CN113669017A - 陆地连续起下钻钻机及连续起下钻作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陆地连续起下钻钻机及连续起下钻作业方法，钻机包括底座、主钻井系统、连续起下钻系统、管具处理系统和司钻房，主钻井系统包括相互套接的上部井架和下部井架、主提升机构、天车、顶驱和钻井钢丝绳；连续起下钻系统包括连续起下钻装置、辅提升液缸和辅提升钢丝绳，连续起下钻装置位于顶驱下方，辅提升液缸上部设有滑轮装置；管具处理系统包括动力猫道、动力排管架、排管机和动力指梁。通过本发明的使用，现场管具的移运和卸扣操作都由配套的管具处理系统和连续起下钻系统完成，极大降低了现场工人体力劳动强度，并且可使钻柱可保持连续运动，减小了对井下压力波动的影响，提高了井眼的稳定性，降低了井下事故发生的可能性。

Description

陆地连续起下钻钻机及连续起下钻作业方法

技术领域

本发明涉及钻采设备技术领域，具体的说是一种陆地连续起下钻钻机及连续起下钻作业方法。

背景技术

当前陆地钻机自动化程度偏低，在钻井作业过程中均采用间断的起下钻处理方式，将钻柱卡持在转盘处，利用铁钻工或液气大钳进行上卸扣操作，操作完成后利用顶驱提升或下放钻柱，钻柱为间歇性运动，存在处理时间较长，作业效率低，并且钻柱的间歇性提升或下放容易引起井内压力波动，增加井下事故发生的可能性。

发明内容

本发明的目的是提供一种陆地连续起下钻钻机及连续起下钻作业方法，以解决现有的陆地钻机自动化程度偏低，作业效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：

一种陆地连续起下钻钻机，包括底座、主钻井系统和司钻房，还包括连续起下钻系统和管具处理系统；

所述主钻井系统包括上部井架、下部井架、主提升机构、天车、顶驱和钻井钢丝绳，框架结构的下部井架与底座上台面相连接，上部井架装配在下部井架内壁上的滑轨中，沿下部井架上下移动，上部井架的顶端固定安装有天车；所述主提升机构位于上部井架内部，主提升机构的上端与天车连接，下端固定在下部井架上；所述钻井钢丝绳一端连接顶驱，另一端绕过天车与固定在底座上的死绳调整装置相连接；

所述连续起下钻系统包括连续起下钻装置、辅提升液缸和辅提升钢丝绳，所述连续起下钻装置位于顶驱下方；辅提升液缸的缸座固定在底座的上台面，辅提升液缸的活塞端安装有滑轮；所述辅提升钢丝绳一端固定在连续起下钻装置上，另一端绕过滑轮装置连接到下部井架上。

优选的，所述辅提升液缸有2套，分别位于连续下钻装置两侧。

优选的，所述管具处理系统包括动力猫道、动力排管架、排管机和动力指梁，所述动力猫道连接到底座上台面，动力猫道两侧设有数组动力排管架，所述排管机下端安装在底座上台面，上端连接到下部井架的上侧壁上，所述动力指梁安装在下部井架上。

优选的，所述主提升机构包括上部液缸组和下部液缸组，上部液缸组的缸筒端与下部液缸组的缸筒端通过螺栓连接，上部液缸组的活塞端与天车相连接，下部液缸组的活塞端与下部井架的底部相连接。

