CN214365932U - 一种紧凑型高效作业钻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种紧凑型高效作业钻机，其主要包括底座、安装在底座上的井架、铁钻工、钻台机械手；安装在井架上的顶驱、多功能机械手、动力指梁，安装在地面的动力猫道，安装在顶驱上的吊卡。本实用新型的钻机和配套的起钻、下钻方法在井口和立根盒区实现立根的高效竖直移运，提高起下钻的效率，降低井下安全事故发生的风险；并且提供对应的方法在钻井作业过程中，实现离线接卸立根，减少钻井过程中的准备时间，提高钻井作业效率，降低油田开发成本。

Description

一种紧凑型高效作业钻机

技术领域

本实用新型涉及石油和天然气钻采设备和技术领域，具体是一种高效、离线作业钻机，特别适用于陆地石油和天然气开采的装备。

背景技术

随着钻机技术的进步，钻机领域的设计和制造技术提到了很大的提高，研发速度也得到了提升，并朝系列化、标准化、多样化发展，钻机性能也有了长足的进步，同时，随着现场作业工艺、作业流程的复杂化，以及对于安全、效率越来越重视，钻井作业对于自动化的要求越来越高，如何保证整个钻井系统的安全、可靠和高效成为关键。

现在陆地钻机主要采用下面的钻井作业和管柱处理过程：首先，专用车辆将钻具运输至井场，采用现场吊车将管具吊至管排架上；然后，工人操作动力猫道从管排架上抓取管具，通过动力猫道将管具移运至钻台面上；接着，司钻操作液压吊卡抓取钻台面上的管具并通过顶驱提起，当管具下部接头离开动力猫道时，由钻工通过辅助工具或钻台扶正臂使管具下放至井口中，并在井口由钻工扶正；最后，通过钻台面上的铁钻工将新的管柱与井口的管柱连接。上述操作需要2-3名工人配合操作，同时在接卸管柱立根时占用井口，钻井作业效率低、安全性差。

在井口起钻作业时，首先，由顶驱提起井口立柱至高位，将井口立柱坐在卡瓦上；接着，铁钻工伸至至井口位置将井口立柱卸开；然后，立根下端由钻工或钻台机械手排至立根盒区；最后，立根上端由顶驱交接给井架工或多功能机械手，井架工或多功能机械手将立根排到立根盒区。在立根下端从井口排至立根盒区时，立根一直占用井口位置，大大降低起下钻的效率，增加井下安全事故的发生概率。下钻过程与起钻过程相反，也存在类似的问题。

在本领域的惯用术语中钻杆是单根钻杆，立根是若干个钻杆（通常为2至4根）接合在一形成的较长的杆件，立柱是由多根钻杆连接在一起放入井下的管具（或钻杆和钻铤的组合，也可能是多根套管）（依据连接钻杆的数量，其长度可以从数十米直至数千米）。其中，立柱在脱扣后分离下来的数根连接的钻杆即为立根。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种高效、作业钻机，在井口和立根盒区实现立根的高效竖直移运，提高起下钻的效率，降低井下安全事故发生的风险；并且其还能够用于离线接卸立根，减少钻井过程中的准备时间，提高钻井作业效率，降低油田开发成本。

本实用新型的技术方案如下：

一种高效作业钻机，包括底座、安装在底座上的井架、铁钻工和动力卡瓦，还包括，

安装在底座上的钻台机械手；

安装在井架上的顶驱、动力指梁平台和多功能机械手；

安装在所述顶驱上的吊卡；

所述吊卡配置为能够在竖着方向上倾摆；

所述底座上表面与动力指梁垂直对应的区域设置有立根盒区；

所述多功能机械手包括钳头和带动所述钳头运动的传动机构，所述钳头配置为用于夹持/扶持立根的上部，所述传动机构包括：安装在井架正面或侧面的滑移导轨，安装在所述滑移导轨上并能够沿其上下滑动的滑移机构，安装在所述滑移机构上的第一变幅机构，所述第一变幅机构能够向外展开，安装在第一变幅机构端部的回转减速机和回转支座，和安装在所述回转支座上的第二变幅机构，其能够由回转减速机带动转动，所述钳头安装在所述第二变幅机构的端部；

所述钻台机械手配置为用于夹持/扶持立根的下部，并与所述钳头配合带动立根在井口位置和立根盒区区之间运动；

所述钳头和所述钻台机械手之一对立根进行夹持，而另一个对该立根扶持。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型及其实施例的优点如下：在起下钻过程中，在井口和立根盒之间采用多功能机械手和钻台机械手同步竖直移运立根管具，减少原立根移运倾斜时占用井口时间，顶驱吊卡能够通过倾摆让出管具顶部，在原有钻机结构尺寸的前提下，实现立根的竖直移运，提高起下钻效率，降低发生井下事故风险；二、本实用新型顶驱不带水平伸缩机构，井架和底座尺寸与现钻机差别不大，对改造钻机和新造钻机都适用；三、本实用新型在钻进过程中，利用顶驱、多功能机械手、钻台机械手、铁钻工、动力猫道和双鼠洞实现离线接立根功能，减少钻井作业过程中钻具的准备时间，提高钻井效率，降低油田开发成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例的钻机；

