CN113137191A - 一种自动化管具处理系统、输送方法及一种钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油钻修井机技术领域，特别涉及一种自动化管具处理系统，包括：储存装置：一侧设置为管具进出口，内部滑动设置用于承托管具的支撑装置；推拉装置：与所述支撑装置可拆卸连接，所述支撑装置能够沿所述管具进出口移入和/或移出所述推拉装置；举升机械手：设置在钻台一侧，包括举升臂，所述举升臂底端铰接转动，所述举升臂上设置有管具夹持器，所述管具夹持器上设置有用于夹持管具的夹持间隙；移运装置：用于在所述储存装置和所述举升机械手的夹持范围之间水平移运管具。各装置配合动作，保证管具在路途运输过程、取出或放入过程、夹持移运过程中的安全，减少了高空操作，实现管具的机械自动化移运，提高了管具处理效率和移运安全性。

Description

一种自动化管具处理系统、输送方法及一种钻机

技术领域

本发明涉及石油钻修井机技术领域，特别涉及一种自动化管具处理系统、输送方法及一种钻机。

背景技术

在油气开发过程中，传统的作业方式是：钻修井用长杆状管具或钻具（不限于钻杆、钻铤、套管、油管以及钻杆立根、钻铤立根、套管立根、油管立根等钻修井用管类管具）通常堆放在地面机械钻具架上，使用前通过一定的方式转移至钻台面，随后接成立根形式并存放在二层台指梁内，钻井过程中，需要使用时，将存储在二层台指梁内的管具转移至井口再进行后续处理。

以长杆状管具为例，上述传统作业方式通常有两种方法：

第一种方法：通过机械猫道与气动绞车，在人工操作下将机械钻具架上的管具移运至鼠洞中；再转移第二根管具至鼠洞中，下放第一根管具与第二根管具在钻台机具的协助下接成双根立根。对于双根立根钻机，则此时可直接存入二层台指梁内；对于三根立根钻机，则需要重复前述动作直至接成三根立根然后存储至二层台指梁内。上述处理过程中，其使用传统的机械猫道、气动绞车、钻台辅助绞车、铁钻工或B型钳等机具以及结合人工的操作方法，往往涉及到大量的人工及高空操作以及繁重的劳动，并且管具时有撞击、偏离或脱落。由于涉及大量的操作员协助工作，且管具运动轨迹不可控，从而导致工作效率低下、劳动强度高、安全风险高、自动化程度低。

第二种方法：通过动力猫道将管具送至钻台面，然后使用顶部驱动系统或其它装置将钻具提起，再移至鼠洞中；重复前述动作转移第二根管具至鼠洞上方接成双根立根后存储进二层台指梁，或者多次操作接成三根立根存储至二层台指梁内。上述处理过程中，使用动力猫道输送管具，虽然可以减轻劳动强度，并使工作人员远离钻具以及设备，较大程度的降低了安全风险，但是仍然存在大量高空操作，且管具运动轨迹无限制，容易出现不可控制不可预知的管具滚动，导致管具在转移过程中经常偏离安全操作路径，需要人为调节干预，无法实现全自动化，且当管具偏离要求状态未被发现时，继续执行后续操作流程，极容易出现管具从高空坠落而导致人员伤亡或设备损坏的情况。

所以，目前亟需要一种技术方案，以解决技术问题现有长杆状管具或钻具运移过程自动化程度低，运移轨迹无限制，容易出现高空坠落风险，影响管具或钻具的处理效率和操作安全性的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有长杆状管具或钻具运移过程自动化程度低，运移轨迹无限制，容易出现高空坠落风险，影响管具或钻具的处理效率和操作安全性的技术问题，提供了一种自动化管具处理系统、输送方法及一种钻机。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自动化管具处理系统，包括：储存装置：一侧设置为管具进出口，内部滑动设置用于承托管具的支撑装置；推拉装置：与所述支撑装置可拆卸连接，所述支撑装置能够沿所述管具进出口移入和/或移出所述推拉装置；举升机械手：设置在钻台一侧，包括举升臂，所述举升臂底端铰接转动，所述举升臂上设置有管具夹持器，所述管具夹持器上设置有用于夹持管具的夹持间隙；移运装置：用于在所述储存装置和所述举升机械手之间移运管具。

本发明的一种自动化管具处理系统，通过在储存装置内设置支撑装置承托管具，使管具在移运过程中放置稳定，避免管具相互碰撞、摩擦造成损伤，保证路途运输过程的安全，同时，通过推拉装置能够将支撑装置移出储存装置移入到推拉装置上，方便管具的取出或放入，避免管具碰撞其他设备，增大管具操作空间，保证管具取出或放入过程的安全，同时，通过举升机械手上的夹持间隙与管具适配夹持，方便根据管具的尺寸调整夹持间隙的尺寸，保证管具在夹持移运过程中的安全，同时，储存装置、推拉装置、举升机械手和移运装置配合动作，最大限度的减少或避免了高空操作，实现管具在地面至井口过程中轨迹的精确可控，实现了管具从地面至井口的整个过程的机械自动化、无人化移运，极大的提高了管具处理的效率，降低了劳动强度，减少了大量高空作业，提高了管具处理的安全性。

作为本发明的优选方案，所述储存装置内设置有若干导槽，所述支撑装置滑动设置在所述导槽内，所述储存装置内竖向排列设置至少两层所述导槽，每一层横向排列至少两个所述导槽，所述推拉装置的数量与横向排列的所述导槽数量相匹配。

