CN111997538A - 一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置 - Google Patents

一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置 Download PDF

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    • E21EARTH DRILLING; MINING
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    • E21B19/10Slips; Spiders ; Catching devices

Abstract

本发明一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,包括水平安装在井架上的二层台台体,台体的顶部设有横跨台体左右两侧的门型框架,门型框架内侧水平设有小直径钻杆立柱悬持支架,悬持支架的一端与门型框架连接,悬持支架上还设有支撑卡板和悬持卡板,悬持卡板位于支撑卡板上;还包括钻机钻台立根区上方对悬持钻杆下端进行扶正的扶正指梁。本发明一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,不影响大直径常规钻杆立柱在钻台上直立排放的同时,也彻底解决了27/8〞、31/2〞等小直径钻杆在钻机上以单立根、双立根、三单根或更多单根立柱应用时存在的稳定性问题,实现了钻机对全直径规格多种长度钻杆立柱的排放和应用。

Description

一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置
技术领域
本发明属于石油钻井和修井装备技术领域,具体涉及一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置。
背景技术
石油钻机在钻井或修井作业时,钻杆通常矗立在钻台的立根区,钻杆上端靠放在井架二层台钻杆指梁处,并使钻杆朝二层台外侧呈一定倾斜角度以保证靠放时稳定性。随着深井、超深井钻井技术的发展和进步,对钻机提升能力和功率要求越来越高,能耗也越发增长。为了降低钻井载荷,减小能耗,轻型小直径钻杆被广泛使用。
但是目前钻井作业常用的2 7/8〞、3 1/2〞等小直径钻杆在井架上排放时存在变形大、易失稳等问题最多只能以双立根形式排放,或以现用现输送的方式将单根小直径钻杆从猫道输送至钻台后直接进行钻井作业。由于可用的小直径钻杆立柱长度短,致使起下钻时钻杆在高速运行区段行程短,同时还存在作业时钻杆上卸扣次数多,钻柱对接频次高,极大的影响了钻井作业效率。研发一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台,能稳定可靠地在井架上排放单立根、双立根、三单根或更多单根的小直径钻杆立柱,在深井、超深井钻井作业时,不仅可充分发挥和利用小直径钻杆立柱重量轻的优点用以降低钻井载荷,减小功耗,提高作业效率,降低钻井成本,减轻劳动强度,具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,根据钻机所需悬持钻杆立柱的长度将二层台安装在井架不同的高度,实现二层台对单立根、双立根、三单根或更多单根的小直径钻杆立柱在井架上稳定可靠的悬持排放和应用。
本发明所采用的技术方案是:一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,包括水平安装在井架上的二层台台体,台体的顶部设有横跨台体左右两侧的门型框架,门型框架内侧水平设有悬持支架,悬持支架的一端与门型框架连接,悬持支架上还设有支撑卡板和悬持卡板,悬持卡板位于支撑卡板上;
还包括钻机钻台立根区上方对悬持钻杆下端进行扶正的扶正指梁。
本发明所采用技术方案的特点还在于,
门型框架包括两个竖直设置的直立支架,两个直立支架的顶部水平设有横向支架。
悬持支架为一端封闭、另一端为开口的手指状平面框架,悬持支架上设置有多根相互平行的指梁,悬持支架封闭一端用连接销安装在直立支架上,悬持支架开口一端通过吊杆吊挂在横向支架上,吊杆分别与悬持支架和横向支架可拆卸式连接。直立支架上耳座通过销轴连接液压缸,液压缸的一端与悬持支架用销轴连接。
悬持支架的底部设有若干个水平放置的钻杆靠放指梁,所有钻杆靠放指梁安装在二层台台体上。
