CN109750976B - 全液压深井钻机 - Google Patents

Abstract

全液压深井钻机，包括钻塔、主液压提升装置、液压顶部驱动钻井装置、泥浆连续循环装置、液压自动排管机、液压平台钻具输运装置、综合液压站、钻机电气控制系统、液压铁钻工及储备液压能源，钻塔、主液压提升装置、液压顶部驱动钻井装置、泥浆连续循环装置、液压自动排管机、液压平台钻具输运装置、综合液压站、液压铁钻工及储备液压能源均配备随动PLC控制器，各PLC控制器及钻机电气控制系统内的主控PLC控制系统连接到总线上，相互之间进行通讯连接；本发明全液压深井钻机整机采用先进的机电液一体化技术构建，具有自动化程度高、控制精度高、运行平稳可靠，便于实现大功率集成化智能控制的优势。

Description

全液压深井钻机

技术领域

本发明涉及一种全液压深井钻机，属于石油天然气井、地热井以及深部探测井等勘探钻采施工应用领域。

背景技术

深井钻机是勘探或钻采地壳深部资源、获取深部地下信息的重要装备。深井钻机的主要应用领域涉及石油天然气钻采、地热资源开发、深部岩芯钻探等。传统的深井钻机主传动装置通常由提升绞车和转盘组成。其中提升绞车提供单股钢绳绕过天车定滑轮组和游车动滑轮组构成混穿或顺穿绳系，由此构成滑轮倍力机构，以达到提升钻柱所需钩载的要求。井下钻柱的回转作业主要由转盘驱动。常见的提升绞车多以大功率交流变频电机为主动力部件，为获得较高的钻压控制精度，需要在主电机的基础上再叠加一台小功率交流变频电机，用于调控钻压和送进速度。常见的回转驱动装置包括顶驱和井底马达，其中顶驱是可以替代转盘的地面驱动装置，而井底马达则是潜入井下，在靠近钻头处驱动其下部钻柱回转的井底动力装置，井底马达一般需要与顶驱或转盘共同使用。地面装备主要用于驱动钻柱回转，井底马达主要用于驱动钻头回转。

下放至井内的钻柱通常由钻头、各种井下作业工具如井底马达和震击器等以及各类管具如钻挺、钻杆等所组成，钻柱中数量最多的管体为钻杆，通常将独立的钻杆称作单根，单根钻杆接头处采用螺纹联接，而将多个钻杆拧紧在一起的管柱称作立根。常规钻井作业时一个立根由三根钻杆组成，故在单根钻杆有效长度为L的情况下，立根的有效长度为3×L。按照石油行业相关标准，立根长度一般约为三十米。由于钻头和井下工具在钻井作业过程中寿命有限，深井钻探工程需要经历多个回次的钻柱提升与下放，以便更换钻头方可完成。为应对复杂的地层条件，钻井工艺也需调整，这种调整往往不仅是钻进规程的改变，还需要进行钻头及井下机具组合的更换。

于是多个回次的钻柱起-下、拧-卸操作和排放成为除正常钻进以外最为频繁的作业任务。深井钻柱的起-下、拧-卸操作，以及在地面和钻台面之间的钻杆和立根运移操作，消耗了大量辅助作业时间。采用人工作业方式进行上述操作则需要地面钻工、钻台面钻工、二层台井架工、司钻房内的司钻等多位人员协同完成，这是一项作业环境恶劣、重体力、逻辑性强、高重复性、高危险度的劳动。目前各类常见的钻机通过配置自动化机具的途径来提升管具运移、钻柱拧-卸以及立根排列的自动化程度，所述的自动化机具通常包括自动猫道、自动排管机、钻台面铁钻工等，其中自动猫道可替代常规坡道实现管具在地面和钻井平台之间的自动输运，并可配合顶驱、铁钻工完成接单根操作。自动排管机用于完成立根运移和排列，与顶驱、铁钻工配合完成接卸立根操作。钻台面铁钻工则是替代了传统的液气大钳和液压猫头，可自动定位至钻柱回转中心，自动调整夹持高度，自动完成钻柱间的拧-卸操作，且能精确控制上扣力矩。此外，采用液压或气动执行元件驱动的自动卡瓦，可在钻具提升、下放和落座过程中自动卡紧或松开。

钻井液连续循环钻井是本世纪初最先在国外开始应用的新技术，2000年10月31日，发明人L.Ayling通过英国专利GB0026598.3明确了其所发明的连续循环钻井装置的概念。连续循环钻井技术是指在钻井过程中起下钻接卸单根和立根时不关停泥浆泵，并保持井内钻井液连续循环。此外，在井内突发复杂情况或是钻进过程中需要进行短起时，在钻头提离井底的状态下，用以保持钻井液连续循环处理各类问题。钻井液连续循环有效避免了井底温度过高、井壁失稳等危险的发生。钻井液连续循环装置包括泥浆循环管汇、控制阀和管体密封装置，还继承了钻杆夹持和拧卸机构，液压或气动卡瓦以及闸板式防喷器等。该专利在2002年5月10日获得国际知识产权保护，公开代码为WO 02/36928。上述连续循环钻井装置是一套复杂的装置，结构尺寸庞大，安装在钻台面井口处，通常与顶驱配合使用。钻井液连续循环的另一种方式是采用带有切换阀的专用接头，如专利CA2764300，US2018/0202247所述，专用接头结构简单，可与传统钻井设备配合使用，但功能较为单一，不适合为自动化钻机进行集成配套。无论采用钻井液连续循环装置还是连续循环专用接头，实际作业过程中均需要进行较为复杂的钻井液流动方向的切换控制，需要钻台面机具乃至顶驱装置的协调作业，需要对常规钻机的电气控制系统进行改造和升级。

采用两套主提升和回转驱动装置交替作业完成单井起下钻工作，是减少辅助作业时间的有效措施。此类结构多见于海洋钻井装备，例如专利US2016/0376848和专利US2018/0002987所介绍的双塔和双顶驱系统，均面向海洋钻井工程设计，适合做为海洋钻探船的钻井包。其中双顶驱系统在连续起下钻柱过程中需要进行工作位置切换，正在提升或下放钻柱的顶驱其主轴与井筒轴线重合，而另一台顶驱则侧移离开孔口，两台顶驱交替提升和下放，依次到井口作业。双顶驱配置理论上可将起下钻刚性作业时间降低为常规钻井设备的1/2。目前行业中所应用的为数不多的双顶驱系统，现有专利US2018/0002987、CA2118608所公开的双顶驱配置方案中，均采用固定铰连杆机构实现顶驱位置切换，此类机构所存在的最大问题是顶驱伸展与收缩过程中，其在竖直方向上的高度会发生变化，由于钻柱提升与下放过程中顶驱均有携带立根工况，其位置高度的变化将会给钻柱运移作业带来不便。为保持顶驱携带立根伸展和收缩过程中位置高度不变，必须使主提升装置与顶驱伸缩机构协调动作，由此给司钻增加了操作难度，控制流程变得复杂且容易发生事故。事实上双顶驱钻井系统有诸多实施方案，需要针对不同的设计创意，在整机系统集成的基础上进行科学配置和优化设计。

目前常见的深井钻机通过配置自动化机具进行起下钻柱过程中的管具处理，逐步提升了钻机自动化程度，但是依然有如下技术瓶颈难以突破：

其一，钻柱的提升-下放及管具处理操作与正常钻进作业是不可重叠的两个工作过程，并且提升-下放钻柱及拧-卸钻杆接头螺纹占据的辅助时间为最长，仅仅采用一套主提升装置是无法弥补提升或下放空行程所耗费的时间。

其二，深井钻探的钻井液循环是保证岩渣屑顺利排出、预防埋钻的主要技术手段，在传统的提升-下放钻柱过程中，拧-卸钻杆接头都须关闭泥浆循环，由此引起井下温度升高，对后续钻进过程造成影响，也带来井壁失稳和埋钻的风险。