作为本发明的优选方案，所述储存装置沿管具长度方向的内侧设置有缓冲装置。

作为本发明的优选方案，所述支撑装置上设置有用于卡持管具的限位槽。

作为本发明的优选方案，所述导槽上设置有用于限制所述支撑装置移动的销轴，所述支撑装置上设置有与所述销轴适配的限位孔。

作为本发明的优选方案，所述推拉装置包括支撑架和推拉滑车，所述支撑架顶部设置有能够与所述导槽连通的滑槽，所述推拉滑车上设置有用于连接所述支撑装置的连接机构，所述连接机构为连接销，所述支撑装置上设置与所述连接销适配的锚定孔，所述推拉滑车能够带动所述支撑装置移入和/或移出所述滑槽。

作为本发明的优选方案，还包括举升装置，所述举升装置包括支撑框架和举升框架，所述储存装置设置在所述举升框架上，所述支撑框架和所述举升框架能够竖向相对移动，调整所述导槽和所述滑槽连通。

作为本发明的优选方案，所述举升装置上设置有连接槽，所述储存装置上设置有连接块，所述连接槽与所述连接块滑动连接。

作为本发明的优选方案，所述管具夹持器包括两个夹持块，每一个所述夹持块包括转轴和若干夹持片，所述夹持片上设置有缺口，相向设置的所述缺口组合形成所述夹持间隙，沿所述转轴的周向，所述缺口面积逐渐增大或逐渐减小。

作为本发明的优选方案，所述举升臂上设置有用于安装所述转轴的连接座。

作为本发明的优选方案，每一所述夹持块上的所有所述夹持板在所述转轴的轴线方向形成扇形投影面，所述扇形投影面的内角范围为90°-300°。

作为本发明的优选方案，所述举升臂包括大臂和与所述大臂沿长度方向滑动连接的小臂，所述大臂和小臂上分别设置所述管具夹持器。

作为本发明的优选方案，所述举升臂的下部设置有用于承托管具的支撑板，所述支撑板位于所述夹持间隙的延伸方向上，所述支撑板上设置有缓冲机构，举升臂的上部设置有U型槽，所述U型槽贯穿所述举升臂顶端。

作为本发明的优选方案，所述支撑板连接有导向机构，所述支撑板和所述导向机构组成微调装置，所述导向机构用于带动所述支撑板沿所述举升臂的长度方向移动，所述支撑板垂直于管具轴线，所述支撑板上设置有缓冲机构，所述支撑板与所述导向机构沿所述举升臂的长度方向滑动连接。

作为本发明的优选方案，所述大臂包括平行设置的至少两根臂杆，相邻两根所述臂杆之间设置有连接块，在所述连接块与所述大臂顶端之间形成所述U型槽。

作为本发明的优选方案，所述移运装置包括顶伸滑移装置，所述顶伸滑移装置包括支撑基础、导向装置和举升滑车，所述导向装置固定设置在所述支撑基础上，所述举升滑车滑动设置在所述导向装置上，所述举升滑车上设置有用于托举管具的支撑块，所述举升滑车上设置有用于竖向移动所述支撑块的动力机构，所述支撑基础上设置有用于带动所述举升滑车沿所述导向装置移动的动力机构。

作为本发明的优选方案，所述移运装置还包括若干管具移送装置，每一个所述管具移送装置上设置有若干用于卡持管具的卡持块，所述管具移送装置和所述顶伸滑移装置的传输路径至少部分重合。

作为本发明的优选方案，所述动力机构包括伸缩液缸、伸缩气缸或伸缩电缸中的至少一种。

作为本发明的优选方案，所有所述动力机构均为液压油缸，通过油压的驱动，实现对各部件动作的调整，方便通过PLC工业控制实现各液压油缸自动化控制。

一种自动化管具输送方法，采用上所述的自动化管具处理系统，包括如下步骤：

S1：在钻台侧分别设置举升机械手、移运装置、推拉装置和举升装置，将储存装置移运至所述举升装置上；

S2：调整所述储存装置内的导槽与所述推拉装置的滑槽连通,通过推拉装置带动支撑装置移入和/或移出滑槽；

S3：通过移运装置移运管具至预定位置；

S4：转动举升机械手靠近管具，使举升机械手上的夹持块自适应转动至管具进入夹持间隙，继续转动夹持块，完成管具夹持；

S5：转动举升机械手，调整管具方向；

S6：钻台上方游吊系统夹持管具；

S7：管具夹持器打开，钻台上方游吊系统提升管具穿过举升臂上U型槽，并移运至井眼中心，与在先送入管具进行连接；

S8：依次重复S2-S7,完成管具从储存装置至井眼的输送过程。

本发明的一种自动化管具输送方法，流程简单，管具移送过程中轨迹固定，不易发生偏移，实现了管具在储存状态和钻台使用状态之间的移运过程的全机械自动化，实现管具的稳定、安全移运和使用，提高了管具处理效率和安全性。

作为本发明的优选方案，S3中通过移运装置将单根管具移运至举升机械手夹持范围内或通过移运装置将多根管具移运至接立根中心连接为双根后再移运至举升机械手夹持范围内，管具在该过程中均处于水平放置状态。

一种钻机，采用如上所述的一种自动化管具处理系统，包括钻台，所述钻台上方设置有游吊系统，所述钻台一侧设置举升机械手，还包括若干排列设置的移运装置和推拉装置，所述推拉装置一侧设置举升装置，所述举升装置上设置储存装置。

本发明的一种钻机，通过采用由钻台、游吊系统、举升机械手、移运装置、推拉装置和举升装置排列组合形成机械化全自动的钻机，使钻机使用过程自动化程度更高，稳定性和安全化程度更高。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的一种自动化管具处理系统的有益效果是：

