CN112647870B - 用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放方法，涉及海洋地质勘探设备技术领域；用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放方法，包括如下步骤：S1、上位机监控单元识别所述储管架的管位信息；S2、下位机控制器接收并根据所述管位信息标记第一初始取放管位，并选取钻杆的取放方式；S3、储管架驱动器驱动所述储管架上的待取放管位依次旋转至抓取位；同时，机械手接收并根据所述钻杆的取放方式依次取出或者放入所述钻杆，直至所述钻杆全部被取出或者放入；本发明还提出用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放系统，可以极大地改善因连续管位取放所述钻杆引起所述储管架受力不平衡而缩短所述储管架使用寿命的问题。

Description

用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放方法及系统

技术领域

本发明涉及海洋地质勘探设备技术领域，尤其涉及用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放方法。

背景技术

海底地层中蕴藏着丰富的矿产资源，包括石油、天然气、多金属结核结壳、热液硫化物、天然气水合物及海洋生物等，这一些资源具有重要的社会经济价值。海底钻探是海底矿产的资源开采的重要手段之一，而海底钻机则是海底钻探最主要的工具。

对于钻进深度超过10米的钻探作业，一般都使用分段式连接，即多根钻杆依次首位相接以达到目标钻进深度。钻机通过机械手将钻杆从储管架上依次夹取出来并一根根连接向下钻进，当钻到预定深度后再将钻杆一根根回收至钻杆储管架上，完成一次海底钻探作业。

圆柱笼式旋转储管架是目前使用最为普遍的钻杆储管架，其圆心处有一个圆心轴，在圆周均匀分布着钻杆存放孔位，钻杆沿着半径的方向水平取出存放。通常的操作是在取出当前钻杆后，转盘顺转一个钻杆位，继续夹取相邻的钻杆，依次顺延，直至钻进到目标深度或者储管架的钻杆使用完后停止夹取，回收钻杆的操作与夹取钻杆相同，在回收一根钻杆后，顺转相邻位，依次顺延，直至全部回收完成。

对于这种连续管位取放钻杆的方法，会出现储管架受力不均的情况；尤其是当储管架半边的钻杆刚好取完或者放完时，此时另半边的储管架仍装满钻杆或者没有钻杆，受力不平衡达到最大。长时间的受力不平衡会对储管架造成损害，从而缩短储管架的使用寿命。

发明内容

本发明旨在改善现有技术中因采用连续管位取放钻杆引起储管架受力不平衡而缩短储管架使用寿命的技术问题。

本发明的实施例提供用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放方法，包括如下步骤：

S1、上位机监控单元识别所述储管架的管位信息；

S2、下位机控制器接收并根据所述管位信息标记第一初始取放管位，并选取钻杆的取放方式；

S3、储管架驱动器驱动所述储管架上的待取放管位依次旋转至抓取位；同时，机械手接收并根据所述钻杆的取放方式依次取出或者放入所述钻杆，直至所述钻杆全部被取出或者放入；

所述钻杆的取放方式包括：

方式一、当所述下位机控制器判断所述储管架的管位数量满足n＝3k+1或n＝3k+2时，所述机械手将所述钻杆从所述第一初始取放管位取出或者放入所述第一初始取放管位后，所述下位机控制器控制所述机械手间隔两个管位依次取出或者放入所述钻杆；

方式二、当所述下位机控制器判断所述储管架的管位数量满足n＝3k时，所述机械手将所述钻杆从所述第一初始取放管位取出或者放入所述第一初始取放管位后，所述下位机控制器控制所述机械手间隔两个管位依次取出或者放入所述钻杆；当所述下位机控制器判断所述储管架旋转一周时，所述下位机控制器控制所述储管架驱动器驱动所述储管架旋转，使得下一个管位位于所述抓取位，并标记当前位于所述抓取位的所述管位为第二初始取放管位，继续按照前述方式二进行所述钻杆的取放，以此类推；其中，n为所述储管架的管位数量；k为整数，且k>1。

在一些优选地实施例中，所述管位信息包括所述储管架的管位数量和第一初始取放管位。

在一些更加优选地实施例中，所述第一初始取放管位为所述机械手开始取放所述钻杆时位于所述机械手抓取位的所述储管架上的管位。

本发明的实施例还提出用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放系统，包括：

上位机监控单元，用于识别所述储管架的管位信息；

下位机控制器，用于接收并根据所述管位信息标记第一初始取放管位，并选取钻杆的取放方式；

储管架驱动器，用于驱动所述储管架上的待取放管位依次旋转至抓取位；

机械手，用于接收并根据所述钻杆的取放方式依次取出或者放入所述钻杆；

所述钻杆的取放方式包括：

方式一、当所述下位机控制器判断所述储管架的管位数量满足n＝3k+1或n＝3k+2时，所述机械手将所述钻杆从所述第一初始取放管位取出或者放入所述第一初始取放管位后，所述下位机控制器控制所述机械手间隔两个管位依次取出或者放入所述钻杆；

