CN219281678U - 一种钻井套管对接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于石油钻井技术领域，具体地，涉及一种钻井套管对接装置。钻井套管对接装置包括用于吊装套管的悬吊系统和用于将两根套管连接的上卸扣机构，所述上卸扣机构包括同轴设置的上钳头和下钳头，所述上钳头和所述下钳头分别连接第一驱动和第二驱动，在所述上钳头上同轴固定设置有导向对中机构，套管在所述导向对中机构的作用下与所述上卸扣机构的中心轴线重合，在套管连接过程中，所述下钳头和所述上钳头分别在所述第一驱动和所述第二驱动的作用下卡紧两根套管，从而使两根套管的中心轴线重合，并且所述下钳头相对于所述上钳头周向转动，完成两根套管的上扣。本实用新型能够使套管在入井的过程中，实现相邻两个套管的自动对中上扣。

Description

一种钻井套管对接装置

技术领域

本实用新型属于石油钻井技术领域，具体地，涉及一种钻井套管对接装置。

背景技术

目前随着动力猫道、缓冲机械手等钻机自动化设备规模化应用，钻井现场下套管作业已实现套管由地面到钻台面井口输送的自动化，但在套管提起后下放与井筒内套管连接过程中，现场仍采用传统作业方式，需多名钻工配合完成套管扶正对中，人工手动操作套管钳上扣，操作不当易造成伤扣、错扣等意外情况。

针对常规钻机的下套管作业，相继研发了多种动力套管钳，通过动力套管钳旋转套管完成上扣作业。其工作原理与传统液压大钳较为相似，但其采用了独立悬吊式安装方式推进了大钳的创新。有的液压动力钳，安装在固定于钻井平台的专用导轨上，可穿过井口移动到鼠洞进行工作，实现上钳相对于钻井平台面的移动与升降，可实现自动化控制，大大提高了上卸扣的工作效率，减轻了钻井平台工人的劳动强度。

在现有技术中，目前使用的顶驱下套管装置多采用内卡式，存在需要频繁更换心轴、卡瓦、皮腕等配件的问题，存在成本高、管理复杂、增加作业工作量、安全风险高等缺点；应用仅限于顶驱顶部驱动钻井装置，不具有广泛的应用性，且套管上扣前仍需人工扶正对中并引扣。

针对常规钻机下套管作业，目前研发的动力套管钳实现套管的上卸扣，在套管对扣时需要人工辅助对正，新造钻机一般都配套了套管扶正台，操作人员站在扶正台上人工扶正套管，使用效果较差。常规下套管作业中需多名钻工配合完成套管扶正对中，存在劳动强度大、需要人员多、安全风险高、自动化程度低的问题。

实用新型内容

针对如上所述的技术问题，本实用新型旨在提出一种钻井套管对接装置，其能够使套管在入井的过程中，实现相邻两个套管的自动对中。

根据本实用新型，提供了一种钻井套管对接装置，包括用于吊装套管的悬吊系统和用于将两根套管连接的上卸扣机构，所述上卸扣机构包括同轴设置的上钳头和下钳头，所述上钳头和所述下钳头分别连接第一驱动和第二驱动，在所述上钳头上同轴固定设置有导向对中机构，套管在所述导向对中机构的作用下与所述上卸扣机构的中心轴线重合，在套管连接过程中，所述下钳头和所述上钳头分别在所述第一驱动和所述第二驱动的作用下卡紧两根套管，从而使两根套管的中心轴线重合，并且所述下钳头相对于所述上钳头周向转动，完成两根套管的上扣。

进一步地，所述导向对中机构包括：

导向本体，沿所述导向本体的中心轴线设置有用于套管穿过的通孔，所述通孔的直径大于所述套管的直径；

沿所述导向本体的内壁周向均匀设置至少三个扶正轮，各所述扶正轮均径向移动式设置。

进一步地，在所述导向本体的内壁沿周向设置有至少三个扶正总成，所述扶正总成包括：

与所述导向本体固定连接的扶正固定块；

铰接设置在所述扶正固定块上的扶正移动块，所述扶正轮转动式设置在所述扶正移动块上，所述扶正移动块相对于所述扶正固定块摆动时，能够调节所述扶正轮相对于所述导向本体中心轴的距离；

