CN111594073A - 一种陆地离线作业钻机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种陆地离线作业钻机,包括安装底座、井架、管柱提升机、自动猫道、自动鼠洞、铁钻工、扶正臂,井架安装在安装底座上端,管柱提升机设置在井架一侧的安装底座上;自动鼠洞设置在井架和管柱提升机中间,自动鼠洞靠近管柱提升机下端,自动猫道设置在安装底座一侧,扶正臂设置在自动鼠洞上方一侧的井架上;自动猫道的上方设有排管机,排管机的两侧设有管柱弹夹;管柱弹夹安装在安装底座上。通过本发明的陆地离线作业钻机,极大的消除了高空作业的危害,降低了设备的维护难度,整个钻机的重心下降到钻台面以下,整体的抗风能力得到显著的提升;接若干立柱后即可开钻,无需接完全部的管柱,钻井准备时间大大缩短,可提高钻井效率。

Description

一种陆地离线作业钻机
技术领域
本发明涉及石油钻采设备技术领域,具体涉及一种陆地离线作业钻机。
背景技术
钻机管柱处理系统作为整个钻机的核心系统,代表着钻机的自动化水平。随着管柱处理自动化技术的发展,陆地钻机配置自动化管柱系统变得越来越普遍。目前应用最广泛的陆地钻机管柱处理系统有两种:一种是配套二层台机械手和台面机械手的模式,另外一种是配套抓取式二层台机械手。对于前一种处理模式,管柱处理流程完全模拟人工操作的方式,采用吊卡提升管柱,先排放管柱下端就位,然后再使用二层台机械手扶着管柱进入二层台指梁中,其操作流程分两步,整体流程操作时间较长,目前各大厂家的产品也均为手动控制,未实现自动化控制。对于后一种处理模式,其相对前一种处理模式的明显变化是减少了台面机械手,其排放管柱也可实现自动化,但是其主要问题是,二层台仍然存在,高空安装、高空维修的高空作业风险依然存在。
同时,这两种模式的共同点是都需要占用井口进行接立柱作业,也就是在开钻之前需要将所有配套管柱接成立根并排管在二层台和立根盒内,按照接一柱立根需要5分钟计算,对于一部5000米钻机则需要花费约18个小时进行接立柱作业,因此整个钻井的准备时间较长,效率较低,不能实现离线作业。
发明内容
为了解决上述主要矛盾,本发明提供了一种陆地离线作业钻机,本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的:
一种陆地离线作业钻机,包括安装底座、井架、管柱提升机、自动猫道、自动鼠洞、铁钻工、扶正臂,井架安装在安装底座上端,管柱提升机设置在井架一侧的安装底座上;自动鼠洞设置在井架和管柱提升机中间,自动鼠洞靠近管柱提升机下端,自动猫道设置在安装底座一侧,扶正臂设置在自动鼠洞上方一侧的井架上;自动猫道的上方设有排管机,排管机的两侧设有管柱弹夹;管柱弹夹安装在安装底座上。
进一步地,陆地离线作业钻机还包括自动钻杆盒,自动钻杆盒设置在自动猫道的一侧或两侧。
进一步地,排管机包括安装平台、排管机主体,排管机主体固定在安装平台上端一侧;排管机主体包括安装柱、伸缩臂、夹持臂,安装柱安装固定在安装平台上端一侧,伸缩臂一端活动安装在安装柱上,伸缩臂另外一端活动连接夹持臂。
进一步地,管柱提升机包括滑车总成单元模块、门型架总成,门型架总成的上端设有滑轮组件,门型架总成的下端一侧设有绞车,绞车通过穿过滑轮组件的牵引绳连接滑车总成单元模块,绞车通过牵引绳牵引滑车总成单元模块相对门型架总成上下移动;门型架总成和井架之间设有拉杆总成,拉杆总成一端铰接在井架上,拉杆总成另外一端铰接连接门型架总成,门型架总成下端铰接在安装底座上。
进一步地,滑车总成单元模块包括滑车架、长连杆、夹持部,长连杆的两端分别活动连接滑车架和夹持部;门型架总成内部两侧均设有导向槽,滑车架的两侧均设有滚子组件,滚子组件可沿导向槽上下滚动。
进一步地,长连杆的一端通过轴销连接滑车架下端,长连杆另外一端通过轴销连接夹持部;滑车架一侧设有变幅油缸,变幅油缸一端铰接在滑车架上端的中部,长连杆一端还铰接连接有短连杆,短连杆一端铰接连接长连杆,短连杆另外一端铰接连接变幅油缸一端;短连杆与变幅油缸铰接处还铰接有摇杆,摇杆一端同时与短连杆和变幅油缸铰接,摇杆另外一端铰接在长连杆与滑车架铰接处上端的滑车架上。
进一步地,长连杆总部连接调斜油缸,调斜油缸一端铰接长连杆中部下端,调斜油缸另外一端铰接在长连杆与夹持部活动连接处下方的夹持部上。
进一步地,夹持部包括钳连接架、扶持钳、夹持钳,扶持钳设置在钳连接架上端,夹持钳设置在钳连接架下端,长连杆和调斜油缸均与钳连接架连接;扶持钳后侧设有扶持油缸,夹持钳后侧设有第一夹持油缸。
进一步地,自动猫道包括底座、坡道,坡道上端设有第一换向滑轮组,底座靠近坡道下端的一端设有绞车,底座的另外一端设有第二换向滑轮组;底座上还设有小推车,小推车前后两端的底部分别设有第一动滑轮和第二动滑轮,第一动滑轮和第二动滑轮转动轨迹平行于底座;钢丝绳依次缠绕穿过第一换向滑轮组、第一动滑轮、第一换向滑轮组、绞车、第二换向滑轮组、第二动滑轮,钢丝绳的两端分别固定在底座两端;坡道和底座的中部还设有导向槽。
