CN116122752A - 一种自动化钻杆排放装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化钻杆排放装置，通过安装在钻机前方的翻转支架总成将地面钻杆由水平位置快速地竖立至钻台前端，使用安装在井架前开口处上下、左右滑行和回转的排管机械手将首个钻杆逐步上提，并通过安装在钻台上的铁钻工与下一个钻杆进行旋扣对接后形成钻杆立根，机械手可将钻杆柱自行排放至二层台钻杆指梁中，也可将钻杆立根输送至井口位置，并使钻杆立根与游吊设备中的顶驱对接后进行钻井作业，排管机械手通过机械手提升系统进行提升或下降；从而实现钻杆从地面排管架至钻台的自动化输送、钻杆立根的自动化建立和排放以及钻杆立根在井口与二层台钻杆排放指梁处自动化传输换位，由此大幅提升了钻井效率、降低了钻井成本。

Description

一种自动化钻杆排放装置

技术领域

本发明属于石油钻井装备技术领域，涉及一种自动化钻杆排放装置。

背景技术

石油钻机钻杆从地面排管架输送至钻台面的过程和在钻台建立根作业的传统方法是：利用台面风动绞车所带的吊卡将单根钻杆从猫道沿大门坡道拖拽上钻台，并将首个钻杆放在小鼠洞内，再依靠风动小绞车将下一个钻杆拽上钻台，最后用液压大钳将鼠洞钻杆上端接头与第二个钻杆下端接头旋扣对接为1个双单根钻杆立柱，依次重复建立三单根钻杆立根或四单根钻杆立根，建好的立根通过人工排放到二层台钻杆指梁内。上述的钻杆上钻台和接立根过程中存在以下缺点：(1)钻杆需通过猫道和坡道才能将地面排管架上的水平放置的钻杆输送至钻台，输送过程繁杂，危险因素多；(2)钻杆上、下钻台时其接头端部在地面猫道，大门坡道上滑行易出现磨损和磕碰，导致钻杆端部螺栓受损影响使用；(3)风动绞车将钻杆输送至后，需用井口处游吊设备26中的顶驱与钻台上铁钻工配焊建立钻杆立根，再通过人力将井口处的钻杆立根排放至二层台指梁中，劳动需要多人配合才能完成，作业效率低，工人劳动强度较大；(4)钻杆立根在井架1至二层台指梁排放位置至井口位置输送同样也要借助人力完成，作业环境差，输送效率低，同时存在大量的作业风险。研发一种可将地面排管架上的钻杆批量输送至钻台，并自行建立钻杆立根和自动化排放同时，同时具备钻杆立根在井口与二层台钻杆指梁处自动化传输换位具有大幅提升了钻井效率、降低了钻井成本、减轻了人员的劳动强度等优点，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动化钻杆排放装置，提升了钻井效率、降低了钻井成本、减轻了人员的劳动强度，避免了人员的作业风险。

本发明所采用的技术方案是，一种自动化钻杆排放装置，钻机本体，包括钻机底座和垂直设置于钻机底座上的井架，井架顶部设有天车，安装于钻机前方的钻杆翻转支架总成，所述钻杆翻转支架总成包括外支架，外支架内嵌有内支架，内支架一端与外支架通过转轴连接，所述内支架两侧连接有翻转油缸，翻转油缸另一端与外支架铰接，且翻转油缸与内支架和外支架呈斜角连接；

还包括井架上的排管机械手，排管机械手通过滑动架连接有升降横梁，所述井架沿井架长度方向两侧分别安装有两个相互平行的导轨，升降横梁设于两个导轨之间，升降横梁两端开设有与导轨配合的滑槽；

还包括机械手提升系统，包括设置于钻机底座上的提升绞车，提升绞车连接有钢丝绳，井架顶部固定有滑轮组，钢丝绳绕滑轮组连接升降横梁。

本发明的特点还在于：

其中外支架和内支架均为U型框架，内支架嵌入外支架内通过转轴与外支架活动连接，内支架内设有U型槽，所述U型槽两侧设有弹簧片；

其中内支架底部外侧靠近钻机底座的一端连接有支撑板，支撑板与内支架垂直；

其中内支架底部安装有推管装置，推管装置为液缸驱动，推管装置为剪刀叉结构嵌入内支架内；

其中滑动架通过滚轮架设于升降横梁下方，升降横梁底部沿横梁轴线设置有与滚轮配合的滑道；

其中滑轮组为沿升降横梁运动方向串联的两个滑轮，其中一个所述滑轮固定于天车上，所述滑轮组为两组设置，分别位于天车两端，钢丝绳绕两组滑轮组连接升降横梁两端；天车左右两侧设置了2套定滑轮组，升降横梁上平面左右两边各安装有1个滑轮，钢丝绳末端固定在井架耳板上，钢丝绳通过滑轮组导向与缠绕与升降横梁连接。

