单根一立柱或两单根一立柱的工况，二层台机械手10、井架工12、推扶臂15、鹰抓机20、柱式排管机19、桥式排管机18可在试验台架2上的安装高度进行上下调节，满足不同的工况。

本发明的陆地管柱自动化处理系统内联调试验方法如下：

步骤1：按照上述结构及安装位置要求，将待试验设备安装到位。

步骤2：连接各试验设备动力及控制系统，调试各单元设备功能。

步骤3：管柱自动化处理系统联合调试和试验过程如下：

1)钻具输送：操作抓管机6，抓取钻具并放置在动力猫道16架体上部，由动力猫道16将钻具输送到工装底座3，循环本过程完成钻具输送。

2)建立根：

利用天车1和下部悬挂的液压吊卡14吊起由动力猫道16送到工装底座3的钻具，垂直放入钻台面9的模拟井口4，再吊起第二根钻具放入鼠洞5，再吊起第三根钻具与鼠洞5的钻具进行对接，利用铁钻工13进行上扣拧紧，然后将两单根对接后的立根吊起与模拟井口4中的钻具进行对接，完成建立根过程。

3)排立根：

方式1为抓持式排放方式，利用天车1和液压吊卡14将立根吊至工装底座3以上，利用井架工12将立根抓持并排放入二层台9指梁间，完成排立根作业。

方式2为推扶式的排放方式，利用天车1和液压吊卡14将立根吊至工装底座3以上，先操作推扶臂15将立根下端推扶至立根台I 7对应位置，再启动二层台机械手10将立根的上端排放入二层台11。

4)钻具的拆卸作业与上述钻具输送、建立根、排立根作业过程相反。

步骤4：按照产品试验大纲的内容记录设备的运行情况，对相关测试数据进行记录，数据包括运行周期所用的时间、设备运行噪音大小、设备运行过程中的动态测试数据。

本发明的海洋管柱自动化处理系统厂内联调试验方法如下：

步骤1：按照上述结构及安装位置要求，将待试验设备安装到位。

步骤2：连接各试验设备动力及控制系统，调试各单元设备功能。

步骤3：海洋管柱自动化处理系统联合调试和试验过程如下：

1)钻具输送：操作抓管机6，抓取钻具并放置在动力猫道16架体上部，由动力猫道16将钻具输送到工装底座3，循环本过程完成钻具输送。

2)建立根：

方式1：利用天车1和下部悬挂的液压吊卡14吊起由动力猫道16送到工装底座3的钻具，垂直放入模拟井口4，再吊起第二根钻具放入鼠洞5，再吊起第三根钻具与鼠洞5的钻具进行对接，利用铁钻工13进行上扣拧紧，然后将两单根对接后的立根吊起与模拟井口4中的钻具进行对接，完成建立根过程。

方式2：利用鹰爪机20抓起由动力猫道16送到工装底座3的钻具，鹰爪机20可在鹰抓机导轨21上上下移动，鹰爪机20将钻具垂直放入模拟井口4，再抓起第二根钻具放入鼠洞5，再抓起第三根钻具与鼠洞5的钻具进行对接，利用铁钻工13进行上扣拧紧，然后将两单根对接后的立根抓起与模拟井口4中的钻具进行对接，完成建立根过程。

3)排立根：

排立根方式1对应上述建立根的方式1，利用天车1和液压吊卡14将立根吊至工装底座3以上，利用桥式排管机18将立根上端抓持并排放入动力指梁17的指梁间，此时立根的下部放置在立根台II 8上，完成排立根作业。

排立根方式2对应上述建立根的方式2，利用鹰抓机20抓起建好的立根上部，交给柱式排管机19，柱式排管机19将立柱垂直放入动力指梁17的指梁间，此时立根的下部放置在立根台II 8上，完成排立根作业。

4)钻具的拆卸作业与上述钻具输送、建立根、排立根作业过程相反。

步骤4：按照产品试验大纲的内容记录设备的运行情况，对相关测试数据进行记录，数据包括运行周期所用的时间、设备运行噪音大小、设备运行过程中的动态测试数据。

Claims (2)