优选的，所述司钻房安装在底座上台面，布置在动力猫道一侧，司钻房内部设有2台集成操作站。

优选的，所述排管机为立柱式排管机，数量为2台，分别布置于连续起下钻装置的两侧。

优选的，所述动力指梁为环形结构，数量为2台，分别安装在下部井架的两侧壁上，与排管机相对应。

优选的，所述下部井架面向动力猫道的一侧开口。

一种陆地连续起下钻钻机的起下钻作业方法，陆地连续起下钻钻机如上所述，包括以下步骤：

连续起钻作业包括以下步骤：

初始状态，顶驱位于下部区域，顶驱卡持整个钻柱，主提升机构处于缩回状态，上部井架降至最低位置，位于下部井架内部，连续起下钻装置处于低位；

步骤1，主提升机构伸出，带动上部井架和顶驱上升，从而带动钻柱上升，当钻柱上升至需要卸扣的位置后，连续起下钻装置卡持钻柱；

步骤2，连续起下钻装置在卡持钻柱后与钻柱进行同步上升运动，并进行钻柱的卸扣操作，排管机伸出扶持上部钻柱；

步骤3，顶驱松开上部钻柱，缩回至上部井架侧，然后向下运动；

步骤4，连续起下钻装置对上部钻柱卸扣操作完成，由其中1台排管机将上部钻柱移出井眼中心线，并排放入对应的动力指梁中；

步骤5，顶驱下降至与连续起下钻装置对接的高度位置，顶驱伸出与连续起下钻装置进行下部钻柱的交接，由顶驱卡持下部钻柱，连续起下钻装置松开钻柱；

步骤6，顶驱提升下部钻柱上升，连续起下钻装置下降至底座上台面高度处；

重复步骤1-步骤6，循环操作，完成连续起钻作业。

连续下钻作业是连续起钻作业的反向流程，包括以下步骤：

初始状态，顶驱位于上部区域，1台排管机抓取位于对应的动力指梁中管柱，顶驱卡持整个钻柱，主提升机构处于伸长状态，上部井架提升至最高位置，连续起下钻装置处于高位；

步骤7，主提升机构回缩，带动上部井架和顶驱下降，从而带动钻柱下降；

步骤8，顶驱下降至与连续起下钻装置对接的高度位置，顶驱与连续起下钻装置进行下部钻柱的交接，由连续起下钻装置卡持下部钻柱；

步骤9，顶驱松开钻柱，缩回至上部井架侧，然后向上运动；

步骤10，排管机将抓取的管柱伸出至井眼中心线处，与下部钻柱进行对接，连续起下钻装置在卡持钻柱后与上部管柱进行同步下降运动，并进行钻柱的上扣操作，排管机扶持上部钻柱；

步骤11，连续起下钻装置对钻柱的上扣操作完成，排管机移出井眼中心线，另1台排管机抓取对应的动力指梁中的管柱，顶驱伸出卡持整个钻柱；

重复步骤7-步骤11，循环操作，完成连续下钻作业。

本发明中主提升机构承受钻井主要的载荷重量，在上部液缸组和下部液缸组的伸缩运动下，带动上部井架沿下部井架上下运动，从而使顶驱以2倍于上部井架运动的速度进行上下运动。当顶驱下降至最低位置时，上部井架完全缩回至下部井架内部，顶驱上升至最高位置时，上部井架也伸出至最高位置处。

所述死绳调整装置用于多根钻井钢丝绳长度不一致而导致受载荷不均匀时，进行钻井钢丝绳受载荷的调整。

连续起下钻装置可进行钻柱的卡持、上卸扣，在辅提升液缸的作用下可进行上下运动，用于配合顶驱实现钻柱连续起下钻作业。

动力排管架用于排放钻井管具，并将钻井管具移运至动力猫道上，动力猫道将钻井管具移运至底座上台面。

排管机为立柱式排管机，用于将管具立根排放入动力指梁中，或者从动力指梁中取出管具立根移运至井口位置。

动力指梁为环形结构，用于存储管具立根。

本发明的有益效果是：

1、本发明在陆地钻机上配套管具处理系统，连续起下钻系统，钻机自动化程度高，大大降低了人的体力劳动，并可实现连续起下钻作业，作业效率大幅提升。

2、采用本发明的连续起下钻钻机，钻柱可保持连续运动，减小了对井下压力波动的影响，提高了井眼的稳定性，降低了井下事故发生的可能性。

3、本发明采用上部井架、下部井架套装的形式，运输尺寸较小，方便运输。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是图1中本发明的主视图；

图3是图1中本发明的俯视图；

图4是主钻井系统的结构示意图；

图5是连续起下钻系统的结构示意图；

图中：1、底座，2、主钻井系统，21、上部井架，22、下部井架，23、主提升机构，231、上部液缸组，232、下部液缸组，24、天车，25、顶驱，26、钻井钢丝绳，27、死绳调整装置，3、连续起下钻系统，31、连续起下钻装置，32、辅提升液缸，33、滑轮装置，34、辅提升钢丝绳，4、管具处理系统，41、动力猫道，42、动力排管架，43、排管机，44、动力指梁，5、司钻房，51、集成操作站。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