其中钻机底座立根区上部靠近外支架一端安装有卡瓦支撑盘总成，所述卡瓦支撑盘总成包括固定于钻机底座表面的卡瓦支撑盘，卡瓦支撑盘指向外支架一端开有豁口，卡瓦支撑盘内嵌有卡瓦，卡瓦为两半的对开式结构；

其中钻机底座立根区下部沿井架轴向依次安装两组推管装置A，其中第一组位于钻机底座立根区下表面，另外一组位于靠近地面的连接架上，所述推管装置A包括油缸，油缸连接有摆臂；

其中井架靠近顶部一侧连接有二层台，二层台上均匀设有多个钻杆指梁，二层台靠近井架的一端为开口；

其中多个所述钻杆指梁均匀纵向布置于二层台上。

本发明的有益效果是：

本发明通过安装在钻机前方的翻转支架总成将地面排管架上放置的多个钻杆由水平位置快速地竖立至钻台前端，再使用安装在井架前开口处沿轨道上下、左右滑行和回转的排管机械手将首个钻杆夹持后逐步上提，并通过安装在钻台上的铁钻工与下一个钻杆进行旋扣对接后形成钻杆立根，机械手可将建立的钻杆柱自行排放至二层台钻杆指梁中，也可将钻杆立根直接输送至井口位置或将二层台钻杆指梁处排放的钻杆立根输送至井口位置，并使钻杆立根与游吊设备中顶驱对接后进行钻井作业。排管机械手通过机械手提升系统进行提升或下降。钻机从井下提升钻杆时，排管机械手夹持井口处钻杆立根后可将其直接排放在二层台钻杆指梁中或将钻杆逐一放回至直立状态的翻转支架总成中，再通过翻转支架总成将钻杆放回水平位置，并退回至地面排管架中，从而实现钻杆从地面排管架至钻台的自动化输送、钻杆立根的自动化建立和排放以及钻杆立根在井口与二层台钻杆排放指梁处自动化传输换位，由此大幅提升了钻井效率、降低了钻井成本、减轻了人员的劳动强度，避免了人员的作业风险。

附图说明

图1是本发明一种自动化钻杆排放装置的侧面结构示意图；

图2是本发明一种自动化钻杆排放装置的正面结构示意图；

图3是本发明一种自动化钻杆排放装置的俯视结构示意图；

图4是本发明图1中的A-A剖视图；

图5是本发明一种自动化钻杆排放装置中翻转支架总成翻转后侧面结构示意图；

图6是本发明一种自动化钻杆排放装置天车5部位的俯视结构示意图；

图7是本发明图2中的B-B剖视图；

图8是本发明一种自动化钻杆排放装置翻转支架总成的正面结构示意图；

图9是本发明一种自动化钻杆排放装置翻转支架总成的俯视结构示意图；侧面结构示意图

图10是发明一种自动化钻杆排放装置翻转支架总成的侧面结构示意图；

图11是本发明一种自动化钻杆排放装置的推管装置推出钻杆作业的正面结构示意图。

图中，1.井架，2.提升绞车，3.底座，4.钻杆立根，5.天车，6.滑轮组， 7.钢丝绳，8.滑轮，9.升降横梁，10.滑动架，11.排管机械手，12.二层台，13. 导轨，14.铁钻工，15.卡瓦支撑盘，16.卡瓦，17.钻杆，18.内支架，19.外支架，20.翻转油缸，21.钻杆排管架，22.转轴，23.推管装置，24.支撑板，25. 推管装置A，26.游吊设备，27.钻杆指梁，28.弹簧片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种自动化钻杆排放装置，如图1～图4所示，其包括安装在钻机前方的钻杆翻转支架总成、安装在井架1前开口处可沿轨道上下、左右滑行和回转的钻杆排放机械手11、机械手提升系统、机械手上下滑行的导轨13、升降横梁9、安装在升降横梁9上的提升滑轮组8、以及安装在钻台上用于钻杆对接的铁钻工14、安装在钻台立根区前端支撑卡瓦总成、安装在钻机底座3上的推管装置A25；