1、通过在储存装置内设置支撑装置承托管具，使管具在移运过程中放置稳定，避免管具相互碰撞、摩擦造成损伤，保证路途运输过程的安全；

2、通过推拉装置能够将支撑装置移出储存装置，方便管具的取出或放入，避免管具碰撞其他设备，增大管具操作空间，保证管具取出或放入过程的安全；

3、通过举升机械手上的夹持间隙与管具适配夹持，方便根据管具的尺寸调整夹持间隙的尺寸，保证管具在夹持移运过程中的安全；

4、储存装置、推拉装置、举升机械手和移运装置配合动作，实现管具在储存状态和钻台上使用过程中的机械自动化移运，使管具移运方便，减少了大量高空作业，提高了管具处理效率和移运安全性。

本发明的一种自动化管具输送方法的有益效果是：

1、最大限度的减少或避免了高空操作，实现管具在地面至井口过程中轨迹的精确可控；

2、使管具从地面至井口的整个过程实现自动化、无人化，极大的提高了管具处理的效率，降低了劳动强度，提高了管具处理过程的安全性。

本发明的一种钻机的有益效果是：

本发明的一种钻机，通过采用由钻台、游吊系统、举升机械手、移运装置、推拉装置和举升装置排列组合形成机械化全自动的钻机，使钻机使用过程自动化程度更高，稳定性和安全化程度更高。

附图说明

图1是实施例1中所述储存装置的结构示意图。

图2是实施例2中所述支撑装置的结构示意图。

图3是实施例2中所述推拉装置的结构示意图。

图4是实施例2中所述推拉滑车的结构示意图。

图5是实施例3中所述举升装置的结构示意图。

图6是实施例4中所述举升机械手（举升臂竖直状态）的结构示意图。

图7是图6中A处局部放大的结构示意图。

图8是实施例4中所述举升机械手（举升臂水平状态）的结构示意图。

图9是实施例4中所述举升机械手的爆炸结构示意图。

图10是实施例4中所述夹持块的结构示意图。

图11是实施例4中所述支撑板的结构示意图。

图12是实施例5中所述顶伸滑移装置的结构示意图。

图13是实施例5中所述举升滑车的结构示意图。

图14是实施例5中管具移送装置的结构示意图。

图15是实施例5中管具移送装置的爆炸结构示意图。

图16是图15中B处的局部放大结构示意图。

图17是实施例5中所述储存装置、推拉装置和顶伸滑移装置的分布示意图。

图18是本发明的一种自动化管具处理系统（举升臂水平状态）的结构示意图。

图19是实施例6的一种自动化管具处理系统初始状态的结构示意图。

图20是实施例6的一种自动化管具处理系统第一步的结构示意图。

图21是实施例6的一种自动化管具处理系统第三步的结构示意图。

图22是实施例6的一种自动化管具处理系统第六步的结构示意图。

图23是实施例6的一种自动化管具处理系统第七步的结构示意图。

图标：1-储存装置，11-管具进出口，12-导槽，13-连接块，14-缓冲装置，15-销轴，2-支撑装置，21-限位槽，22-锚定孔，23-限位孔，24-支撑滚轮，25-导向滚轮，3-推拉装置，31-支撑架，32-推拉滑车，33-滑槽，34-连接销，4-举升装置，41-支撑框架，42-举升框架，43-连接槽，5-举升机械手，51-举升臂，511-大臂，512-小臂，52-连接块，53-U型槽，54-连接座，55-支撑台，6-夹持块，61-转轴，62-夹持片，63-缺口，7-顶伸滑移装置，71-支撑基础，72-导向装置，73-举升滑车，74-支撑块，8-管具移送装置，81-机架，82-链条，83-主链轮，84-副链轮，85-带座球面轴承，86-调节丝杠，87-卡持块，9-微调装置，91-支撑板，92-导向机构，93-滑座，94-缓冲机构，10-伸缩液缸，20-顶部驱动装置，30-钻台，40-铁钻工，50-接立根中心，60-吊环吊卡，70-缓冲机械手。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-图23所示，一种自动化管具处理系统，包括：储存装置1：一侧设置为管具进出口11，内部滑动设置用于承托管具的支撑装置2；推拉装置3：与所述支撑装置2可拆卸连接，所述支撑装置2能够沿所述管具进出口11移入和/或移出所述推拉装置3；举升机械手5：设置在钻台30一侧，包括举升臂51，所述举升臂51底端铰接转动，所述举升臂51上设置有管具夹持器，所述管具夹持器上设置有用于夹持管具的夹持间隙；移运装置：用于在所述储存装置1和所述举升机械手5的夹持范围之间移运管具。

本实施例的一种自动化管具处理系统，如图1所示，所述储存装置1内设置支撑装置2承托管具，如图2所示，所述支撑装置2顶部设置有用于卡持管具的多个限位槽21，多个支撑装置2在储存装置1中平行排列设置，使若干管具能够平行排列设置在储存装置1内，在路途转场运输过程中受到限位槽21的稳定限制，避免管具相互之间碰撞发生损坏，同时，在批量管具进场取放过程中受到储存装置1的稳定限制，方便通过管具与储存装置1的整体移动，实现批量管具的稳定位置转移，同时，通过如图3所示的推拉装置3将支撑装置2移出储存装置1后进行管具的取出或放入，形成机械自动化的抽屉式结构管具储存装置1，方便管具的取出和回收，避免管具取放过程中碰撞其他设备，增大管具操作空间，保证管具取出或放入过程的安全，通过如图6所示的举升机械手5实现管具在水平状态和竖直状态之间的切换，各装置配合动作，实现了管具在储存状态和钻台之间的水平放置状态的移运过程机械自动化，极大的减少和避免了管具处理过程的高空操作，提高了管具处理效率和移运安全性。

