CN112681983B - 一种带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统，包括底座，底座下部安装有移动调节机构，底座上部安装有伸缩井架，伸缩井架内滑动设置有滑移梁，滑移梁上安装有钻杆，钻杆上安装有测量机构，测量机构与信号仪相连接。本发明通过在钻杆上安装的多个超声波探测装置，对竖井垂直度测量时，钻杆转动，使每个探测装置都对周向多个点位进行数据采集，形成1组数据，提高测量数据和分析结果的准确性；本发明在设备正常作业时，无需提钻即可实现快速测量竖井垂直度，当设备出现故障时，利用多级增程机构为设备提升拆卸提供操作空间，便于设备安装拆卸维护。

Description

一种带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统

技术领域

本发明涉及竖井垂直度测量的技术领域，尤其涉及一种带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统。

背景技术

在竖井施工中，能否保障竖井垂直度对成井质量影响很大，目前竖井钻进施工中，为测量竖井垂直度，需要将钻机从井内提出后，再采用测井装置对竖井进行垂直度测量，每次提钻需进行钻具、钻杆及其他部件的拆装，费力耗时，且会为施工带来安全隐患；特别是对于深井施工，每次提钻、下钻需耗费的时间和人力成倍增加，严重影响施工进度；并且由于钻机长时间作业，设备故障率高，需要定期维护更换，但是目前大型竖井钻机的刀盘及导向的长度往往很长，设备安装难度大，并且在安装及拆卸竖井时需要耗费大量时间组装及拆解刀盘和导向装置。

发明内容

针对目前测量竖井垂直度时，需要将钻机从井内提出，操作繁琐，设备安装拆卸难度大的技术问题，本发明提出一种带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统，包括底座，底座下部安装有移动调节机构，底座上部安装有伸缩井架，伸缩井架内滑动设置有滑移梁，滑移梁上安装有钻杆，钻杆上安装有测量机构，测量机构与信号仪相连接。

优选地，所述移动调节机构包括移架小车和抬架千斤顶，移架小车通过抬架千斤顶活动安装在底座下部。

优选地，所述伸缩井架包括第一井架、第二井架、第一高度调节机构和第二高度调节机构，第一井架和第一高度调节机构安装在底座上部且第二井架活动套设在第一井架上，第一高度调节机构分别与第一井架和第二井架相连接，第二高度调节机构安装在第二井架上，第二井架内滑动设置有滑移梁且滑移梁与第二高度调节机构相连接。

优选地，所述第一高度调节机构包括一级伸缩油缸，一级伸缩油缸固定安装在底座上且一级伸缩油缸位于第一井架外侧，一级伸缩油缸缸体穿过第二井架通过第一连接梁与第一井架活动连接且一级伸缩油缸缸体与第二井架固定连接，第二井架活动套设在第一井架中的导向立柱上，对应的导向立柱通过第一连接梁相连接且第一连接梁活动套设在一级伸缩油缸缸体上；所述第二井架上部固定安装有第二高度调节机构。

优选地，所述第二高度调节机构包括二级伸缩油缸，二级伸缩油缸固定安装在第二井架上部且二级伸缩油缸缸体与滑移梁固定连接，滑移梁滑动设置在第二井架内的立柱上且对应的立柱与第二连接梁固定连接。

优选地，所述第一井架、第一连接梁、第二井架和第二连接梁整体组成门式框架结构。

优选地，所述测量机构包括探测组件，探测组件通过传输线与导电滑环相连接，导电滑环安装在滑移梁的钻杆接头处且导电滑环与信号仪相连接。

优选地，所述探测组件包括若干组超声波探测装置，若干组超声波探测装置中每组超声波探测装置均包括若干个间隔设置在钻杆上的超声波探测器，超声波探测装置一端固定在钻杆，超声波探测装置另一端开设有观察孔，观察孔与超声波探测装置中的探头相配合且超声波探测装置通过传输线与导电滑环相连接。

优选地，所述导电滑环的内环固定在钻杆上，导电滑环的外环通过防旋转装置与滑移梁固定连接；所述导电滑环的内环通过传输线与探测组件中的超声波探测装置相连接，导电滑环的外环通过信号转接头与信号仪相连接。

