CN110295857A - 一种反井钻机快速升降装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种反井钻机快速升降装置，主推力油缸活塞杆与反井钻机底座固定连接，主推力油缸缸筒与反井钻机动力头固定连接；液压油箱出油端与液压泵站进油端流体导通连接，液压泵站出油端与换向阀块进油端流体导通连接，换向阀块出油端与配油块进油端流体导通连接，配油块出油端经进回油口与主推力油缸的有杆腔和无杆腔流体导通连接，主推力油缸的有杆腔和无杆腔经进回油口与液压油箱进油端流体导通连接。本发明采用一组(两个)推力油缸进压力油液、另一组(两个)推力油缸被动吸油方式，其升降时间约20s，能够有效缩短主推油缸的伸出回缩时间，带动动力头实现快速升降，减少提升下放钻具时间，从而提高反井钻机钻井效率。
Description
技术领域
本发明涉及反井钻机装备技术领域。具体地说是一种反井钻机快速升降装置。
背景技术
反井钻机钻井法是一种安全、高效的井筒施工方法，已广泛应用于地下采矿工程以及地下空间工程建设中。
反井钻机钻井工艺主要包括由上向下的导孔钻进和由下向上的扩孔钻进两部分，其工艺要求为：导孔钻进时需要推力和高转速、小扭矩；扩孔钻进时需要拉力和大扭矩、低转速。
反井钻机包括由动力头组成的旋转系统和由油缸组成的推进系统等。采用液压马达驱动动力头，带动主轴旋转，主轴通过承载接头与钻杆连接，向钻头传递破岩需要的扭矩和推拉力。液压油缸推动动力头进行上下运动，实现导孔钻进、扩孔钻进以及钻具提升和下放。
导孔钻进是逐渐增加钻杆、扩孔钻进是逐渐减少钻杆的过程。现有反井钻机采用两组(四个)推力油缸同时进压力油液方式，其升降时间约50s。反井钻机使用的钻杆长度较短(一般为0.8～3.0m)，通过螺纹连接，在井筒(深度一般为200～400m)钻进过程中，钻杆的连接和拆卸工作频繁，需要经常升降动力头、上提下放钻具、松紧丝扣等操作，接卸钻杆效率直接影响反井钻进效率。当调整稳定钻杆布置或者更换损坏破岩滚刀等情况时，需要连续进行全部钻具的上提下放作业，接卸钻杆效率显著影响反井施工进度。因此，要求推进系统具有快速升降的功能，以节省提升下放钻具、接卸钻杆的辅助时间。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种反井钻机快速升降装置，采用一组(两个)推力油缸进压力油液、另一组(两个)推力油缸被动吸油方式，其升降时间约20s，能够有效缩短主推油缸的伸出回缩时间，带动动力头实现快速升降，减少提升下放钻具时间，从而提高反井钻机钻井效率。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种反井钻机快速升降装置，包括减速箱、配油块、换向阀块、进回油口、液压泵站、液压油箱、操作控制台和四个主推力油缸，所述主推力油缸的活塞杆与反井钻机底座固定连接，所述主推力油缸的缸筒与反井钻机动力头固定连接；所述液压油箱出油端与所述液压泵站进油端流体导通连接，所述液压泵站出油端与所述换向阀块进油端流体导通连接，所述换向阀块出油端与所述配油块进油端流体导通连接，所述配油块出油端经所述进回油口与所述主推力油缸的有杆腔和无杆腔流体导通连接，所述主推力油缸的有杆腔和无杆腔经所述进回油口与所述液压油箱进油端流体导通连接；四个所述主推力油缸分别固定在所述减速箱的油缸安装孔处，四个所述主推力油缸分为第一组油缸组和第二油缸组，所述第一油缸组和所述第二油缸组均包括两个所述主推力油缸，在四个所述主推力油缸安装在所述减速箱上时，所述第一油缸组中的两个所述主推力油缸安装位置为对角位置关系，所述第二油缸组中的两个所述主推力油缸安装位置为对角位置关系；所述液压泵站、所述换向阀块和所述减速箱分别与所述操作控制台控制连接；所述主推力油缸行程大于反井钻机所用钻杆长度。