以及用于调节所述扶正移动块的扶正液缸，所述扶正液缸的一端与所述导向本体连接，另一端与所述扶正移动块连接。

进一步地，所述扶正轮和所述扶正移动块的转动轴线均与所述导向本体的竖直截面垂直。

进一步地，在所述导向本体上设置有用于控制扶正液缸的阀体总成，各所述扶正液缸的液压进口相互连通，各所述扶正液缸的液压出口相互连通。

进一步地，在所述导向本体的下端固定设置有下法兰，所述下法兰与所述上钳头同轴固定连接。

进一步地，在所述导向本体的上端固定设置有上盖，在所述上盖的远离所述导向本体的一端同轴固定设置有导向套。

进一步地，所述导向套为锥形套。

进一步地，所述钻井套管对接装置还包括：

钻台；

固定设置在所述钻台上的旋转底盘；

固定设置在所述旋转底盘上的升降机构；

以及第一伸缩臂，所述第一伸缩臂的一端与所述升降机构的升降端连接，另一端与所述上卸扣机构固定连接。

进一步地，所述旋转底盘包括：

与所述钻台固定连接的回转支撑底座；

转动式设置在所述回转支撑底座上的回转机构，所述回转机构的上端通过螺栓连接所述升降机构；

固定设置在所述回转支撑底座上的驱动电机和减速机构，所述驱动电机通过所述减速机构连接所述回转机构。

进一步地，所述升降机构包括：

下支撑板，所述下支撑板通过螺栓固定设置在所述旋转底盘上；

固定设置在所述下支撑板上的外导向柱；

滑动式设置在所述外导向柱内的内导向柱，所述升降端固定设置在所述内导向柱的外壁，所述升降端延伸至所述外导向柱的外部。

进一步地，所述第一伸缩臂包括：

与所述上卸扣机构固定连接的前连接座；

与所述升降机构的升降端固定连接的后连接座；

以及设置在所述前连接座和所述后连接座之间的折叠关节；

在所述折叠关节与所述前连接座之间通过铰接的方式平行设置有两根臂杆，两根臂杆与所述折叠关节和所述前连接座构成平行四边形；

在所述折叠关节与所述后连接座之间通过铰接的方式平行设置有两根臂杆，两根臂杆与所述折叠关节和所述后连接座构成平行四边形。

进一步地，在所述钻台上移动式设置有自行走驱动总成，在所述自行走驱动总成上转动式设置有扶正机械机构。

进一步地，所述扶正机械机构包括：

转动式设置在所述自行走驱动总成上的支撑柱；

固定设置在所述支撑柱上的第二伸缩臂；

以及固定设置在所述第二伸缩臂的远离所述支撑柱一端的扶正手指总成。

与现有技术相比，本申请的优点如下：

本实用新型的上卸扣机构包括同轴设置的上钳头和下钳头，上钳头和下钳头分别夹紧待接入套管和已下入井筒内的套管，从而使两根套管的轴线同轴、自动对中，保证两根套管内外螺纹的正常啮合；