优选地，所述防旋转装置包括固定支架，固定支架安装在滑移梁上且固定支架与导电滑环的外环固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明通过在钻杆上安装超声波探测装置，利用超声波探测装置对竖井井孔壁整个圆周上多点位测量，提高测量数据的准确性，整个测量过程设备正常运转时，无需将钻机提出，节省大量时间和人力，解决了目前竖井垂直度测量时需将钻机从井内提出后再测量，多次拆装接头带来的损坏以及故障的问题；

2、本发明整体不受钻井深度限制，适应性广，采用超声波探测测量，能在泥浆环境下满足信号较大距离的传输，可适应较大范围的井孔直径，根据需要随时进行测量，使垂直度控制更加精准；

3、本发明在钻机设备正常运作时，无需提钻即可进行测量，提高施工效率，降低钻杆接头损坏风险，减少因多次拆装所需更换的螺栓，降低零部件成本，并且可大大增加测量次数，提高井的垂直度控制精度；

4、本发明在设备故障需要更换维修时，利用将井架设计成门型框架结构且井架内设计两级增程机构，利用两级增程机构调节门型框架高度，为设备安装拆卸提供操作空间，并且在门型框架结构底部设置有移动机构，由于钻机钻具很长，在需要拆卸刀盘时，需要通过一级和二级增程机构将井架升至最高才可以把钻具整体提出，并通过移动机构整体带动井架和设备移动，使得竖井钻价安装拆卸步骤大大减少，并且降低了钻机安装与拆卸时间和难度；

5、本发明在钻机正常钻进时，只需用二级伸缩油缸，控制了井架整体高度，提高了钻进工作时井架的稳定性；拆装钻机时，通过多级伸缩，可将钻机主体部分整体从井中提出，可实现钻机刀盘和稳定器的整体拆装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为图1的俯视图。

图4为测量机构的安装结构示意图。

图5为图4中局部Ⅰ的放大示意图。

图6为本发明的测量原理示意图。

图中，1为底座，2为第一井架，3为一级伸缩油缸，4为第二井架，5为二级伸缩油缸，6为第二连接梁，7为抬架千斤顶，8为移架小车，9为滑移梁，10为钻杆，11为传输线通道，13为井孔壁，14为防旋转装置，15为导电滑环，16为信号仪，17为超声波探测装置，18为密封结构，19为传输线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统，包括底座1，底座1下部安装有移动调节机构，移动调节机构包括移架小车8和抬架千斤顶7，移架小车8通过抬架千斤顶7活动安装在底座1下部，移架小车设置数量由整机负载决定，移架小车8通过抬架千斤顶7活动安装在底座1下部且底座1底部设置在移架小车8车框架内部，钻机在钻井时，移架小车8不与地面接触，此时底座直接固定在地面上，当需要拆卸钻机刀盘时，利用抬架千斤顶伸出带动移架小车着陆，进而将底座抬起，便于井架带动钻机整体移动，实现整机拆装、运输钻机的目的。

如图2所示，底座1上部安装有伸缩井架，伸缩井架内滑动设置有滑移梁9，伸缩井架包括第一井架2、第二井架4、第一高度调节机构和第二高度调节机构，第一井架2和第一高度调节机构安装在底座1上部且第二井架4活动套设在第一井架2上，第一高度调节机构分别与第一井架2和第二井架4相连接，第二高度调节机构安装在第二井架4上，第二井架4内滑动设置有滑移梁9且滑移梁9与第二高度调节机构相连接，第一高度调节机构包括一级伸缩油缸3，一级伸缩油缸3固定安装在底座1上且一级伸缩油缸3位于第一井架2外侧，一级伸缩油缸3缸体穿过第二井架4通过第一连接梁与第一井架2活动连接且一级伸缩油缸3缸体与第二井架4固定连接，第二井架4活动套设在第一井架2中的导向立柱上，对应的导向立柱通过第一连接梁相连接且第一连接梁活动套设在一级伸缩油缸3缸体上，利用一级伸缩油缸带动第二井架整体提升，便于为设备安装提供操作空间。