本实施例中，储存装置1设置为长方体的钢框架结构，管具进出口11可以设置在储存装置1长度方向、宽度方向或顶面一侧，支撑装置2能够沿管具进出口11方向移动。

实施例2

如图1-图23所示，本实施例的一种自动化管具处理系统，在实施例1的基础上，优选储存装置1为钢构件焊接的长方体框架结构件，如图1所示，管具进出口11设置在储存装置1宽度方向的侧壁，储存装置1内平行排列设置两层导槽12，每一层包括横向排列的两个导槽12，所有导槽12垂直于管具进出口11，每一个导槽12内设置支撑装置2，如图2所示，支撑装置2为钢板状结构件，顶部排列设置有多个用于卡持管具的限位槽21，支撑装置2的长度与导槽12长度适配，推拉装置3设置在储存装置1设置管具进出口11的一侧，如图3所示，推拉装置3上设置有能够与导槽12连通的滑槽33。

本实施例中的两层所述导槽12上下对应成列，每一列所述导槽12对应设置一个推拉装置3，两个推拉装置3平行设置，同步作业，对位于同一层的所有支撑装置2进行同步移动。

具体的，当多层的导槽12上下未对应成列时，所述推拉装置3的数量与所述储存装置1内横向排列的导槽12数量对应一致，使每一个导槽12内的支撑装置2均能够匹配到对应的推拉装置3进行移动。

本实施例的一种自动化管具处理系统，通过沿储存装置1宽度方向带动支撑装置2移入和/或移出储存装置1后进行管具的取放操作，形成抽屉式框架结构的储存装置1，使能够沿管具自身径向方向移动取放管具，减少管具移入和/或移出储存装置1的路径长度，减少管具处理过程的占地面积，方便管具的取出和回收，同时，多个沿管具长度方向排列设置的支撑装置2上的限位槽21对应连通，实现对管具的多点位支撑，使储存装置1自身重量较小，方便盛装有管具的储存装置1的整体移运。

优选的，如图3所示，推拉装置3包括支撑架31、推拉滑车32和伸缩液缸10，所述支撑架31顶部平行设置两个钢板结构件作为导向板组合形成滑槽33，沿滑槽33长度方向的伸缩液缸10一端与支撑架31铰接，另一端与推拉滑车32铰接，通过伸缩液缸10驱动推拉滑车32沿滑槽33移动，推拉滑车32上设置有连接销34，如图2所示，支撑装置2上设置锚定孔22，连接销34能够移入锚定孔22，实现推拉装置3与支撑装置2的连接。

优选的，如图4所示，推拉滑车32上设置有用于驱动连接销34移入和/或移出锚定孔22的伸缩液缸10。本实施例的连接销34优选与沿滑槽33宽度方向的伸缩液缸10的伸缩端固定连接，使方便通过控制伸缩液缸10的行程，实现对推拉装置3与支撑装置2连接状态的自动化控制，减少人力劳动量。

优选的，导槽12上设置有销轴15，支撑装置2上设置有与所述销轴15适配的限位孔23。使当销轴15与限位孔23连接时，能够将支撑装置2限制在导槽12内，保证管具路途运输过程中在储存装置1内的稳定放置，优选销轴15通过与其自身连接的沿导槽12宽度方向设置的伸缩液缸10实现机械化控制。

具体的，限位孔23和锚定孔22分别设置在板状结构件的支撑装置2长度方向的两端，锚定孔22设置在支撑装置2靠近管具进出口11的一侧。

优选的，支撑装置2上还设置有支撑滚轮24和导向滚轮25用于辅助板状结构件的支撑装置2沿导槽12移动，所述支撑滚轮24用于辅助支撑装置2与导槽12底部之间的滚动，所述导向滚轮25用于辅助支撑装置2与导槽12侧壁之间的滚动，优选推拉滑车32上也设置有支撑滚轮24和导向滚轮25。

优选的，所述储存装置1沿管具长度方向的内侧设置有缓冲装置14。本实施例中缓冲装置14优选采用槽钢填充柔性缓冲材料制得。

具体的，本实施例中所有所述伸缩液缸10能够根据实际情况调整类型、型号或规格，实现对各部件的自动化驱动，伸缩液缸10可根据实际情况调整为伸缩气缸或伸缩油缸或伸缩电动缸中的任一种，本实施例优选采用液压油缸，以方便通过PLC工业控制各点油压的大小，实现各液压油缸自动化控制。

实施例3

如图1-图23所示，本实施例的一种自动化管具处理系统，以实施例2为基础，优选还包括用于竖向移动储存装置1的举升装置4，如图5所示，所述举升装置4包括支撑框架41、举升框架42和竖向设置在支撑框架41和举升框架42之间的多个伸缩液缸10，所述支撑框架41、举升框架42均为钢框架结构件，与钢框架结构件的储存装置1相适应，所述举升框架42设置在所述支撑框架41顶部，举升框架42上设置有连接槽43，储存装置1底部设置有连接块13。

本实施例的一种自动化管具处理系统，连接块13与连接槽43配合连接后，能够通过竖向设置在支撑框架41和举升框架42之间的伸缩液缸10带动举升框架42和支撑框架41竖向相对移动，改变储存装置1上管具进出口11的位置，使储存装置1上的不同层的导槽12与推拉装置3上的滑槽33对应连通，以方便通过推拉装置3带动支撑装置2移入和/或移出所述储存装置1，实现对储存装置1内不同层上的支撑装置2的移动，以方便形成多层抽屉结构形式的储存装置1，使单个储存装置1能够同时稳定承载批量管具，结构简单，操作方便。

