CN112096273A - 高效作业钻机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效、作业钻机，其主要包括底座、安装在底座上的井架、铁钻工、钻台机械手、管具转运装置；安装在井架上的顶驱、多功能机械手、二层台排管机、动力指梁，安装在地面的翻转机械手、地面管具储运装置，安装在顶驱上的吊具。本发明的钻机和配套的起钻、下钻方法在井口和立根盒区实现立根的高效竖直移运，提高起下钻的效率，降低井下安全事故发生的风险；并且提供对应的方法在钻井作业过程中，实现离线接卸立根，减少钻井过程中的准备时间，提高钻井作业效率，降低油田开发成本。

Description

高效作业钻机及方法

技术领域

本发明涉及石油和天然气钻采设备和技术领域，具体是一种高效、离线作业钻机及方法，特别适用于陆地石油和天然气开采的装备。

背景技术

随着钻机技术的进步，钻机领域的设计和制造技术提到了很大的提高，研发速度也得到了提升，并朝系列化、标准化、多样化发展，钻机性能也有了长足的进步，同时，随着现场作业工艺、作业流程的复杂化，以及对于安全、效率越来越重视，钻井作业对于自动化的要求越来越高，如何保证整个钻井系统的安全、可靠和高效成为关键。

现在陆地钻机主要采用下面的钻井作业和管柱处理过程：首先，专用车辆将钻具运输至井场，采用现场吊车将管具吊至管排架上；然后，工人操作动力猫道从管排架上抓取管具，通过动力猫道将管具移运至钻台面上；接着，司钻操作液压吊卡抓取钻台面上的管具并通过顶驱提起，当管具下部接头离开动力猫道时，由钻工通过辅助工具或钻台扶正臂使管具下放至井口中，并在井口由钻工扶正；最后，通过钻台面上的铁钻工将新的管柱与井口的管柱连接。上述操作需要2-3名工人配合操作，同时在接卸管柱立根时占用井口，钻井作业效率低、安全性差。

在井口起钻作业时，首先，由顶驱提起井口立柱至高位，将井口立柱坐在卡瓦上；接着，铁钻工伸至至井口位置将井口立柱卸开；然后，立根下端由钻工或钻台机械手排至立根盒区；最后，立根上端由顶驱交接给井架工或二层台排管机，井架工或二层台排管机将立根排到立根盒区。在立根下端从井口排至立根盒区时，立根一直占用井口位置，大大降低起下钻的效率，增加井下安全事故的发生概率。下钻过程与起钻过程相反，也存在类似的问题。

在本领域的惯用术语中钻杆是单根钻杆，立根是若干个钻杆（通常为2至4根）或钻铤接合在一形成的较长的杆件，立柱是由多根钻杆连接在一起放入井下的管具（或钻杆和钻铤的组合，也可能是多跟套管）（依据连接钻杆的数量，其长度可以从数十米直至数千米）。其中，立柱在脱扣后分离下来的数根连接的钻杆即为立根。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种高效、作业钻机，在井口和立根盒区实现立根的高效竖直移运，提高起下钻的效率，降低井下安全事故发生的风险；并且还提供对应的方法在钻井作业过程中，实现离线接卸立根，减少钻井过程中的准备时间，提高钻井作业效率，降低油田开发成本。