上述反井钻机快速升降装置，所述液压泵站包括主泵站和副泵站；在正常导孔或扩孔钻进时，所述副泵站向四个所述主推力油缸供给压力油液，在提放钻具或接卸钻杆时，所述主泵站向所述第一油缸组或所述第二油缸组中的所述主推力油缸供给压力油液，所述第二油缸组或所述第一油缸组中的所述主推力油缸由所述减速箱强制同步。
上述反井钻机快速升降装置，所述主泵站设有两个液压泵。
上述反井钻机快速升降装置，所述主泵站所用液压泵为A7V250泵；所述副泵站所用液压泵为L10V045泵。
上述反井钻机快速升降装置，当导孔钻进或下放钻具时，所述主推力油缸的有杆腔进油，所述主推力油缸的无杆腔出油；当扩孔钻进或上提钻具时，所述主推力油缸的无杆腔进油，所述主推力油缸的有杆腔出油。
上述反井钻机快速升降装置，所述主推力油缸通过销轴结构与钻机底座连接，所述主推力油缸与动力头连接并通过承载环和螺纹环传递拉力。
上述反井钻机快速升降装置，所述主推力油缸为单活塞杆油缸。
上述反井钻机快速升降装置，在所述主推力油缸中，活塞杆为中空杆，所述活塞杆内设有无缝钢管，所述无缝钢管一端与活塞头焊接且与位于活塞与所述主推力油缸缸底和缸筒之间的无杆腔流体导通连接，所述无缝钢管另一端与杆头焊接且通过无杆腔进油口与所述液压泵站流体导通连接；位于所述活塞杆与所述主推力油缸缸筒之间的有杆腔与所述液压泵站通过位于所述无缝钢管外壁与所述活塞杆内壁之间的导油腔和位于所述杆头上的有杆腔进油口流体导通连接；所述无缝钢管外壁上设有支撑环，防止无缝钢管在进回油过程中发生颤动，造成两端焊缝开裂；所述支撑环外侧侧壁与所述活塞杆内壁之间设有容液压油流通的间隙；所述无杆腔和所述有杆腔不连通。
上述反井钻机快速升降装置，所述配油块包括四个三通结构，四个所述三通结构并联且安装在位于所述主推力油缸下方的反井钻机底座上。
上述反井钻机快速升降装置，所述换向阀块为电液换向阀。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
与现有机构装置相比，该用于反井钻机的快速升降装置能够使主推油缸的伸缩时间缩短约2倍，从而提高反井钻机钻井效率，且具有结构简单，技术成熟，运行可靠，维护方便等优点。
附图说明
图1为使用本发明反井钻机快速升降装置的反井钻机主机的结构示意图；
图2为本发明反井钻机快速升降装置的俯视结构示意图；
图3为本发明反井钻机快速升降装置的主推力油缸的结构示意图；
图4为本发明反井钻机快速升降装置的配油块的结构示意图；
图5为本发明反井钻机快速升降装置的副泵站的结构示意图。
图中附图标记表示为：1-钻架；2-主推力油缸；3-动力头；4-液压马达；5-配油块；6-反井钻机底座；7-销轴结构；8-减速箱；9-一号主推力油缸；10-二号主推力油缸；11-三号主推力油缸；12-四号主推力油缸；13-有杆腔进油口；14-无杆腔进油口；15-螺纹环；16-缸筒；17-承载环；18-活塞；19-配油块A1进回油口；20-配油块C1进回油口；21-配油块B1进回油口；22-配油块D1进回油口；23-配油块A2进回油口；24-配油块A3进回油口；25-配油块C2进回油口；26-配油块C3进回油口；27-配油块B2进回油口；28-配油块B3进回油口；29-配油块D2进回油口；30-配油块D3进回油口；31-配油块固定板；32-换向阀块；33-杆头；34-无缝钢管；35-无杆腔；36-有杆腔；37-导油腔；38-支撑环；39-缸底；40-活塞头；41-活塞杆。