进一步地,底座上还设有若干导向轮,导向轮设置在坡道和底座的连接处,钢丝绳贴靠导向滚轮并从导向滚轮下方穿过。
进一步地,底座的两侧均分别设有L型支腿,底座的至少一侧设有进料机构,进料机构设置在L型支腿一侧。
进一步地,进料机构包括抬升臂、液压机构,液压机构设置在抬升臂下方,抬升臂的一端铰接在底座上,液压机构的一端铰接在抬升臂下端中部,液压机构另外一端铰接在底座上。
进一步地,自动鼠洞包括滑轨架、鼠洞钳、升降油缸,升降油缸一端铰接在滑轨架上,升降油缸另外一端铰接在鼠洞钳上,鼠洞钳活动安装在滑轨架上,滑轨架两侧分别设有轨道板,轨道板设置在滑轨架内侧壁处,鼠洞钳可以相对轨道板移动。
进一步地,鼠洞钳包括鼠洞钳架、夹钳座,夹钳座设置在鼠洞钳架的两端。
进一步地,夹钳座的中部设有夹钳口,夹钳口的两侧分别设有一个钳夹块组件,钳夹块组件活动安装在夹钳口两侧;钳夹块组件的一端连接第二夹持油缸,钳夹块组件的另外一端可相对夹钳口伸缩移动,第二夹持油缸分别置于钳夹座的两侧。
进一步地,钳夹口的上端还设有导向喇叭口,导向喇叭口的下端连接在夹钳口的边缘处。
进一步地,夹钳座的一侧还设有同步联动装置。
进一步地,所述铁钻工包括第一铁钻工、第二铁钻工,铁钻工包括第一铁钻工、第二铁钻工,第一铁钻工安装固定在安装平台上,用于在自动鼠洞上端拆、接管柱,第二铁钻工安装固定在安装底座上端,用于在井口拆、接管柱;如果空间有限,也可以仅设置第二铁钻工,使其既能在井口位置作业也可在自动鼠洞位置作业;第一铁钻工和第二铁钻工的设置便于独立使用,提升工作效率。
进一步地,扶正臂包括连接件、前臂、后臂、伸缩机构、扶正钳,前臂一端铰接在连接件上,前臂另外一端铰接在扶正钳一侧,后臂一端铰接在连接件上,后臂另外一端铰接在扶正钳一侧,扶正钳两侧均设有前臂和后臂,伸缩机构一端铰接在后臂中部,伸缩机构另外一端铰接在井架上,扶正臂通过连接件安装在井架内;连接件、前臂、扶正钳、后臂之间连接形成平行四边形。
进一步地,扶正钳包括扶正钳主体、滚轴、扶持钳夹,滚轴设置在扶正钳主体前端,滚轴两端直径大于滚轴中间直径,滚轴可相对扶正钳主体自由转动,扶正钳活动安装在滚轴两侧的扶正钳主体上。
进一步地,安装立柱包括活动立柱、固定立柱,活动立柱活动安装在固定立柱上端,固定立柱固定在安装平台上;伸缩臂活动安装在活动立柱上。
进一步地,活动立柱上活动设有上滑车和下滑车,上滑车和下滑车可相对活动立柱移动;伸缩臂包括平行设置的第一杆、第二杆,伸缩臂还包括第三杆、短杆、油缸,第一杆、第二杆的一端均铰接在上滑车上,第一杆、第二杆的另外一端均铰接在短杆的两端,短杆的一端铰接在夹持臂上,第一杆的中部铰接第三杆的一端,第三杆的另外一端铰接在下滑车上。
本发明的有益效果在于,通过本发明的陆地离线作业钻机,打破了传统钻机的管柱处理模式,取消了钻机二层台的设置,极大的消除了高空作业的危害,降低了设备的维护难度,整个钻机的重心下降到钻台面以下,整体的抗风能力得到显著的提升;此外,本发明的陆地离线作业钻机,可以满足离线接立柱作业,无需占用井口,接若干立柱后即可开钻,无需接完全部的管柱,钻井准备时间大大缩短,可提高钻井效率。
附图说明
图1是本发明的陆地离线作业钻机整体结构示意图。
图2是图1中去掉左侧管柱弹夹之后的陆地离线作业钻机结构示意图。
图3是图1陆地离线作业钻机的侧视图。
图4是本发明中的管柱提升机结构示意图。
图5是本发明中的滑车总成单元模块结构示意图。
图6是本发明中的管柱弹夹结构示意图。
图7是本发明中的自动猫道结构示意图。
图8是本发明中的自动猫道内部结构示意图。
图9是本发明中的进料机构结构示意图。
图10是本发明中的自动鼠洞结构示意图。
图11是本发明中的鼠洞钳结构示意图。
图12是本发明中的夹钳座结构示意图。
图13是本发明中的扶正臂结构示意图。
图14是本发明中的井架安装示意图。
图15是本发明中的安装底座结构示意图。
图16是本发明中的排管机结构示意图。
图17是本发明中的排管机主体结构示意图。
图18是本发明中的第一铁钻工结构示意图。
图中,1、安装底座;2、井架;3、管柱提升机;4、自动猫道;5、自动鼠洞;6、扶正臂;7、管柱弹夹;8、排管机;9、第一铁钻工;10、第二铁钻工;11、自动钻杆盒;12、井口位置;1-1、顶板层;1-2、中层支撑柱;1-3、中层斜支撑柱;1-4、起升液压缸;1-5、底板层;3-1、滑车总成单元模块;3-2、门型架总成;3-3、滑轮组件;3-4、绞车a;3-5、拉杆总成;3-11、滑车架;3-12、长连杆;3-13、导向槽;3-14、变幅油缸;3-15、短连杆;3-16、摇杆;3-17、调斜油缸;3-18、钳连接架;3-19、扶持钳;3-20、夹持钳;3-21、扶持油缸;3-22、第一夹持油缸;4-1、底座;4-2、坡道;4-3、第一换向滑轮组;4-4、绞车b;4-5、第二换向滑轮组;4-6、小推车;4-7、导向滚轮;4-8、L型支腿;4-9、进料机构;4-10、导向槽;4-61、第一动滑轮;4-62、第二动滑轮;4-91、抬升臂;4-92、液压机构