如图3所示，所述第二井架2上部固定安装有第二高度调节机构，第二高度调节机构包括二级伸缩油缸5，二级伸缩油缸5固定安装在第二井架4上部且二级伸缩油缸5缸体与滑移梁9固定连接，滑移梁9滑动设置在第二井架4内的立柱上且对应的立柱与第二连接梁6固定连接，利用二级伸缩油缸带动滑移梁和钻机沿着立柱整体提升动作，在钻机正常钻进时，只需用二级伸缩油缸，控制了井架整体高度，提高了钻进工作时井架的稳定性；拆装钻机时，通过多级伸缩，可将钻机主体部分整体从井中提出，可实现钻机刀盘和稳定器的整体拆装，提出刀盘和稳定器后整机可整体移走让开井口，方便竖井检测及后续实施。

第一井架2、第一连接梁、第二井架4和第二连接梁6整体组成门式框架结构，利用连接梁与第一井架和第二井架整体连接大大提高整体刚度，利用门型框架结构内设计两级增程机构，利用两级增程机构调节门型框架高度，为设备安装拆卸提供操作空间，并且在门型框架结构底部设置有移动机构，在需要拆卸刀盘时，通过移动机构整体带动井架和设备移动，使得竖井钻价安装拆卸步骤大大减少，并且降低了钻机安装与拆卸时间和难度；在钻机工作时，一级伸缩油缸不运动，仅需二级伸缩油缸5带动滑移梁9沿着第二井架2立柱上下移动，滑移梁9上钻机上下移动完成钻井动作；当钻机设备故障需更换维护时，通过一级伸缩油缸3和二级伸缩油缸5同时运动，整体提升井架高度，并且将钻机主体部分整体从井中提出，并且当钻机主体部分整体提出后，利用抬架千斤顶7伸出移架小车8，移架小车与地面接触，同时底座1脱离地面，通过移架小车8带动井架和钻机整体移动让开井口，方便后续施工，利用抬架千斤顶伸出带动移架小车着陆，进而将底座抬起，便于井架带动钻机整体移动，实现整机拆装、运输钻机的目的。

如图4和图5所示，滑移梁9上安装有钻杆10，钻杆可以采用单壁钻杆、双壁钻杆及其他类型的钻杆，钻杆10上安装有测量机构，测量机构与信号仪16相连接；所述测量机构包括探测组件，探测组件通过传输线19与导电滑环15相连接，导电滑环15安装在滑移梁9的钻杆接头处且导电滑环15与信号仪16相连接，利用探测组件探测钻杆到井孔壁13之间的距离，探测组件通过传输线19与导电滑环15相连接，传输线19安装在信号线通道11内，信号线通道固定在钻杆上，传输线通过固定在钻杆上的信号线通道延伸到安装在滑移梁钻杆接头处的导电滑环的内环，随钻杆一起转动，导电滑环6安装在滑移梁9的钻杆接头处且导电滑环15与信号仪16相连接。

所述探测组件包括若干组超声波探测装置17，若干组超声波探测装置17中每组超声波探测装置均包括若干个间隔设置在钻杆10上的超声波探测装置，根据实际探测需求，通过多组超声波探测装置固定钻杆上，超声波探测装置17一端固定在钻杆10，超声波探测装置17另一端开设有观察孔，观察孔与超声波探测装置17中的探头相配合，利用观察孔防止探头在跟随钻杆转动时被撞坏、磨损，同时便于为探头发射信号和接收信号提供通道；测量时，钻杆转动，使每个探测装置都对周向多个点位进行数据采集，形成1组数据；然后将多个探测装置采集的多组数据进行耦合计算，自动判断并剔除误差较大的数据，以消除因井壁岩土块状剥落等原因引起的测量误差，提高测量数据和分析结果的准确性，便于提高竖井数据采集的精确性，在钻杆上均匀安装多组探头，既能保证在某一组探头损坏时依然能够正常测量，又能利用多组数据耦合来保证测量结果的准确性且超声波探测装置17通过传输线19与导电滑环15相连接。

