CN116146151A - 一种钻杆抹油智能装置及其全自动化智能钻井平台系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻杆抹油智能装置及其全自动化智能钻井平台系统，涉及石油钻井设备技术领域，钻杆抹油智能装置包括钻杆抹油模块，钻杆抹油模块包括滑轨；滑轨一侧安装有支撑驱动滚轮机构和液压起翘器，支撑驱动滚轮机构上安装有重力传感器，液压起翘器能够将钻杆抬起并送至支撑驱动滚轮机构上；滑轨上滑动连接有定位滚轮机构、除尘器和喷涂抹油机构；全自动化智能钻井平台系统包括布置在钻杆抹油模块一侧的钻杆运输模块、扳手机器人模块和驱动顶驱模块，可编程PLC自动控制单元控制以上结构智能操作。本发明代替人工完成作业，有效避免了对人工的伤害，在钻井过程中动作快捷、精准高效，既省人工，又增强作业安全性。

Description

一种钻杆抹油智能装置及其全自动化智能钻井平台系统

技术领域

本发明涉及石油钻井设备技术领域，更具体的说是涉及一种钻杆抹油智能装置及其全自动化智能钻井平台系统。

背景技术

目前，在国内石油钻井过程中，钻井平台上存在大量的人工工作，如钻杆在下井前需要人工对钻杆丝扣螺纹除尘抹油。顶驱带动钻杆进行下钻前，钻井平台井筒处需要人工对钻杆进行连接并加以紧固。在地面排列的钻杆通过人工运送到井筒处，将一根重达数吨的钻杆竖立起来，并与上方井架上的顶驱连接，下方与井筒中的钻杆准确连接，人工完成这一操作过程至少需要多人同时操作。

由于钻井平台上方操作空间较小，人工操作不方便，容易发生事故，同时工人作业强度高，整体作业效率低，工作复杂而繁琐。而且，现有技术中虽然有相应的钻杆转运类装置，但是缺少全自动化的钻杆抹油装置，以及配合全自动化抹油的整体转运和钻杆下钻连接的系统。

因此，如何提供一种钻杆抹油智能装置及其全自动化智能钻井平台系统代替传统钻井平台系统，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种钻杆抹油智能装置及其全自动化智能钻井平台系统，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钻杆抹油智能装置，包括钻杆抹油模块，所述钻杆抹油模块包括：

滑轨；所述滑轨一侧安装有支撑驱动滚轮机构和液压起翘器，所述支撑驱动滚轮机构上安装有重力传感器，所述液压起翘器能够将钻杆抬起并送至所述支撑驱动滚轮机构上；所述滑轨上滑动连接有定位滚轮机构、除尘器和喷涂抹油机构；

可编程PLC自动控制单元，所述可编程PLC自动控制单元用于根据所述重力传感器的检测信号，控制所述液压起翘器的抬起和恢复动作，且能够控制所述支撑驱动滚轮机构、所述定位滚轮机构、所述除尘器和所述喷涂抹油机构在所述滑轨上的滑动动作，以及控制所述支撑驱动滚轮机构的转动驱动动作，并配合所述定位滚轮机构实现对所述钻杆的转动导向限位，和控制所述除尘器和所述喷涂抹油机构对所述钻杆的螺纹部进行除尘和喷涂抹油动作。

通过上述技术方案，本发明提供的钻杆抹油智能装置通过重力传感器对支撑驱动滚轮机构上是否有钻杆进行判断，并通过液压起翘器启动将钻杆抬起送至支撑驱动滚轮机构上，同时通过可编程PLC自动控制单元的控制，使得定位滚轮机构、除尘器和喷涂抹油机构配合运行，先除尘然后喷涂抹油，实现自动化的智能抹油控制。

优选的，在上述一种钻杆抹油智能装置中，所述除尘器和所述喷涂抹油机构上均安装有计时传感器。通过设置计时器可以对除尘器和喷涂抹油机构的工作时间进行设定，具有更好的自动控制效果。