;5-1、滑轨架;5-2、鼠洞钳;5-3、滚轮组;5-4、升降油缸;5-11、吊装耳板;5-12、安装法兰板;5-13、升降油缸安装座;5-14、轨道板;5-21、耳座;5-22、鼠洞钳架;5-23、钳夹座;5-24夹钳口;5-25、钳夹块组件;5-26、第二夹持油缸;5-27、导向喇叭口;5-28、钳夹块组件同步连杆;5-29、滑块;5-30、第一导向孔;5-31、第二导向孔;5-32连接杆;6-1、连接件;6-2、前臂;6-3、后臂;6-4、伸缩机构;6-5、扶正钳;6-51、扶正钳主体;6-52、滚轴;6-53、扶持钳夹;7-1、管柱存储盒;7-2、指梁;7-3、防护木垫;8-1、排管机主体;8-2、安装平台;8-3、活动立柱;8-4、固定立柱;8-5、上滑车;8-6、下滑车;8-7、第一杆;8-8、第二杆;8-9、第三杆;8-10、短杆;8-11、油缸;8-12、驱动油缸;8-13、夹持臂;9-1、旋扣钳;9-2、移送机构;9-3、紧扣钳;9-4、安装立柱。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述:
一种陆地离线作业钻机,包括安装底座1、井架2、管柱提升机3、自动猫道4、自动鼠洞5、第一铁钻工9和第二铁钻工10、扶正臂6、管柱弹夹7、排管机8,如图1-18所示,安装底座1包括底层、中层和顶层三个部分,其中顶层包括顶板层1-1,中层包括中层支撑柱1-2、中层斜支撑柱1-3、起升液压缸1-4、低位连接座,底层包括底板层1-5,起升液压缸1-4设置在底板层1-5和顶板层1-1之间,起升液压缸1-4的一端铰接在底板层1-5的上端面,起升液压缸1-4的另外一端铰接在顶板层1-1的下端面;中层支撑柱1-2和中层斜支撑柱1-3设置在底板层1-5和顶板层1-1之间,中层支撑柱1-2平行设置,顶板层1-1和底板层1-5之间平行设置,中层支撑柱1-3的两端分别铰接在底板层1-5上端和顶板层1-1下端,中层斜支撑柱1-3的一端铰接在顶板层1-1底端,中层斜支撑柱1-3的另外一端通过轴销与底板层1-5上端的耳板连接,中层斜支撑柱1-3和起升液压缸1-4交叉设置,顶板层1-1在起升液压缸1-4的作用下抬升时,拆除中层斜支撑柱1-3下端与底板层1-5上端之间的轴销,使得顶板层1-1得以相对底板层1-5提升高度,当顶板层1-1高度抬升至计划高度后,将中层斜支撑柱1-3下端与底板层1-5上端的耳板之间通过轴销连接,使得顶板层1-1处于高位时的位置得以固定。安装底座1结构原理如申请号为201320557697.3专利名称为“一种石油钻机的液压起升底座”的实用新型专利。
井架2安装在顶板层1-1上,井架2的下端和顶板层1-1的上端之间通过轴销固定,井架2分为若干段,单独每段均为焊接桁架式结构,每段井架2之间通过螺栓或轴销连接固定,用来安装支承天车及相关井口管柱串负荷。
管柱提升机3设置在井架2一侧的顶板层1-1上,管柱提升机3包括滑车总成单元模块3-1和门型架总成3-2,滑车总成单元模块3-1安装在门型架总成3-2上,门型架总成3-2的上端设有滑轮组件3-3,门型架总成3-2的下端设有绞车a3-4,绞车a3-4为液压绞车,门型架总成3-2均安装在安装底座1上,绞车a3-4位于门型架总成3-2一侧的下端,在门型架总成3-2另外一侧的上端设有拉杆总成3-5,拉杆总成3-5和门型架总成3-2之间通过销轴连接,门型架总成3-2的下端通过销轴连接在安装底座1上,门型架总成3-2和井架2之间通过拉杆总成3-5连接,拉杆总成3-5和井架2之间也通过销轴连接;滑车总成单元模块3-1和绞车a3-4之间通过钢丝绳连接,钢丝绳的一端连接绞车,另外一端穿过滑轮组件3-3后与滑车总成单元模块3-1连接,通过绞车a3-4卷动钢丝绳来实现滑车总成单元模块3-1相对门型架总成3-2上下移动。
滑车总成单元模块3-1包括滑车架3-11、长连杆3-12、夹持部,长连杆3-12的两端分别铰接连接滑车架3-11和夹持部;滑车架的两侧均设有滚子组件,每个滚子组件至少包括一个滚子,本实施例中选取个滚子,滑车架3-11的两侧分别设有两组滚子组件,同时,在门型架总成3-2的两侧的内侧,分别设有一个矩形导向槽3-13,滑车架3-11两侧的滚子组件可以沿导向槽3-13滚动。长连杆3-12的一端连接在滑车架3-11的中部,另外一侧连接在夹持部的后侧,在滑车架3-11的一侧设有变幅油缸3-14,变幅油缸3-14的一端铰接在滑车架3-11上端中部,长连杆3-12与滑车架3-11连接处下方的长连杆3-12上铰接连接短连杆3-15的一端,变幅油缸3-14的另外一端和短连杆3-15的另外一端铰接连接。短连杆3-15与变幅油缸3-14铰接处还设有摇杆3-16,摇杆3-16的一端同时与短连杆3-15和变幅油缸3-14铰接,摇杆3-16的另外一端铰接在长连杆3-12与滑车架3-11铰接处上端的滑车架3-11上。
在长连杆3-12的中部设有调斜油缸3-17,调斜油缸3-17的一端铰接在长连杆3-12的中部下端,调斜油缸3-17的另外一端铰接在长连杆3-12与夹持部连接处下方的夹持部上。