如图5、图8、图9、图10和图11所示，钻杆翻转支架总成由内支架 18，外支架19，翻转油缸20，转轴22，推管装置23和支撑板24、弹簧片 28等组成；其中外支架19为U型的框架，开口朝上，放置于地面上；内支架18同为U型的框架，安装在外支架中；内支架18U型的框架中部为U型槽，可以放置单列多层的钻杆17，内支架18U型槽两侧设有弹簧片28，可对放置在U型槽中的钻杆17进行定位和固定，并可对在U型槽中下落的钻杆17进行缓冲避免刚性冲击；内支架18底部安装有液缸推动呈剪刀叉结构的推管装置23，可将U型槽中的钻杆推出；U型支架靠近钻机一端安装有支撑板24；内支架18下端与外支架19通过转轴22铰接，内支架18上端放置在外支架19的横梁上；翻转油缸20上端用销轴与内支架18上缘横梁上耳座连接，翻转油缸20下端与外支架19底部横撑上耳座连接。内支架18 以转轴22为支点和回转中心，在翻转油缸20的推动下，可在外支架19内进行水平到直立位置的旋转；

如图1和图2所示，排管机械手11安装在滑动架10上，再将滑动架10 安装在升降横梁9上，滑动架10随同排管机械手11可沿升降横梁9长度方向(井架1的左右方向)进行滑行，排管机械手11能在能在滑动架10上进行回转；井架1前开口处安装有对升降横梁9上下滑行进行导向的导轨13；

如图2、图6和图7所示，机械手提升系统由安装在钻台上的提升绞车 2、安装在天车5上和升降横梁9上的提升滑轮组6和8，提升钢丝绳7组成。提升滑轮组6和8以井口中心为对称轴线，左右两侧呈对称布置，用以保证升降横梁9横梁提升时左右两端受力平衡和上下滑行平稳。机械手提升系统通过提升绞车2的动力，可带动升降横梁9和安装在升降横梁上的排管机械手11一起上下滑行。

如图2、图3和图5所示，在钻台立根区前端安装了卡瓦支撑盘总成，由卡瓦支撑盘15和卡瓦16组成，卡瓦支撑盘15朝翻转支架总成的方向开有豁口，钻杆17可通过豁口从钻台前侧进入卡瓦支撑盘15中心位置，卡瓦 16为两半的对开式结构。

如图5所示，钻机底座3立根区下部安装了2套摆臂式的推管装置Ⅱ25，推管装置Ⅱ25由摆臂和油缸组成，其中1组推管装置Ⅱ25安装在钻台立根区的下表面处，另一组推管装置Ⅱ25安装在靠近地面的连接架上，2组推管装置Ⅱ25可将位于卡瓦支撑盘15中心位置的钻杆17推至处于直立状态内置架18中间的U型槽中。

如图7所示，安装在井架1的上二层台12钻杆指梁27纵向布置，开口朝钻机后方(钻机主绞车4方向)，方便排管机械手11将钻杆立根4排放在钻杆指梁27中或从钻杆指梁27中取出。

本发明一种石油钻机的自动化钻杆排放装置工作原理是：

当钻机需要建立钻杆立根4时，水平放置在地面排管架11上的多个单根钻杆17滚入翻转支架总成的内支架18中部的U型槽中，U型槽两侧的弹簧片28可对下落的钻杆进行缓冲避免刚性冲击，钻杆17落放到位后可被弹簧片28定位和固定。内支架中部的U型槽中落入一定数量的单根钻杆17 并被弹簧片28定位和固定后，内支架18及其U型槽内钻杆整体以转轴22 为支点和回转中心，在翻转油缸20的推动下，在外支架内19内转至直立位置，安装在内支架18底端的支撑板24对钻杆17下端进行支撑避免下滑。钻杆17立起后，在推管装置Ⅱ25推动下，将内支架19U型槽中最外侧的1根钻杆推出并经过卡瓦支撑盘15豁口进入卡瓦支撑盘15中心位置，在提升绞车2带动下，排管机械手11下降至该钻杆17上端位置并对钻杆进行夹持，完成后上提钻杆17至钻台上方，推管装置Ⅱ23继续推动将第2根钻杆推至卡瓦支撑盘15中心位置，闭合两半对开式结构的卡瓦16，可将第2 根钻杆17固定在卡瓦支撑盘15中心位置处，排管机械手11下滑，并将所夹持钻杆17下端接头与卡瓦支撑盘15中心位置钻杆17的上端接头对接，再通过钻台上的铁钻工14将两个钻杆进行旋扣对接为一个双单根钻杆立根 4，依次重复建立三单根钻杆立根4或四单根钻杆立根4。立根4建立完成后，通过排管机械手11上下、左右滑行和回转，调整位置合适后，将夹持的钻杆立根4排放至二层台12纵向布置的钻杆指梁27中，钻杆立根4的自动化建立完成。钻杆立根4的拆解及到地面排管架退回过程与钻杆立根4建立步骤和流程相反。