所述导电滑环15的内环固定在钻杆10上，导电滑环15的外环通过防旋转装置14与滑移梁9固定连接，防旋转装置14包括固定支架，固定支架安装在滑移梁9上且固定支架与导电滑环15的外环固定连接，利用固定支架卡住导电滑环的外环，防止导电滑环的外环旋转；所述导电滑环15的内环通过传输线19与探测组件中的超声波探测装置17相连接，传输线19通过密封接头18与超声波探测装置17相连接，导电滑环15的外环通过信号转接头与信号仪16相连接，如图6所示，当需要对某一深度进行测量时，钻机停止钻进作业，通过安装在井架上的提升油缸将钻机提起，直至超声波探头到达待测位置，将信号转接头连到信号仪上，启动信号仪电源端，缓慢转动动力头，超声波探测装置对井孔壁整个圆周进行测量，并将测量竖井传送到信号仪，信号仪进行数据分析计算出井孔垂直度，并形成垂直度分析报告，本发明在设备正常作业时，无需提钻即可实现快速测量竖井垂直度，当设备出现故障或定期维护更换时，利用多级增程机构为设备提升拆卸提供操作空间，便于设备安装拆卸维护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统，包括底座（1），其特征在于，所述底座（1）下部安装有移动调节机构，底座（1）上部安装有伸缩井架，伸缩井架内滑动设置有滑移梁（9），滑移梁（9）上安装有钻杆（10），钻杆（10）上安装有测量机构，测量机构与信号仪（16）相连接；所述测量机构包括探测组件，探测组件通过传输线（19）与导电滑环（15）相连接，导电滑环（15）安装在滑移梁（9）的钻杆接头处且导电滑环（15）与信号仪（16）相连接。

2.根据权利要求1所述的带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统，其特征在于，所述移动调节机构包括移架小车（8）和抬架千斤顶（7），移架小车（8）通过抬架千斤顶（7）活动安装在底座（1）下部。

3.根据权利要求1所述的带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统，其特征在于，所述伸缩井架包括第一井架（2）、第二井架（4）、第一高度调节机构和第二高度调节机构，第一井架（2）和第一高度调节机构安装在底座（1）上部且第二井架（4）活动套设在第一井架（2）上，第一高度调节机构分别与第一井架（2）和第二井架（4）相连接，第二高度调节机构安装在第二井架（4）上，第二井架（4）内滑动设置有滑移梁（9）且滑移梁（9）与第二高度调节机构相连接。

4.根据权利要求3所述的带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统，其特征在于，所述第一高度调节机构包括一级伸缩油缸（3），一级伸缩油缸（3）固定安装在底座（1）上，一级伸缩油缸（3）缸体穿过第二井架（4）通过第一连接梁与第一井架（2）活动连接且一级伸缩油缸（3）缸体与第二井架（4）固定连接，第二井架（4）活动套设在第一井架（2）中的导向立柱上，对应的导向立柱通过第一连接梁相连接且第一连接梁活动套设在一级伸缩油缸（3）缸体上；所述第二井架（4 ）上部固定安装有第二高度调节机构。

5.根据权利要求3或4所述的带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统，其特征在于，所述第二高度调节机构包括二级伸缩油缸（5），二级伸缩油缸（5）固定安装在第二井架（4）上部且二级伸缩油缸（5）缸体与滑移梁（9）固定连接，滑移梁（9）滑动设置在第二井架（4）内的立柱上且对应的立柱与第二连接梁（6）固定连接。

6.根据权利要求5所述的带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统，其特征在于，所述第一井架（2）、第一连接梁、第二井架（4）和第二连接梁（6）整体组成门式框架结构。

7.根据权利要求1或6所述的带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统，其特征在于，所述探测组件包括若干组超声波探测装置（17），若干组超声波探测装置（17）中每组超声波探测装置均包括若干个间隔设置在钻杆（10）上的超声波探测装置，超声波探测装置（17）一端固定在钻杆（10），超声波探测装置（17）另一端开设有观察孔，观察孔与超声波探测装置（17）中的探头相配合且超声波探测装置（17）通过传输线（19）与导电滑环（15）相连接。

8.根据权利要求7所述的带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统，其特征在于，所述导电滑环（15）的内环固定在钻杆（10）上，导电滑环（15）的外环通过防旋转装置（14）与滑移梁（9）固定连接；所述导电滑环（15）的内环通过传输线（19）与探测组件中的超声波探测装置（17）相连接，导电滑环（15）的外环通过信号转接头与信号仪（16）相连接。

9.根据权利要求8所述的带有竖井垂直度测量功能的竖井井架系统，其特征在于，所述防旋转装置（14）包括固定支架，固定支架安装在滑移梁（9）上且固定支架与导电滑环（15）的外环固定连接。

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