本发明的技术方案如下：

一种高效作业钻机，包括底座、安装在底座上的井架、铁钻工和管具转运装置，其中，还包括，

安装在底座上的钻台机械手；

安装在井架上的顶驱、多功能机械手、二层台排管机和动力指梁；

安装在所述顶驱上的吊具；

安装在地面的翻转机械手和用于放置钻杆的地面管具储运装置，其中，

所述顶驱配置为能够沿水平方向运动从而离开井口位置，且所述顶驱还能够沿竖直方向运动；

所述二层台排管机配置为用于扶持/夹持立根的上部；

所述底座上表面与动力指梁垂直对应的区域设置有立根盒区；

所述钻台机械手配置为用于夹持/扶持立根的下部，并与所述二层台排管机配合带动立根在井口位置和立根盒区之间运动；

所述二层台排管机和所述钻台机械手之一对立根进行夹持，而另一个对该立根扶持。

本发明还提供了一种起钻方法，包括：

第一步：将顶驱水平移动至井口位置，用吊具提井口立柱上行；

第二步：顶驱到达高位后，关闭动力卡瓦，立柱坐在卡瓦上；

第三步：多功能机械手钳头摆至井口位置，扶持立柱上端，顶驱打开吊具；

第四步：铁钻工伸出至井口卸扣，卸扣完成后，二层台排管机和钻台机械手同步伸至井口位置，二层台排管机扶持立根上部，钻台机械手夹持立根下部，多功能机械手钳头松开并远离井口位置上行；

第五步：二层台排管机和钻台机械手同步缩回、旋转、行走，移运立根至立根盒区，将立根放至立根盒区，移运过程中立根保持竖直，然后二层台排管机和钻台机械手同步行走、旋转、伸出至井口附近，等待抓取下一立根；

在上述第四步和/或第五步中，顶驱平移离开井口，并下行。

优选地，在上述方法中，在第五步完成后，需要起钻下一根立根的情况下，在重复第一步时，所述第五步能够与第一步和/或第二步的步骤同步进行

本发明还提供了一种下钻方法，包括：

第一步：由钻台机械手和二层台排管机之一夹持立根，而另一个扶持立根，将立根移运至井口位置，移运过程中立根保持竖直，并且在移运立根过程中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油；

第二步：钻台机械手夹持/扶持立根下部，二层台排管机扶持/夹持立根上部，将立根放置在下方立柱的接头内；

第三步：多功能机械手伸出扶持井口立根上部，钻台机械手和二层台排管机钳头打开，铁钻工伸出至井口上扣，完成后铁钻工复位，钻台机械手和二层台排管机移动至立根盒区为第一步做准备；

第四步：吊具吊住立柱顶端，多功能机械手钳头打开，并远离井口位置，顶驱吊住井口立柱下放，下放到低位后，动力卡瓦关闭，吊具打开，顶驱平移让出井口位置上行

在继续下钻时，从第一步开始重复，且在执行第四步时，第四步可与第一、第二步同步执行。

优选地，在上述方法中，第一步中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油是在移运立根过程中对立根下部涂抹丝扣油或对立柱顶部涂抹丝扣油。

本发明进一步的还提供了一种起钻方法，包括：

第一步：将顶驱水平移动至井井口位置，用吊具提井口立柱上行；

第二步：顶驱到达高位后，关闭动力卡瓦，立柱坐在卡瓦上；

第三步：铁钻工伸出至井口位置卸扣，立柱上部由吊具扶持，完成卸扣后铁钻工回到原位；二层台排管机和钻台机械手钳头伸出至井口位置，二层台排管机扶持立根上部，钻台机械手夹持立根下部；吊具打开松开立柱，顶驱平移离开井口位置；

第四步：钻台机械手或二层台排管机提起井口立根一定高度，二层排管机与钻台机械手同步缩回、旋转、行走，移运立根至立根盒区，移运过程中立根保持竖直；

第五步：钻台机械手或二层台排管机下放立根至立根盒区平面上，同步打开二层排管机和钻台机械手钳头并缩回；二层排管机和钻台机械手同步行走、旋转、伸出至井口附近，等待抓取下一立根；

在第四步和/或第五步中顶驱下行至低位。

优选地，在上述方法中，在第五步完成后，需要起钻下一根立根的情况下，在重复第一步时，所述第五步能够与第一步和/或第二步的步骤同步进行。

本发明还提供了一种下钻方法，包括如下步骤：

第一步：将立根从立根盒中移至井口位置，由钻台机械手抓取立根，并由二层排管机和钻台机械手同步移运立根至井口位置，放置在井口立柱的上部接头内，移运过程中立根保持竖直，并且在移运立根过程中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油；