具体实施方式
如图1～5所示，本发明反井钻机快速升降装置，包括减速箱8、配油块5、换向阀块32、进回油口、液压泵站、液压油箱、操作控制台和四个主推力油缸2，所述主推力油缸2的活塞杆33与反井钻机底座6固定连接，所述主推力油缸2的缸筒16通过销轴结构7与反井钻机动力头3固定连接，所述主推力油缸2与动力头3连接并通过承载环17和螺纹环15传递拉力；所述液压油箱出油端与所述液压泵站进油端流体导通连接，所述液压泵站出油端与所述换向阀块32进油端流体导通连接，所述换向阀块32出油端与所述配油块5进油端流体导通连接，所述配油块5出油端经所述进回油口与所述主推力油缸2的有杆腔和无杆腔流体导通连接，所述主推力油缸2的有杆腔和无杆腔经所述进回油口与所述液压油箱进油端流体导通连接；四个所述主推力油缸2分别固定在所述减速箱8的油缸安装孔处，四个所述主推力油缸2分为第一组油缸组和第二油缸组，所述第一油缸组和所述第二油缸组均包括两个所述主推力油缸2，在四个所述主推力油缸2安装在所述减速箱8上时，所述第一油缸组中的两个所述主推力油缸2安装位置为对角位置关系，所述第二油缸组中的两个所述主推力油缸2安装位置为对角位置关系，所述减速箱8和四个所述主推力油缸2行程强制同步结构，每组油缸设置单独的进回油路和进回油口；所述液压泵站、所述换向阀块32和所述减速箱8分别与所述操作控制台控制连接，通过对所述液压泵站和所述换向阀块32的控制实现对所述主推力油缸2活塞杆33伸出缩回动作的控制，其中通过所述换向阀块32控制所述液压泵站将压力油液分配给所述主推力油缸2；所述主推力油缸2行程大于反井钻机所用钻杆长度。其中，所述换向阀块32为多路电液换向阀块32；所述配油块5包括四个三通结构，四个所述三通结构并联且安装在位于所述主推力油缸2下方的反井钻机底座6上，并通过高压软管对应连接四个所述主推力油缸2；所述主推力油缸2为单活塞杆油缸，在所述主推力油缸2中，活塞杆41为中空杆，所述活塞杆41内设有无缝钢管34，所述无缝钢管34一端与活塞头40焊接且与位于活塞18与所述主推力油缸2缸底39和缸筒16之间的无杆腔35流体导通连接，所述无缝钢管34另一端与杆头33焊接且通过无杆腔进油口14与所述液压泵站流体导通连接；位于所述活塞杆41与所述主推力油缸2缸筒16之间的有杆腔36与所述液压泵站通过位于所述无缝钢管34外壁与所述活塞杆41内壁之间的导油腔37和位于所述杆头33上的有杆腔进油口13流体导通连接；所述无缝钢管34外壁上设有支撑环38，防止无缝钢管34在进回油过程中发生颤动，造成两端焊缝开裂；所述支撑环38外侧侧壁与所述活塞杆41内壁之间设有容液压油流通的间隙；所述无杆腔35和所述有杆腔26不连通，从而避免直接在缸筒16上设置进油口，油管无需随油缸运动，既不影响钻机空间布置又不会干扰动力头3上下运行。