其三，深井钻探装备的可靠性十分关键，设备常规维护和故障排除都将消耗必要的时间，仅有一套作业装置在维护和排故过程中无法进行正常施工，即便可在工艺方面采取必要的措施，依然存在导致井下事故发生的危险。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提出了一种全液压深井钻机，其为基于机电液传动及控制技术构建的全液压深井钻探装备，具有自动化程度高、控制精度高、运行平稳可靠，便于实现大功率集成化智能控制的优势。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种全液压深井钻机，其特征在于，包括：钻塔、主液压提升装置、液压顶部驱动钻井装置、泥浆连续循环装置、液压自动排管机、液压平台钻具输运装置、综合液压站、钻机电气控制系统、液压铁钻工及储备液压能源，钻塔、主液压提升装置、液压顶部驱动钻井装置、泥浆连续循环装置、液压自动排管机、液压平台钻具输运装置、综合液压站、液压铁钻工及储备液压能源均配备随动PLC控制器，各PLC控制器及钻机电气控制系统内的主控PLC控制系统连接到总线上，相互之间进行通讯连接；所述钻塔包括旋升式底座、自起升龙门式井架及天车，自起升龙门式井架安装在旋升式底座上，自起升龙门式井架顶部设置有天车；所述主液压提升装置数量为两套，两套主液压提升装置对称设置在自起升龙门式井架两侧；所述液压顶部驱动钻井装置数量为两台，两台液压顶部驱动钻井装置均通过顶驱导轨设置在自起升龙门式井架上；所述泥浆连续循环装置通过重载悬挂结构安装在旋升式底座的钻井平台下方，泥浆连续循环装置的轴线与钻井筒的轴线相重合；所述液压自动排管机用于配合液压顶部驱动钻井装置完成立根运移动作，液压自动排管机的顶部设置在自起升龙门式井架上，且液压自动排管机本体位于设置在自起升龙门式井架上的二层台下方；所述液压平台钻具输运装置用于运输钻杆及井下机具，液压平台钻具输运装置置于地面上并位于钻塔的正前方；所述综合液压站置于钻塔两侧的地面上，综合液压站通过管线分别与主液压提升装置、液压顶部驱动钻井装置、泥浆连续循环装置、液压自动排管机、液压平台钻具输运装置及液压铁钻工连接；所述液压铁钻工的一端安装在所述钻井平台上，并位于钻塔后方正中位置，液压铁钻工的另一端为自由端，在两个液压动力鼠洞之间可活动，并分别定位至两个液压动力鼠洞处，两个液压动力鼠洞对称设置在所述钻井平台上的井口两侧；所述储备液压能源由多台蓄能器组成，储备液压能源通过管线分别与主液压提升装置、液压顶部驱动钻井装置、泥浆连续循环装置、液压自动排管机、液压平台钻具输运装置及液压铁钻工连接。

进一步，所述自起升龙门式井架包括提升支架、井架升降液压缸、井架提升滑轮倍速机构、井架升降导轨、井架及井架横梁，所述提升支架数量为两组，对称设置在所述钻井平台上的井口两侧；两侧的提升支架上均设置有井架升降液压缸、井架提升滑轮倍速机构及井架升降导轨；井架升降液压缸用于驱动井架提升滑轮倍速机构沿井架升降导轨运动；所述井架提升滑轮倍速机构包括下部提升滑车、滑轮组、起塔钢绳及上部提升滑车；所述滑轮组设置在上部提升滑车上；所述起塔钢绳的一端固定在提升支架的底座上，另一端绕过滑轮组固定在下部提升滑车上；所述井架由多段井架单体拼接而成；井架组装时，两侧井架升降液压缸同步逐段起升；各井架单体采用可替换销轴依次与下部提升滑车或提升支架连接，并在自起升龙门式井架背侧预定高度处安装有井架横梁，井架横梁端部采用耳板销轴结构与两侧的井架连接。

进一步，所述主液压提升装置数量为两套，两套主液压提升装置对称布置在自起升龙门式井架外部两翼，主液压提升装置包括主提升定滑轮组、主提升动滑轮组、导向柱、主提升滑车、主提升液压缸、张紧固定装置及主提升框架，所述主提升框架包括安装底座、立柱及主提升框架顶板，立柱数量为四根，四根呈矩形布置在安装底座与主提升框架顶板之间；所述导向柱位于主提升框架内部，导向柱的顶端固定在主提升框架顶板上，导向柱的底端通过下支承耳座固定在安装底座上；所述主提升定滑轮组通过下支承耳座固定在安装底座上；主提升动滑轮组通过上支承耳座固定在主提升滑车上，且主提升动滑轮组与设置在主提升液压缸的活塞杆端部的关节轴承连接；主提升液压缸的缸筒与安装底座采用中间法兰连接，主提升液压缸的活塞杆通过上支承耳座固定在主提升滑车上，每套主液压提升装置中主提升液压缸的数量为四台，重载情况下油路并联，轻载情况下油路串联；所述主提升滑车套设在导向柱，并通过主提升液压缸驱动沿导向柱升降；所述张紧固定装置焊接在安装底座外侧。

进一步，所述液压顶部驱动钻井装置数量为两台，分别设置在自起升龙门式井架的内部两侧，液压顶部驱动钻井装置包括液压顶部驱动钻井装置本体、主提升滑轮倍力机构、顶驱伸展机构、伸缩机构液压缸及顶驱滑车，其中主提升滑轮倍力机构包括两套随动滑轮组，随动滑轮组对称布置在液压顶部驱动钻井装置的两侧面，顶驱伸展机构是由四根连杆组成的平行四边形机构，用于控制液压顶部驱动钻井装置主轴的横向工作位置；所述伸缩机构液压缸用于驱动顶驱伸展机构相对顶驱滑车运动，伸缩机构液压缸的数量为两组，竖直安装在顶驱伸展机构内侧，其轴线与液压顶部驱动钻井装置回转轴线平行，两组伸缩机构液压缸以液压顶部驱动钻井装置中轴面为对称面呈对称布置；所述顶驱滑车通过顶驱伸展机构与液压顶部驱动钻井装置本体相连。

进一步，所述泥浆连续循环装置与液压顶部驱动钻井装置共用一套控制系统，泥浆连续循环装置数量为一套，其内部集成了三组液压缸驱动的泥浆通断控制阀、液压卡瓦、液压对中机构、液压夹持器及拧-卸扣机构，其中液压对中机构安装在泥浆连续循环装置的顶部；液压夹持器及拧-卸扣机构安装在泥浆通断控制阀上方，液压夹持器数量为两套，分别为定夹持器和动夹持器，拧-卸扣机构与动夹持器连接，动夹持器安装在定夹持器上方，动夹持器的上方和定夹持器的下方均布置有可开合的旋转密封装置，定夹持器和动夹持器之间设置有闸板式密封隔离阀；所述液压卡瓦数量为两套，其中一套安装在所述钻井平台上的井口中心处下方，另一套安装在泥浆通断控制阀下方。

进一步，所述天车包括矩形桁架、天车滑轮组及车滑轮平移液压缸，天车的矩形桁架与自起升龙门式井架连接，矩形桁架的下部焊接有承重梁，承重梁上安装有导轨；天车滑轮组数量为两套，两套天车滑轮组对称安装在矩形桁架内，每套天车滑轮组包括主提升定滑轮组、可平移提升定滑轮组和载荷平衡定滑轮组，从导轨的中心位置向外依次安装有载荷平衡定滑轮组、可平移提升定滑轮组及主提升定滑轮组，且载荷平衡定滑轮组靠近所述钻井平台的井口轴线；所述车滑轮平移液压缸用于驱动天车滑轮组沿导轨平移。