优选的，在上述一种钻杆抹油智能装置中，所述液压起翘器为液压缸驱动的杠杆式活动杆体起翘结构。通过液压缸控制抬起和放下的动作，驱动结构结构，且稳定可靠。

优选的，在上述一种钻杆抹油智能装置中，所述支撑驱动滚轮机构、所述定位滚轮机构、所述除尘器和所述喷涂抹油机构均具有与所述滑轨滑动连接的滑动驱动块，所述滑动驱动块内部具有与所述滑轨摩擦配合的电机驱动的滚轮结构。通过电机驱动的滚轮结构与滑轨发生摩擦，使得滑动驱动块可以在轨道上运动，结构简单，且稳定可靠。

优选的，在上述一种钻杆抹油智能装置中，所述支撑驱动滚轮机构、所述定位滚轮机构、所述除尘器和所述喷涂抹油机构均包括通过液压缸驱动的杠杆式活动杆体起翘结构，使其在所述滑轨上滑动或不工作时，将相应的作用部抬起。通过设置液压缸驱动的杠杆式活动杆体起翘结构，使得各机构在不工作或者滑动时，可以抬起，防止与钻杆发生摩擦。

优选的，在上述一种钻杆抹油智能装置中，所述支撑驱动滚轮机构和所述定位滚轮机构均包括并列布置的两个滚轮，所述支撑驱动滚轮机构中的一个所述滚轮通过电机和传动带结构驱动转动。通过设置并列布置的两个滚轮可以使得钻杆被上下夹持在四个滚轮之间，结构简单，且稳定可靠。

本发明还提供了一种全自动化智能钻井平台系统，包括上述的一种钻杆抹油智能装置，所述钻杆抹油模块一侧布置有钻杆运输模块、扳手机器人模块和驱动顶驱模块，所述可编程PLC自动控制单元用于控制所述钻杆运输模块将所述钻杆抹油模块上的所述钻杆运输至所述驱动顶驱模块处，并将所述钻杆顶端与所述驱动顶驱模块的顶驱连接，所述扳手机器人模块将与所述顶驱连接的钻杆底端与井筒中的钻杆顶端连接。

通过上述技术方案，本发明利用钻杆抹油模块、钻杆运输模块、扳手机器人模块和驱动顶驱模块的相互配合，能够完成钻杆的自动清扫抹油，并自动转运安装，代替人工完成作业，有效避免了对人工的伤害，在钻井过程中动作快捷、精准高效，既省人工，又增强作业安全性，本发明有效推动全自动化智能钻井平台的发展，促进我国石油生产的现代化进程。

优选的，在上述一种全自动化智能钻井平台系统中，所述顶驱底端、所述钻杆运输模块的操作手上和所述扳手机器人模块的操作手上均安装有压力传感器。通过压力传感器的感应，能够判断钻杆的有无，进而通过可编程PLC自动控制单元控制各模块进行操控。

优选的，在上述一种全自动化智能钻井平台系统中，所述驱动顶驱模块包括井架，所述顶驱滑动连接在所述井架上，所述顶驱具有电机驱动的齿轮结构，并与所述井架上的齿条啮合，实现上下升降动作。齿轮和齿条的配合结构能够实现简单快速的驱动，且稳定性强。

优选的，在上述一种全自动化智能钻井平台系统中，所述齿条的顶端和底端均安装有限位传感器。通过设置限位传感器能够对顶驱的运动上限和下限进行有效监控。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种钻杆抹油智能装置及其全自动化智能钻井平台系统，具有以下有益效果：

1、本发明提供的全自动化智能钻井平台系统可以大幅提高钻井效率。

2、本发明提供的全自动化智能钻井平台系统在钻井过程中动作快捷、精准高效，既省人工，又增强作业安全性。

3、本发明提供的全自动化智能钻井平台系统可以实现远程控制，无需人工实现全智能化，设备操作简单、可靠、安全。

4、本发明提供的全自动化智能钻井平台系统解决了传统人工钻井现场的环境脏乱差的问题。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的钻杆抹油模块的结构示意图；