第二步：顶驱吊具提立柱，钻台机械手和二层台排管机钳头松开并收回，铁钻工伸出至井口上扣，完成后铁钻工复位，钻台机械手和二层台排管机移动至立根盒区为第一步做准备；

第三步：顶驱吊具提立柱，并将立柱下放；下放到低位后，动力卡瓦关闭，吊具打开，顶驱平移让出井口位置上行；

在继续下钻时，从第一步开始重复，且在执行第三步时，第三步可与第一步同步执行。

本发明还提供了一种离线接立根的方法，包括以下步骤：

第一步：由管具转运装置将第一根管具（钻杆、钻铤、套管等）竖直移运离线接立根位置（该位置在井口附近），管具接头高出钻台面；

第二步：多功能机械手钳头打开抓取管具上部，多功能机械手带动管具上行；

第三步：在管具下部接头离开钻台面之前，钻台机械手钳头关闭并扶持管具，管具在钳头内可竖直上下移动；

第四步：当第一根管具下部接头离开钻台面一定高度后，多功能机械手停止上行，管具转运装置将第二根管具竖直移运至离线接立根位置，管具接头高出钻台面；

第五步：多功能机械手夹持第一根管具下放至第二根管具接头上，钻台机械手使第一根管具与第二根管具轴线同心；

第六步：钻台机械手钳头打开，离开接立根位置；

第七步：铁钻工伸出至接立根位置上扣，完成上扣后缩回远离接立根位置；

如果需要连接第三根管具则进行第八步至第十二步，如果不需要连接第三根管具，则进行第十三步；

第八步：管具转运装置（例如，动力鼠洞或翻转机械手）松开管具，多功能机械手夹持第一根管具上行，至第二根管具下部接头离开钻台面之前，钻台机械手钳头伸出关闭并扶持第二根管具下部；

第九步：第二根管具下部接头离开钻台面一定高度后，多功能机械手停止上行，管具转运装置将第三根管具竖直移运至离线接立根位置，管具接头高出钻台面；

第十步：多功能机械手夹持第一根管具下放，使第二根管具接头在第三根管具接头上，钻台机械手使第二根管具与第三根管具轴线同心；

第十一步：钻台机械手钳头打开，离开接立根位置；

第十二步：铁钻工伸出至接立根位置上扣，完成上扣后复位；

第十三步: 管具转运装置松开管具，多功能机械手夹持第一根管具上行，在下方管具下部接头离开钻台面之前，钻台机械手钳头伸出关闭并扶持下方管具下部，至下方管具下部接头高出钻台面一定高度后，多功能机械手停止上行；

第十四步：钻台机械手夹持\扶持立根管柱下部，承受立根载荷，二层台排管机钳头伸出，扶持立根管柱上部；

第十五步：多功能机械手钳头打开，并上行，使多功能机械手钳头底部高出立根接头上端部一段距离；

第十六步：二层台排管机和钻台机械手同步竖直移运立根至指梁区，同时多功能机械手下行准备接下一立根；

第十七步：钻台机械手下放立根至立根盒区平面上，二层台排管机和钻台机械手钳头同步打开并返回。

优选地，如果需要连接多根管具，则重复上述步骤，循环离线接下一立根。

优选地，该离线接立根方法是在钻机钻井作业的同时进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的设备和方法在起下钻过程中，在井口和立根盒之间采用二层排管机和钻台机械手同步竖直移运立根管具，在移运管具的过程中，顶驱可以平移离开或移至井口进行上行或下行运动，减少立根占用井口时间，提高起下钻效率，降低发生井下事故风险；顶驱增加水平平移动能，在起下钻过程，顶驱可让出井口位置线，使顶驱下行（或上行）与立根移运并行，提高起下钻的效率。在一些实施例中，本发明在钻进过程中，利用多功能机械手、二层排管机、钻台机械手、铁钻工和管具转运装置在鼠洞位置离线接立根，减少钻井作业过程中钻具的准备时间，提高钻井效率，降低油田开发成本；在钻台机械手（或多功能机械手或二层排管机或铁钻工）上集成丝扣油涂抹装置，在立根移运过程中实现丝扣油的涂抹，提高立根移运效率，减少钻台面井口作业人员数量，提高钻井作业效率，降低人员成本，提高作业人员安全性。本发明的一些实施例中，立根在移运过程中，管具位置可控，提高管具移运的自动化程度和可靠性，降低管具移运的安全风险。