1.一种陆地管柱自动化处理设备厂内联调试验方法，其特征在于，采用一种陆地管柱自动化处理设备厂内联调试验装置，该装置包括试验台架，试验台架固定在工装底座上，工装底座上配套有立根台，工装底座上还开设有模拟井口和鼠洞；试验台架顶端设有可移动天车，试验台架一侧设置有抓管机；所述试验台架两侧可安装二层台，其中一侧二层台上安装有二层台机械手，另一侧二层台下方安装有井架工，天车悬吊装置下部安装有液压吊卡；试验台架安装抓管机的一侧安装有动力猫道，动力猫道垂直于两个二层台的连线，模拟井口附近安装有铁钻工，所述立根台与模拟井口之间安装有推扶臂，所述试验台架采用双联井架结构；

该方法包括以下步骤：

步骤1：将待试验设备安装到位；

步骤2：连接各试验设备动力及控制系统，调试各单元设备功能；

步骤3：管柱自动化处理系统联合调试和试验过程如下：

1)钻具输送：操作抓管机，抓取钻具并放置在动力猫道架体上部，由动力猫道将钻具输送到工装底座，循环本过程完成钻具输送；

2)建立根：

利用天车和下部悬挂的液压吊卡吊起由动力猫道送到工装底座的钻具，垂直放入钻台面的模拟井口，再吊起第二根钻具放入鼠洞，再吊起第三根钻具与鼠洞的钻具进行对接，利用铁钻工进行上扣拧紧，然后将两单根对接后的立根吊起与模拟井口中的钻具进行对接，完成建立根过程；

3)排立根：

一种方式为抓持式排放方式，利用天车和液压吊卡将立根吊至工装底座以上，利用井架工将立根抓持并排放入二层台指梁间，完成排立根作业；

4)钻具的拆卸作业与上述钻具输送、建立根、排立根作业过程相反。

步骤4：记录设备的运行情况，对相关测试数据进行记录；

当所述立根台与模拟井口之间安装有推扶臂时，所述排立根的方式为推扶式的排放方式，利用天车和液压吊卡将立根吊至工装底座以上，先操作推扶臂将立根下端推扶至立根台对应位置，再启动二层台机械手将立根的上端排放入二层台。

2.一种海洋管柱自动化处理设备厂内联调试验方法，其特征在于，一种海洋管柱自动化处理设备厂内联调试验装置，该装置包括试验台架，试验台架固定在工装底座上，工装底座上配套有立根台，工装底座上还开设有模拟井口和鼠洞；试验台架顶端设有可移动天车，试验台架一侧设置有抓管机；所述试验台架内可安装动力指梁，动力指梁的上部安装有桥式排管机；天车悬吊装置下部安装有液压吊卡；试验台架安装抓管机的一侧安装有动力猫道，动力猫道垂直于两个二层台的连线，模拟井口附近安装有铁钻工，所述试验台架安装抓管机的一侧固定有鹰抓机导轨，鹰抓机导轨上安装有鹰抓机，工装底座上还安装有柱式排管机，柱式排管机上部处于动力指梁中间，所述试验台架采用双联井架结构；

该方法包括以下步骤：

步骤1：将待试验设备安装到位；

步骤2：连接各试验设备动力及控制系统，调试各单元设备功能；

步骤3：海洋管柱自动化处理系统联合调试和试验过程如下：

1)钻具输送：操作抓管机，抓取钻具并放置在动力猫道架体上部，由动力猫道将钻具输送到工装底座，循环本过程完成钻具输送；

2)建立根：

利用天车和下部悬挂的液压吊卡吊起由动力猫道送到工装底座的钻具，垂直放入模拟井口，再吊起第二根钻具放入鼠洞，再吊起第三根钻具与鼠洞的钻具进行对接，利用铁钻工进行上扣拧紧，然后将两单根对接后的立根吊起与模拟井口中的钻具进行对接，完成建立根过程；

3)排立根：

利用天车和液压吊卡将立根吊至工装底座以上，利用桥式排管机将立根上端抓持并排放入动力指梁的指梁间，此时立根的下部放置在立根台上，完成排立根作业；

4)钻具的拆卸作业与上述钻具输送、建立根、排立根作业过程相反；

步骤4：记录设备的运行情况，对相关测试数据进行记录；

当所述试验装置包括鹰抓机和柱式排管机时，所述建立根的方式为：利用鹰抓机抓起建好的立根上部，交给柱式排管机，柱式排管机将立柱垂直放入动力指梁的指梁间，此时立根的下部放置在立根台上，完成排立根作业；

所述排立根的方式为：利用天车和液压吊卡将立根吊至工装底座以上，利用桥式排管机将立根上端抓持并排放入动力指梁的指梁间，此时立根的下部放置在立根台上，完成排立根作业。

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