方式二、当所述下位机控制器判断所述储管架的管位数量满足n＝3k时，所述机械手将所述钻杆从所述第一初始取放管位取出或者放入所述第一初始取放管位后，所述下位机控制器控制所述机械手间隔两个管位依次取出或者放入所述钻杆；当所述下位机控制器判断所述储管架旋转一周时，所述下位机控制器控制所述储管架驱动器驱动所述储管架旋转，使得下一个管位位于所述抓取位，并标记当前位于所述抓取位的所述管位为第二初始取放管位，继续按照前述方式二进行所述钻杆的取放，以此类推；其中，n为所述储管架的管位数量；k为整数，且k>1。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提出了用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放方法，包括如下步骤：S1、上位机监控单元识别所述储管架的管位信息；S2、下位机控制器接收并根据所述管位信息标记第一初始取放管位，并选取钻杆的取放方式；S3、储管架驱动器驱动所述储管架上的待取放管位依次旋转至抓取位；同时，机械手接收并根据所述钻杆的取放方式依次取出或者放入所述钻杆，直至所述钻杆全部被取出或者放入；所述钻杆的取放方式包括：方式一、当所述下位机控制器判断所述储管架的管位数量满足n＝3k+1或n＝3k+2时，所述机械手将所述钻杆从所述第一初始取放管位取出或者放入所述第一初始取放管位后，所述下位机控制器控制所述机械手间隔两个管位依次取出或者放入所述钻杆；方式二、当所述下位机控制器判断所述储管架的管位数量满足n＝3k时，所述机械手将所述钻杆从所述第一初始取放管位取出或者放入所述第一初始取放管位后，所述下位机控制器控制所述机械手间隔两个管位依次取出或者放入所述钻杆；当所述下位机控制器判断所述储管架旋转一周时，所述下位机控制器控制所述储管架驱动器驱动所述储管架旋转，使得下一个管位位于所述抓取位，并标记当前位于所述抓取位的所述管位为第二初始取放管位，继续按照前述方式二进行所述钻杆的取放，以此类推；其中，n为所述储管架的管位数量；k为整数，且k>1；根据所述圆柱笼式旋转储管架上的管位数量提出了两种所述钻杆的取放方式，采用所述取放方式间隔地将所述钻杆从所述储管架的管位取出或者将所述钻杆放入所述储管架的管位，极大地改善了因连续管位取放所述钻杆引起所述储管架受力不平衡而缩短所述储管架使用寿命的问题。

附图说明

图1是现有技术中海底钻机的部分结构示意图。

图2是本发明某一实施例中用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放系统的结构示意图。

图3是本发明某一实施例中用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放方法的流程图。

图4是采用图3中的方式一取放钻杆2的取放原理示意图。

图5是采用图3中的方式二取放钻杆2的取放原理示意图。

其中，1、动力头；2、钻杆；3、机械手；4、储管架；5、管位；6、钻杆夹紧装置；7、内管；8、上位机监控单元；9、下位机控制器；10、储管架驱动器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

为了便于理解本发明，在此对现有技术中海底钻机的部分结构进行简单的介绍。参考图1，所述海底钻机钻进的轴线两侧分别设置有一对机械手3和储管架4；机械手3有三个摆动位置：空闲位、对中位和抓取位；一个储管架4上设置有用于安放钻杆2的管位5，另一个储管架4上设置有用于安放内管7的管位5；每个管位5可存放两根钻杆2或者内管7；机械手3可将位于所述抓取位的管位5上的钻杆2或者内管7取出，也可以将钻杆2或者内管7放入至位于所述抓取位的管位5上。

所述海底钻机的工作原理如下：

开始钻进时，机械手3抓取钻杆2置对中位，动力头1向下移动连接钻杆2，松开机械手3进行钻进；当钻杆2钻进到一定深度后，钻杆夹紧装置6夹紧钻杆2，此时动力头1反转卸开与钻杆2的连接，提升动力头1置高位；机械手3抓取一根内管7置对中位，将内管7投放进入钻杆2中，内管7与钻杆2通过机械结构可啮合；再抓取一根钻杆2置对中位，动力头1旋转下行连接动力头1与钻杆2；动力头1继续旋转下行连接前一根钻杆2，继续钻进；由于内管7与最底下的钻杆2啮合，随着钻杆2向下钻进，内管7中充满岩心；投放绳索取心机构钩住内管7，取出内管7回收至内管7架，第一根岩心管回收完成；抓取第二根内管7投入到钻杆2中，抓取钻杆2继续钻进，回收内管7，如此循环；当达到钻进深度后，将钻杆2依次回收放入至储管架4，钻进完毕。

