CN201354585Y - 钻杆自动排放立柱驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了钻杆自动排放立柱驱动装置，用在石油工业的海上石油钻井平台钻杆自动排放操作。在立柱的顶部和底部各有一个结构基本相同的立柱驱动小车，液压马达驱动顶部小车与底部小车在轨道上运动可使得立柱系统沿轨道方向移动，液压缸驱动活塞杆及与之固联的齿条，从而使齿轮和立柱旋转。驱动立柱移动可实现钻杆立根沿排放架纵向移动，通过立柱回转可使钻杆立根面向井口或者面向排放架。本实用新型可用于双井架半潜式钻井平台或钻井船甲板钻杆自动排放系统，系统能在一人操控下，实现提升下放钻杆或使钻杆远离或靠近立柱。

Description

钻杆自动排放立柱驱动装置

技术领域：

本实用新型涉及一种海上石油钻井平台钻杆自动排放系统立柱动力驱动装置。

技术背景：

目前海上石油钻井越来越受到人们的重视，海上石油钻井是将钻机安装在钻井平台或钻井船上。钻井前，通常钻杆(包括其它钻具)是摆放在甲板上，钻井过程中首先需要将钻杆从甲板移送到井架中的排放架(立根盒)内，然后还要将钻杆从排放架移送到井口进行各种钻井工序操作，或反向顺序将钻杆从井口移送到排放架进而最后再送回到甲板上。这个过程称为钻杆排放操作或称管子处理。传统钻井作业中，钻杆排放操作需要多人合作共同完成，该操作特点是具有危险性，任何一人操作失误，都可能导致其他人员受到伤害并严重影响钻井工序及效率。

在海上常遇风浪，工作环境恶劣，安全情况更为突出。同时，海上钻井作业成本很高，因此，探索使钻杆操作机械化，进而实现钻井过程中的钻杆自动化操作，避免人与钻杆的直接接触，加快钻井速度，缩短钻井周期显得尤为重要。

钻杆自动排放立柱驱动装置是钻杆自动排放系统的重要组成部分，立柱是钻杆自动排放的核心承载部件，为将钻杆立根运送到所需的位置，立柱也必须做必要的位置变化，立柱的运动形式有绕自身的转动和在钻井平台上的纵横向移动。国外对钻杆自动排放立柱驱动装置的研究历经了从无立柱到有立柱的一个过程。早期的钻杆自动排放系统没有专门设计立柱，机械手臂是安装在井架上，从而在井口与立根盒之间移送钻杆；后来又在井架下方安装另外一个机械手臂，上下机械手臂共同在井口与立根盒之间移送钻杆，没有立柱的钻杆自动排放系统自动化程度低、操作范围小、承载能力差。目前一般是将机械手臂安装在专门的可移动立柱上，采用扭动一旋转装置来自动地完成钻杆操作，它就像是一个非常高大的“人”，其手臂能抓住钻杆，扭转钻杆。初期的立柱没有涉及移动功能，仅能向左向右转动把钻杆立根从井口移动到排放架上，这样的立柱可操作范围小，排放架容量小。目前立柱通常设计移动功能，大部分立柱整体直线驱动装置设计在立柱底部，而立柱顶部仅有滑轨，该种驱动方式尽管结构简单，但由于顶部无驱动力，会造成直线运动不稳定，而部分顶部有驱动力的立柱驱动装置也存在驱动方式复杂、传动效率低下等缺陷。而国内在这方面的研究几乎是空白。

技术内容：

本实用新型所要解决的技术问题就是要研制一种钻杆自动排放立柱动力驱动小车，实现钻杆立根在井口与排放架之间的自动移送操作。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：钻杆自动排放立柱驱动装置按驱动立柱沿轨道移动及驱动立柱绕自身轴线转动两部分设计为立柱移动驱动装置和立柱转动驱动装置。

立柱移动驱动装置由顶部小车和底部小车构成。从立柱移动驱动装置的构成来看，底部小车与顶部小车的构件组成、工作原理完全相同，只是小车整体安装方向、部分构件具体结构形状及构件位置略有不同。底部小车与顶部小车上下方向整体相反安装，顶部小车左右完全对称，液压马达与蜗轮蜗杆位于左右对称线上；而底部小车液压马达与蜗轮蜗杆位于左右对称线的右侧。顶部小车与底部小车同步驱动，分别安装在立柱上下。在顶部小车或底部小车中，液压马达与蜗杆同轴固联，液压马达驱动蜗轮蜗杆机构，蜗轮轴上左右两侧各固联着一个锥齿轮，蜗轮蜗杆减速后驱动锥齿轮机构转动，两个锥齿轮的输出轴各又固联一个圆柱齿轮，圆柱齿轮与固定在轨道上的齿条啮合，左右两套齿轮齿条机构可以同时驱动底部小车与顶部小车沿轨道移动，以实现不同的排放架位置。利用蜗轮蜗杆的自锁功能，防止在停止驱动时，顶部小车与底部小车机构沿轨道移动。顶部小车和底部小车通过滚轮分别安装在二层平台滑轨与钻台滑轨上，二层平台滑轨与井架固联，钻台滑轨与钻台固联，轨道形状为平面直轨。通过安装在驱动装置上的位置传感器实时检测，液压马达伺服驱动以达到顶部小车与底部小车同步驱动。