图2附图为本发明提供的滑轨的结构示意图；

图3附图为本发明提供的液压起翘器的结构示意图；

图4附图为本发明提供的支撑驱动滚轮机构的结构示意图；

图5附图为本发明提供的定位滚轮机构的结构示意图；

图6附图为本发明提供的除尘器的结构示意图；

图7附图为本发明提供的喷涂抹油机构的结构示意图；

图8附图为本发明提供的全自动化智能钻井平台系统的结构示意图。

其中：

1-钻杆抹油模块；

11-滑轨；12-支撑驱动滚轮机构；13-液压起翘器；14-定位滚轮机构；15-除尘器；16-喷涂抹油机构；17-滑动驱动块；

2-钻杆运输模块；

3-扳手机器人模块；

4-驱动顶驱模块；

41-顶驱；42-井架；43-齿条；

5-钻杆；

51-下部钻杆，52-上部钻杆；

6-井筒。

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做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。

实施例1：

参见附图1，本发明实施例公开了一种钻杆抹油智能装置，包括钻杆抹油模块1，钻杆抹油模块1包括：

滑轨11；滑轨11一侧安装有支撑驱动滚轮机构12和液压起翘器13，支撑驱动滚轮机构12上安装有重力传感器，液压起翘器13能够将钻杆5抬起并送至支撑驱动滚轮机构12上；滑轨11上滑动连接有定位滚轮机构14、除尘器15和喷涂抹油机构16；

可编程PLC自动控制单元，可编程PLC自动控制单元用于根据重力传感器的检测信号，控制液压起翘器13的抬起和恢复动作，且能够控制支撑驱动滚轮机构12、定位滚轮机构14、除尘器15和喷涂抹油机构16在滑轨11上的滑动动作，以及控制支撑驱动滚轮机构12的转动驱动动作，并配合定位滚轮机构14实现对钻杆5的转动导向限位，和控制除尘器15和喷涂抹油机构16对钻杆5的螺纹部进行除尘和喷涂抹油动作。

为了进一步优化上述技术方案，除尘器15和喷涂抹油机构16上均安装有计时传感器。

为了进一步优化上述技术方案，液压起翘器13为液压缸驱动的杠杆式活动杆体起翘结构。

为了进一步优化上述技术方案，支撑驱动滚轮机构12、定位滚轮机构14、除尘器15和喷涂抹油机构16均具有与滑轨11滑动连接的滑动驱动块17，滑动驱动块17内部具有与滑轨11摩擦配合的电机驱动的滚轮结构。

为了进一步优化上述技术方案，支撑驱动滚轮机构12、定位滚轮机构14、除尘器15和喷涂抹油机构16均包括通过液压缸驱动的杠杆式活动杆体起翘结构，使其在滑轨11上滑动或不工作时，将相应的作用部抬起。

为了进一步优化上述技术方案，支撑驱动滚轮机构12和定位滚轮机构14均包括并列布置的两个滚轮，支撑驱动滚轮机构12中的一个滚轮通过电机和传动带结构驱动转动。

参见附图3，液压起翘器13包括一与基座铰接的起翘杆体，基座和起翘杆体之间连接有液压缸，通过液压缸的伸缩控制起翘杆体的起翘动作。

参见附图4，支撑驱动滚轮机构12包括一基座，基座上转动连接有两个并列布置的滚轮，在本实施例中，支撑驱动滚轮机构12中的一个滚轮通过电机和传动带结构驱动转动，实质上，驱动滚轮转动的方式有很多，比如齿轮配合传动结构等，在本实施例中，侧重于支撑驱动滚轮机构12的结构特点，而不是驱动结构的特点，因此在此不再赘述。

参见附图5，定位滚轮机构14安装在滑动驱动块17，滑动驱动块17与滑轨配合滑动，同理，关于滑动驱动块17的驱动部分并不是本发明的重点，因此在此不再赘述。在本实施例中，滑动驱动块17内部具有与滑轨11摩擦配合的电机驱动的滚轮结构，通过滚轮摩擦特性使得滑动驱动块17能够沿着滑轨运动。定位滚轮机构14包括一铰接在滑动驱动块17的连杆，连杆和滑动驱动块17之间连接有液压缸，通过液压缸的伸缩控制连杆的抬起和放下的动作。

参见附图6和附图7，除尘器15和喷涂抹油机构16的滑动结构，以及连杆结构均与图5中的定位滚轮机构14相同，在此不再赘述。为了满足功能需求，除尘器15采用滚动毛刷，当钻杆5转动时即可滚动进行除尘，喷涂抹油机构16采用喷头结构，当钻杆5转动时即可喷涂润滑。