由上述海底钻机的工作原理可知：钻杆2是在钻进时全部依次从储管架4的管位5上取出，钻进到目标深度后同样依次将钻杆2放入至储管架4的管位5上；在此过程中，如果采用连续管位取放钻杆2就会引起储管架4的受力不平衡，长时间的受力不平衡会缩短储管架4的使用寿命。

请参考图3，本发明的实施例提出了用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架4的钻杆2取放方法，包括如下步骤：

S1、上位机监控单元8识别储管架4的管位信息；所述管位信息包括储管架4的管位数量和第一初始取放管位；所述第一初始取放管位为机械手3开始取放钻杆2时位于机械手3抓取位的储管架4上的管位5。

S2、下位机控制器9接收并根据所述管位信息标记第一初始取放管位，并根据储管架4上的管位数量选取钻杆2的取放方式；钻杆2的取放方式包括：

方式一、当下位机控制器9判断储管架4的管位数量满足n＝3k+1或n＝3k+2时，机械手3将钻杆2从所述第一初始取放管位取出或者将钻杆2放入所述第一初始取放管位后，下位机控制器9控制机械手3间隔两个管位5依次取出或者放入钻杆2，采用间隔两个管位5的方式取放钻杆2，可以有效地避免因连续管位取放钻杆2造成的储管架4的受力不平衡，刚好可以取放完钻杆2；

方式二、当下位机控制器9判断储管架4的管位数量满足n＝3k时，机械手3将钻杆2从所述第一初始取放管位取出或者将钻杆2放入所述第一初始取放管位后，下位机控制器9控制机械手3间隔两个管位依次取出或者放入钻杆2；当下位机控制器9判断储管架4刚好旋转一周时，下位机控制器9控制储管架驱动器10驱动储管架4旋转，使得相邻的下一个管位5旋转至所述抓取位，并标记当前位于所述抓取位的管位5为第二初始取放管位，继续按照前述方式二进行钻杆2的取放，以此类推；其中，n为储管架4的管位数量；k为整数，且k>1；采用间隔两个管位5的方式取放钻杆2，可以有效地避免因连续管位取放钻杆2造成的储管架4的受力不平衡，当储管架4每旋转一周时，下位机控制器9控制储管架4顺序旋转至相邻的下一个管位5，并以此作为第二初始取放管位，继续按照间隔两个管位5的方式进行钻管的取出或者放入，刚好可以将钻杆2取放完。

S3、储管架驱动器10驱动储管架4上的待取放管位依次旋转至抓取位；同时，机械手3接收并根据钻杆2的取放方式依次取出或者放入钻杆2，直至钻杆2全部被取出或者放入。

示例性的，参考图4，当本实施例中的储管架4的管位数量为20时，满足n＝3k+2的情况，采用方式一进行钻杆2的取放。标记图中第一取放管位为第一初始取放管位，当机械手3将所述第一初始取放管位中的1号钻杆2和2号钻杆2取出后，间隔两个管位5，取出第二取放管位中的3号钻杆2和4号钻杆2，间隔两个管位5，再取出第三取放管位中的5号钻杆2和6号钻杆2，以此类推，将储管架4中的钻杆2全部取出；将钻杆2依次放入储管架4中的方法与取出的方法相同。

示例性的，参考图5，当本实施例中的储管架4的管位数量为18时，满足n＝3k的情况，采用方式二进行钻杆2的取放。标记图中第一取放管位为第一初始取放管位，当机械手3将所述第一初始取放管位中的1号钻杆2和2号钻杆2取出后，间隔两个管位5，取出第二取放管位中的3号钻杆2和4号钻杆2，间隔两个管位5，再取出第三取放管位中的5号钻杆2和6号钻杆2，当下位机控制器9判断储管架4旋转一周时，也就是所述第一取放管位第二次位于所述抓取位时，下位机控制器9控制储管架驱动器10驱动储管架4旋转，使得下一个管位5，也就是图5中的第七取放管位位于所述抓取位，并标记当前位于所述抓取位的所述第七取放管位为第二初始取放管位，以所述第二初始取放管位作为起始管位继续按照前述方式二进行钻杆2的取放，以此类推，将储管架4中的钻杆2全部取出；将钻杆2依次放入储管架4中的方法与取出的方法相同。