立柱转动驱动装置安装在底部小车箱体内部，位于底部移动驱动装置之上，整个立柱转动驱动装置以底部小车本体为机架，采用两个串接在一起的液压缸同步动作作为原动力，液压缸本体固定在底部小车本体上，两个液压缸中间设计有齿条，齿条两端分别与两液压缸的活塞杆相连。立柱底端的齿轮与立柱固联，并与齿条啮合。液压缸驱动活塞杆，齿条随之运动，从而使齿轮和立柱旋转，旋转角度为180°。

本实用新型由于设计了顶部小车和底部小车，底部小车与顶部小车上的液压马达驱动蜗轮蜗杆机构，从而带动齿轮齿条机构最后驱动底部小车与顶部小车沿轨道移动，达到不同的排放架位置。安装在底部小车上的立柱转动驱动装置，采用两个串接在一起的液压缸同步动作作为原动力，两个液压缸的活塞杆同时连接一根齿条，该齿条与装在立柱底端的齿轮啮合，两液压缸的活塞杆相连。

附图说明：

图1是顶部小车结构示意图。

图2是底部小车结构示意图(侧视)。

图3是底部小车结构示意图(俯视)。

图中，1.圆柱齿轮，2.齿条，3.滚轮，4.顶部轨道，5.圆锥齿轮机构，6.蜗杆，7.蜗轮，8.立柱，9.顶部小车本体，10.顶部液压马达，11.底部液压马达，12.蜗杆，13.蜗轮，14.圆柱齿轮，15.齿条，16.底部轨道，17.滚轮，18.圆锥齿轮，19.液压缸，20.齿条，21.圆柱齿轮，22.底部小车本体，23.液压缸。

具体实施方式：

下面结合附图来详细描述本实用新型。

如图1所示，顶部小车两套相同的传动机构左右对称布置，液压马达10驱动蜗轮7蜗杆6机构，由蜗轮轴驱动锥齿轮机构5转动，进而驱动齿轮1与固定在轨道4上的齿条2啮合，使得整个顶部小车机构通过滚轮3在轨道4滚动，实现顶部小车移动，以便实现不同的排放架位置。

如图2及图3所示，底部小车用以驱动立柱移动的装置其组成与工作原理与顶部小车相同，底部小车两套相同的传动机构左右对称布置，液压马达11驱动蜗轮13蜗杆12机构，由蜗轮轴驱动锥齿轮机构18转动，进而驱动齿轮14与固定在轨道16上的齿条15啮合，使得整个底部小车机构通过滚轮17在轨道16上滚动，实现底部小车移动，以便实现不同的排放架位置，顶部小车与底部小车需同步驱动。顶部小车与底部小车驱动立柱移动可实现钻杆立根沿排放架纵向移动，以便将立根放入架内不同位置，特别适合双井架排放架。

立柱转动驱动装置安装在底部小车上，如图3所示，液压缸19、23同步驱动齿条20直线运动，齿条20驱动齿轮21转动，从而使与齿轮固联的立柱8旋转。立柱转动驱动装置可实现钻杆立根回转180°，以便面向井口或旋转面向立根盒。

本实用新型可用于双井架半潜式钻井平台或钻井船甲板钻杆自动排放系统，该系统能够在一人的遥控下，不需要人与钻管柱的直接接触来完成钻杆立根沿排放架纵向移动或绕立柱回转，可显著提高钻井过程中的安全性，且节约时间，缩短钻井周期，减轻钻井工人的劳动强度和减少用工数量，降低钻井成本。

Claims (1)

1.一种钻杆自动排放立柱驱动装置，包括立柱移动驱动装置和立柱转动驱动装置，其特征是，立柱移动驱动装置由安装于立柱顶部的顶部小车及安装于立柱底部的底部小车构成，两个小车的构件组成及工作原理结构相同，液压马达与蜗杆同轴固联，液压马达驱动蜗轮蜗杆机构，蜗轮轴上左右两侧各固联一个锥齿轮，蜗轮蜗杆减速后驱动锥齿轮机构转动，两个锥齿轮的输出轴各又固联一个圆柱齿轮，圆柱齿轮与固定在轨道上的齿条啮合，左右两套齿轮齿条机构可以同时驱动顶部小车与底部小车沿轨道移动，以实现不同的排放架位置；立柱转动驱动装置安装在底部小车箱体内部，位于底部移动驱动装置上，整个立柱转动驱动装置以底部小车本体为机架，采用两个串接在一起的液压缸同步动作作为原动力，液压缸本体固定在底部小车本体上，两个液压缸中间设计有齿条，齿条两端分别与两液压缸的活塞杆相连接，立柱底端固联齿轮并与齿条啮合，液压缸驱动活塞杆，齿条随之运动，从而带动齿轮和立柱旋转，旋转角度为180°。

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