夹持部包括钳连接架3-18、扶持钳3-19、夹持钳3-20,扶持钳3-19设置在钳连接架3-18的上端,夹持钳3-20设置在钳连接架3-18的下端,长连杆3-12和调斜油缸3-17均与钳连接架3-18铰接连接,在扶持钳3-19的后侧设有扶持油缸3-21,在夹持钳3-20的后侧设有第一夹持油缸3-22,通过扶持油缸3-21和第一夹持油缸3-22分别控制扶持钳3-19和夹持钳3-20的夹紧和张开;在扶持钳3-19的钳口两侧,分别设有两个可自由转动的滚轮,滚轮的设置可以保证扶持钳3-19夹住管柱的同时管柱还可以在扶持钳3-19内转动。
管柱提升机工作过程:
1、滑车总成单元模块3-1处于初始位置,此时滑车总成单元模块3-1处于门型架总成3-2的最上端(高出钻台面约26-27m),变幅油缸3-14完全缩回,调斜油缸3-17完全伸出,扶持油缸3-21、第一夹持油缸3-22完全缩回。
2、管柱送至自动猫道4的坡道4-2上后,绞车a3-4转动,滑车总成单元模块3-1向下运动,同时变幅油缸3-14伸出,调斜油缸3-17收缩,最终使得钳连接架3-18与坡道4-2上的管柱平行,扶持钳3-19的中心和夹持钳3-20的中心均与管柱处于同心位置,通过超声波传感器判定位置是否处于同心位置,扶持钳3-19和夹持钳3-20均夹住管柱,通过压力传感器检测扶持钳3-19和夹持钳3-20是否夹紧管柱,扶持钳3-19夹持位置靠近管柱的接头位置。
3、绞车a3-4转动,滑车总成单元模块3-1相对门型架总成3-2向上移动,同时释放调斜油缸3-17的压力,待管柱下端离开坡道4-2时调斜油缸3-17恢复压力,滑车总成单元模块3-1向上移动至管柱的下端高出钻台面,变幅油缸3-14伸出,调斜油缸3-17伸出,保证管柱与自由鼠洞中心同心并锁定变幅油缸3-14和调斜油缸3-17。
4、绞车a3-4转动,滑车总成单元模块3-1相对门型架总成3-2向下移动,将管柱下放到鼠洞指定位置后,待自动鼠洞5的两个夹持钳3-20夹住并悬持住管柱时,扶持油缸3-21和第一夹持油缸3-22完全缩回,也即扶持钳3-19和夹持钳3-20均放开对管柱的夹持。
5、滑车总成单元模块3-1相对门型架总成3-2向上移动至钻台面上方(高出钻台3-4m)且恢复至初始状位置;待下一个管柱到达坡道4-2后,重复上述步骤,夹持下一个管柱。
6、绞车a3-4转动,滑车总成单元模块3-1相对门型架总成单元模块3-1向下移动,使上下两个管柱对接后,第一铁钻工9伸出到位后,第一夹持油缸3-22完全缩回,待第一铁钻工9完成上扣后,管柱立根新建完成,第一夹持油缸3-22伸出,夹持钳3-20夹紧管柱。
7、待第一铁钻工9退出一定的距离、自动鼠洞5松开夹持后,绞车a3-4转动,滑车总成单元模块3-1相对门型架总成3-2向上移动至指定位置(高出钻台面约26-27m),变幅油缸3-14伸出同时调斜油缸3-17缩回,把管柱立根送到顶驱,保证管柱立根与井眼中心同心,待顶驱吊卡抱紧管柱立根后,第一夹持油缸3-22、扶持油缸3-21缩回,扶持钳3-19和夹持钳3-20均打开,滑车总成单元模块3-1恢复至初始状态。
自动鼠洞5设置井架2和管柱提升机3之间的位置,靠近管柱提升机3的下方,自动鼠洞5设置在井口位置12一侧,自动鼠洞5包括滑轨架5-1、鼠洞钳5-2、滚轮组5-3、升降油缸5-4,滑轨架5-1的上端还设有吊装耳板5-11和安装法兰板5-12,在滑轨架5-1的上端设有升降油缸安装座5-13,鼠洞钳5-2的下端设有耳座5-21,升降油缸5-4的一端铰接在升降油缸安装座5-13上,升降油缸5-4另外一端铰接连接在耳座5-21上,鼠洞钳5-2可以在升降油缸5-4的作用下相对滑轨架5-1移动;滑轨架5-1两侧分别设有轨道板5-14,轨道板5-14设置在滑轨架5-1的内侧壁处,鼠洞钳5-2可以沿轨道板5-14移动,为了防止鼠洞钳5-2沿轨道板5-14移动式脱离轨道板5-14或者偏移轨道板5-14,在鼠洞钳5-2的两侧分别设有2个滚轮组,滚轮组安装在鼠洞钳5-2两侧的法兰板上,滚轮组包括第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮,第一滚轮和第二滚轮分别沿轨道板5-14两侧滚动,第一滚轮和第二滚轮从两侧夹住轨道板5-14,第三滚轮沿轨道板5-14内侧壁移动。
鼠洞钳5-2包括鼠洞钳架5-22、夹钳座5-23,夹钳座5-23分别固定在鼠洞钳架5-22的两端,夹钳座5-23焊接在鼠洞钳架5-22上,夹钳座5-23的中部设有开口的夹钳口5-24,夹钳口5-24的两侧分别设有一个钳夹块组件5-25,钳夹块组件5-25的一端连接第二夹持油缸5-26,钳夹块组件5-25的另外一端设有V型开口,钳夹块组件5-25可在第二夹持油缸5-26的作用下相对夹钳口5-24伸缩,第二夹持油缸5-26分别置于夹钳座5-23的两侧。夹钳座5-23上两个钳夹块组件5-25上的V型开口的开口方向相对,两个V型开口相对可以从两侧夹住管柱,为了增加夹住管柱的稳定性,V型开口内设有若干齿条,通过齿条的设置增大V型开口与管柱的摩擦,使得两个V型开口夹持的时候更加稳定。为了扩大V型开口夹持管柱的尺寸范围,钳夹座一侧的钳夹块组件一端的V型开口上下两侧设有卯槽,钳夹座另外一侧的钳夹块组件上的V型开口上下两侧设有榫头,相对的两个V型开口夹持管柱时,当一侧的榫头插入对应的卯槽中,可以缩短两个V型开口之间的距离,得以夹持尺寸较小的管柱。