如图1至图5所示，一种陆地连续起下钻钻机，包括底座1、主钻井系统2和司钻房5，还包括连续起下钻系统3和管具处理系统4；

主钻井系统2包括上部井架21、下部井架22、主提升机构23、天车24、顶驱25和钻井钢丝绳26，框架结构的下部井架22与底座1上台面相连接，上部井架21装配在下部井架22内壁上的滑轨中，沿下部井架22上下移动，上部井架21的顶端固定安装有天车24；主提升机构23位于上部井架21内部，主提升机构23的上端与天车24连接，下端固定在下部井架22上；钻井钢丝绳26一端连接顶驱25，另一端绕过天车24与固定在底座1上的死绳调整装置27相连接；

连续起下钻系统3包括连续起下钻装置31、辅提升液缸32和辅提升钢丝绳34，连续起下钻装置31位于顶驱25下方；辅提升液缸32的缸座固定在底座1的上台面，辅提升液缸32的活塞端安装有滑轮33；辅提升钢丝绳34一端固定在连续起下钻装置31上，另一端绕过滑轮装置33连接到下部井架22上。

辅提升液缸32有2套，分别位于连续下钻装置31两侧。

管具处理系统4包括动力猫道41、动力排管架42、排管机43和动力指梁44，动力猫道41连接到底座1上台面，动力猫道41两侧设有数组动力排管架42，排管机43下端安装在底座1上台面，上端连接到下部井架22的上侧壁上，动力指梁44安装在下部井架22上。

主提升机构23包括上部液缸组231和下部液缸组232，上部液缸组231的缸筒端与下部液缸组232的缸筒端通过螺栓连接，上部液缸组231的活塞端与天车24相连接，下部液缸组232的活塞端与下部井架22的底部相连接。

司钻房5安装在底座1上台面，布置在动力猫道41一侧，司钻房5内部设有2台集成操作站51。

排管机43为立柱式排管机，数量为2台，分别布置于连续起下钻装置31的两侧。

动力指梁44为环形结构，数量为2台，分别安装在下部井架22的两侧壁上，与排管机43相对应。

下部井架22面向动力猫道41的一侧开口。

本发明中主提升机构23承受钻井主要的载荷重量，在上部液缸组231和下部液缸组232的伸缩运动下，带动上部井架21沿下部井架22上下运动，从而使顶驱25以2倍于上部井架21运动的速度进行上下运动。当顶驱25下降至最低位置时，上部井架21完全缩回至下部井架22内部，顶驱25上升至最高位置时，上部井架21也伸出至最高位置处。