进一步，所述液压自动排管机悬挂在所述二层台下方，对应每一台液压顶部驱动钻井装置配备一套液压自动排管机，液压自动排管机通过平移滑车安装在导轨横梁上，导轨横梁采用拉杆和安装铰座连接在自起升龙门式井架上部，平移滑车可沿导轨横梁滑动，平移滑车下方焊接有悬挂套筒，悬挂套筒为法兰套筒，其下端法兰上安装有蜗轮-蜗杆液压回转驱动机构，液压自动排管机通过悬挂套筒固定在平移滑车下方，每套液压自动排管机在其自身对应的导轨横梁内平移，并在以井口为中心、半径为1.5m～2.5m的圆形区域之外运动，液压自动排管机抓取和放置钻杆的主运动方向为纵向；所述二层台具有纵向排列的指梁。

进一步，所述主液压提升装置上设置有配重块，所述配重块用于平衡主提升滑车和液压顶部驱动钻井装置的重量，配重块数量为两套，两套配重块对称悬挂在主液压提升装置的外部两侧，并可沿立柱上下滑动，在不计摩擦的情况下，所述配重块的重量G满足如下关系式：

G＝G1/2+G2

其中G1为单台液压顶部驱动钻井装置的重量，G2为主提升滑车和主提升动滑轮组的总重量。

进一步，所述钻机电气控制系统的司钻控制室内按照一名司钻编制布置司钻控制座椅和圆弧形司钻操作台，所述司钻控制座椅上设置有触摸控制屏及主液压提升装置控制手柄，所述圆弧形司钻操作台上布置有液压顶部驱动钻井装置控制面板、液压平台钻具输运装置控制面板、液压自动排管机控制面板及液压铁钻工控制面板，液压顶部驱动钻井装置控制面板及液压自动排管机控制面板的数量为两组，液压平台钻具输运装置控制面板及液压铁钻工控制面板为一组，司钻控制座椅为旋转座椅，司钻控制室整体安装在回转驱动的转台法兰上，其整体可根据观测需要在一定角度范围内旋转。

进一步，所述液压顶部驱动钻井装置上设置有回转编码器，回转编码器用于检测液压顶部驱动钻井装置的伸展位置。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

①本发明全液压深井钻机整机采用先进的机电液一体化技术构建，具有自动化程度高、控制精度高、运行平稳可靠，便于实现大功率集成化智能控制的优势。

②采用经典的旋升式底座结合自起升龙门式井架的钻塔结构，钻塔无需整体起升，故在旋升式底座组建好以后，在旋升式底座的钻井平台上采用风动绞车配合自升机构即可逐段搭建井架，起塔和落塔过程均无需大吨位吊车辅助作业。

③采用中等行程重载液压缸作为主液压提升装置的执行元件，并联多个主提升液压缸驱动滑轮组构建滑轮倍速机构，从而确保液压顶部驱动钻井装置具有足够的工作行程，进而利用安装在液压顶部驱动钻井装置本体上的随动滑轮组构建滑轮倍力机构，确保全液压深井钻机主工作装置针对特定井深规格满足钩载要求。上述举措在确保液压顶部驱动钻井装置具有较高起下速度的前提下有效降低了单根钢绳上的作用载荷，同时避免了需特制长行程液压缸以满足长行程的弊端，可采用电液伺服系统实现更高精度的自动送钻控制。主液压提升装置设置配重块，有效避免了在钻柱提升过程中、因液压顶部驱动钻井装置重量、主提升滑车及主提升动滑轮组重量所导致的能量损失。

④两台液压顶部驱动钻井装置组成的双液压顶驱可实现起下钻过程中的连续交替作业，在一台液压顶部驱动钻井装置提升或下放钻柱的过程中，同时另一台液压顶部驱动钻井装置可与液压自动排管机配合动作，完成管具处理，从而实现辅助时间重叠，大幅度提高起下钻作业效率。

⑤两套液压自动排管机的布局将液压自动排管机在导轨横梁上的平移范围大幅度降低，每套液压自动排管机均与所在井架一侧的液压顶部驱动钻井装置配合使用，便于协调，便于实现逻辑控制，有效避免了可能发生的作业干涉现象。

⑥井架二层台指梁纵向布置，与上述液压顶部驱动钻井装置布局方式实现了最优匹配，简化了液压顶部驱动钻井装置抓取和回放立根的工作流程，使机械手运动轨迹简易可靠。

⑦泥浆连续循环装置安装在钻井平台下方，泥浆连续循环装置的轴线与钻井筒的轴线相重合，采用重载立柱承受井内钻柱重量，使得钻井平台视野开阔，作业环境清晰，实现了钻井平台台面操作人员与高压管汇等危险部件的有效隔离。配备双液压卡瓦使得钻井作业接卸钻具工作和临时接卸钻具、紧急处理井下事故时接卸钻具都便于操作。

⑧液压顶部驱动钻井装置的顶驱伸展机构，采用带有移动铰座的平行四边形连杆机构，伸展和回缩过程中，液压顶部驱动钻井装置的高度不变，在立根接卸作业无需主液压提升装置协同动作，控制策略简单可靠，有效避免了立根运移过程中可能发生的钻杆接头碰触钻井平台台面发生干涉的事故。

⑨司钻控制室布局合理，司钻控制座椅为转动座椅可使司钻方便地检查和操控各个自动化机具，司钻控制室整体可旋转一定的角度，有效扩大了视野范围，使整机操控过程简单舒适可靠。

⑩采用原动机直接驱动液压泵作为动力，在有工业电网供电的条件下使用电动机驱动液压泵，现场无电力供应条件下采用柴油发动机直接驱动液压泵，极大幅度简化了电传动钻机采用发电机组供电，采用整流柜并车、MCC配电房及逆变柜进行分配及控制的复杂动力传输流程，动力单元的配置得到大幅度简化，且提高了系统综合效率。