具体的，连接块13优选为焊接在储存装置1底部的钢柱，连接槽43优选为焊接在举升框架42上的空心钢筒，在支撑框架41和举升框架42上对应焊接用于安装伸缩液缸10的钢板，将伸缩液缸10的两端分别铰接钢板，通过控制伸缩液缸10伸长或缩短，实现对举升装置4高度的调整。

实施例4

如图1-图23所示，本实施例的一种自动化管具处理系统，以实施例3为基础，优选举升机械手5包括基座和举升臂51，如图6所示，基座和举升臂51之间设置伸缩液缸10，伸缩液缸10一端与基座铰接，另一端与举升臂51铰接，实现举升机械手5的摆动转动，举升臂51上设置管具夹持器，如图6-图9所示，管具夹持器包括两个相对设置的夹持块6，如图10所示，每一个夹持块6包括转轴61和五个夹持片62，每一个夹持片62上设置有缺口63，两个夹持块6上的缺口63能够相对组合形成沿举升臂51长度方向延伸的夹持间隙，每一个夹持块6上，沿所述转轴61的周向，缺口面积逐渐增大或逐渐减小，使能够通过转动转轴61实现夹持间隙的大小的改变。

具体的，如图9所示，举升臂51上设置有用于安装转轴61的连接座54，转轴61通过马达或电机驱动转动，所述连接座54呈方框型，且转轴61的轴线与举升臂51长度方向垂直。

具体的，基座为钢构件框架结构件或水泥墩台或其他能够与举升臂51铰接连接的基础，如图6和图8所示，本实施例的基座优选为钢构件框架结构件，能更满足于石油钻采领域设备重量大、搬家次数多的情况，实现设备的灵活搬运和配置使用。

优选的，如图10所示，夹持块6的转轴61上设置五个夹持片62，五个夹持片62呈辐射状排列，且与转轴61轴线共面设置，在转轴61轴线方向形成扇形投影面，该扇形投影面的内角范围为180°，使转轴61转动至相向设置的两个夹持块6的转轴61之间无夹持片62时，管具夹持器处于张开状态，转轴61转动至相向设置的两个夹持块6的转轴61之间有夹持片62时，相向的两个夹持片62上的缺口63组合形成夹持间隙，管具夹持器处于夹持状态，转动转轴61使不同的夹持片62对应组成夹持间隙，能够调整夹持间隙的大小，能够根据所处理管具外径大小的不同，通过转动转轴61使管具自动选择不同的夹持片62组成夹持间隙，使该举升机械手5能够适应于对不同尺寸管具的稳定夹持，控制较方便，适用范围较广，通过举升臂51夹持管具在水平状态和竖直状态之间切换时，能够保证管具的运动轨迹单一，容易控制。

优选的，如图9所示，举升臂51包括大臂511和小臂512，大臂511和小臂512上分别设置有管具夹持器，大臂511包括平行设置的两根臂杆，臂杆为空心管状，小臂512滑动设置在大臂511内，大臂511内设置伸缩液缸10，用于举升臂51长度的调整，实现两管具夹持器沿举升臂51长度方向之间间距的调整，使该举升臂51能够适应不同长度的管具的移运，且能够通过分别控制两个管具夹持器的开启状态和夹持状态，配合设置在大臂511内的伸缩液缸10，实现管具沿举升臂51长度方向的移动，使该举升机械手5不仅具有将管具在水平状态、倾斜状态和竖直状态之间灵活切换的转向功能，还具有沿举升臂51长度方向移运管具的移运功能。

优选的，如图6和图8所示，组成大臂511的两根臂杆之间设置有连接块52，在连接块52与大臂511顶端之间形成贯穿举升臂51顶端的U型槽53，设置在大臂511内用于举升臂51长度调整的伸缩液缸10动作时，能够适应性的改变U型槽53的深度。该U型槽53为管具移运提供通道，使管具被从举升机械手5中被提升取出或下降放入时，只需要使管具底端高于U型槽53底部，即可通过该U型槽53形成的通道水平方向移动管具，使管具脱离举升臂51或进入举升臂51夹持范围，而无需提升管具至底端高于小臂512顶端，达到了减少管具移运时间、提高管具处理效率的有益效果。

优选的，如图6和图7所示，组成大臂511的两根臂杆之间设置用于支撑举升过程中管具、避免管具沿夹持间隙移动的支撑板91，所述支撑板91设置在夹持间隙的延伸方向上，位于举升臂51下部，且垂直于两根臂杆，能够起到防止管具沿夹持间隙滑动坠落的作用。

优选的，如图7所示，所述支撑板91连接有导向机构92，所述支撑板91和导向机构92组成微调装置9，所述微调装置9用于实现沿举升臂51长度方向调整支撑板91的位置，使支撑板91能够与不同长度的管具的底部贴合，维持管具在夹持间隙中的稳定性，如图7和图11所示，本实施例优选在两根臂杆之间设置板状结构件，在支撑板91底部设置多个用于卡持该板状结构件的滑座93，使滑座93沿两根臂杆之间的板状结构件移动时，形成能够使支撑板91沿举升臂51长度方向移动的导向机构92，同时，优选在支撑板91上铰接伸缩液缸10带动支撑板91沿举升臂51的长度方向移动，调整支撑板91与管具底部贴合，不仅起到防止管具沿夹持间隙滑动坠落的作用，还能使支撑板91适应于对不同长度的管具的稳定支撑，适应性更广。