所述死绳调整装置7用于多根钻井钢丝绳长度不一致而导致受载荷不均匀时，进行钻井钢丝绳受载荷的调整。

连续起下钻装置31可进行钻柱的卡持、上卸扣，在辅提升液缸32的作用下可进行上下运动，用于配合顶驱25实现钻柱连续起下钻作业。

动力排管架42用于排放钻井管具，并将钻井管具移运至动力猫道41上，动力猫道41将钻井管具移运至底座1上台面。

排管机43为立柱式排管机，用于将管具立根排放入动力指梁44中，或者从动力指梁44中取出管具立根移运至井口位置。

动力指梁44为环形结构，用于存储管具立根。

本发明在陆地钻机上配套管具处理系统，连续起下钻系统，钻机自动化程度高，大大降低了人的体力劳动，并可实现连续起下钻作业，作业效率大幅提升。

陆地连续起下钻钻机的连续起钻作业包括以下步骤：

初始状态，顶驱25位于下部区域，顶驱25卡持整个钻柱，主提升机构23处于缩回状态，上部井架21降至最低位置，位于下部井架22内部，连续起下钻装置31处于低位；

步骤1，主提升机构23伸出，带动上部井架21和顶驱25上升，从而带动钻柱上升，当钻柱上升至需要卸扣的位置后，连续起下钻装置31卡持钻柱；

步骤2，连续起下钻装置31在卡持钻柱后与钻柱进行同步上升运动，并进行钻柱的卸扣操作，排管机43伸出扶持上部钻柱；

步骤3，顶驱25松开上部钻柱，缩回至上部井架21侧，然后向下运动；

步骤4，连续起下钻装置31对上部钻柱卸扣操作完成，由其中1台排管机43将上部钻柱移出井眼中心线，并排放入对应的动力指梁44中；

步骤5，顶驱25下降至与连续起下钻装置31对接的高度位置，顶驱25伸出与连续起下钻装置31进行下部钻柱的交接，由顶驱25卡持下部钻柱，连续起下钻装置松开钻柱；

步骤6，顶驱25提升下部钻柱上升，连续起下钻装置31下降至底座1上台面高度处；

重复步骤1-步骤6，循环操作，完成连续起钻作业。

连续下钻作业是连续起钻作业的反向流程，包括以下步骤：

初始状态，顶驱25位于上部区域，1台排管机43抓取位于对应的动力指梁44中管柱，顶驱25卡持整个钻柱，主提升机构23处于伸长状态，上部井架21提升至最高位置，连续起下钻装置31处于高位；

步骤7，主提升机构23回缩，带动上部井架21和顶驱25下降，从而带动钻柱下降；

步骤8，顶驱25下降至与连续起下钻装置31对接的高度位置，顶驱25与连续起下钻装置31进行下部钻柱的交接，由连续起下钻装置31卡持下部钻柱；

步骤9，顶驱25松开钻柱，缩回至上部井架21侧，然后向上运动；

步骤10，排管机43将抓取的管柱伸出至井眼中心线处，与下部钻柱进行对接，连续起下钻装置31在卡持钻柱后与上部管柱进行同步下降运动，并进行钻柱的上扣操作，排管机43扶持上部钻柱；

步骤11，连续起下钻装置31对钻柱的上扣操作完成，排管机43移出井眼中心线，另1台排管机43抓取对应的动力指梁44中的管柱，顶驱25伸出卡持整个钻柱；

重复步骤7-步骤11，循环操作，完成连续下钻作业。

本发明所述的陆地连续起下钻钻机自动化程度高，实现了钻井连续起钻和连续下钻作业，作业效率大幅提高，现场管具的移运和卸扣操作都由配套的管具处理系统和连续起下钻系统完成，极大降低了现场工人体力劳动强度，并且可使钻柱可保持连续运动，减小了对井下压力波动的影响，提高了井眼的稳定性，降低了井下事故发生的可能性。另外，本发明的连续起下钻钻机配套可嵌套的上部井架和下部井架，便于运输。

Claims (9)

1.一种陆地连续起下钻钻机，包括底座（1）、主钻井系统（2）和司钻房（5），其特征在于：还包括连续起下钻系统（3）和管具处理系统（4）；

所述主钻井系统（2）包括上部井架（21）、下部井架（22）、主提升机构（23）、天车（24）、顶驱（25）和钻井钢丝绳（26），框架结构的下部井架（22）与底座（1）上台面相连接，上部井架（21）装配在下部井架（22）内壁上的滑轨中，沿下部井架（22）上下移动，上部井架（21）的顶端固定安装有天车（24）；所述主提升机构（23）位于上部井架（21）内部，主提升机构（23）的上端与天车（24）连接，下端固定在下部井架（22）上；所述钻井钢丝绳（26）一端连接顶驱（25），另一端绕过天车（24）与固定在底座（1）上的死绳调整装置（27）相连接；

所述连续起下钻系统（3）包括连续起下钻装置（31）、辅提升液缸（32）和辅提升钢丝绳（34），所述连续起下钻装置（31）位于顶驱（25）下方；辅提升液缸（32）的缸座固定在底座（1）的上台面，辅提升液缸（32）的活塞端安装有滑轮（33）；所述辅提升钢丝绳（34）一端固定在连续起下钻装置（31）上，另一端绕过滑轮装置（33）连接到下部井架（22）上。

2.根据权利要求1所述的陆地连续起下钻钻机，其特征在于：所述辅提升液缸（32）有2套，分别位于连续下钻装置（31）两侧。

3.根据权利要求1或2所述的陆地连续起下钻钻机，其特征在于：所述管具处理系统（4）包括动力猫道（41）、动力排管架（42）、排管机（43）和动力指梁（44），所述动力猫道（41）连接到底座（1）上台面，动力猫道（41）两侧设有数组动力排管架（42），所述排管机（43）下端安装在底座（1）上台面，上端连接到下部井架（22）的上侧壁上，所述动力指梁（44）安装在下部井架（22）上。