悬持支架每个指梁的上平面沿长度方向并列布置有多个耳座,每个耳座底部的指梁内铰接有翻转气缸,每个耳座的上部水平设有支撑卡板,每个耳座通过转轴与支撑卡板连接,支撑卡板与相连接的耳座下方的翻转气缸通过转轴铰接,支撑卡板远离转轴的一端搭放在相邻耳座的上表面,支撑卡板上设有卡槽,悬持卡板通过卡槽卡装在支撑卡板上,支撑卡板和悬持卡板通过固定螺栓连接为一体。
支撑卡板和悬持卡板均为半圆弧状开口结构,半圆弧状开口朝向与悬持支架指梁的开口朝向一致,悬持卡板半圆弧状开口内侧边缘设有倒角,悬持卡板半圆弧状开口底部远离开口方向设有延伸段。
支撑卡板半圆弧状开口内径大于钻机所要悬持最大钻杆的直径、且不小于悬持卡板的半圆弧状开口内径,悬持卡板半圆弧状开口内径大于钻机所要悬持钻杆的直径并小于钻杆接头外径。
悬持卡板距钻台台面高度大于钻机所要悬持钻杆立柱的长度。
扶正指梁由多根一端为封闭状,另一端呈开口状的平行的指梁组成,所述扶正指梁上固接多组档杆,扶正指梁与悬持支架上指梁的数量相同,开口方向一致,且上下对正。
本发明的有益效果是:本发明一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,通过在井架二层台上配装钻杆的悬持支架,对2 7/8〞、31/2〞等小直径钻杆立柱最上端钻杆接头进行支撑,使钻杆立柱呈悬挂状态,钻杆全长范围呈现为拉应力,避免了存在于常规钻机上排放的小直径钻杆立柱轴向受压易失稳问题,钻机若需排放大直径常规钻杆立柱时,用液压缸向下或向上翻转悬持支架,使悬持支架避开钻杆排放区,再将钻杆立柱下端排列放置在钻台立根区,立柱上端以倾斜靠放的方式排放在二层台钻杆靠放指梁即可。本发明一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,不影响大直径常规钻杆立柱在钻台上直立排放的同时,也彻底解决了2 7/8〞、3 1/2〞等小直径钻杆在钻机上以单立根、双立根、三单根或更多单根立柱应用时存在的稳定性问题,实现了钻机对全直径规格多种长度钻杆立柱的排放和应用。
附图说明
图1是本发明一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置正面结构示意图;
图2为本发明一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置侧面结构示意图;
图3为本发明图1中的I处局部放大示意图;
图4为本发明图1中的A-A剖视图;
图5为本发明图1中的B-B剖视图;
图6为本发明图1中的C-C剖视图;
图7为本发明图4中的II处局部放大示意图;
图8为本发明支撑卡板与钻杆悬持卡板装配的结构图;
图9为本发明图1中的D-D剖视图。
图中,1.台体,2.门型框架,3.悬持支架,4.液压缸,5.连接销,6.扶正指梁,7.直立支架,8.横向支架,9.吊杆,10.钻杆靠放指梁,11.耳座,12.转轴,13.支撑卡板,14.悬持卡板,15.固定螺栓,16.翻转气缸,17.档杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1和图2所示,依次为本发明的一种四单根立柱小直径钻杆的悬持装置的正式结构图和侧视结构图,包括安装在井架上的二层台台体1,台体1上方安装有横跨台体1左右两侧的门型框架2,如图3所示,门型框架2包括一组竖直设置的直立支架7,两个支架7的顶部水平设有横向支架8,两个直立支架7的底端分别固接在二层台台体1上,门型框架2内侧水平设有钻杆悬持支架3,悬持支架3为一端封闭、另一端为开口的手指状平面框架,上面设置有多根平行的指梁;悬持支架3封闭一端用连接销5安装在直立支架7上,如图4所示,开口一端通过吊杆9吊挂在横向支架8上,使悬持支架3保持水平状态,吊杆9分别与悬持支架3和横向支架8可拆卸式连接,当拆除连接悬持支架3指梁开口一端的吊杆9,悬持支架3可绕封闭一端的连接销5向下或向上由水平位置旋转至直立位置以避让钻杆区。直立支架7上耳座通过销轴连接液压缸4,液压缸4的一端与悬持支架3用销轴连接,通过液压缸4的伸缩可实现悬持支架3从水平位置至垂直位置的动力旋转。
如图5所示,悬持支架3的底部设有若干个水平放置的钻杆靠放指梁10,钻杆靠放指梁10安装在二层台台体1上,当悬持支架3旋转至直立位置避开钻杆区后,钻杆就可以以倾斜靠放的方式排放在钻杆靠放指梁10中。
如图6所示,悬持支架3每个指梁的上平面沿长度方向并列布置有多个耳座11,每个耳座11底部的指梁内以铰接方式安装有翻转气缸16,每个耳座11的顶上部水平设有支撑卡板13,每个耳座11通过转轴12与支撑卡板13连接,支撑卡板13与相连接的耳座11下方的翻转气缸16通过转轴铰接,支撑卡板13放平后其转轴12对侧还搭放在相邻的耳座11的上表面上,支撑卡板13上设有卡槽,悬持卡板14通过卡槽卡装在支撑卡板13上,再通过固定螺栓15将支撑卡板13和钻杆悬持卡板14进行固接。