此外,在夹钳口5-24的上端还设有导向喇叭口5-27,导向喇叭口5-27的横截面呈U字型,导向喇叭口5-27的下端连接在夹钳口5-24的边缘处,导向喇叭口5-27的上端开口大于下端开口。
为了实现夹钳座5-23两侧的第二夹持油缸5-26同步运动,在夹钳座5-23上还设有同步联动装置,同步联动装置包括钳夹块组件同步连杆5-28、滑块5-29,在夹钳座5-23上还设有第一导向孔5-30、第二导向孔5-31,第一导向孔5-30置于夹钳口5-24的中部后侧的夹钳座5-23上,第二导向孔5-31分别置于夹钳口5-24的两侧,第二导向孔5-31位于钳夹块组件5-25的一侧的夹钳座5-23上;第二导向孔5-31对称分布在第一导向孔5-30的两侧,第一导向孔5-30的长度方向垂直于第二导向孔5-31的长度方向;第二导向孔5-31内活动安装连接杆5-32,滑块5-29活动安装在第一导向孔5-30内;连接杆5-32的一端连接钳夹块组件5-25,连接杆5-32的另外一端铰接连接钳夹块组件同步连杆5-28的一端,钳夹块组件同步连杆5-28的另外一端铰接连接滑块5-29。
自动鼠洞工作过程:
1、升降油缸5-4缩回,使鼠洞钳5-2位于最上端,第二夹持油缸5-26缩回,钳夹块组件5-25缩回钳夹座5-23内,自动鼠洞5装置处于待命状态;
2、管柱输送到位后,第二夹持油缸5-26伸出,夹持块组件5-25在钳夹座5-23中间位置夹紧管柱,通过压力传感器检测是否夹紧管柱;
3、升降油缸5-4伸出,鼠洞钳5-2带着管柱下移;
4、当需要与后一根管柱对接时,升降油缸5-4缩回,鼠洞钳5-2带着管柱上移;
5、第一铁钻工9伸出对接两根管柱时,第二夹持油缸5-26缩回,钳夹块组件5-25缩回钳夹座5-23内,钳夹块组件5-25松开所夹持的管柱,由压力传感器检验是否松开。
自动猫道4设置在安装底座1的前方一侧,自动猫道4包括底座4-1、坡道4-2,坡道4-2相对底座4-1倾斜设置,坡道4-2的上端设有第一换向滑轮组4-3,底座4-1靠近坡道4-2下端的底座一端设有绞车b4-4,底座4-1的另外一端设有第二换向滑轮组4-5;底座4-1上还设有小推车4-6,小推车4-6前后两端的底部分别设有第一动滑轮4-61和第二动滑轮4-62,第一动滑轮4-61和第二动滑轮4-62转动轨迹平行于底座4-1;钢丝绳依次缠绕穿过第一换向滑轮组4-3、第一动滑轮4-61、第一换向滑轮组4-3、绞车b4-4、第二换向滑轮组4-5、第二动滑轮4-62,钢丝绳的两端分别固定在底座4-1的两端。在底座4-1上还设有若干导向滚轮4-7,导向滚轮4-7设置在坡道4-2和底座4-1的连接处,钢丝绳贴靠导向滚轮4-7并从导向滚轮4-7的下方穿过。绞车b4-4包括马达、滚筒,马达与滚筒传动连接,滚筒的中部直径小于滚筒两侧的直径,使用时,钢丝绳缠绕在滚筒上。由于钢丝绳的质地较为柔软,为了保证小推车的正常运行,第二换向滑轮组4-5的一侧还设有钢丝绳张紧装置,通过钢丝绳张紧装置可以调节钢丝绳的绷紧程度,防止小推车运行过程中钢丝绳打滑。
底座4-1的两侧均设有L型支腿4-8,底座4-1的两侧均设有进料机构4-9,进料机构4-9设置在L型支腿4-8的一侧,进料机构4-9包括抬升臂4-91、液压机构4-92,液压机构4-92设置在抬升臂4-91的下方,抬升臂4-91的一端铰接在底座上,液压机构4-92的一端铰接在抬升臂4-91的下端中部,液压机构4-92的另外一端铰接在底座4-1上。在坡道4-2的中部和底座4-1的中部均设有导向槽4-10,坡道4-2上的导向槽4-10与底座4-1上的导向槽4-10连接,管柱放置在L型支腿4-8的上端,抬升臂4-91在液压机构4-92的作用下一端上升,管柱在抬升臂4-91的作用下沿抬升臂4-91上端面滚入导向槽4-10中,由小推车4-6推动钻具沿导向槽上升。
铁钻工包括第一铁钻工9和第二铁钻工10,第一铁钻工9和第二铁钻工10结构相同,第一铁钻工9包括旋扣钳9-1、移送机构9-2、紧扣钳9-3,旋扣钳9-1如申请号为201720869894.7的实用新型专利公开了一种旋扣滚轮同步动作或移动的旋扣钳装置,移送机构9-2如申请号为201720847722.X的实用新型专利公开了一种基于平行四边形原理的联动器及移送装置,移送机构9-2的一端固定在安装立柱9-4上,在移送机构9-2的另外一端安装了旋扣钳9-1和紧扣钳9-3,旋扣钳9-1位于紧扣钳9-3上方,通过紧扣钳9-3夹紧下方的管柱,通过旋扣钳9-1夹住并转动上方的管柱,实现上下两根管柱的对接。第一铁钻工9安装固定在安装平台8-2上,其高度处于排管机主体8-1的下方,用于在自动鼠洞5上端拆、接管柱,第二铁钻工10安装固定在顶板层1-1上端,用于在井口位置12拆、接管柱;如果空间有限,也可以仅设置第二铁钻工10,使其既能在井口位置作业也可在自动鼠洞位置作业,第一铁钻工和第二铁钻工的设置便于独立使用,提升工作效率。