排管机械手11可将建好的钻杆立根4直接传输至井口位置进行钻井作业，其工作过程和方法为：排管机械手11夹持建好的钻杆立根4，并经上下、左右滑行和回转调整位置后，将钻杆立根4输送至井口位置，并使钻杆立根 4上端接头与游吊设备26中的顶驱对接，游吊设备26中的顶驱对接钻杆立根4后，再下落游吊设备26中的顶驱，将游吊设备26中的顶驱对接的钻杆立根4最下端接头与井口内立根的最上端接头用铁钻工14旋扣对接形成钻井立根进行钻井作业。从井口提出的钻杆立根4直接退放至地面钻杆排管架 21的过程为上述步骤和流程的逆过程。

排管机械手11可将二层台12钻杆排放指梁27向井口传输钻杆立根4 进行钻井作业，其工作过程和方法为：钻杆排放机械手11夹持二层台12钻杆指梁27内排放的钻杆立根4后，经过上下、左右滑行和回转调整位置后，直接将钻杆立根4输送至井口位置，并使钻杆立根4上端接头与游吊设备26 中的顶驱对接，游吊设备26中的顶驱对接钻杆立根4后，再下落游吊设备 26中的顶驱，将游吊设备26中的顶驱对接的钻杆立根4最下端接头与井口内立根的最上端接头用铁钻工14旋扣对接形成钻井立根进行钻井作业，就此完成了钻杆立根4从二层台12钻杆指梁27至井口位置的自动化输送。从井口提出的钻杆立根4向二层台12钻杆指梁27传输及排放的过程为上述步骤和流程的逆过程。

本发明一种石油钻机的自动化钻杆排放装置的工作流程是：

钻机建立钻杆立根4时，水平放置在地面排管架11上的多个单根钻杆 17滚入翻转支架总成的内支架18中部的U型槽中，安装在U型槽两侧的弹簧片28可对落放的钻杆17进行定位和固定。在翻转油缸20的推动下，内支架18及其U型槽内钻杆17整体以转轴22为支点和回转中心在外支架内19内转至直立位置，内支架18底端的支撑板24可对钻杆17下端进行支撑避免下滑。钻杆17立起后，在推管装置Ⅱ25推动下，将内支架19U型槽中最外侧的1根钻杆推出并经过卡瓦支撑盘15豁口进入卡瓦支撑盘15中心位置，在提升绞车2带动下，排管机械手11下降至该钻杆17上端位置并对钻杆进行夹持，完成后上提钻杆17至钻台上方，推管装置Ⅱ23继续推动将第2根钻杆推至卡瓦支撑盘15中心位置，闭合两半对开式结构的卡瓦16，将第2根钻杆17固定在卡瓦支撑盘15中心位置处，排管机械手11下滑，并将所夹持钻杆17下端接头与卡瓦支撑盘15中心位置钻杆17的上端接头对接，再通过钻台上的铁钻工14将两个钻杆进行旋扣对接为一个双单根钻杆立根4，依次重复建立三单根钻杆立根4或四单根钻杆立根4。立根4建立完成后，排管机械手11将夹持的钻杆立根4排放至二层台12纵向布置的钻杆指梁27中，钻杆立根4的自动化建立完成。钻杆立根4的拆解及到地面排管架退回过程与钻杆立根4建立步骤和流程相反。

排管机械手11可将建好的钻杆立根4直接传输至井口位置进行钻井作业，其工作过程和方法为：排管机械手11夹持建好的钻杆立根4，并将其直接输送至井口位置与游吊设备26中的顶驱对接，游吊设备26中的顶驱对接钻杆立根4后，再将该钻杆立根4与井口内立根用铁钻工14旋扣对接形成钻井立根进行钻井作业。从井口提出的钻杆立根4直接退放至地面钻杆排管架21的过程为上述步骤和流程的逆过程。