本实用新型还设置有导向对中机构，套管在向下移动的过程中无需人员接触，安全风险低，只需要1名操作人员即可实现下套管全流程操作，劳动强度低，自动化程度高；

此外，本实用新型采用扶正轮的滚动摩擦对套管进行导向，不伤害套管。

附图说明

下面将参照附图对本实用新型进行说明。

图1为本实用新型的钻井套管对接装置一种实施例的示意图；

图2为本实用新型的上卸扣机构的一种实施例的示意图；

图3为本实用新型的对中机构的一种实施例的示意图；

图4为本实用新型的对中机构的剖面结构示意图；

图5为本实用新型的扶正总成的一种实施例的示意图；

图6为本实用新型的对中机构的液压结构示意图；

图7为本实用新型的旋转底盘的结构示意图；

图8为本实用新型的升降机构的结构示意图；

图9为本实用新型的升降机构的侧面结构示意图；

图10为本实用新型的导向柱和外导向柱的剖面结构示意图；

图11为本实用新型的第一伸缩臂的结构示意图；

图12为本实用新型的扶正机械机构的结构示意图；

图13为本实用新型的扶正手指总成的结构示意图。

图中：

100、钻井套管对接装置；

1、旋转底盘；101、连接螺栓；102、回转机构；103、减速机构；104、驱动电机；105、耳板连接座；106、回转支撑底座；

2、升降机构；201、第一外导向柱；202、第一内导向柱；203、上支撑板；204、第二内导向柱；205、第二外导向柱；206、升降端；207、下支撑板；208、可调节支撑杆；2081、上部耳座；2082、调节螺母；2083、调节螺栓；2084、下部耳座；2021、电动推杆；

3、第一伸缩臂；301、后连接座；302、第一后机械臂；303、第一伸缩油缸；304、第一折叠关节；305、第一前机械臂；306、前连接座；

4、上卸扣机构；401、支撑座；402、第一驱动；403、上钳头；404、气缸；405、前门；406、下钳头；407、同心定位导向柱；408、第二驱动；

5、对中机构；501、导向套；502、上盖；503、导向本体；5031、通孔；504、阀体总成；505、扶正总成；5051、扶正固定块；5052、扶正移动块；5053、扶正轮；5054、扶正液缸；506、下法兰；

6、悬吊系统；7、自动吊卡；8、待接入套管；

9、扶正机械机构；901、扶正手指总成；902、第二前机械臂；903、第二折叠关节；904、第二后机械臂；905、机械臂驱动总成；906、扶正连接座；907、支撑柱；908、回转总成；910、第二伸缩臂；

10、自行走驱动总成；11、导轨；12、自动卡瓦；13、已下入套管；14、无线遥控器；15、控制机构；16、钻台；17、井筒。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本实用新型的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本实用新型进行介绍。

需要说明的是，本申请中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、“左”、“右”等均是针对所参照的附图而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

图1显示了根据本实用新型的钻井套管对接装置100的结构。如图1所示，钻井套管对接装置100主要包括上卸扣机构4、对中机构5和悬吊系统6。其中，悬吊系统6是现有技术，用于吊装套管，将套管移动至井口位置。对中机构5与上卸扣机构4固定连接，悬吊系统6将套管移动至对中机构5和上卸扣机构4的上方，然后使套管向下移动，当套管从上到下穿过对中机构5时，对中机构5能够对套管进行对中，使套管的中心轴线与上卸扣机构4的中心轴向重合。

在一个具体的实施例中，如图2所示，上卸扣机构4包括支撑座401、第一驱动402、上钳头403、气缸404、前门405、下钳头406、同心定位导向柱407和第二驱动408。

在本实施例中，支撑座401为方形板或者工字钢，具体结构可以根据实际情况进行设定。

上钳头403和下钳头406的用于夹持套管的一端称为头部，远离夹持套管的一端称为尾部。上钳头403和下钳头406在竖直方向上依次排列设置，上钳头403位于下钳头406的正上方。上钳头403和下钳头406尾部均固定连接在支撑座401，上钳头403和下钳头406的头部的用于夹持套管的部位的中心轴线重合。

在高度方向上钳头403、下钳头406采用多个同心定位导向柱407定位，即多个同心定位导向柱407沿竖直方向将上钳头403和下钳头406固定连接，以保证上钳头403和下钳头406中心同轴。