附图说明

图1为全液压深井钻机的整体结构示意图。

图2为自起升龙门式井架的自升组装结构示意图。

图3为全液压深井钻机的结构示意图。

图4为液压顶部驱动钻井装置的结构示意图，拆去了顶驱护栏。

图5为天车滑轮组的结构示意图，拆去了位于钻塔顶部的矩形桁架。

图6为全液压深井钻机立面双液压顶驱装置起下钻作业示意图，拆去了钻塔的井架和天车的矩形桁架。

图7为综合液压站的结构示意图。

图8为全液压深井钻机平面布局结构示意图。

图9为液压自动排管机及二层台结构示意图。

图10为司钻控制室结构示意图，拆去了司钻控制室的顶板。

图中各标记如下：1-自起升龙门式井架、2-主液压提升装置、3-液压顶部驱动钻井装置、4-泥浆连续循环装置、5-天车、6-液压自动排管机、7-液压平台钻具输运装置、8-综合液压站、9-司钻控制室、10-钻杆支架、11-钻杆、12-液压铁钻工、13-司钻偏房、14-底部承重支座、15-储备液压能源、16-主提升钢绳、17-二层台、18-导轨横梁、20-大人字架、21-旋升拉杆、22-辅助动力站、23-液压动力鼠洞、25-拉杆柱、26-顶驱导轨、101-底座、102-提升支架、103-下段井架单体的顶板、104-下部提升滑车、105-连接侧板、106-井架升降液压缸、107-滑轮组、108-起塔钢绳、109-上部提升滑车、110-井架升降导轨、111-第一承载销轴、112-第二承载销轴、113-井架段间连接螺栓组、114-耳板销轴结构、115-井架横梁、116-井架、117-上段井架单体、201-主提升承重支架、202-主提升定滑轮阻、203-安装底座、204-下支承耳座、205-缸筒、206-主提升动滑轮组、207-上支承耳座、208-导向柱、209-主提升框架顶板、210-定滑轮组、211-牵引钢绳、213-配重块、214-主提升滑车、215-导向套、216-主提升液压缸、217-立柱、218-张紧固定装置、219-主提升框架、301-滚轮组、302-顶驱滑车、303-导轨、304-移动铰座、305-伸缩机构液压缸、306-连杆、307-固定铰座、308-回转编码器、309-短拉杆、310-蛇形管、311-动随滑轮组、501-括主提升定滑轮组、502-可平移提升定滑轮组、503-载荷平衡定滑轮组、504-天车滑轮平移液压缸、505-导轨、506-重载滑块、602-拉杆、603-安装铰座、604-平移滑车、605-悬挂套筒、701-平台、702-前提升机构、703-坡道、801-柴油发动机、802-防爆电机、803-分动箱、804-柱塞泵、805-液压主泵、901-司钻控制座椅、902-触摸控制屏、903-主液压提升装置控制手柄、905-液压顶部驱动钻井装置控制面板、907-液压自动排管机控制面板、906-液压平台钻具输运装置控制面板、908-液压铁钻工控制面板、909-司钻房体、910-回转驱动。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1至图10所示，本发明提供的全液压深井钻机包括钻塔、主液压提升装置2、液压顶部驱动钻井装置3、泥浆连续循环装置4、液压自动排管机6、液压平台钻具输运装置7、综合液压站8、钻机电气控制系统、液压铁钻工12及储备液压能源15，钻塔、主液压提升装置2、液压顶部驱动钻井装置3、泥浆连续循环装置4、液压自动排管机6、液压平台钻具输运装置7、综合液压站8、液压铁钻工12及储备液压能源15均配备随动PLC控制器，各PLC控制器及钻机电气控制系统内的主控PLC控制系统连接到总线上，采用基于总线技术的数字通讯方式传递控制指令和传感器的反馈信号。

所述钻塔包括旋升式底座、自起升龙门式井架1及天车5，自起升龙门式井架1安装在旋升式底座上，自起升龙门式井架1顶部设置有天车5；所述主液压提升装置2数量为两套，两套主液压提升装置2对称设置在自起升龙门式井架1两侧；所述液压顶部驱动钻井装置3数量为两台，两台液压顶部驱动钻井装置3均通过顶驱导轨26设置在自起升龙门式井架1上；所述泥浆连续循环装置4通过重载悬挂结构安装在旋升式底座的钻井平台下方，泥浆连续循环装置4的轴线与钻井筒的轴线相重合；所述液压自动排管机6用于配合液压顶部驱动钻井装置3完成立根运移动作，液压自动排管机6的顶部设置在自起升龙门式井架1上，且液压自动排管机6本体位于设置在自起升龙门式井架1上的二层台17下方；所述液压平台钻具输运装置7用于运输钻杆及井下机具，液压平台钻具输运装置7置于地面上并位于钻塔的正前方；所述综合液压站8置于钻塔两侧的地面上，综合液压站8通过管线分别与主液压提升装置2、液压顶部驱动钻井装置3、泥浆连续循环装置4、液压自动排管机6、液压平台钻具输运装置7及液压铁钻工12连接；所述液压铁钻工12的一端安装在所述钻井平台上，并位于钻塔后方正中位置，液压铁钻工12的另一端为自由端，在两个液压动力鼠洞23之间可活动，并分别定位至两个液压动力鼠洞23处，两个液压动力鼠洞23对称设置在所述钻井平台上的井口两侧，液压铁钻工12的主工作部可通过回转定位、伸展定位、升降调整等动作自动对准液压动力鼠洞23，而后液压铁钻工12主工作部的旋扣器和两组工作钳可自动旋转管具并按设定扭矩自动完成上卸扣工作；所述储备液压能源15由多台蓄能器组成，储备液压能源15安装在钻机后方底部承重支座14上，储备液压能源15通过管线分别与主液压提升装置2、液压顶部驱动钻井装置3、泥浆连续循环装置4、液压自动排管机6、液压平台钻具输运装置7及液压铁钻工12连接。

本发明的全液压深井钻机动力来源于四套综合液压站8和一套蓄能器储能式备用储备液压能源15，采用多个PLC控制器组建集成式电气控制系统实现全液压深井钻机整机自动化协调运转。

所述旋升式底座包括底部承重支座14、大人字架20、旋升拉杆21和钻井平台，所述底部承重支座14数量为两套，在地面上定位并采用横撑固连后，将大人字架20起吊后落入相应耳座内，采用重载销轴固定，所述旋升拉杆21共四件，对应每一套底部承重支座14，采用耳座和销轴连接有两套旋升拉杆21，旋升拉杆21上端同样采用耳座和销轴与钻井平台22相连接，于是由底部承重支座14、旋升拉杆21及上部的钻井平台22共同构成了平行四边形机构，可采用其他油缸起升。钻井平台两侧前方布置有司钻偏房13，司钻偏房13的数量为两套。图1中拆下一侧司钻偏房13以清晰表达主要部件。所述自起升龙门式井架1包括提升支架102、井架升降液压缸106、井架提升滑轮倍速机构、井架升降导轨110、井架116及井架横梁115，所述提升支架102通过其底座101与旋升式底座采用耳板销轴结构相连接，用于承受自起升龙门式井架1上作用的钩载和扭矩，并将载荷传递至旋升式底座，提升支架102数量为两组，对称设置在所述旋升式底座的钻井平台上的井口两侧，两侧的提升支架102上均设置有井架升降液压缸106、井架提升滑轮倍速机构及井架升降导轨110；井架升降液压缸106用于驱动井架提升滑轮倍速机构沿井架升降导轨110运动，井架提升滑轮倍速机构包括下部提升滑车104、滑轮组107、起塔钢绳108及上部提升滑车109，滑轮组107安装在上部提升滑车109上；起塔钢绳108的一端固定在提升支架102的底座101上，另一端绕过滑轮组107固定在下部提升滑车104上；井架116数量为两个，井架116由多段井架单体拼接而成，并在自起升龙门式井架1背侧预定高度处安装有井架横梁115，优选的，自下而上，安装在第二段、第五段及第七段井架单体上，井架横梁115采用耳板销轴结构114与两侧的井架116连接，作业时，上部提升滑车109用于为滑轮组107导向，而下部提升滑车104用于升降井架单体；两侧井架提升滑轮倍速机构同时动作、同步升降，利用第一组承载销轴111和第二组承载销轴112的交替接卸，实现自起升龙门式井架1的逐段组装。井架116自起升过程中，最先起升的是最上段井架单体和天车5，天车5的矩形桁架与自起升龙门式井架1采用重载销轴和耳板相连接，天车5上安装有两组天车滑轮组，在最上段井架单体和天车5安装完成后，可采用钻机自带的辅助绞车将主提升钢绳16绕过天车5的天车滑轮组进行后续各段井架单体的吊装。