图2是图1所示钻机的侧视图；

图3是图1所示钻机实施例的底座的示意图；

图4 是图1所示钻机实施例的钻台机械手的示意图；

图5 是图1所示钻机实施例的顶驱的示意图；

图6 是图1所示钻机实施例的多功能机械手的示意图；

图7是图4所示钻台机械手中钳头部分伸出的示意图；

图8是本实用新型实施例中底座上鼠洞A和鼠洞B的俯视图；

图9是离线作业过程中的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

本实用新型的具体实施例，

实施例一

本实用新型为一种紧凑型的高效作业钻机，如图1至图7所示，主要包括底座（1）、安装在底座上的井架（2）、绞车（3）、司钻房（4）、铁钻工（5）、钻台机械手（6）、鼠洞A（7-1）鼠洞B（7-2）；安装在井架（2）上的顶驱（8）、多功能机械手（9）、动力指梁（10），安装在地面的动力猫道（11）。

底座（1）包括上座（1-1）、下座（1-2）、位于上座（1-1）和下座（1-2）之间的中间支腿（1-3），在上座（1-1）上的支座（1-4）、连接支撑组成。上座（1-1）和下座（1-2）通过中间支腿（1-3）连接，下座（1-2）之间通过连接支撑相连。

井架（2）下部与底座（1）上的支座（1-4）铰接，井架上的载荷通过支座作用到底座上。绞车（3）的底座通过销轴或螺栓安装底座的平面上，位置在顶驱（8）缩回的方向上。司钻房（4）安装在底座的上平面上，通过螺栓或销轴固定在底座的上平面上，位置在井架的侧面。铁钻工（5）安装在底座的上平面上，位置在井架的侧面，在司钻房（4）对侧。铁钻工（5）可沿水平伸缩，工作范围覆盖井口和离线接立根的位置。

钻台机械手（6）主要包括轨道（6-1）、行走机构（6-2）、立柱（6-3）、伸缩机构（6-4）、导向钳（6-5）组成，安装在井口的前面，绞车（3）对面。轨道（6-1）布置在底座（1）上，并位于立根盒之间，并成L形，行走机构（6-2）安装在轨道（6-1）上，能够沿轨道（6-1）移动，立柱（6-3）安装在行走机构（6-2）上，伸缩机构（6-4）安装在立柱（6-3）上，能够沿立柱（6-3）上下移动，并伸出或缩回，导向钳（6-5）安装在伸缩机构（6-4）端部用于夹持或扶持管具。当动力猫道（11）向钻台面运送管具时，钻台机械手（6）位于存储立根盒的前端，让出钻杆的区域。当钻台机械手（6）需要具有举升功能时，可以在立柱（6-3）上增加举升机构如液缸、齿轮齿条等。

如图8所示的，鼠洞A（7-1）、鼠洞B（7-2）布置在底座（1）上，分布在立根盒和井口之间，以钻台机械手轨道（6-1）中心线对称布置，在底座下座（1-2）上布置有鼠洞A和B的下部支撑（7-3、4），用于支撑鼠洞A（7-1）、鼠洞B（7-2）中的钻杆。

如图5所示，顶驱（8）包括动力吊卡（8-1）、顶驱主体（8-2）、顶驱导轨（8-3）。顶驱导轨（8-3）竖直安装在井架（2）背面，顶驱（8）可沿顶驱导轨（8-3）上下移动，顶驱（8）下端安装有动力吊卡（8-1），动力吊卡（8-1）可通过液压源打开和关闭，并且可以做出倾摆，以让出管具的顶端。

多功能机械手（9）包括滑移机构（9-1）、第一变幅机构（9-2）、回转减速机（9-3）、回转支座（9-4）、第二变幅机构（9-5）、钳头（9-6）、滑移轨道（9-7）。滑移导轨（9-7）安装在井架大腿（2-1）正面（或侧面），滑移机构（9-1）可沿滑移导轨（9-7）竖直上下移动。第一变幅机构（9-2）安装在滑移机构（9-1）上能够随滑移机构（9-1）上下移动，并且能够向外展开、回转减速机（9-3）和回转支座（9-4）安装在第一变幅机构（9-2）的端部、第二变幅机构（9-5）安装在回转支座（9-4）上，能够由回转减速机（9-3）带动旋转，钳头（9-6）安装在第二变幅机构（9-5）的端部，第一变幅机构（9-2）、回转减速机（9-3）、回转支座（9-4）、第二变幅机构（9-5）等连接和传动部件实现了钳头（9-6）在空间内的运动。