钻机从二层台12钻杆排放指梁27向井口传输钻杆立根4进行钻井作业，其工作过程和方法为：钻杆排放机械手11夹持二层台12钻杆指梁27内排放的钻杆立根4后，其直接输送至井口位置与游吊设备26中的顶驱对接，游吊设备26中的顶驱对接钻杆立根4后，再将该钻杆立根4与井口内立根用铁钻工14旋扣对接形成钻井立根进行钻井作业，以此就完成了钻杆立根4 从二层台12钻杆指梁27至井口位置的自动化输送。从井口提出的钻杆立根 4向二层台12钻杆指梁27传输及排放的过程为上述步骤和流程的逆过程。

Claims (8)

1.一种自动化钻杆排放装置，钻机本体，包括钻机底座(3)和垂直安装于钻机底座(3)上的井架(1)，井架(1)顶部设有天车(5)，其特征在于，包括安装于钻机前方的钻杆翻转支架总成，所述钻杆翻转支架总成包括外支架(19)，外支架(19)内嵌有内支架(18)，内支架(18)一端与外支架(19)通过转轴(22)连接，所述内支架(18)两侧连接有翻转油缸(20)，翻转油缸(20)另一端与外支架(19)铰接，且翻转油缸(20)与内支架(18)和外支架(19)呈斜角连接；

还包括井架(1)上的排管机械手(11)，排管机械手(11)通过滑动架(10)与升降横梁(9)连接，所述井架(1)沿井架(1)长度方向两侧分别安装有两个相互平行的导轨(13)，升降横梁(9)设于两个导轨(13)之间，升降横梁(9)两端开设有与导轨(13)配合的滑槽；

还包括机械手提升系统，包括设置于钻机底座(3)上的提升绞车(2)，提升绞车(2)配有钢丝绳(7)，天车(5)两侧设置了2套定滑轮组(6)，升降横梁(9)上平面两侧各安装有1个滑轮(8)，钢丝绳(7)末端固定在井架耳板上，钢丝绳(7)通过滑轮组(6)和滑轮(8)导向与缠绕与升降横梁(9)连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动化钻杆排放装置，其特征在于，所述外支架(19)和内支架(18)均为U型框架，内支架(18)闭口端嵌入外支架(19)内通过转轴(22)与外支架(19)活动连接，内支架(18)内设有U型槽，所述U型槽两侧设有弹簧片(28)。

3.根据权利要求2所述的一种自动化钻杆排放装置，其特征在于，所述内支架(18)底部外侧靠近钻机底座(3)的一端连接有支撑板(24)，支撑板(24)与内支架(18)垂直。

4.根据权利要求2所述的一种自动化钻杆排放装置，其特征在于，所述内支架(18)底部安装有推管装置(23)，推管装置(23)为液缸驱动，推管装置(23)为剪刀叉结构嵌入内支架(18)内。

5.根据权利要求1所述的一种自动化钻杆排放装置，其特征在于，所述滑动架(10)通过滚轮架设于升降横梁(9)下方，升降横梁(9)底部沿横梁(9)轴线设置有与滚轮配合的滑道。

6.根据权利要求1所述的一种自动化钻杆排放装置，其特征在于，所述钻机底座(3)立根区上部靠近外支架(19)一端安装有卡瓦支撑盘总成，所述卡瓦支撑盘总成包括固定于钻机底座(3)表面的卡瓦支撑盘(15)，卡瓦支撑盘(15)指向外支架(19)一端开有豁口，卡瓦支撑盘(15)内嵌有卡瓦(16)，卡瓦(16)为两半的对开式结构。

7.根据权利要求1所述的一种自动化钻杆排放装置，其特征在于，所述钻机底座(3)立根区下部沿井架(1)轴向依次安装两组推管装置A(25)，其中第一组位于钻机底座(3)立根区下表面，另外一组位于靠近地面的连接架上，所述推管装置A(25)包括油缸，油缸连接有摆臂。

8.根据权利要求1所述的一种自动化钻杆排放装置，其特征在于，所述井架(1)靠近顶部一侧连接有二层台(12)，二层台(12)上均匀设有多个钻杆指梁(27)，所述钻杆指梁(27)靠近井架(1)的一端为开口。

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