如图7所示,支撑卡板13和悬持卡板14均为半圆弧状开口结构,半圆弧状开口朝向与悬持支架3指梁的开口朝向一致,悬持卡板14半圆弧状开口内侧边缘设有倒角,悬持卡板14半圆弧状开口底部远离开口方向设有延伸段。
如图8所示,支撑卡板13半圆弧状开口内径大于钻机所要悬持最大钻杆的直径、且不小于悬持卡板14的半圆弧状开口内径,悬持卡板14半圆弧状开口内径大于钻机所要悬持钻杆的直径并小于钻杆接头外径,悬持卡板14半圆弧状开口内径与所需悬持钻杆直径规格相对应,钻机可根据所要悬持钻杆规格安装或更换与钻杆直径规格对应的钻杆悬持卡板14。
如图1所示,悬持卡板14到钻台台面的距离大于钻机所要悬持钻杆立柱的长度。
如图9所示,还包括安装钻机钻台立根区上方对悬持钻杆下端进行扶正的扶正指梁6,扶正指梁6设置的目的是避免悬持的小直径钻杆立柱下端大幅度摆动。扶正指梁6也由多根一端为封闭状,另一端呈开口状的相互平行的指梁组成,扶正指梁6上平面安装有多组档杆17,扶正指梁6与悬持支架3上指梁的数量相同,开口方向一致,且上下对正,相同高度的两个相邻指梁的间距尺寸均大于悬持钻杆的直径。
本发明一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置工作原理是:当小直径钻杆立柱被钻机上排管机械手或井架工从井口抓举,并将其从井口位置移至悬持支架3指梁上平放的悬持卡板14圆弧中心位置后,并将其最上端接头锥体段楔入座放在钻杆悬持卡板14的半圆弧状开口内侧边缘倒角面上,根据锥面配合原理,可自行将悬持钻杆立柱最上端接头锥体段圆心与钻杆悬持卡板14开口的圆心找正同心并定位,即可使钻杆悬持卡板14约束悬持钻杆立柱向下、左右、前后五个方向的平移自由度,实现对整个悬持钻杆立柱的支撑与悬持。当小直径钻杆立柱上端被移至悬持支架3指梁时,其下端也随同进入钻台立根区上方扶正指梁6中,旋转档杆17关闭指梁通道,即可约束悬持的小直径钻杆立柱下端在前后、左右方向平移自由度,避免悬持的小直径钻杆立柱下端发生摆动。通过上述安装在井架二层台悬持支架3上钻杆悬持卡板14对小直径钻杆立柱最上端接头的支撑和悬持,以及安装在钻台立根区上方扶正指梁6对钻杆立柱下端限位,实现了小直径钻杆立柱在井架上稳定可靠的悬持排放。小直径钻杆立柱悬持排放时轴心仅为拉应力,彻底解决了钻杆在钻台矗立排放时轴心受压易失稳难题,使钻机实现对2 7/8〞、3 1/2〞等小直径钻杆以单立根、双立根、三单根或更多单根立柱形式稳定可靠悬持排放和应用。
当钻机不使用小直径钻杆立柱时,拆除悬持支架3指梁开口一端的吊杆9,用液压缸4向下或向上翻转悬持支架3,使悬持支架3避开钻杆排放区,同时旋转扶正指梁6上的档杆17打开指梁通道,再将大直径常规钻杆立柱下端排列放置在钻台立根区,立柱上端以倾斜靠放的方式排放在钻杆靠放指梁10中即可。
本发明一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置的工作流程是:当2 7/8〞、3 1/2〞等小直径钻杆立柱需要悬持排放作业时,放平悬持支架3上离井口最远的一个钻杆支撑卡板13,用翻转气缸16翻起悬持支架1上其余钻杆支撑卡板13,再用钻机上排管机械手或井架工将位于井架井口位置的小直径钻杆立柱抓举后,使其上端平移至悬持支架3上放平钻杆支撑卡板13的半圆弧状开口中心处,下端移至钻台上方扶正指梁6中,并将其最上端接头锥体段楔入座放在悬持卡板14的半圆弧状开口内侧边缘倒角面上,随即放平悬持有小直径钻杆的支撑卡板13开口方向的下一个支撑卡板13,支撑卡板13半圆弧状开口底部远离开口方向的延伸段抵住小直径钻杆立柱,旋转扶正指梁6上档杆17关闭指梁通道,即可实现对小直径钻杆立柱在悬持支架3和扶正指梁6上向下、前后、左右5个方向移动自由度的约束,完成对小直径钻杆立柱的悬持排放。依次类推,按照由离井口最远至离井口近的方向依次将小直径钻杆立柱悬持排放在悬持支架3的悬持卡板14并进行约束和限位,直至在悬持支架3上的钻杆悬持卡板14中排满钻杆。钻机下钻时,从悬持支架3提取小直径钻杆立柱与悬持排放时的工作步骤相反。当钻杆立柱的规格(直径)变化时,拆除固定螺栓17,换装上与钻杆立柱直径相匹配的钻杆悬持卡板14重新用固定螺栓17固定即可。
钻机若排放大直径常规钻杆立柱时,拆除悬持支架3指梁开口一端的吊杆9,用液压缸4向下或向上翻转悬持支架3,使悬持支架3避开钻杆排放区,同时旋转扶正指梁6上的档杆17打开指梁通道,再将钻杆立柱下端排列放置在钻台立根区,立柱上端以倾斜靠放的方式排放在钻杆靠放指梁10即可。