所述5包括矩形桁架、天车滑轮组及车滑轮平移液压缸504，矩形桁架的下部焊接有承重梁，承重梁上安装有导轨505，天车滑轮组数量为两套，两套天车滑轮组对称安装在矩形桁架内，每套天车滑轮组包括主提升定滑轮组501、可平移提升定滑轮组502和载荷平衡定滑轮组503，位于外侧的主提升定滑轮组501的耳座底部采用重载滑块506与导轨505相配合，主提升定滑轮组501保留了调整横向位置的自由度，在重载滑块506与导轨505的定位座孔阵列m中选择合适位置装配定位销轴后，主提升定滑轮组501平移自由度方得以限制。而位于内侧的可平移提升定滑轮组502可沿导轨505平移，可平移提升定滑轮组502及载荷平衡定滑轮组503均由天车滑轮平移液压缸504驱动，当液压顶部驱动钻井装置3通过顶驱伸展机构进行工作位置切换时，可平移提升定滑轮组502及载荷平衡定滑轮组503位置相应地动态调整其在导轨505上的位置。主提升定滑轮组501及可平移提升定滑轮组502均由两个对称布置的定滑轮组成，每个定滑轮上的绳槽数为两个。载荷平衡定滑轮组503通过移动轮架安装在可平移提升定滑轮组502上；载荷平衡定滑轮组503包括四个定滑轮，由于绕过液压顶部驱动钻井装置3的主提升钢绳16的h段，用于载荷平衡，共四根，其轴线沿全液压深井钻机纵向共面，于是载荷平衡定滑轮组503中的四个定滑轮采用空间结构安装在移动轮架上，其中位于上部的两个定滑轮j轴距较宽，位于下部的两个定滑轮k轴距较窄，以确保绳槽位置与主提升钢绳16的h段的承载轴线向相适应。主提升钢绳16的h段外侧钢绳绕过定滑轮j，内侧钢绳绕过定滑轮k，仅起到平衡主提升钢绳16张力的作用，对于绕过液压顶部驱动钻井装置3内部随动滑轮组311的主提升钢绳16的h段而言，载荷平衡定滑轮503实际上起到上部固定端的作用，故在主提升钢绳16的张力实现内部平衡的情况下，主提升钢绳16的h段可认为是静态缠绕过载荷平衡定滑轮503。天车滑轮组与液压顶部驱动钻井装置3配合使用，可实现单井连续起下钻及同步的立根自动处理作业。根据液压顶部驱动钻井装置3作业需要，在自起升龙门式井架1两侧各布置一组立管，由于两台液压顶部驱动钻井装置3面对面布局，为防止作业过程中水龙带的柔性引起干涉，液压顶部驱动钻井装置3的蛇形管310布置在液压顶部驱动钻井装置3各自朝向钻井平台正前方一侧。液压管线及电缆线的布置同样布置在该方向。

所述主液压提升装置2数量为两套，两套主液压提升装置2对称布置在自起升龙门式井架1外部两翼，主液压提升装置2包括主提升定滑轮组202、主提升动滑轮组206、导向柱208、主提升滑车214、主提升液压缸216、张紧固定装置218及主提升框架219，所述主提升框架219通过主提升承重支架201安装在钻井平台上，主提升框架219包括安装底座203、立柱217及主提升框架顶板209，立柱217数量为四根，四根呈矩形布置在安装底座203与主提升框架顶板209之间；所述导向柱208位于主提升框架219内部，导向柱208的顶端固定在主提升框架顶板209上，导向柱208的底端通过下支承耳座204固定在安装底座203上，导向柱208用于对主提升滑车214导向，导向柱208为分体式组合结构，分为两段，位于上段的f段外表面精加工镀铬，位于下段的g段外表面涂漆，g段用于固定和支承f段，导向柱208的数量为三根；所述主提升滑车214由主提升液压缸216的活塞杆驱动，主提升液压缸216的缸筒205具有中间法兰，主提升液压缸216的缸筒205与主提升框架219的安装座203采用中间法兰连接。每套主液压提升装置2中主提升液压缸216的数量为四台，重载情况下油路并联，轻载情况下油路串联，油路串联时除第一级外，后续主提升液压缸216均需接通高压补油回路。主提升液压缸216的活塞杆上端具有耳环和关节轴承，关节轴承安装在耳环内，主提升动滑轮组206安装在上支承耳座207上，主提升动滑轮组206的心轴与所述关节轴承的内孔形成过渡配合；主提升动滑轮组206、上支承耳座207以及主提升动滑轮组206的心轴的数量为四组，每组主提升动滑轮组206包括以主提升液压缸216的活塞杆轴线为对称轴对称布置的两个动滑轮，每个动滑轮具有两组绳槽。上支承耳座207安装在主提升滑车214的刚性桁架底板上，实现各主提升液压缸216机械同步。主提升滑车214的刚性桁架底板上具有供导向柱208穿过的钻孔，并在钻孔处安装有导向套215，导向套215的数量为三组，导向套215采用耐磨材料。

所述主提升定滑轮组202通过下支承耳座204固定在安装底座203，数量为八套，以导向柱208的f段轴线为中心两两对称布置，两套定滑轮一组，沿安装底座203纵向共四组，其中靠近井架侧一组定滑轮置于主提升框架219的外侧，主提升钢绳16绕过位于最外侧的一组定滑轮通往天车滑轮组，与绳槽数相对应的主提升钢绳16数量为四根。主提升定滑轮组202和下支承耳座204采用贯通的心轴组装，该心轴通过导向柱208的f段结构中的配合销孔，于是主提升定滑轮组202整体结构刚度得到加强。

在主提升框架219外侧安装配重块213，主提升框架219的立柱217为配重导轨，用于配重块213上下移动时导正。配重块213采用牵引钢绳211悬挂，牵引钢绳211绕过安装在主提升框架顶板209上的定滑轮组210，采用定滑轮组210改变配重块213产生的力的方向，该力作主要用于平衡液压顶部驱动钻井装置3和主提升滑车214的总体重量，有效避免主液压提升装置2因克服移动部件自身重量产生的能耗。在不计摩擦的情况下，所述配重块213的重量G满足如下关系式：

G＝G1/2+G2

其中G1为单台液压顶部驱动钻井装置3的重量，G2为主提升滑车214及主提升动滑轮组206的总重量。

所述液压顶部驱动钻井装置3数量为两台，分别设置在自起升龙门式井架1的内部两侧，液压顶部驱动钻井装置3包括液压顶部驱动钻井装置本体、主提升滑轮倍力机构、顶驱伸展机构、伸缩机构液压缸305、顶驱滑车302，为实现两台液压顶部驱动钻井装置3交替作业，顶驱滑车302上下两侧采用四组间隙可调的滚轮组301与自起升龙门式井架1上的顶驱导轨26相接触，顶驱滑车302采用两端支承的方式沿纵向安装有矩形截面导轨303，导轨303的数量为两道，顶驱滑车302下部焊接有固定铰座307。顶驱伸展机构是由四根连杆306组成的平行四边形机构，用于控制液压顶部驱动钻井装置3主轴的横向工作位置，顶驱伸展机构上设置有移动铰座304，连杆306安装在移动铰座304和液压顶部驱动钻井装置本体背部铰座之间，连杆306与固定铰座307之间设置有短拉杆309，短拉杆309的一端与连杆306中点处铰接，短拉杆309的另一端通过销轴与固定铰座307连接，且所述销轴采用卡板与固定铰座307固联，不允许转动。液压顶部驱动钻井装置3伸缩过程中，移动铰座304可沿导轨303上下滑动，移动铰座304动作由竖直安放的伸缩机构液压缸305驱动，伸缩机构液压缸305的数量为两组，竖直安装在顶驱伸展机构内侧，其轴线与液压顶部驱动钻井装置3回转轴线平行，两组伸缩机构液压缸305关于液压顶部驱动钻井装置3中轴面对称布置。短拉杆309固定铰接端安装有回转编码器308，回转编码器308的壳体可随短拉杆309转动，回转编码器308带有通孔的轴套与固定铰座307的销轴相配合，夹紧在销轴上限制转动，于是利用该回转编码器308实现液压顶部驱动钻井装置3伸展位置的检测。液压顶部驱动钻井装置3的主提升滑轮倍力机构包括两套呈对称布置的随动滑轮组311，主提升钢绳16绕过动随滑轮组311，主提升钢绳16的数量为四根，绕过液压顶部驱动钻井装置3的随动滑轮组311后共由八段主提升钢绳16共同承载。位于前面的四段为主提升钢绳16的i段来自主液压提升装置2并绕过主提升定滑轮组501、可平移提升定滑轮组502，为牵引钢绳。位于后面的四段为主提升钢绳16的h段绕过天车5的载荷平衡定滑轮组503，被动承载。事实上主提升钢绳16共有两根，绕过载荷平衡定滑轮503后实现内部张力自动平衡，主提升钢绳16的四个绳端固定在主液压提升装置2的张紧固定装置218处，初次安装以及日常维护可采用千斤顶或专用液压缸在此处张紧。