动力指梁（10）平台安装在井架大腿（2-1）正面，通过销轴或螺栓连接，平台下面由斜撑（10-2）与井架大腿（2-1）铰接。

一下结合本实用新型实施例的起钻整个流程对其予以详细说明，本实用新型起钻流程如下：

第一步: 顶驱在低位，吊卡打开卡住井口立柱，吊卡关闭后提井口立柱上行；

第二步：顶驱到达高位后，关闭动力卡瓦，立柱坐在卡瓦上；

第三步：铁钻工伸出至井口卸扣，立柱上部顶驱吊卡配合。

第四步：铁钻工缩回，多功能机械手和钻台机械手同步伸至井口，多功能机械手钳头打开夹持立根上部，钻台机械手钳头打开低位扶持立根下部。

第五步：顶驱吊卡打开，吊卡向后倾摆。

第六步：多功能机械手和钻台机械手同步缩回、旋转、行走，移运立根至立根盒区，移运过程中立根保持竖直；

第七步：多功能机械手下放立根至立根盒区，同步打开多功能机械手和钻台机械手钳头并缩回；

第八步：多功能机械手和钻台机械手同步行走、旋转、伸出至井口附近，等待抓取下一立根。

在第六步到第八步中，立根离开井口后，顶驱下行至低位后，返回至第一步，继续下一循环。

下钻与起钻流程相反，在多功能机械手或钻台机械手或铁钻工上集成丝扣油涂抹装置，在移运立根过程中涂抹丝扣油，在此不再赘述。

本实用新型实施例的离线作业接立根的方法，减少钻具的准备时间，提高钻井的效率。离线作业的各部件配合方式如下：

由动力猫道将管具（钻杆、钻铤、套管等）倾斜移运至钻台面，管具接头在猫道主体以外；多功能机械手打开钳头并夹持管具前部，将管具放入鼠洞A；多功能机械手从猫道抓取第二根管具将其下端放入鼠洞A，铁钻工伸出上扣将两根管具上扣形成双立根，多功能机械手提取双立根上行与钻台机械手配合将双立根放入立根盒区。多功能机械手和钻台机械手钳头同步打开并返回，钻台机械手退回到存储区。这一过程中，猫道和多功能机械手等部分的局部示意图如图9所示。

如果需要接三根管具，则需要由多功能机械手与猫道配合在鼠洞A和鼠洞B中均放入根管具，然后多功能机械手与猫道配合抓取第三根管具，然后与其中一个鼠洞中的管具上扣形成双立根后再提出放入另一个鼠洞上扣形成三立根，再由多功能机械手和钻台机械手配合将三立根放入立根盒区。多功能机械手和钻台机械手钳头同步打开并返回，钻台机械手退回到存储区。

Claims (5)

1.一种紧凑型高效作业钻机，包括底座、安装在底座上的井架、铁钻工（5）和动力卡瓦，其特征在于，还包括，

安装在底座上的钻台机械手（6）；

安装在井架（2）上的顶驱（8）、动力指梁（10）平台和多功能机械手（9）；

安装在所述顶驱（8）上的吊卡（8-1）；

所述吊卡（8-1）配置为能够在竖直方向上倾摆；

所述底座上表面与动力指梁（10）垂直对应的区域设置有立根盒区；

所述多功能机械手（9）包括钳头（9-6）和带动所述钳头（9-6）运动的传动机构，所述钳头（9-6）配置为用于夹持/扶持立根的上部，所述传动机构包括：安装在井架正面或侧面的滑移导轨（9-7），安装在所述滑移导轨（9-7）上并能够沿其上下滑动的滑移机构（9-1），安装在所述滑移机构（9-1）上的第一变幅机构（9-2），所述第一变幅机构（9-2）能够向外展开，安装在第一变幅机构（9-2）端部的回转减速机（9-3）和回转支座（9-4），和安装在所述回转支座（9-4）上的第二变幅机构（9-5），其能够由回转减速机（9-3）带动转动，所述钳头（9-6）安装在所述第二变幅机构（9-5）的端部；

所述钻台机械手（6）配置为用于夹持/扶持立根的下部，并与所述钳头（9-6）配合带动立根在井口位置和立根盒区之间运动；

所述钳头（9-6）和所述钻台机械手（6）之一对立根进行夹持，而另一个对该立根扶持。

2.根据权利要求1所述的紧凑型高效作业钻机，其特征在于，所述钻机还包括安装在地面的动力猫道，布置在底座（1）上的鼠洞A（7-1）、鼠洞B（7-2），所述鼠洞A（7-1）和鼠洞B（7-2）分布在立根盒和井口之间。

3.根据权利要求2所述的紧凑型高效作业钻机，其特征在于，在所述钻机上还安装有丝扣油涂抹装置。

4.根据权利要求1所述的紧凑型高效作业钻机，其特征在于，钻台机械手（6）包括设置在所述底座（1）上的轨道（6-1），安装在所述轨道（6-1）上的行走机构（6-2），安装在所述行走机构（6-2）上的立柱（6-3），安装在所述立柱（6-3）上的伸缩机构（6-4）和安装在所述伸缩机构（6-4）上的导向钳（6-5），其中，轨道（6-1）布置在立根盒之间，并成L形。

5.根据权利要求4所述的紧凑型高效作业钻机，其特征在于，所述钻机还包括布置在底座（1）上的鼠洞A（7-1）、鼠洞B（7-2），所述鼠洞A（7-1）和鼠洞B（7-2）分布在立根盒和井口之间，以钻台机械手轨道（6-1）中心线对称布置。

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