在本实施例中，为了保证结构的稳定性、以及结构的简易性，液压起翘器13、支撑驱动滚轮机构12和定位滚轮机构14的数量均设置为两个。

本实施例的自动抹油工作原理为：

首先，液压起翘器13接收到支撑驱动滚轮机构12上重力传感器的检测信号后，液压起翘器13将钻杆5翘起并滑入支撑驱动滚轮机构12上。完成此动作后，液压起翘器13接收到支撑驱动滚轮机构12上的重力传感器处的反馈信号后，液压起翘器13恢复原状态停止工作。

然后，定位滚轮机构14和除尘器15接收到支撑驱动滚轮机构12处的重力传感器处检测信号后，除尘器15和定位滚轮机构14在滑轨11上滑动，除尘器15对准钻杆5的螺纹、定位滚轮机构14对准钻杆5无螺纹的部分，除尘器15和定位滚轮机构14通过液压装置放置水平，除尘器15与钻杆5的螺纹接触，定位滚轮机构14卡住钻杆5无螺纹的部分，在支撑驱动滚轮机构12的带动下开始清理钻杆5螺纹处灰尘，同时除尘器15上的计时传感器开始计时，当除尘器15上的计时传感器达到设定时间后，定位滚轮机构14和除尘器15停止工作。此时，喷涂抹油机构16接收到除尘器15上的计时传感器信号后，喷涂抹油机构16开始通过滑轨11滑动到钻杆5螺纹处开始喷油，同时喷涂抹油机构16上的计时器传感器开始计时，当喷涂抹油机构16上的计时器传感器达到设定时间后，喷涂抹油机构16停止喷油，并通过滑轨11移动到滑轨11最左侧。

实施例2：

参见附图8，本实施例提供了一种全自动化智能钻井平台系统，包括实施例1中的一种钻杆抹油智能装置，钻杆抹油模块1一侧布置有钻杆运输模块2、扳手机器人模块3和驱动顶驱模块4，可编程PLC自动控制单元用于控制钻杆运输模块2将钻杆抹油模块1上的钻杆5运输至驱动顶驱模块4处，并将钻杆5顶端与驱动顶驱模块4的顶驱41连接，扳手机器人模块3将与顶驱41连接的钻杆5底端与井筒6中的钻杆5顶端连接。

为了进一步优化上述技术方案，顶驱41底端、钻杆运输模块2的操作手上和扳手机器人模块3的操作手上均安装有压力传感器。

为了进一步优化上述技术方案，驱动顶驱模块4包括井架42，顶驱41滑动连接在井架42上，顶驱41具有电机驱动的齿轮结构，并与井架42上的齿条43啮合，实现上下升降动作。

为了进一步优化上述技术方案，齿条43的顶端和底端均安装有限位传感器。

在本实施例中，钻杆运输模块2为常规抓手机器人，扳手机器人模块3为常规的扳手机器人，本发明侧重于智能化的操作流程，钻杆运输模块2和扳手机器人模块3的具体结构并不是本发明的重点，均采用现有技术即可，如六轴机械手结构，在此不再赘述。

本实施例的全自动控制工作原理为：

本实施例的工作原理承接实施例1的工作原理：

抓手机器人接收到喷涂抹油机构16上的计时器传感器信号后，开始工作，抓取抹好油的钻杆5，把抹好油的钻杆5从钻杆抹油模块1上移动至井架4上端与顶驱41连接，连接完毕后，在抓手机器人接收到顶驱41上的压力传感器反馈信号后停止工作。

扳手机器人接收到抓手机器人抓手上压力传感器信号后，扳手机器人开始工作将与顶驱41连接的上部钻杆52与井筒6中的下部钻杆51连接紧固，连接紧固后扳手机器人停止工作。

顶驱41接收到扳手机器人的压力传感器信号后，顶驱41带动钻杆5开始工作，顶驱41沿齿条43在井架42上移动，当顶驱41移动到井架42上底端的限位传感器处后停止移动，此时顶驱41接收到限位传感器的反馈信号并将钻杆5松开拆卸，然后沿齿条43向上移动，当移动到上端的限位传感器处并接收到限位传感器的反馈信号后，顶驱41停止工作。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种钻杆抹油智能装置，其特征在于，包括钻杆抹油模块(1)，所述钻杆抹油模块(1)包括：