优选的，如图7所示，所述支撑板91上设置柔性材料结构件作为缓冲机构94，以减少管具对支撑板91的冲击。

优选的，如图8所示，举升机械手5的举升臂51处于水平状态时，在基座上摆放设置有支撑台55，支撑台55顶部设置柔性材料结构件的缓冲垫，支撑台55用于在举升机械手5搬家过程中对举升臂51起到支撑缓冲作用，避免举升臂51上夹持块6撞击基座，使该自动化管具处理系统能够进一步满足于石油钻采领域设备重量大、搬家次数多的情况，实现设备的安全、灵活搬运。

实施例5

如图1-图23所示，本实施例的一种自动化管具处理系统，以实施例4为基础，优选举升机械手51和推拉装置3之间还设置有移运装置，该移运装置包括顶伸滑移装置7和管具移送装置8，顶伸滑移装置7和管具移送装置8均能够托举水平放置的管具在水平向移动，且移运路径部分重叠，多个顶伸滑移装置7和管具移送装置8能够灵活的拼接摆放，实现管具水平向的移动。

具体的，如图12所示，顶伸滑移装置7包括支撑基础71、导向装置72和举升滑车73，所述导向装置72固定设置在所述支撑基础71上，所述举升滑车73滑动设置在所述导向装置72上，如图12和图13所示，举升滑车73包括车架、支撑滚轮24、导向滚轮25，车架顶端设置用于托举管具的支撑块74，支撑块74顶部设置与管具适配的凹槽，举升滑车73上设置竖向伸缩的伸缩液缸10带动支撑块74竖向移动，使支撑块74托举或下放管具移入和/或移出支撑装置2，同时，支撑基础71上设置水平伸缩的伸缩液缸10带动举升滑车73在导向装置72上水平移动。

优选支撑基础71为钢构件焊接的框架，车架为钢构件焊接的支架，导向装置72为钢构件焊接的槽型结构，车架通过支撑滚轮24和导向滚轮25与导向装置72滑动连接，车架上设置竖向伸缩的立柱用于安装支撑块74，并平行于该立柱设置伸缩液缸10，用于带动立柱伸缩，调节支撑块74的竖向位置，实现将管具举升后平移，方便管具在支撑装置2上的取下或放入，并在两个结构装置之间进行沿管具径向方向的水平移送。

具体的，如图14所示，管具移送装置8包括机架81、链条82、主链轮83、副链轮84，主链轮83连接有驱动装置，所述驱动装置用于驱动主链轮83转动及用于改变主链轮83转动方向，实现链条82传输方向的改变，所述链条82上排列设置若干与管具外形适配的卡持块87，优选驱动装置为伺服电机。

优选的，机架81采用钢构件焊接制成，具有竖向支撑的架体和横向支撑的架体，横向支撑的架体采用型腔构件，机架81沿长度方向的一端型腔内滑动设置有带座球面轴承85，该带座球面轴承85与副链轮84同轴设置，通过沿机架81长度方向贯穿机架81端部的调节丝杠86对带座球面轴承85在机架81上的位置进行调整和限制，使通过调节带座球面轴承85的位置，调节主链轮83和副链轮84之间的距离，改变链条82的张紧程度，本实施例采用两根链条82平行设置在横向支撑的架体两侧，且同步运行，使管具移送装置8和管具之间通过两个夹持块87产生两个接触点，实现对管具沿机架81长度方向的稳定移运。

本实施例中，多个顶伸滑移装置7和管具移送装置8平行设置，且均垂直于管具进出口11设置，且举升滑车73的传输路径与推拉滑车32的传输路径部分重合，管具移送装置8的传输路径与举升滑车73的传输路径部分重合，使排列在支撑装置2上的管具从储存装置1中移出后，能够进入举升滑车73的传输路径上，方便通过举升滑车73逐一进行移运。

本实施例中，可根据实际情况，在顶伸滑移装置7和管具移送装置8的移送范围内配置接立根中心50，以方便将单根管具或多根管具分别移运至接立根中心50进行对接操作，通过各伸缩液缸10的带动，实现管具在储存装置1和举升机械手5之间的移运过程的机械自动化的连接处理，使管具处理流程更简单，路径更单一，提高管具处理的效率和安全性，且能够根据实际情况，配置储存装置1为直接存储双根或立根，使管具能够与实际工况相适应，扩大该自动化管具处理系统的适应性。

实施例6

一种自动化管具输送方法，采用如图1-图23的自动化管具处理系统，以钻具为例，将钻具从储存装置1取出，输送至接立根中心50连接成双根钻具后，经管具移送装置8、举升机械手5送至钻台30边缘，并保持竖直状态，然后在钻台30上方游吊系统的顶部驱动装置20、吊环吊卡60和缓冲机械手70的协助下，移运至井口，然后进行后续操作，最大限度的减少或避免了高空操作，实现管具在地面至井口移运处理过程中轨迹的精确可控，提高管具移运过程的安全性，并通过PLC工业控制实现各液压油缸的自动化控制，使管具从地面至井口的整个过程实现自动化、无人化，极大的提高了管具处理的效率，降低了劳动强度，最大程度的提高了管具处理过程的安全性。

其具体包括如下步骤：

S1：在钻台30侧分别设置举升机械手5、顶伸滑移装置7、管具移送装置8、推拉装置3、举升装置4和接立根中心50，将储存装置1移运至所述举升装置4上；

S2：调整所述储存装置1内的导槽12与所述推拉装置3的滑槽33连通；通过推拉装置3拉动支撑装置2进入滑槽12；

S3：通过移运装置水平移运管具，通过顶伸滑移装置7上的支撑块73逐一举升移运管具至接立根中心50进行接管操作，接成双根或三根，再通过管具移送装置8移送至举升机械手5夹持范围内；