参考图2，本实施例还提出用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架4的钻杆2取放系统，包括：

上位机监控单元8，用于识别储管架4的管位信息；

下位机控制器9，用于接收并根据所述管位信息标记第一初始取放管位，并选取钻杆2的取放方式；

储管架驱动器10，用于驱动储管架4上的待取放管位依次旋转至抓取位；

机械手3，用于接收并根据钻杆2的取放方式依次取出或者放入钻杆2；

钻杆2的取放方式包括：

方式一、当下位机控制器9判断储管架4的管位数量满足n＝3k+1或n＝3k+2时，机械手3将钻杆2从所述第一初始取放管位取出或者放入所述第一初始取放管位后，下位机控制器9控制机械手3间隔两个管位依次取出或者放入钻杆2；

方式二、当下位机控制器9判断储管架4的管位数量满足n＝3k时，机械手3将钻杆2从所述第一初始取放管位取出或者放入所述第一初始取放管位后，下位机控制器9控制机械手3间隔两个管位5依次取出或者放入钻杆2；当下位机控制器9判断储管架4旋转一周时，下位机控制器9控制储管架驱动器10驱动储管架4旋转，使得下一个管位5位于所述抓取位，并标记当前位于所述抓取位的管位5为第二初始取放管位，继续按照前述方式二进行钻杆2的取放，以此类推；其中，n为储管架4的管位数量；k为整数，且k>1。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、上位机监控单元识别所述储管架的管位信息；

S2、下位机控制器接收并根据所述管位信息标记第一初始取放管位，并选取钻杆的取放方式；

S3、储管架驱动器驱动所述储管架上的待取放管位依次旋转至抓取位；同时，机械手接收并根据所述钻杆的取放方式依次取出或者放入所述钻杆，直至所述钻杆全部被取出或者放入；

所述钻杆的取放方式包括：

方式一、当所述下位机控制器判断所述储管架的管位数量满足n＝3k+1或n＝3k+2时，所述机械手将所述钻杆从所述第一初始取放管位取出或者放入所述第一初始取放管位后，所述下位机控制器控制所述机械手间隔两个管位依次取出或者放入所述钻杆；

方式二、当所述下位机控制器判断所述储管架的管位数量满足n＝3k时，所述机械手将所述钻杆从所述第一初始取放管位取出或者放入所述第一初始取放管位后，所述下位机控制器控制所述机械手间隔两个管位依次取出或者放入所述钻杆；当所述下位机控制器判断所述储管架旋转一周时，所述下位机控制器控制所述储管架驱动器驱动所述储管架旋转，使得下一个管位位于所述抓取位，并标记当前位于所述抓取位的所述管位为第二初始取放管位，继续按照前述方式二进行所述钻杆的取放，以此类推；其中，n为所述储管架的管位数量；k为整数，且k>1。

2.如权利要求1所述的用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放方法，其特征在于，所述管位信息包括所述储管架的管位数量和第一初始取放管位。

3.如权利要求2所述的用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放方法，其特征在于，所述第一初始取放管位为所述机械手开始取放所述钻杆时位于所述机械手抓取位的所述储管架上的管位。

4.用于海底钻机圆柱笼式旋转储管架的钻杆取放系统，其特征在于，包括：

上位机监控单元，用于识别所述储管架的管位信息；

下位机控制器，用于接收并根据所述管位信息标记第一初始取放管位，并选取钻杆的取放方式；

储管架驱动器，用于驱动所述储管架上的待取放管位依次旋转至抓取位；

机械手，用于接收并根据所述钻杆的取放方式依次取出或者放入所述钻杆；

所述钻杆的取放方式包括：

方式一、当所述下位机控制器判断所述储管架的管位数量满足n＝3k+1或n＝3k+2时，所述机械手将所述钻杆从所述第一初始取放管位取出或者放入所述第一初始取放管位后，所述下位机控制器控制所述机械手间隔两个管位依次取出或者放入所述钻杆；

方式二、当所述下位机控制器判断所述储管架的管位数量满足n＝3k时，所述机械手将所述钻杆从所述第一初始取放管位取出或者放入所述第一初始取放管位后，所述下位机控制器控制所述机械手间隔两个管位依次取出或者放入所述钻杆；当所述下位机控制器判断所述储管架旋转一周时，所述下位机控制器控制所述储管架驱动器驱动所述储管架旋转，使得下一个管位位于所述抓取位，并标记当前位于所述抓取位的所述管位为第二初始取放管位，继续按照前述方式二进行所述钻杆的取放，以此类推；其中，n为所述储管架的管位数量；k为整数，且k>1。

Images