滑轨(11)；所述滑轨(11)一侧安装有支撑驱动滚轮机构(12)和液压起翘器(13)，所述支撑驱动滚轮机构(12)上安装有重力传感器，所述液压起翘器(13)能够将钻杆(5)抬起并送至所述支撑驱动滚轮机构(12)上；所述滑轨(11)上滑动连接有定位滚轮机构(14)、除尘器(15)和喷涂抹油机构(16)；

可编程PLC自动控制单元，所述可编程PLC自动控制单元用于根据所述重力传感器的检测信号，控制所述液压起翘器(13)的抬起和恢复动作，且能够控制所述支撑驱动滚轮机构(12)、所述定位滚轮机构(14)、所述除尘器(15)和所述喷涂抹油机构(16)在所述滑轨(11)上的滑动动作，以及控制所述支撑驱动滚轮机构(12)的转动驱动动作，并配合所述定位滚轮机构(14)实现对所述钻杆(5)的转动导向限位，和控制所述除尘器(15)和所述喷涂抹油机构(16)对所述钻杆(5)的螺纹部进行除尘和喷涂抹油动作。

2.根据权利要求1所述的一种钻杆抹油智能装置，其特征在于，所述除尘器(15)和所述喷涂抹油机构(16)上均安装有计时传感器。

3.根据权利要求1所述的一种钻杆抹油智能装置，其特征在于，所述液压起翘器(13)为液压缸驱动的杠杆式活动杆体起翘结构。

4.根据权利要求1所述的一种钻杆抹油智能装置，其特征在于，所述支撑驱动滚轮机构(12)、所述定位滚轮机构(14)、所述除尘器(15)和所述喷涂抹油机构(16)均具有与所述滑轨(11)滑动连接的滑动驱动块(17)，所述滑动驱动块(17)内部具有与所述滑轨(11)摩擦配合的电机驱动的滚轮结构。

5.根据权利要求1所述的一种钻杆抹油智能装置，其特征在于，所述支撑驱动滚轮机构(12)、所述定位滚轮机构(14)、所述除尘器(15)和所述喷涂抹油机构(16)均包括通过液压缸驱动的杠杆式活动杆体起翘结构，使其在所述滑轨(11)上滑动或不工作时，将相应的作用部抬起。

6.根据权利要求1所述的一种钻杆抹油智能装置，其特征在于，所述支撑驱动滚轮机构(12)和所述定位滚轮机构(14)均包括并列布置的两个滚轮，所述支撑驱动滚轮机构(12)中的一个所述滚轮通过电机和传动带结构驱动转动。

7.一种全自动化智能钻井平台系统，其特征在于，包括权利要求1-6中所述的一种钻杆抹油智能装置，所述钻杆抹油模块(1)一侧布置有钻杆运输模块(2)、扳手机器人模块(3)和驱动顶驱模块(4)，所述可编程PLC自动控制单元用于控制所述钻杆运输模块(2)将所述钻杆抹油模块(1)上的所述钻杆(5)运输至所述驱动顶驱模块(4)处，并将所述钻杆(5)顶端与所述驱动顶驱模块(4)的顶驱(41)连接，所述扳手机器人模块(3)将与所述顶驱(41)连接的钻杆(5)底端与井筒(6)中的钻杆(5)顶端连接。

8.根据权利要求7所述的一种全自动化智能钻井平台系统，其特征在于，所述顶驱(41)底端、所述钻杆运输模块(2)的操作手上和所述扳手机器人模块(3)的操作手上均安装有压力传感器。

9.根据权利要求7所述的一种全自动化智能钻井平台系统，其特征在于，所述驱动顶驱模块(4)包括井架(42)，所述顶驱(41)滑动连接在所述井架(42)上，所述顶驱(41)具有电机驱动的齿轮结构，并与所述井架(42)上的齿条(43)啮合，实现上下升降动作。

10.根据权利要求9所述的一种全自动化智能钻井平台系统，其特征在于，所述齿条(43)的顶端和底端均安装有限位传感器。

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