Claims (9)

1.一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,其特征在于,包括水平安装在井架上的二层台台体(1),所述台体(1)的顶部设有横跨台体(1)左右两侧的门型框架(2),所述门型框架(2)内侧水平设有悬持支架(3),悬持支架(3)的一端与门型框架(2)连接,所述悬持支架(3)上还设有支撑卡板(13)和悬持卡板(14),所述悬持卡板(14)位于支撑卡板(13)上;
还包括钻机钻台立根区上方对悬持钻杆下端进行扶正的扶正指梁(6)。
2.根据权利要求1所述的一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,其特征在于,所述门型框架(2)包括两个竖直设置的直立支架(7),两个直立支架(7)的顶部水平设有横向支架(8)。
3.根据权利要求1所述的一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,其特征在于,所述悬持支架(3)为一端封闭、另一端为开口的手指状平面框架,所述悬持支架(3)上设置有多根相互平行的指梁,悬持支架(3)封闭一端用连接销(5)安装在直立支架(7)上,悬持支架(3)开口一端通过吊杆(9)吊挂在横向支架(8)上,吊杆(9)分别与悬持支架(3)和横向支架(8)可拆卸式连接。直立支架(7)上耳座通过销轴连接液压缸(4),液压缸(4)的一端与悬持支架(3)用销轴连接。
4.根据权利要求3所述的一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,其特征在于,所述悬持支架(3)的底部设有若干个水平放置的钻杆靠放指梁(10),所有所述钻杆靠放指梁(10)安装在二层台台体(1)上。
5.根据权利要求3所述的一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,其特征在于,所述悬持支架(3)每个指梁的上平面沿长度方向并列布置有多个耳座(11),每个所述耳座(11)底部的指梁内铰接有翻转气缸(16),每个所述耳座(11)的上部水平设有支撑卡板(13),每个所述耳座(11)通过转轴(12)与支撑卡板(13)连接,所述支撑卡板(13)与相连接的耳座(11)下方的翻转气缸(16)通过转轴铰接,支撑卡板(13)远离转轴(12)的一端搭放在相邻耳座(11)的上表面,所述支撑卡板(13)上设有卡槽,悬持卡板(14)通过卡槽卡装在支撑卡板(13)上,支撑卡板(13)和悬持卡板(14)通过固定螺栓(15)连接为一体。
6.根据权利要求5所述的一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,其特征在于,所述支撑卡板(13)和悬持卡板(14)均为半圆弧状开口结构,所述半圆弧状开口朝向与悬持支架(3)指梁的开口朝向一致,所述悬持卡板(14)半圆弧状开口内侧边缘设有倒角,所述悬持卡板(14)半圆弧状开口底部远离开口方向设有延伸段。
7.根据权利要求6所述的一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,其特征在于,所述支撑卡板(13)半圆弧状开口内径大于钻机所要悬持最大钻杆的直径、且不小于悬持卡板(14)的半圆弧状开口内径,所述悬持卡板(14)半圆弧状开口内径大于钻机所要悬持钻杆的直径并小于钻杆接头外径。
8.根据权利要求7所述的一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,其特征在于,所述悬持卡板(14)距钻台台面高度大于钻机所要悬持钻杆立柱的长度。
9.根据权利要求1所述的一种可对钻杆进行悬持排放的石油钻机井架二层台装置,其特征在于,所述扶正指梁(6)由多根一端为封闭状,另一端呈开口状的平行的指梁组成,所述扶正指梁(6)上固接多组档杆(17),扶正指梁(6)与悬持支架(3)上指梁的数量相同,开口方向一致,且上下对正。
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