附图说明

图1是本发明实施例的钻机；

图2是图1所示钻机的侧视图；

图3是图1所示钻机实施例的底座的示意图；

图4 是图1所示钻机实施例的钻台机械手的示意图；

图5 是图1所示钻机实施例的动力鼠洞的示意图；

图6 是图1所示钻机实施例的顶驱的示意图；

图7 是图1所示钻机实施例的多功能机械手的示意图；

图8至图17是起钻流程的示意图；

图18至图33是离线接立根的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本发明的具体实施例，一种高效作业的钻机，如图1至7所示，其主要包括底座1、安装在底座上的井架2、绞车3、司钻房4、铁钻工5、钻台机械手6、动力鼠洞7；安装在井架2上的顶驱8、多功能机械手9、动力指梁10、二层台排管机，安装在地面的翻转机械手11、吊机12、地面管具储运装置13。

底座1包括上座1-1、下座1-2、中间支腿1-3、支座1-4、连接支撑1-5组成。上座1-1和下座1-2通过中间支腿1-3连接，下座1-2之间通过连接支撑1-5相连。在底座上座1-1平面正前面，开了缺口（该缺口为了使立根或钻杆能够在其中移动，例如，U形缺口或槽）。

井架2下部与底座1上的支座1-4铰接，井架上的载荷通过支座作用到底座上。绞车3的底座通过销轴或螺栓安装底座的平面上，位置在顶驱8缩回的方向上。司钻房4安装在底座的上平面上，通过螺栓或销轴固定在底座的上平面上，位置在井架的侧面。铁钻工5安装在底座的上平面上，位置在井架的侧面，在司钻房4对侧。铁钻工5可沿水平伸缩，工作范围覆盖井口和离线接立根的位置。

钻台机械手6主要包括轨道6-1、回转机构6-2、立柱6-3、举升机构6-4、伸缩机构6-5、扶正钳6-6、夹持和导向钳头6-7组成，安装在井口的前面，绞车3对面。底座1从离线接立根位置至靠近翻转机械手11钻台边缘有U形缺口，贯穿整个底座上层平台22。钻台机械手6轨道安装在钻台面上或钻台面以下，布置在底座的U形缺口两边（在一些实施例中，可以依据钻台机械手的行程调整成设置与U形缺口的单边），两侧的轨道可通过圆弧形或直线相连，使钻台机械手6在U形缺口两侧的轨道上行走。或者钻台机械手6轨道布置在U形缺口一侧，工作覆盖整个立根盒区的管具立根。

管具转运装置（例如本实施例中的动力鼠洞7）包括上部模块导轨7-1、上部模块对中装置7-2、下部模块导轨7-3、下部模块举升机构7-4。上部模块导轨7-1安装在U形缺口两侧，并低于底座1上平面，上部模块对中装置7-2可沿U形缺口前后移动；下部模块导轨7-3安装在底座下层平台上，可沿U形缺口前后移动。

顶驱8包括动力吊具8-1、顶驱主体8-2、水平伸缩机构8-3、顶驱导轨8-4。顶驱导轨8-4竖直安装在井架2背面或侧面，顶驱8可沿顶驱导轨8-4上下移动，顶驱8带有水平伸缩机构8-3，水平伸缩机构8-3伸出，顶驱8位于井口位置，缩回，顶驱8远离井口位置。顶驱8下端安装有动力吊具8-1，动力吊具8-1可通过液压源打开和关闭。在不同实施例中，顶驱的动力吊具8-1也可以由集成至顶驱的起到吊具装置替换，例如与顶驱集成的用于与立柱配合的螺纹结构。

多功能机械手9包括滑移机构9-1、回转机构9-2、回转支座9-3、变幅机构9-4、钳头9-5、滑移轨道9-6。滑移导轨9-6安装在井架大腿2-1正面（或侧面），滑移机构9-1可沿滑移导轨9-6竖直上下移动。变幅机构9-4可由旋转减速机通过回转变幅，也可以通过液缸和连杆机构实现变幅。钳头9-5具有夹持和导向的功能，作为导向功能时，在钳头9-5里的管具可绕着起自身轴线旋转。在变幅机构9-4变幅过程中钳头9-5使夹持或导向的管柱始终保持竖直，使钳头9-5保持管具竖直的机构由电机驱动（或由液压马达或由回转液缸）回转减速机实现，或者由液缸（或电缸）直接或间接驱动钳头实现。