为了便于对反井钻机钻杆的升降进行控制，本实施例中，所述液压泵站包括主泵站和副泵站；在正常导孔或扩孔钻进时，所述副泵站向四个所述主推力油缸2供给压力油液，在提放钻具或接卸钻杆时，所述主泵站向所述第一油缸组中的所述主推力油缸2供给压力油液，所述第二油缸组中的所述主推力油缸2由所述减速箱8强制同步。其中，所述主泵站设有两个液压泵，所述主泵站所用液压泵为A7V250泵；所述副泵站所用液压泵为L10V045泵。当导孔钻进或下放钻具时，所述主推力油缸2的有杆腔36进油，所述主推力油缸2的无杆腔35出油；当扩孔钻进或上提钻具时，所述主推力油缸2的无杆腔35进油，所述主推力油缸2的有杆腔36出油。
本实施例中，配油块的A、B进回油口为一组，配油块的C、D进回油口为一组，配油块的A1、B1、C1、D1进回油口通过高压软管连接所述副泵站的换向阀块32；配油块A2进回油口23连接一号主推力油缸9无杆腔进油口14，配油块B2进回油口27连接一号主推力油缸9有杆腔进油口13；配油块C2进回油口25连接二号主推力油缸10无杆腔进油口14，配油块D2进回油口29连接二号主推力油缸10有杆腔进油口13；配油块A3进回油口24连接三号主推力油缸11无杆腔进油口14，配油块B3进回油口28连接三号主推力油缸11有杆腔进油口13；配油块C3进回油口26连接四号主推力油缸12无杆腔进油口14，配油块D3进回油口30连接四号主推力油缸12有杆腔进油口13。
将本发明作为反井钻机的推进系统，在反井钻机钻杆快速升降过程中利用两台A7V250泵提供压力油液，在反井钻进正常钻进时利用L10V450泵提供压力油液，压力油液管路由高压软管连通，并由所述主推力油缸2带动动力头3进行上下运动实现反井钻机钻具的提升和下放，而反井钻机的液压马达5驱动动力头3，由动力头3带动反井钻机主轴旋转，然后由反井钻机主轴通过承载接头与钻杆连接实现向钻头传递破岩需要的扭矩和推拉力。而且在接卸钻杆时，需要液压马达5旋转和动力头3上下运动相匹配。
使用本发明的反井钻机在正常钻进时，由所述副泵站向两组四个所述主推力油缸2供给压力油液，将所述主推力油缸2的有杆腔用于向下推进，当导孔钻进或下放钻具时，所述主推力油缸2的有杆腔36进油，所述主推力油缸2的无杆腔35回油，能够提供的最大推力可达3000kN；将所述主推力油缸2的无杆腔35用于向上提升，当扩孔钻进或上提钻具时，所述主推力油缸2的无杆腔35进油，所述主推力油缸2的有杆腔36回油，能够提供的最大拉力可达6000kN，因此，在相同油压条件下，能够满足反井钻井工艺要求中导孔钻进时向下推进力小和扩孔钻进时向上提升力大的特点。而在提放钻具与接卸钻杆时，由所述主泵站的液压泵向所述第一油缸组的两个所述主推力油缸2供给压力油液，而所述第二油缸组中的两个所述主推力油缸2被所述减速箱8强制同步，此时所述第二油缸组中的两个所述主推力油缸2形成负压，被动地从所述液压油箱吸油，进而可以在等量压力油液情况下，能够实现所述主推力油缸2成倍速伸缩，带动动力头3快速升降。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种反井钻机快速升降装置，其特征在于，包括减速箱(8)、配油块(5)、换向阀块(32)、进回油口、液压泵站、液压油箱、操作控制台和四个主推力油缸(2)，所述主推力油缸(2)的活塞杆(33)与反井钻机底座(6)固定连接，所述主推力油缸(2)的缸筒(16)与反井钻机动力头(3)固定连接；所述液压油箱出油端与所述液压泵站进油端流体导通连接，所述液压泵站出油端与所述换向阀块(32)进油端流体导通连接，所述换向阀块(32)出油端与所述配油块(5)进油端流体导通连接，所述配油块(5)出油端经所述进回油口与所述主推力油缸(2)的有杆腔和无杆腔流体导通连接，所述主推力油