所述液压自动排管机6悬挂在所述二层台17下方，对应每一台液压顶部驱动钻井装置3配备一套液压自动排管机6，液压自动排管机6通过平移滑车604安装在导轨横梁18上，两个导轨横梁18靠近钻塔中面一端采用过渡段刚性连接，导轨横梁18采用拉杆602和安装铰座603连接在自起升龙门式井架1上部，平移滑车604可沿导轨横梁18运动，滑车平移604的运动可采用液压马达驱动齿轮齿条机构、液压马达驱动螺旋线传动机构或液压缸直接驱动，平移滑车604下方焊接有悬挂套筒605，悬挂套筒605为加长法兰套筒，其下端法兰上安装有蜗轮-蜗杆液压回转驱动机构，实现悬挂式液压自动排管机6主体围绕悬挂套筒605轴线顺时针或逆时针各180度范围内的回转。两台液压自动排管机6的平移运动区域受各自导轨横梁18的限制，在以井口为中心、半径为1.5m～2.5m的圆形区域之外运动，抓取和放置钻杆的伸展动作为前后向，于是二层台17的指梁沿钻井平台纵向布置。液压自动排管机6仅用于配合液压顶部驱动钻井装置3实现立根运移和排列。

所述液压平台钻具输运装置7实现单根钻杆或其他机具在地面与钻井平台间的输运，液压平台钻具输运装置7包括平台701、坡道703和前提升机构702，平台701置于地面，处钻机正中位置，平台701采用坡道703与钻井平台相连，前提升机构702设置在坡道703和平台701连接，钻杆11沿平台701纵向排列在钻杆支架10上方，单根钻杆11或套管的输运需要两台液压顶部驱动钻井装置3其中的一台与液压平台钻具输运装置7配合作业，将单根钻杆11接成立根或将立根拆卸成单根钻杆11的工作也可在液压动力鼠洞23中完成，液压动力鼠洞23的数量为两组。

所述泥浆连续循环装置4采用四根承重载的拉杆柱25吊装在钻井平台底部，泥浆连续循环装置4数量为一套，其内部集成了三组液压缸驱动的泥浆通断控制阀、液压卡瓦、液压对中机构、液压夹持器及拧-卸扣机构，其中液压对中机构安装在泥浆连续循环装置4的顶部；液压夹持器及拧-卸扣机构安装在泥浆通断控制阀上方，液压夹持器数量为两套，分别为定夹持器和动夹持器，拧-卸扣机构与动夹持器连接，动夹持器安装在定夹持器上方，动夹持器的上方和定夹持器的下方均布置有可开合的旋转密封装置，定夹持器和动夹持器之间设置有闸板式密封隔离阀；所述液压卡瓦数量为两套，其中一套安装在所述钻井平台上的井口中心处下方，用于钻井作业间歇处理管具，另一套安装在泥浆通断控制阀下方，与集成在泥浆连续循环内部的拧-卸扣机构配合使用。

所述全液压深井钻机配置的综合液压站8共四套、备用一套集成400kW辅助发电机组和移动式20/10空压机在内的辅助动力站22，在钻井平台后下方布置一套由蓄能器构成的储备液压能源15。其中综合液压站8由大功率柴油发动机801直接驱动的液压主泵805，液压主泵805每组为双联，同轴驱动、油路并联。此外还配置小功率柴油机或防爆电机802驱动的、安装在分动箱803上的三台负载敏感柱塞泵804。为满足全液压深井钻机整机作业需求，共设置四组综合液压站8，布置在钻井平台后方地面左右两侧，其中两套AA和BB用作液压顶部驱动钻井装置3的动力源。另外两套CC和DD分别用作主液压提升装置的动力源，用于液压顶部驱动钻井装置3和主液压提升装置的两套液压主泵805均可通过并联油路并车，以应对或有的高速大扭矩回转工况或高速重载的快速提升工况。

由于全液压深井钻机整机自动化程度大幅度提高，全液压深井钻机的司钻控制仅由一名单司钻即可完成。主提升装置2、液压顶部驱动钻井装置装置3、液压自动排管机6、液压平台钻具输运装置7、液压铁钻工12、泥浆连续循环装置4及各液压站均配置有随动PLC控制器，各PLC控制器之间采用网线实现数字化通讯，安装在各个PLC控制器一方面用于接收了来自司钻控制室9的指令，操纵其所随动的装置动作。另一方面用于采集其所随动的装置各个传感器的检测信号，形成检测数据后传输给司钻控制室9，在主控PLC控制系统内完成各种运算，对全液压深井钻机整机工作状态进行监控，并对各个装置的协调动作进行逻辑控制等。司钻控制座椅901上布置主提升装置控制手柄903及触摸控制屏902，圆弧形司钻操作台911上布置有液压顶部驱动钻井装置控制面板905、平台钻具自动输运装置控制面板906、液压自动排管机控制面板907及液压铁钻工控制面板908，泥浆连续循环装置4的控制功能集成在液压顶部驱动钻井装置3的控制系统内，以便二者之间形成良好的协调机制。所述液压顶部驱动钻井装置控制面板905的数量为两组，液压自动排管机控制面板907的数量为两组，平台钻具自动输运装置控制面板906数量为一组，液压铁钻工控制面板908数量为一组，各控制面板根据作业频繁程度合理布置在司钻控制室9内圆弧形司钻操作台911上。由于全液压深井钻机整机配置较常规钻机复杂得多，即使全液压深井钻机整机自动化程度很高且具有一定的智能化处理能力，实际作业过程中司钻需要观察的区域很大，因此所设计的司钻控制座椅901可以旋转，此外，司钻控制室9的整个司钻房体909安装在回转驱动910的转台法兰上，司钻控制室9的整个司钻房体909可根据观测需要在一定角度范围内旋转。

本发明所述的全液压深井钻机涉及整机配置、钻塔结构、动力来源和控制系统信号传输方式等。此外，为实现全液压深井钻机整机协调作业对所配置的各类自动化机具提出功能与结构方面的要求。

本发明所提出的全液压深井钻机整机及主工作装置的具体实施方案为：

①全液压深井钻机整机采用原动机如柴油发动机和防爆电机直接驱动液压泵组建综合液压站8作为动力。主液压提升装置2和液压顶部驱动钻井装置3采用闭式系统，自动化机具采用电液比例负载敏感开式系统，采用多台高压大容量蓄能器组建的储备液压能源为应急液压动力源。主液压系统单台原动机功率不低于800kW，对于不同作业井深要求选配不同数量的综合液压站8，本发明以5000米双提升双液压顶驱钻机为例，所选配的综合液压站8数量为四套。

②全液压深井钻机整机钻塔结构包括旋升式底座、自起升龙门式井架1及天车5，与常规钻机不同的是，在旋升式底座的大人字架20安装到位后，需要先行起升钻井平台，井架116无须在地面组装，故不采用整体旋升井架116作业的方式起塔，于是不需要采用大功率绞车和重型起塔钢绳。如图2所示，钻井平台固定好以后，先行安装提升支架102，其上布置有下部提升滑车104，起塔过程中，可在钻井平台台面上采用滚杠或吊装的方式将井架单体安装在下部提升滑车104上，在连接侧板105的a、b两处安装销轴，在e通孔处采用高强度的井架段间连接螺栓组113将待连接的两段井架单体相连，即下段井架单体的顶板103与上段井架单体117相联，而后拆下上段井架单体117与提升支架102之间的固定销轴，利用井架升降液压缸106驱动新的井架单体组合升至高位，重新在连接侧板105的c，d处安装好井架升降液压缸106与提升支架102之间的固定销轴，拆下在连接侧板105的a、b处销轴并将下部提升滑车104复位，准备安装下一段井架单体。如此循环，直至全部井架116安装到位，钻塔即升至预定高度。值得注意的是首次起升，需要将自起升龙门式井架1最上方左右两段井架单体与天车5进行组装，利用小吨位的地面起重机将该组合部件安装在提升支架102上。天车5内安装有两套天车滑轮组，于是在第一段井架单体起升完成后，即在钻井平台上安装辅助绞车，后续逐段井架单体的吊装工作采用辅助绞车完成，无须继续使用地面起重机。本实施例所提及的各段井架单体长度为5000mm～6000mm，对应立根长度约为30m，井架116单侧所采用的数量为7段。在采用常规钻杆的情况下，若增大立根长度至40m，则单侧井架116数量增加至9段。