动力指梁10平台安装在井架大腿2-1正面，通过销轴或螺栓连接，平台下面由斜撑10-2与井架大腿2-1铰接。

翻转机械手11安装在地面上，位置在底座的前面，中心线与底座的纵向中心线重合。吊机12和地面管具储运装置13安装在地面上，并在翻转机械手11侧面。

在一些实施例中，在多功能机械手或钻台机械手或二层台排管机或铁钻工上集成丝扣油涂抹装置，用于在移运立根过程中或接卸立根过程中涂抹丝扣油。

结合上述实施例，将给出本发明一个通过以上设备实现钻机的高效起下钻方法的实施例。该实施例中的起钻整个流程详细步骤如下：

第一步:顶驱伸缩机构伸出至井口位置，吊具打开并卡住井口立柱，吊具关闭后提井口立柱上行；

第二步：顶驱到达高位后，关闭动力卡瓦，立柱坐在卡瓦上；

第三步：多功能机械手钳头摆至井口位置，扶持立根上端，顶驱打开吊具，伸缩机构缩回，顶驱让出井口位置并下行；

第四步：铁钻工伸出至井口卸扣，所卸扣立柱上部由多功能机械手配合，立柱能够在多功能机械手钳头内沿竖直轴线旋转。

第五步：卸扣完成后铁钻工缩回，二层台排管机和钻台机械手同步伸至井口，二层台排管机扶持立根上部，钻台机械手夹持立根下部。

第六步：多功能机械手打开钳头，钳头远离井口位置，多功能机械手上行，当钳头高出立根上端后停止；

第七步：钻台机械手钳头提起立根，使立根下部接头与井口立柱上部接头脱离后停止，然后二层台排管机和钻台机械手同步缩回、旋转、行走，移运立根至立根盒区，移运过程中立根保持竖直；

第八步：钻台机械手下放立根至立根盒区，同步打开二层台排管机和钻台机械手钳头后缩回；

第九步：二层台排管机和钻台机械手同步行走、旋转、伸出至井口附近，等待抓取下一立根。

第十步：顶驱下行至低位后，伸缩臂伸出，顶驱至井口位置，返回至第一步。

图8至图17分别为第一步至第十步过中，钻机的示意图。

整个流程过程中，从第十步至第三步，与第七步至第九步并行运行。下钻与起钻流程相反，在多功能机械手或钻台机械手或二层台排管机或铁钻工上集成丝扣油涂抹装置，在移运立根过程中或接卸立根过程中涂抹丝扣油，在发明内容部分已经有详细描述，在此不再赘述。

本发明另一种起钻方法实施例的详细步骤如下：

第一步:顶驱伸缩机构伸出至井口位置，吊具打开卡住井口立柱，吊具关闭后提井口立柱上行；

第二步：顶驱到达高位后，关闭动力卡瓦，立柱坐在卡瓦上；

第三步：铁钻工伸出至井口卸扣,上部由顶驱吊具配合。

第四步：卸扣完成后铁钻工缩回，二层台排管机和钻台机械手同步伸至井口，二层台排管机扶持立根上部，钻台机械手夹持立根下部，顶驱打开吊具，伸缩机构缩回。

第五步：钻台机械手钳头提起立根，使立根下部接头与立柱上部接头脱离后停止，然后二层台排管机和钻台机械手同步缩回、旋转、行走，移运立根至立根盒区，移运过程中立根保持竖直；

第六步：钻台机械手下放立根至立根盒区，同步打开二层台排管机和钻台机械手钳头后缩回；

第七步：二层台排管机和钻台机械手同步行走、旋转、伸出至井口附近，等待抓取下一立根。

第八步：顶驱下行至低位后，伸缩臂伸出，顶驱至井口位置，返回至第一步。

整个流程过程中，从第八步至第三步，与第五步至第七步并行。下钻与起钻流程相反，在多功能机械手或钻台机械手或二层台排管机或铁钻工上集成丝扣油涂抹装置，在移运立根过程中或接卸立根过程中涂抹丝扣油，在此不再赘述。