排管机8包括安装平台8-2、排管机主体8-1,排管机主体8-1包括安装柱、伸缩臂、夹持臂8-13,安装柱包括活动立柱8-3和固定立柱8-4,活动立柱8-3通过轴承安装在固定立柱8-4上端,通过驱动装置使得活动立柱8-3可以相对固定立柱8-4转动,固定立柱8-4一端安装固定在安装平台8-2上端一侧;
伸缩臂包括了上滑车8-5、下滑车8-6、第一杆8-7、第二杆8-8、第三杆8-9、短杆8-10、油缸8-11、驱动油缸8-12,上滑车8-5、下滑车8-6滑动设置在活动立柱8-3上,驱动油缸8-12两端分别连接上滑车8-5和下滑车8-6;第一杆8-7和第二杆8-8平行设置,第一杆8-7和第二杆8-8的一端均铰接在上滑车8-5上,第一杆8-7、第二杆8-8的另外一端分别铰接短杆8-10的两端,短杆8-10的一端铰接在夹持臂8-13上,第一杆8-7的中部铰接第三杆8-9的一端,第三杆8-9的另外一端铰接在下滑车8-6上;当驱动油缸8-12缩短时,上滑车8-5和下滑车8-6之间的距离缩小,第一杆8-7、第二杆8-8组成的平行四边形机构以及第三杆8-9组成的机构可将夹持臂8-13推离活动立柱8-3,从而带动夹持臂8-13所夹持的管柱移动。
排管机8设置在自动猫道4的坡道4-2的上端,坡道4-2从安装平台下方穿过,在排管机8的两侧还设有管柱弹夹7,管柱弹夹7安装在底板层1-5上,管柱弹夹7包括管柱存储盒7-1,在管柱存储盒7-1的上端设有指梁7-2,管柱存储盒7-1的底部设有防护垫木7-3,管柱弹夹7结构如申请号为201910227258.8的发明专利公开的一种钻机模块式管子排放系统中的管子弹夹结构。
扶正臂6设置在井口位置12一侧的井架2内,扶正臂6包括连接件6-1、前臂6-2、后臂6-3、伸缩机构6-4、扶正钳6-5,前臂6-2一端铰接在连接件6-1上,前臂6-2另外一端铰接在扶正钳6-5一侧,后臂6-3一端铰接在连接件6-1上,后臂6-3另外一端铰接在扶正钳6-5一侧,扶正钳6-5两侧均设有前臂6-2和后臂6-3,伸缩机构6-4一端铰接在后臂6-3中部,伸缩机构6-4另外一端铰接在井架2上,扶正臂6通过连接件6-1安装在井架2内;连接件6-1、前臂6-2、扶正钳6-5、后臂6-3之间连接形成平行四边形。扶正钳6-5包括扶正钳主体6-51、滚轴6-52、扶持钳夹6-53,滚轴6-52设置在扶正钳主体6-51前端,滚轴6-52两端的直径大于滚轴6-52中间的直径,滚轴6-52可相对扶正钳主体6-51自由转动,扶正钳夹6-53活动安装在滚轴6-52两侧的扶正钳主体6-51上。
为了便于向自动猫道4上运送管柱,在自动猫道4的两侧还设有自动钻杆盒11,自动钻杆盒11如申请号为201910318691.2的发明专利公开的一种石油钻机动力钻杆盒及其钻具装载方法中的石油钻机动力钻杆盒。
安装过程:
1、将安装底座1吊装到位,此时顶板层1-1未相对底板层1-5升起;
2、吊装井架2的各段、天车,将井架2的各段拼接成一体的井架2,将天车安装到井架2的顶部,井架2的底部一侧铰接在顶板层1-1上端;
3、吊装管柱提升机3,将管柱提升机3安装在安装底座1上,并将管柱提升机3与井架2之间通过拉杆总成3-5连接;
4、通过液压缸的动力使得井架2相对顶板层1-1旋转至井架2垂直置于顶板层1-1上,通过轴销使得井架2底部另外一侧固定在顶板层1-1上;
5、吊装相关的井口设备,比如扶正臂6、第二铁钻工10等;
6、启动安装底座1上的起升液压缸1-4,使得顶板层1-1相对底板层1-5升高;
7、吊装相关井口设备,如管柱弹夹7、排管机8、第一铁钻工9、自动钻杆盒11、自动猫道4、自动鼠洞5等;
8、安装排管机,低位时对排管机进行组装,组装后由安装在管柱弹夹两侧的绞车或者利用吊车将排管机提起,安装过程具体如申请号为201910227258.8的发明专利公开的一种钻机模块式管子排放系统中的管子弹夹结构的专利申请。
9、连接电、气、液管线,完成安装。
陆地离线作业钻机作业过程:
1、自动钻杆盒11将管柱移送至自动猫道4的L型支腿4-8上;
2、自动猫道4上的进料机构4-9将L型支腿4-8上的管柱送至自动猫道4中心的导向槽4-10,由小推车4-6推送至坡道4-2并使得管柱一端伸出坡道4-2;
3、管柱提升机3将坡道4-2上的管柱夹持住后向上提升,并使得管柱处于竖直状态,然后由管柱提升机3将管柱下放至自动鼠洞中;
4、自动鼠洞5将管柱夹持住并下放一段距离;
5、管柱提升机3将下一根管柱按照前述方法夹持管柱并使得管柱处于竖直状态,自动鼠洞5中的管柱上升与管柱提升机3夹持的管柱对接;