③主液压提升装置2采用行程不超过9米的重载液压缸作为执行元件，重载液压缸即主提升液压缸216，于是对于液压顶部驱动钻井装置3有效行程为大于33m的参数需求，所需主提升液压缸216数量为四台。以本发明所提出的5000米全液压深井钻机为例，单侧主液压提升装置2设计载荷为3200kN，单台液压顶部驱动钻井装置3用于起下钻柱作业。另配两台液压顶部驱动钻井装置3作为双顶部驱动钻井装置联合下套管装置，用于下套管作业，双侧主液压提升装置2及双顶部驱动钻井装置联合提升工况下，载荷增大为单侧主提升装置设计载荷的二倍。

双顶部驱动钻井装置的具体工作方式如附图6所示，在正常钻进和起下钻作业过程中，双顶部驱动钻井装置中的一台液压顶部驱动钻井装置3，即图6中液压顶部驱动钻井装置X，液压顶部驱动钻井装置X的顶驱伸展机构张开，主轴回转轴线与井筒轴线相重合，主轴连接井内钻柱，至钻井平台上余尺打完，采用泥浆连续循环装置4卸开液压顶部驱动钻井装置3主轴过渡接头与钻柱之间的连接，先将该液压顶部驱动钻井装置3小幅提离井口，顶驱伸展机构回收，提升该液压顶部驱动钻井装置3沿顶驱导轨26至自起升龙门式井架1上方。在钻井作业过程中，另一台液压顶部驱动钻井装置3，即图6中液压顶部驱动钻井装置Y已经和液压自动排管机6配合完成了立根运移和连接，在液压顶部驱动钻井装置X收回后，液压顶部驱动钻井装置Y的的顶驱伸展机构张开，液压顶部驱动钻井装置Y主轴带动立根移至井筒位置，通过泥浆连续循环装置4上部导正套与下方钻柱对正，而后在液压顶部驱动钻井装置Y下方，利用泥浆连续循环装置4完成立根连接和上扣，而后切换为液压顶部驱动钻井装置Y驱动钻柱回转，实施后续钻井作业。除正常钻井作业外，起下钻过程中的两台液压顶部驱动钻井装置3切换作业的具体实施方式与此类似，有所区别的是起下钻作业过程中，离开井口位置且处在空行程的液压顶部驱动钻井装置3运行时间较短，处于钻柱拧-卸状态以及与液压自动排管机6配合完成立根运移排列的液压顶部驱动钻井装置3作业时间较长，需要针对这一作业特点在操作方面进行协调和优化。在两台液压顶部驱动钻井装置3切换作业的过程中，天车可平移定滑轮组502的驱动要与液压顶部驱动钻井装置3的顶驱伸展机构同步。

整机控制数字化控制方案的具体实施方式是通过在各主要工作装置和自动化机具子系统内配置随动PLC控制器实现的，例如主提升装置电控系统内安装有主液压提升装置2本地PLC控制器，左右各一组，液压顶部驱动钻井装置3上安装有随动电控箱，其内部集成了液压顶部驱动钻井装置3随动PLC控制器，每台液压顶部驱动钻井装置3集成一组PLC控制器，等等。整机集成控制部件安装在司钻控制室9内部，为主控PLC系统，各PLC控制器及钻机电气控制系统内的主控PLC控制系统连接到总线上，相互之间进行通讯连接，实现了控制指令及各传感器检测信号的数字化传输。钻机电气控制系统的电力供应来自于钻机前下方布置的辅助发电机组22，辅助发电机组22内部包括一台移动式空气压缩机，电气控制系统的正压防爆依赖于该空气压缩机实现。

本发明所涉及的内容较多，具体实施例无法在本说明书内一一介绍，本说明仅对整机系统集成的总体布局以及必要从属部件特殊功能进行说明。沿用本发明所提及的构建思路进行部件组合的其他实施方案也在保护范围之内。

Claims (9)

1.一种全液压深井钻机，其特征在于，包括：钻塔、主液压提升装置(2)、液压顶部驱动钻井装置(3)、泥浆连续循环装置(4)、液压自动排管机(6)、液压平台钻具输运装置(7)、综合液压站(8)、钻机电气控制系统、液压铁钻工(12)及储备液压能源(15)，钻塔、主液压提升装置(2)、液压顶部驱动钻井装置(3)、泥浆连续循环装置(4)、液压自动排管机(6)、液压平台钻具输运装置(7)、综合液压站(8)、液压铁钻工(12)及储备液压能源(15)均配备随动PLC控制器，各PLC控制器及钻机电气控制系统内的主控PLC控制系统连接到总线上，相互之间进行通讯连接；所述钻塔包括旋升式底座、自起升龙门式井架(1)及天车(5)，自起升龙门式井架(1)安装在旋升式底座上，自起升龙门式井架(1)顶部设置有天车(5)；所述主液压提升装置(2)数量为两套，两套主液压提升装置(2)对称设置在自起升龙门式井架(1)两侧；所述液压顶部驱动钻井装置(3)数量为两台，两台液压顶部驱动钻井装置(3)均通过顶驱导轨(26)设置在自起升龙门式井架(1)上；所述泥浆连续循环装置(4)通过重载悬挂结构安装在旋升式底座的钻井平台下方，泥浆连续循环装置(4)的轴线与钻井筒的轴线相重合；所述液压自动排管机(6)用于配合液压顶部驱动钻井装置(3)完成立根运移动作，液压自动排管机(6)的顶部设置在自起升龙门式井架(1)上，且液压自动排管机(6)本体位于设置在自起升龙门式井架(1)上的二层台(17)下方；所述液压平台钻具输运装置(7)用于运输钻杆及井下机具，液压平台钻具输运装置(7)置于地面上并位于钻塔的正前方；所述综合液压站(8)置于钻塔两侧的地面上，综合液压站(8)通过管线分别与主液压提升装置(2)、液压顶部驱动钻井装置(3)、泥浆连续循环装置(4)、液压自动排管机(6)、液压平台钻具输运装置(7)及液压铁钻工(12)连接；所述液压铁钻工(12)的一端安装在所述钻井平台上，并位于钻塔后方正中位置，液压铁钻工(12)的另一端为自由端，在两个液压动力鼠洞(23)之间可活动，并分别定位至两个液压动力鼠洞(23)处，两个液压动力鼠洞(23)对称设置在所述钻井平台上的井口两侧；所述储备液压能源(15)由多台蓄能器组成，储备液压能源(15)通过管线分别与主液压提升装置(2)、液压顶部驱动钻井装置(3)、泥浆连续循环装置(4)、液压自动排管机(6)、液压平台钻具输运装置(7)及液压铁钻工(12)连接；

所述自起升龙门式井架(1)包括提升支架(102)、井架升降液压缸(106)、井架提升滑轮倍速机构、井架升降导轨(110)、井架(116)及井架横梁(115)，所述提升支架(102)数量为两组，对称设置在所述钻井平台上的井口两侧；两侧的提升支架(102)上均设置有井架升降液压缸(106)、井架提升滑轮倍速机构及井架升降导轨(110)；井架升降液压缸(106)用于驱动井架提升滑轮倍速机构沿井架升降导轨(110)运动；所述井架提升滑轮倍速机构包括下部提升滑车(104)、滑轮组(107)、起塔钢绳(108)及上部提升滑车(109)；所述滑轮组(107)设置在上部提升滑车(109)上；所述起塔钢绳(108)的一端固定在提升支架(102)的底座(101)上，另一端绕过滑轮组(107)固定在下部提升滑车(104)上；所述井架(116)由多段井架单体拼接而成；井架(116)组装时，两侧井架升降液压缸(106)同步逐段起升；各井架单体采用可替换销轴依次与下部提升滑车(104)或提升支架(102)连接，并在自起升龙门式井架(1)背侧预定高度处安装有井架横梁(115)，井架横梁(115)端部采用耳板销轴结构(114)与两侧的井架(116)连接。