缸(2)的有杆腔和无杆腔经所述进回油口与所述液压油箱进油端流体导通连接；四个所述主推力油缸(2)分别固定在所述减速箱(8)的油缸安装孔处，四个所述主推力油缸(2)分为第一组油缸组和第二油缸组，所述第一油缸组和所述第二油缸组均包括两个所述主推力油缸(2)，在四个所述主推力油缸(2)安装在所述减速箱(8)上时，所述第一油缸组中的两个所述主推力油缸(2)安装位置为对角位置关系，所述第二油缸组中的两个所述主推力油缸(2)安装位置为对角位置关系；所述液压泵站、所述换向阀块(32)和所述减速箱(8)分别与所述操作控制台控制连接；所述主推力油缸(2)行程大于反井钻机所用钻杆长度。
2.根据权利要求1所述的反井钻机快速升降装置，其特征在于，所述液压泵站包括主泵站和副泵站；在正常导孔或扩孔钻进时，所述副泵站向四个所述主推力油缸(2)供给压力油液，在提放钻具或接卸钻杆时，所述主泵站向所述第一油缸组或所述第二油缸组中的所述主推力油缸(2)供给压力油液，所述第二油缸组或所述第一油缸组中的所述主推力油缸(2)由所述减速箱(8)强制同步。
3.根据权利要求2所述的反井钻机快速升降装置，其特征在于，所述主泵站设有两个液压泵。
4.根据权利要求3所述的反井钻机快速升降装置，其特征在于，所述主泵站所用液压泵为A7V250泵；所述副泵站所用液压泵为L10V045泵。
5.根据权利要求1～4任一所述的反井钻机快速升降装置，其特征在于，当导孔钻进或下放钻具时，所述主推力油缸(2)的有杆腔进油，所述主推力油缸(2)的无杆腔出油；当扩孔钻进或上提钻具时，所述主推力油缸(2)的无杆腔进油，所述主推力油缸(2)的有杆腔出油。
6.根据权利要求5所述的反井钻机快速升降装置，其特征在于，所述主推力油缸(2)通过销轴结构(7)与钻机底座(6)连接，所述主推力油缸(2)与动力头(3)连接并通过承载环(17)和螺纹环(15)传递拉力。
7.根据权利要求1～6任一所述的反井钻机快速升降装置，其特征在于，所述主推力油缸(2)为单活塞杆油缸。
8.根据权利要求7所述的反井钻机快速升降装置，其特征在于，在所述主推力油缸(2)中，活塞杆(41)为中空杆，所述活塞杆(41)内设有无缝钢管(34)，所述无缝钢管(34)一端与活塞头(40)焊接且与位于活塞(18)与所述主推力油缸(2)缸底(39)和缸筒(16)之间的无杆腔(35)流体导通连接，所述无缝钢管(34)另一端与杆头(33)焊接且通过无杆腔进油口(14)与所述液压泵站流体导通连接；位于所述活塞杆(41)与所述主推力油缸(2)缸筒(16)之间的有杆腔(36)与所述液压泵站通过位于所述无缝钢管(34)外壁与所述活塞杆(41)内壁之间的导油腔(37)和位于所述杆头(33)上的有杆腔进油口(13)流体导通连接；所述无缝钢管(34)外壁上设有支撑环(38)，防止无缝钢管(34)在进回油过程中发生颤动，造成两端焊缝开裂；所述支撑环(38)外侧侧壁与所述活塞杆(41)内壁之间设有容液压油流通的间隙；所述无杆腔(35)和所述有杆腔(36)不连通。
9.根据权利要求1～6任一所述的反井钻机快速升降装置，其特征在于，所述配油块(5)包括四个三通结构，四个所述三通结构并联且安装在位于所述主推力油缸(2)下方的反井钻机底座(6)上。
10.根据权利要求1～6任一所述的反井钻机快速升降装置，其特征在于，所述换向阀块(32)为电液换向阀。
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