本发明的一种离线接管具的实施例，能够通过以上设备钻机在钻进过程中，实现离线作业，减少钻具的准备时间，提高钻井的效率。离线作业的详细步骤如下：

第一步：由动力鼠洞（或翻转机械手）将第一根管具（钻杆、钻铤、套管等）竖直移运离线接立根位置（该位置在井口附近），管具接头高出钻台面；

第二步：多功能机械手钳头打开夹持管具上部，多功能机械手带着管具上行；

第三步：在管具下部接头离开钻台面之前，钻台机械手钳头关闭并扶持管具，管具在钳头内可竖直上下移动；

第四步：当第一根管具下部接头离开钻台面一定高度后，多功能机械手停止上行，动力鼠洞（或翻转机械手）将第二根管具竖直移运至离线接立根位置，管具接头高出钻台面；

第五步：多功能机械手夹持第一根管具下放至第二根管具接头上，钻台机械手使第一根管具与第二根管具轴线同心；

第六步：钻台机械手钳头打开，离开接立根位置；

第七步：铁钻工伸出至接立根位置上扣，完成上扣后缩回远离接立根位置；

第八步：动力鼠洞（或翻转机械手）松开管具，多功能机械手夹持第一根管具上行，至第二根管具下部接头离开钻台面之前，钻台机械手钳头伸出关闭并扶持第二根管具下部；

第九步：第二根管具下部接头离开钻台面一定高度后，多功能机械手停止上行，动力鼠洞（或翻转机械手）将第三根管具竖直移运至离线接立根位置，管具接头高出钻台面；

第十步：多功能机械手夹持第一根管具下放，使第二根管具接头在第三根管具接头上，钻台机械手使第二根管具与第三根管具轴线同心；

第十一步：钻台机械手钳头打开，离开接立根位置；

重复第七步；

第十二步: 动力鼠洞（或翻转机械手）松开管具，多功能机械手夹持第一根管具上行，在第三根管具下部接头离开钻台面之前，钻台机械手钳头伸出关闭并扶持第三根管具下部，至第三根管具下部接头高出钻台面一定高度后，多功能机械手停止上行；

第十三步：钻台机械手夹持立根管柱下部，承受立根载荷，二层台排管机钳头伸出，扶持立根管柱上部；

第十四步：多功能机械手钳头打开，并上行，钳头底部高出立根接头上端部一段距离；

第十五步：二层台排管机和钻台机械手同步竖直移运立根至立根盒区，同时多功能机械手下行准备接下一立根；

第十六步：钻台机械手下放立根至立根盒区平面上，二层台排管机和钻台机械手钳头同步打开并返回；

重复第一步，循环离线接下一立根。若离线接双根，取消第十步至第十二步。

图18至图33分别显示了第一步至第十六步中钻机的不同状态。

Claims (16)

1.一种高效作业钻机，包括底座、安装在底座上的井架、铁钻工（5）和管具转运装置（7），其特征在于，还包括，

安装在底座上的钻台机械手（6）；

安装在井架（2）上的顶驱（8）、多功能机械手（9）、二层台排管机和动力指梁（10）；

安装在所述顶驱（8）上的吊具（8-1）；

安装在地面的翻转机械手（11）和用于放置钻杆的地面管具储运装置（13），其中，

所述顶驱（8）配置为能够沿水平方向运动从而离开井口位置，且所述顶驱还能够沿竖直方向运动；

所述二层台排管机配置为用于扶持/夹持立根的上部；

所述底座上表面与动力指梁（10）垂直对应的区域设置有立根盒区；

所述钻台机械手（6）配置为用于夹持/扶持立根的下部，并与所述二层台排管机配合带动立根在井口位置和立根盒区之间运动；

所述二层台排管机和所述钻台机械手（6）之一对立根进行夹持，而另一个对该立根扶持。

2.根据权利要求1所述的高效作业钻机，其特征在于，所述吊具（8-1）包括安装在顶驱上的吊卡，或与顶驱集成一体的吊装部件。

3.根据权利要求1所述的高效作业钻机，其特征在于，在井架（2）上安装有顶驱导轨（8-4），所述顶驱（8）能够沿所述顶驱导轨（8-4）上下移动，在所述顶驱（8）上安装有用于驱动顶驱沿水平方向运动的水平伸缩机构（8-3）；在所述钻机上还安装有丝扣油涂抹装置。