2.根据权利要求1所述的全液压深井钻机，其特征在于，所述主液压提升装置(2)数量为两套，两套主液压提升装置(2)对称布置在自起升龙门式井架(1)外部两翼，主液压提升装置(2)包括主提升定滑轮组(202)、主提升动滑轮组(206)、导向柱(208)、主提升滑车(214)、主提升液压缸(216)、张紧固定装置(218)及主提升框架(219)，所述主提升框架(219)包括安装底座(203)、立柱(217)及主提升框架顶板(209)，立柱(217)数量为四根，四根呈矩形布置在安装底座(203)与主提升框架顶板(209)之间；所述导向柱(208)位于主提升框架(219)内部，导向柱(208)的顶端固定在主提升框架顶板(209)上，导向柱(208)的底端通过下支承耳座(204)固定在安装底座(203)上；所述主提升定滑轮组(202)通过下支承耳座(204)固定在安装底座(203)上；主提升动滑轮组(206)通过上支承耳座(207)固定在主提升滑车(214)上，且主提升动滑轮组(206)与设置在主提升液压缸(216)的活塞杆端部的关节轴承连接；主提升液压缸(216)的缸筒(205)与安装底座(203)采用中间法兰连接，主提升液压缸(216)的活塞杆通过上支承耳座(207)固定在主提升滑车(214)上，每套主液压提升装置(2)中主提升液压缸(216)的数量为四台，重载情况下油路并联，轻载情况下油路串联；所述主提升滑车(214)套设在导向柱(208)，并通过主提升液压缸(216)驱动沿导向柱(208)升降；所述张紧固定装置(218)焊接在安装底座(203)外侧。

3.根据权利要求2所述的全液压深井钻机，其特征在于，所述液压顶部驱动钻井装置(3)数量为两台，分别设置在自起升龙门式井架(1)的内部两侧，液压顶部驱动钻井装置(3)包括液压顶部驱动钻井装置本体、主提升滑轮倍力机构、顶驱伸展机构、伸缩机构液压缸(305)及顶驱滑车(302)，其中主提升滑轮倍力机构包括两套随动滑轮组(311)，随动滑轮组(311)对称布置在液压顶部驱动钻井装置(3)的两侧面，顶驱伸展机构是由四根连杆(306)组成的平行四边形机构，用于控制液压顶部驱动钻井装置(3)主轴的横向工作位置；所述伸缩机构液压缸(305)用于驱动顶驱伸展机构相对顶驱滑车(302)运动，伸缩机构液压缸(305)的数量为两组，竖直安装在顶驱伸展机构内侧，其轴线与液压顶部驱动钻井装置(3)回转轴线平行，两组伸缩机构液压缸(305)以液压顶部驱动钻井装置(3)中轴面为对称面呈对称布置；所述顶驱滑车(302)通过顶驱伸展机构与液压顶部驱动钻井装置本体相连。

4.根据权利要求3所述的全液压深井钻机，其特征在于，所述泥浆连续循环装置(4)与液压顶部驱动钻井装置(3)共用一套控制系统，泥浆连续循环装置(4)数量为一套，其内部集成了三组液压缸驱动的泥浆通断控制阀、液压卡瓦、液压对中机构、液压夹持器及拧-卸扣机构，其中液压对中机构安装在泥浆连续循环装置(4)的顶部；液压夹持器及拧-卸扣机构安装在泥浆通断控制阀上方，液压夹持器数量为两套，分别为定夹持器和动夹持器，拧-卸扣机构与动夹持器连接，动夹持器安装在定夹持器上方，动夹持器的上方和定夹持器的下方均布置有可开合的旋转密封装置，定夹持器和动夹持器之间设置有闸板式密封隔离阀；所述液压卡瓦数量为两套，其中一套安装在所述钻井平台上的井口中心处下方，另一套安装在泥浆通断控制阀下方。

5.根据权利要求4所述的全液压深井钻机，其特征在于，所述天车(5)包括矩形桁架、天车滑轮组及车滑轮平移液压缸(504)，天车(5)的矩形桁架与自起升龙门式井架(1)连接，矩形桁架的下部焊接有承重梁，承重梁上安装有导轨(505)；天车滑轮组数量为两套，两套天车滑轮组对称安装在矩形桁架内，每套天车滑轮组包括主提升定滑轮组(501)、可平移提升定滑轮组(502)和载荷平衡定滑轮组(503)，从导轨(505)的中心位置向外依次安装有载荷平衡定滑轮组(503)、可平移提升定滑轮组(502)及主提升定滑轮组(501)，且载荷平衡定滑轮组(503)靠近所述钻井平台的井口轴线；所述车滑轮平移液压缸(504)用于驱动天车滑轮组沿导轨(505)平移。

6.根据权利要求5所述的全液压深井钻机，其特征在于，所述液压自动排管机(6)悬挂在所述二层台(17)下方，对应每一台液压顶部驱动钻井装置(3)配备一套液压自动排管机(6)，液压自动排管机(6)通过平移滑车(604)安装在导轨横梁(18)上，导轨横梁(18)采用拉杆(602)和安装铰座(603)连接在自起升龙门式井架(1)上部，平移滑车(604)可沿导轨横梁(18)滑动，平移滑车(604)下方焊接有悬挂套筒(605)，悬挂套筒605为法兰套筒，其下端法兰上安装有蜗轮-蜗杆液压回转驱动机构，液压自动排管机(6)通过悬挂套筒(605)固定在平移滑车(604)下方，每套液压自动排管机(6)在其自身对应的导轨横梁(18)内平移，并在以井口为中心、半径为1.5m～2.5m的圆形区域之外运动，液压自动排管机(6)抓取和放置钻杆的主运动方向为纵向；所述二层台(17)具有纵向排列的指梁。

7.根据权利要求6所述的全液压深井钻机，其特征在于，所述主液压提升装置(2)上设置有配重块(213)，所述配重块(213)用于平衡主提升滑车(214)和液压顶部驱动钻井装置(3)的重量，配重块(213)数量为两套，两套配重块(213)对称悬挂在主液压提升装置(2)的外部两侧，并可沿立柱(217)上下滑动，在不计摩擦的情况下，所述配重块(213)的重量G满足如下关系式：

G＝G1/2+G2

其中G1为单台液压顶部驱动钻井装置(3)的重量，G2为主提升滑车(214)和主提升动滑轮组(206)的总重量。

8.根据权利要求7所述的全液压深井钻机，其特征在于，所述钻机电气控制系统的司钻控制室(9)内按照一名司钻编制布置司钻控制座椅(901)和圆弧形司钻操作台(911)，所述司钻控制座椅(901)上设置有触摸控制屏(902)及主液压提升装置控制手柄(903)，所述圆弧形司钻操作台(911)上布置有液压顶部驱动钻井装置控制面板(905)、液压平台钻具输运装置控制面板(906)、液压自动排管机控制面板(907)及液压铁钻工控制面板(908)，液压顶部驱动钻井装置控制面板(905)及液压自动排管机控制面板(907)的数量为两组，液压平台钻具输运装置控制面板(906)及液压铁钻工控制面板(908)为一组，司钻控制座椅(901)为旋转座椅，司钻控制室(9)整体安装在回转驱动(910)的转台法兰上，其整体可根据观测需要在一定角度范围内旋转。

9.根据权利要求3所述的全液压深井钻机，其特征在于，所述液压顶部驱动钻井装置(3)上设置有回转编码器(308)，回转编码器(308)用于检测液压顶部驱动钻井装置(3)的伸展位置。