6、第一铁钻工9的移送机构9-2将旋扣钳9-1和紧扣钳9-3伸出,紧扣钳9-3夹紧下方的管柱,旋扣钳9-1夹住上方的管柱并旋转上方的管柱,使得两根管柱螺接,然后第一铁钻工9退回原始位置,第一个管柱立根建立完成。
当第一个管柱立根建立完成后,后续步骤分为两种情况。
情况一:
当井口在进行钻井作业,不需要新的管柱立根时,新建立的管柱立根将排放至管柱弹夹7中存放,具体步骤如下:
1、排管机8伸出并悬持新建立的管柱立根;
2、管柱提升机3松开对管柱立根的夹持并复位;
3、排管机8按照设定轨迹将新建立的管柱立根排放至管柱弹夹7指定位置;
4、排管机8复位。
情况二:
当井口钻完上一根管柱立根,需要新的管柱立根,按照以下步骤搬运管柱立根:
1、自动鼠洞5松开管柱立根,管柱提升机3将新建立的管柱立根提升至钻台面以上的高度;
2、扶正臂6伸出,扶正钳夹6-53住管柱立根下端;
3、在管柱提升机3和扶正臂6的共同作用下,管柱立根被移送至井口;
4、自动吊卡闭合,并悬持住管柱立根,管柱提升机3松开夹持,自动吊卡悬持管柱立根下放,使管柱立根下端与井口的管柱串对接,扶正臂6松开对管柱立根下端的夹持后复位;
5、第二铁钻工10伸出,使得管柱立根下端与井口内的管柱串螺接,工作原理与第一铁钻工9工作原理相同;
6、井口继续作业。
本实施例只是对本发明的进一步解释,并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改,但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (22)

1.一种陆地离线作业钻机,其特征在于,包括安装底座、井架、管柱提升机、自动猫道、自动鼠洞、铁钻工、扶正臂,所述井架安装在安装底座上端,所述管柱提升机设置在井架一侧的安装底座上;所述自动鼠洞设置在井架和管柱提升机中间,所述自动鼠洞靠近管柱提升机下端,所述自动猫道设置在安装底座一侧,所述扶正臂设置在自动鼠洞上方一侧的井架上;所述自动猫道的上方设有排管机,所述排管机的两侧设有管柱弹夹;所述管柱弹夹安装在安装底座上。
2.根据权利要求1所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,还包括自动钻杆盒,所述自动钻杆盒设置在自动猫道的一侧或两侧。
3.根据权利要求1所述的一种陆地作业离线作业钻机,其特征在于,所述排管机包括安装平台、排管机主体,所述排管机主体固定在安装平台上端一侧;所述排管机主体包括安装柱、伸缩臂、夹持臂,所述安装柱安装固定在安装平台上端一侧,所述伸缩臂一端活动安装在安装柱上,所述伸缩臂另外一端活动连接夹持臂。
4.根据权利要求1所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述管柱提升机包括滑车总成单元模块、门型架总成,所述门型架总成的上端设有滑轮组件,所述门型架总成的下端一侧设有绞车,所述绞车通过穿过所述滑轮组件的牵引绳连接滑车总成单元模块,所述绞车通过牵引绳牵引滑车总成单元模块相对门型架总成上下移动;所述门型架总成和井架之间设有拉杆总成,所述拉杆总成一端铰接在井架上,所述拉杆总成另外一端铰接连接门型架总成,所述门型架总成下端铰接在安装底座上。
5.根据权利要求4所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述滑车总成单元模块包括滑车架、长连杆、夹持部,所述长连杆的两端分别活动连接滑车架和夹持部;所述门型架总成内部两侧均设有导向槽,所述滑车架的两侧均设有滚子组件,所述滚子组件可沿导向槽上下滚动。
6.根据权利要求5所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述长连杆的一端通过轴销连接滑车架下端,所述长连杆另外一端通过轴销连接夹持部;所述滑车架一侧设有变幅油缸,所述变幅油缸一端铰接在滑车架上端的中部,所述长连杆一端还铰接连接有短连杆,所述短连杆一端铰接连接长连杆,所述短连杆另外一端铰接连接变幅油缸一端;所述短连杆与变幅油缸铰接处还铰接有摇杆,所述摇杆一端同时与短连杆和变幅油缸铰接,所述摇杆另外一端铰接在长连杆与滑车架铰接处上端的滑车架上。
7.根据权利要求5所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述长连杆总部连接调斜油缸,所述调斜油缸一端铰接长连杆中部下端,所述调斜油缸另外一端铰接在长连杆与夹持部活动连接处下方的夹持部上。
8.根据与权利要求7所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述夹持部包括钳连接架、扶持钳、夹持钳,所述扶持钳设置在钳连接架上端,所述夹持钳设置在钳连接架下端,所述长连杆和调斜油缸均与钳连接架连接;所述扶持钳后侧设有扶持油缸,所述夹持钳后侧设有第一夹持油缸。