4.根据权利要求3所述的陆地连续起下钻钻机，其特征在于：所述主提升机构（23）包括上部液缸组（231）和下部液缸组（232），上部液缸组（231）的缸筒端与下部液缸组（232）的缸筒端通过螺栓连接，上部液缸组（231）的活塞端与天车（24）相连接，下部液缸组（232）的活塞端与下部井架（22）的底部相连接。

5.根据权利要求4所述的陆地连续起下钻钻机，其特征在于：所述司钻房（5）安装在底座（1）上台面，布置在动力猫道（41）一侧，司钻房（5）内部设有2台集成操作站（51）。

6.根据权利要求5所述的陆地连续起下钻钻机，其特征在于：所述排管机（43）为立柱式排管机，数量为2台，分别布置于连续起下钻装置（31）的两侧。

7.根据权利要求6所述的陆地连续起下钻钻机，其特征在于：所述动力指梁（44）为环形结构，数量为2台，分别安装在下部井架（22）的两侧壁上，与排管机（43）相对应。

8.根据权利要求7所述的陆地连续起下钻钻机，其特征在于：所述下部井架（22）面向动力猫道（41）的一侧开口。

9.一种陆地连续起下钻钻机的连续起下钻作业方法，陆地连续起下钻钻机如权利要求1至8任一项所述，其特征在于：包括以下步骤：

连续起钻作业包括以下步骤：

初始状态，顶驱（25）位于下部区域，顶驱（25）卡持整个钻柱，主提升机构（23）处于缩回状态，上部井架（21）降至最低位置，位于下部井架（22）内部，连续起下钻装置（31）处于低位；

步骤1，主提升机构（23）伸出，带动上部井架（21）和顶驱（25）上升，从而带动钻柱上升，当钻柱上升至需要卸扣的位置后，连续起下钻装置（31）卡持钻柱；

步骤2，连续起下钻装置（31）在卡持钻柱后与钻柱进行同步上升运动，并进行钻柱的卸扣操作，排管机（43）伸出扶持上部钻柱；

步骤3，顶驱（25）松开上部钻柱，缩回至上部井架（21）侧，然后向下运动；

步骤4，连续起下钻装置（31）对上部钻柱卸扣操作完成，由其中1台排管机（43）将上部钻柱移出井眼中心线，并排放入对应的动力指梁（44）中；

步骤5，顶驱（25）下降至与连续起下钻装置（31）对接的高度位置，顶驱（25）伸出与连续起下钻装置（31）进行下部钻柱的交接，由顶驱（25）卡持下部钻柱，连续起下钻装置松开钻柱；

步骤6，顶驱（25）提升下部钻柱上升，连续起下钻装置（31）下降至底座（1）上台面高度处；

重复步骤1-步骤6，循环操作，完成连续起钻作业。

连续下钻作业是连续起钻作业的反向流程，包括以下步骤：

初始状态，顶驱（25）位于上部区域，1台排管机（43）抓取位于对应的动力指梁（44）中管柱，顶驱（25）卡持整个钻柱，主提升机构（23）处于伸长状态，上部井架（21）提升至最高位置，连续起下钻装置（31）处于高位；

步骤7，主提升机构（23）回缩，带动上部井架（21）和顶驱（25）下降，从而带动钻柱下降；

步骤8，顶驱（25）下降至与连续起下钻装置（31）对接的高度位置，顶驱（25）与连续起下钻装置（31）进行下部钻柱的交接，由连续起下钻装置（31）卡持下部钻柱；

步骤9，顶驱（25）松开钻柱，缩回至上部井架（21）侧，然后向上运动；

步骤10，排管机（43）将抓取的管柱伸出至井眼中心线处，与下部钻柱进行对接，连续起下钻装置（31）在卡持钻柱后与上部管柱进行同步下降运动，并进行钻柱的上扣操作，排管机（43）扶持上部钻柱；

步骤11，连续起下钻装置（31）对钻柱的上扣操作完成，排管机（43）移出井眼中心线，另1台排管机（43）抓取对应的动力指梁（44）中的管柱，顶驱（25）伸出卡持整个钻柱；

重复步骤7-步骤11，循环操作，完成连续下钻作业。

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