4.根据权利要求1所述的高效作业钻机，其特征在于，底座（1）上靠近翻转机械手（11）的边缘开有缺口，该缺口沿竖直方向贯穿整个底座上层平台（22）。

5.根据权利要求4所述的高效作业钻机，其特征在于，所述钻台机械手（6）的运行轨道布置在所述缺口两边或一边，所述钻台机械手（6）能够沿所述运行轨道行走。

6.一种使用权利要求1-5之一所述钻机的起钻方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：将顶驱水平移动至井口位置，用吊具提井口立柱上行；

第二步：顶驱到达高位后，关闭动力卡瓦，立柱坐在卡瓦上；

第三步：多功能机械手钳头摆至井口位置，扶持立柱上端，顶驱打开吊具；

第四步：铁钻工伸出至井口卸扣，卸扣完成后，二层台排管机和钻台机械手同步伸至井口位置，二层台排管机扶持/夹持立根上部，钻台机械手夹持/扶持立根下部，多功能机械手钳头松开并远离井口位置上行；

第五步：二层台排管机和钻台机械手同步缩回、旋转、行走，移运立根至立根盒区，将立根放至立根盒区，移运过程中立根保持竖直，然后二层台排管机和钻台机械手同步行走、旋转、伸出至井口附近，等待抓取下一立根；

在上述第四步和/或第五步中，顶驱平移离开井口，并下行。

7.根据权利要求6所述的起钻方法，其特征在于，包括以下步骤：

在第五步完成后，需要起钻下一根立根的情况下，在重复第一步时，所述第五步还能够与第一步和/或第二步的步骤同步进行。

8.一种使用权利要求1-5之一所述钻机的下钻方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：由钻台机械手和二层台排管机之一夹持立根，而另一个扶持立根，将立根移运至井口位置，移运过程中立根保持竖直，并且在移运立根过程中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油；

第二步：钻台机械手夹持/扶持立根下部，二层台排管机扶持/夹持立根上部，将立根放置在下方立柱的接头内；

第三步：多功能机械手伸出扶持井口立根上部，钻台机械手和二层台排管机钳头打开，铁钻工伸出至井口上扣，完成后铁钻工复位，钻台机械手和二层台排管机移动至立根盒区为第一步做准备；

第四步：吊具吊住立柱顶端，多功能机械手钳头打开，并远离井口位置，顶驱吊住井口立柱下放，下放到低位后，动力卡瓦关闭，吊具打开，顶驱平移让出井口位置上行；

在继续下钻时，从第一步开始重复，且在执行第四步时，第四步可与第一、第二步同步执行。

9.根据权利要求8所述钻机的下钻方法，其特征在于，第一步中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油是在移运立根过程中对立根下部涂抹丝扣油。

10.根据权利要求8所述钻机的下钻方法，其特征在于，第一步中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油是在移运立根过程中对，立柱顶部涂抹丝扣油。

11.一种使用权利要求1-5之一所述钻机的起钻方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：将顶驱水平移动至井口位置，用吊具提井口立柱上行；

第二步：顶驱到达高位后，关闭动力卡瓦，立柱坐在卡瓦上；

第三步：铁钻工伸出至井口位置卸扣，立柱上部由吊具扶持，完成卸扣后铁钻工回到原位；二层台排管机和钻台机械手钳头伸出至井口位置，二层台排管机扶持/夹持立根上部，钻台机械手夹持/扶持立根下部；吊具打开松开立柱，顶驱平移离开井口位置；