9.根据权利要求1所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述自动猫道包括底座、坡道,所述坡道上端设有第一换向滑轮组,所述底座靠近坡道下端的一端设有绞车,所述底座的另外一端设有第二换向滑轮组;所述底座上还设有小推车,所述小推车前后两端的底部分别设有第一动滑轮和第二动滑轮,所述第一动滑轮和第二动滑轮转动轨迹平行于底座;所述钢丝绳依次缠绕穿过第一换向滑轮组、第一动滑轮、第一换向滑轮组、绞车、第二换向滑轮组、第二动滑轮,所述钢丝绳的两端分别固定在底座两端;坡道和底座的中部还设有导向槽。
10.根据权利要求9所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述底座上还设有若干导向轮,所述导向轮设置在坡道和底座的连接处,所述钢丝绳贴靠导向滚轮并从导向滚轮下方穿过。
11.根据权利要求9所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述底座的两侧均分别设有L型支腿,所述底座的至少一侧设有进料机构,所述进料机构设置在L型支腿一侧。
12.根据权利要求11所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述进料机构包括抬升臂、液压机构,所述液压机构设置在抬升臂下方,所述抬升臂的一端铰接在底座上,所述液压机构的一端铰接在抬升臂下端中部,所述液压机构另外一端铰接在底座上。
13.根据权利要求1所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述自动鼠洞包括滑轨架、鼠洞钳、升降油缸,所述升降油缸一端铰接在滑轨架上,所述升降油缸另外一端铰接在鼠洞钳上,所述鼠洞钳活动安装在滑轨架上,所述滑轨架两侧分别设有轨道板,所述轨道板设置在滑轨架内侧壁处,所述鼠洞钳可以相对轨道板移动。
14.根据权利要求13所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述鼠洞钳包括鼠洞钳架、夹钳座,所述夹钳座设置在鼠洞钳架的两端。
15.根据权利要求14所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述夹钳座的中部设有夹钳口,所述夹钳口的两侧分别设有一个钳夹块组件,所述钳夹块组件活动安装在夹钳口两侧;所述钳夹块组件的一端连接第二夹持油缸,所述钳夹块组件的另外一端可相对夹钳口伸缩移动,所述第二夹持油缸分别置于钳夹座的两侧。
16.根据权利要求15所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述钳夹口的上端还设有导向喇叭口,所述导向喇叭口的下端连接在夹钳口的边缘处。
17.根据权利要求15所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述夹钳座的一侧还设有同步联动装置。
18.根据权利要求1所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述铁钻工包括第一铁钻工、第二铁钻工,所述第一铁钻工安装固定在安装平台上,所述第二铁钻工安装固定在底座上端。
19.根据权利要求1所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述扶正臂包括连接件、前臂、后臂、伸缩机构、扶正钳,所述前臂一端铰接在连接件上,所述前臂另外一端铰接在扶正钳一侧,所述后臂一端铰接在连接件上,所述后臂另外一端铰接在扶正钳一侧,所述扶正钳两侧均设有前臂和后臂,所述伸缩机构一端铰接在后臂中部,所述伸缩机构另外一端铰接在井架上,所述扶正臂通过连接件安装在井架内;所述连接件、前臂、扶正钳、后臂之间连接形成平行四边形。
20.根据权利要求19所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述扶正钳包括扶正钳主体、滚轴、扶持钳夹,所述滚轴设置在扶正钳主体前端,滚轴两端直径大于滚轴中间直径,滚轴可相对扶正钳主体自由转动,所述扶正钳活动安装在滚轴两侧的扶正钳主体上。
21.根据权利要求3所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述安装立柱包括活动立柱、固定立柱,所述活动立柱活动安装在固定立柱上端,所述固定立柱固定在安装平台上;所述伸缩臂活动安装在活动立柱上。
22.根据权利要求21所述的一种陆地离线作业钻机,其特征在于,所述活动立柱上活动设有上滑车和下滑车,上滑车和下滑车可相对活动立柱移动;所述伸缩臂包括平行设置的第一杆、第二杆,伸缩臂还包括第三杆、短杆、油缸,所述第一杆、第二杆的一端均铰接在上滑车上,所述第一杆、第二杆的另外一端均铰接在短杆的两端,所述短杆的一端铰接在夹持臂上,所述第一杆的中部铰接第三杆的一端,所述第三杆的另外一端铰接在下滑车上。
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