S4：转动举升机械手5靠近管具，使举升机械手5上的夹持块6自适应管具转动，至所述管具进入由两个夹持块6相对设置形成的夹持间隙，继续转动夹持块6，完成管具夹持；

S5：转动举升机械手5的举升臂51，调整管具方向，将水平状态管具转向为竖直状态；

S6：钻台30上方游吊系统夹持管具；

S7：管具夹持器打开，钻台30上方游吊系统的顶部驱动装置20提升管具穿过举升臂51上U型槽53，并移运至井眼中心，与在先送入管具进行连接；

S8：重复S2至S7，完成管具从储存装置1至井眼的输送过程。

具体的，步骤S1-S3中，采用两个并排设置的储存装置1、每个储存装置1对应设置独立的举升装置4、推拉装置3、移运装置，实现两根钻具能够同时送至接立根中心50进行连接操作，接立根中心50为用于钻具对接操作的现有装置，且可根据实际目的选择性的设置，在此不做赘述。

如图18-图23所示，本实施例的一种自动化管具输送方法，以单根管具从储存装置1中送至井眼中心的流程为例，概述描述其输送方法的流程如下：

初始状态：各装置处于等待状态，其中储存装置1位于举升装置4上，举升装置4位于低位，推拉滑车32上的连接销34与支撑装置2上的锚定孔22连接，举升机械手5位于竖直状态，管具夹持器位于打开状态，管具移送装置8位于等待位，接立根中心50旋扣钳及夹紧钳处于打开状态，顶部驱动装置20、吊环吊卡60处于井眼并位于适当高度，缓冲机械手70位于存储位，铁钻工30位于等待位（如图19所示，）；

第一步：通过推拉装置3将支撑装置2从导槽12中拉入推拉装置3上滑槽33内，此时管具位于顶伸滑移装置7的水平传输路径上，具体为：通过三个对应位置的伸缩液缸10的分别调整，分别实现推拉装置3上的连接销34进入支撑装置2上的锚定孔22；导槽12上的销轴15移出支撑装置2上的限位孔23；支撑装置2沿导槽12进入滑槽33（如图20所示）；

第二步：举升滑车73上的支撑块74上移，托举管具，水平移动带动管具进入接立根中心50范围，并下移支撑块74完成管具交接，具体为：通过对应位置的伸缩液缸10的分别调整，实现举升滑车73沿支撑基础71移动，至支撑块74位于管具下方；支撑块74上移抓取单根管具；支撑块74继续上移，使管具位于最高位置；举升滑车73反向沿支撑基础71移动，至管具位于接立根中心50上方；支撑块73下移，完成管具交接（如图20所示）；

第三步：接立根中心50对管具进行移动、对接、旋扣和紧扣等动作，将单根管具接成双根（如图21所示）；

第四步：支撑块73再次上移，托举管具，水平移动带动管具进入管具移送装置8的传输路径，并下移支撑块73完成管具交接，具体为：通过对应位置伸缩液缸10的分别调整，重复第二步中对支撑块73进行上、下、水平移动，实现管具的移动；

第五步：管具移送装置8将管具转移至井眼中心线上，且位于举升机械手5的夹持范围内，举升机械手5转动抓取水平状态的管具并旋转至竖直状态；

第六步：下放顶部驱动装置20，驱动吊环吊卡60夹持并提升管具，使管具底端高于U型槽53底部（如图22所示）；

第七步：回收吊环吊卡60，管具水平向移动，使管具从U型槽53中移出至井眼中心上方，配合缓冲机械手70将管具扶正至井眼中心，下端扣入位于井眼中心的管具顶端接头内（如图23所示）；

第八步：缓冲机械手70复位，钻台30上的铁钻工40的主背钳和旋扣钳伸出，完成上扣和锁紧操作；

第九步：各设备复位，重复第第二步至第八步，使储存装置1中位于同一层的管具均下入井内；

完成第九步后，举升装置4改变管具进出口11位置，调整不同的导槽12与滑槽33连通，继续重复上述操作，实现管具处理过程的全机械自动化。

可根据实际情况，调整各设备的设置位置和设置数量，以实现对不同长度、不同外径管具的灵活操作，或达到仅对管具进行水平向移动或转向的移送目的。

具体的，将位于井眼中心的管具输送下钻台30，拆卸成单根管具后，回收至储存装置1的存管流程，为上述流程的逆过程，在此不再赘述。

实施例7

一种钻机，采用如图1-图23的自动化管具处理系统，在结构上包括钻台30，所述钻台30上方设置有游吊系统，所述钻台30一侧设置举升机械手5，还包括若干排列设置的移运装置和推拉装置3，所述推拉装置3一侧设置举升装置4，所述举升装置4上设置储存装置1。

本实施例的一种钻机，通过设置举升装置4，在举升装置4上放置储存装置1，在储存装置1的管具进出口11一侧设置推拉装置3，并设置两个顶伸滑移装置7和两个管具移送装置8，在管具移送装置8远离储存装置1的一侧设置举升机械手5，且管具从储存装置1至举升机械手5的移运过程中其轴线方向始终保持与传输方向垂直，使管具的传输路径单一，传输路径较短，可根据实际情况，在移运装置的移送范围内设置接立根中心50，以实现单根管具的稳定移运或多根管具在移运过程中的连接。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种自动化管具处理系统，其特征在于，包括：