第四步：钻台机械手或二层台排管机提起井口立根一定高度，二层台排管机与钻台机械手同步缩回、旋转、行走，移运立根至立根盒区，移运过程中立根保持竖直；

第五步：钻台机械手或二层台排管机下放立根至立根盒区平面上，同步打开二层排管机和钻台机械手钳头并缩回；二层排管机和钻台机械手同步行走、旋转、伸出至井口附近，等待抓取下一立根；

在第四步和/或第五步中顶驱下行至低位。

12.根据权利要求11所述钻机的起钻方法，其特征在于，包括以下步骤：在第五步完成后，需要起钻下一根立根的情况下，在重复第一步时，所述第五步能够与第一步和/或第二步的步骤同步进行。

13.一种使用权利要求1-5之一所述钻机的下钻方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：将立根从立根盒中移至井口位置，由钻台机械手抓取立根，并由二层排管机和钻台机械手同步移运立根至井口位置，放置在井口立柱的上部接头内，移运过程中立根保持竖直，并且在移运立根过程中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油；

第二步：吊具提立柱，钻台机械手和二层台排管机钳头松开并收回，铁钻工伸出至井口上扣，完成后铁钻工复位，钻台机械手和二层台排管机移动至立根盒区为第一步做准备；

第三步：吊具提立柱，并将立柱下放；下放到低位后，动力卡瓦关闭，吊具打开，顶驱平移让出井口位置上行；

在继续下钻时，从第一步开始重复，且在执行第三步时，第三步可与第一同步执行。

14.一种使用权利要求1-5之一所述钻机的离线接立根方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：由管具转运装置将第一根管具竖直移运离线接立根位置，管具接头高出钻台面；

第二步：多功能机械手抓取管具上部带动管具上行；

第三步：在管具下部接头离开钻台面之前，钻台机械手钳头关闭并扶持管具，管具在钳头内可竖直上下移动；

第四步：当第一根管具下部接头离开钻台面一定高度后，多功能机械手停止上行，管具装运装置将第二根管具竖直移运至离线接立根位置，管具接头高出钻台面；

第五步：多功能机械手夹持第一根管具下放至第二根管具接头上，钻台机械手使第一根管具与第二根管具轴线同心；

第六步：钻台机械手钳头打开，离开接立根位置；

第七步：铁钻工伸出至接立根位置上扣，在完成上扣之后所述铁钻工复位；

如果需要连接第三根管具则进行第八步至第十二步，如果不需要连接第三根管具，则进行第十三步；

第八步：管具转运装置松开管具，多功能机械手带动第一根管具上行，至第二根管具下部接头离开钻台面之前，钻台机械手钳头伸出关闭并扶持第二根管具下部；

第九步：第二根管具下部接头离开钻台面一定高度后，多功能机械手停止上行，管具转运装置将第三根管具竖直移运至离线接立根位置，管具接头高出钻台面；

第十步：多功能机械手带动第一根管具下放，使第二根管具接头在第三根管具接头上，钻台机械手使第二根管具与第三根管具轴线同心；

第十一步：钻台机械手钳头打开，离开接立根位置；

第十二步：铁钻工伸出至接立根位置上扣，完成上扣后复位；

第十三步: 管具转运装置松开管具，多功能机械手夹持第一根管具上行，在下方管具下部接头离开钻台面之前，钻台机械手钳头伸出关闭并扶持下方管具下部，至下方管具下部接头高出钻台面一定高度后，多功能机械手停止上行；

第十四步：钻台机械手夹持立根管柱下部，承受立根载荷，二层台排管机钳头伸出，扶持立根管柱上部；

第十五步：多功能机械手钳头打开，并上行，使多功能机械手钳头底部高出立根接头上部一段距离；

第十六步：二层台排管机和钻台机械手同步竖直移运立根至立根盒区，同时多功能机械手下行准备接下一立根；

第十七步：钻台机械手下放立根至立根盒区平面上，二层台排管机和钻台机械手钳头同步打开并返回。

15.根据权利要求14所述的离线接立根方法，其特征在于，包括以下步骤：需要连接多根管具时，重复权利要求9所述的步骤，循环离线接下一立根管具。

16.根据权利要求14或15所述的离线接立根方法，其特征在于，该离线接立根方法是在钻机钻井作业的同时进行。

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