储存装置（1）：一侧设置为管具进出口（11），内部滑动设置用于承托管具的支撑装置（2）；

推拉装置（3）：与所述支撑装置（2）可拆卸连接，所述支撑装置（2）能够沿所述管具进出口（11）移入和/或移出所述推拉装置（3）；

举升机械手（5）：包括举升臂（51），所述举升臂（51）底端铰接转动，所述举升臂（51）上设置有管具夹持器，所述管具夹持器上设置有用于夹持管具的夹持间隙；

移运装置：用于在所述储存装置（1）和所述举升机械手（5）之间移运管具。

2.如权利要求1所述的一种自动化管具处理系统，其特征在于，所述储存装置（1）内设置有若干导槽（12），所述支撑装置（2）滑动设置在所述导槽（12）内，所述储存装置（1）内竖向排列设置至少两层所述导槽（12），每一层横向排列至少两个所述导槽（12），所述推拉装置（3）的数量与横向排列的所述导槽（12）数量相匹配。

3.如权利要求2所述的一种自动化管具处理系统，其特征在于，所述储存装置（1）沿管具长度方向的内侧设置有缓冲装置（14）。

4.如权利要求2所述的一种自动化管具处理系统，其特征在于，所述推拉装置（3）上设置有能够与所述导槽（12）连通的滑槽（33），所述推拉装置（3）上还设置有推拉滑车（32），所述推拉滑车（32）上设置有用于连接所述支撑装置（2）的连接机构，所述推拉滑车（32）能够带动所述支撑装置（2）移入和/或移出所述滑槽（33）。

5.如权利要求4所述的一种自动化管具处理系统，其特征在于，还包括举升装置（4），所述举升装置（4）包括支撑框架（41）和举升框架（42），所述储存装置（1）设置在所述举升框架（42）上，所述支撑框架（41）和所述举升框架（42）能够竖向相对移动，调整所述导槽（12）和所述滑槽（33）连通。

6.如权利要求1-5任意一项所述的一种自动化管具处理系统，其特征在于，所述管具夹持器包括两个夹持块（6），每一个所述夹持块（6）包括转轴（61）和若干夹持片（62），所述夹持片（62）上设置有缺口（63），相向设置的所述缺口（63）组合形成所述夹持间隙，沿所述转轴（61）的周向，所述缺口（63）面积逐渐增大或逐渐减小。

7.如权利要求6所述的一种自动化管具处理系统，其特征在于，每一个所述夹持块（6）上的所有所述夹持板（62）在所述转轴（61）的轴线方向形成扇形投影面，所述扇形投影面的内角范围为90°-300°。

8.如权利要求6所述的一种自动化管具处理系统，其特征在于，所述举升臂（51）包括大臂（511）和与所述大臂（511）沿长度方向滑动连接的小臂（512），所述大臂（511）和小臂（512）上分别设置所述管具夹持器。

9.如权利要求6所述的一种自动化管具处理系统，其特征在于，所述举升臂（51）的下部设置有用于承托管具的支撑板(91)，所述支撑板（91）位于所述夹持间隙的延伸方向上，所述支撑板（91）上设置有缓冲机构（94），所述举升臂（51）的上部设置有U型槽（53），所述U型槽（53）贯穿所述举升臂（51）顶端。

10.如权利要求9所述的一种自动化管具处理系统，其特征在于，所述支撑板（91）连接有导向机构（92），所述导向机构（92）用于带动所述支撑板（91）沿所述举升臂（51）的长度方向移动。

11.如权利要求1所述的一种自动化管具处理系统，其特征在于，所述移运装置包括顶伸滑移装置（7），所述顶伸滑移装置（7）包括支撑基础（71）、导向装置（72）和举升滑车（73），所述导向装置（72）固定设置在所述支撑基础（71）上，所述举升滑车（73）滑动设置在所述导向装置（72）上，所述举升滑车（73）上设置有用于托举管具的支撑块（74），所述举升滑车（73）上设置有用于竖向移动所述支撑块（74）的动力机构。

12.如权利要求11所述的一种自动化管具处理系统，其特征在于，所述移运装置还包括若干管具移送装置（8），每一个所述管具移送装置（8）上设置有若干用于卡持管具的卡持块（87），所述管具移送装置(8)和所述顶伸滑移装置(7)的传输路径至少部分重合。

13.一种自动化管具输送方法，其特征在于，采用如权利要求1-12所述的自动化管具处理系统，包括如下步骤：

S1：在钻台(30)侧分别设置举升机械手(5)、移运装置、推拉装置(3)和举升装置(4)，将储存装置(1)移运至所述举升装置(4)上；

S2：调整所述储存装置(1)内的导槽(12)与所述推拉装置(3)的滑槽(33)连通,通过推拉装置(3)带动支撑装置(2)移入和/或移出滑槽(33)；

S3：通过移运装置移运管具至预定位置；

S4：转动举升机械手(5)靠近管具，使举升机械手(5)上的夹持块(6)自适应转动至管具进入夹持间隙，继续转动夹持块(6)，完成管具夹持；

S5：转动举升机械手(5)，调整管具方向；

S6：钻台（30）上方游吊系统夹持管具；

S7：管具夹持器打开，钻台(30)上方游吊系统提升管具穿过举升臂(51)上U型槽(53)，并移运至井眼中心，与在先送入管具进行连接；

S8:依次重复S2-S7,完成管具从储存装置(1)至井眼的输送过程。

14.如权利要求13所述的一种自动化管具输送方法，其特征在于，S3中通过移运装置将单根管具移运至举升机械手（5）夹持范围内或通过移运装置将多根管具移运至接立根中心（50）连接为双根后再移运至举升机械手（5）夹持范围内。

15.一种钻机，其特征在于，采用如权利要求1-12所述的一种自动化管具处理系统，包括钻台（30），所述钻台（30）上方设置有游吊系统，所述钻台（30）一侧设置举升机械手（5），还包括若干排列设置的移运装置和推拉装置（3），所述推拉装置（3）一侧设置举升装置（4），所述举升装置（4）上设置储存装置（1）。

Images