在上钳头403的头部前端通过铰接轴铰接设置有前门405，前门405将上钳头403的头部封闭，当前门405绕铰接轴转动时，能够将上钳头403的前端敞开，从而便于上卸扣机构4与套管分离。在前门405与上钳头403之间通过铰接的方式设置有气缸404，气缸404在执行收缩或者伸长的动作时，能够带动前门405开启或者关闭。

第一驱动402和第二驱动408分别设置在上钳头403和下钳头406上，并且，第一驱动402与上钳头403驱动连接，第二驱动408与下钳头406驱动连接。需要说明的是，本实施例中图2仅显示了上钳头403、下钳头406以及上卸扣机构4其他部件的外部结构，上钳头403的具体内部结构以及其与第一驱动402的连接结构为现有技术，具体结构可参照现有技术中的TQ340/35套管动力钳。同理，本实施例中的下钳头406的具体内部结构以及其与第二驱动408的连接结构也可参照现有技术中的TQ340/35套管动力钳。

在本实施例中，已经下入井内的套管称为已下入套管13，即将与已下入套管13连接的套管称为待接入套管8。

结合图1所示，在第二驱动408的驱动下，下钳头406夹持住井筒17内的已下入套管13，在第一驱动402驱动下，上钳头403夹紧待接入套管8，并根据套管规格型号和标准拧紧扭矩要求驱动待接入套管8旋转，实现与井筒17内已下入套管13的自动旋扣、拧紧。在正常工况下，前门405是关闭状态，待接入套管8与井筒17内已下入套管13完成螺纹丝扣连接后，气缸404带动前门405敞开，然后可以通过横向位移，将上卸扣机构4与两根套管分离。

如图3所示，对中机构5包括导向套501、上盖502、导向本体503、阀体总成504、扶正总成505和下法兰506。

导向本体503整体呈圆柱筒型，也就是说，在导向本体503的中心轴线处贯穿式设置有通孔5031，通孔5031的直径大于套管的外径。同时，在导向本体503的筒壁上沿竖直方向贯穿设置有一个大于套管直径的开口。

上盖502和下法兰506分别固定设置在导向本体503的上下两端，容易理解，在上盖502和下法兰506的中心轴线处同样设置有通孔5031。

在本实施例中，三个扶正总成505沿周向均匀分布在导向本体503的内壁上，扶正总成505的上下两端通过螺栓连接的方式分别与上盖502和下法兰506固定连接。在三个扶正总成505的作用下，当待接入套管8在悬吊系统6的带动下移动至对中机构5的正上方并向下移动之后，扶正总成505能够自动完成套管的对中。

进一步地，导向套501的形状为锥形套，导向套501的口径从上到下依次减小。导向套501的下端通过螺栓连接的方式固定于上盖502上方，导向套501的中心轴线与上盖502、导向本体503和下法兰506的中心轴线重合。在导向套501的作用下，待接入套管8在向下移动的过程中，能够更加准确的进入导向本体503内，进而在扶正总成505的作用下完成对中。

根据本实用新型，下法兰506通过若干个螺栓将对中机构5固定在上卸扣机构4的上钳头403的上端中心位置。导向套501、上盖502、导向本体503、下法兰506中心轴线与上钳头403的中心线完全重合，待接入套管8的下部进入对中机构5的导向套501内缓缓进入导向本体503中，导向本体503内3个扶正总成505推扶待接入套管8到导向本体503的中心，同时也是上钳头403的中心，上钳头403的中心轴线与下钳头406的中心轴线是重合的，从而实现待接入套管8与夹持在下钳头406中心的已下入套管13的自动对中。

具体地，扶正总成505的结构如图4～图6所示。

扶正总成505包括扶正固定块5051、扶正移动块5052、扶正轮5053和扶正液缸5054。扶正固定块5051的上下两端分别通过螺纹连接的方式与上盖502和下法兰506固定连接，扶正移动块5052通过铰接的方式设置在扶正固定块5051的中间。

扶正移动块5052的用于与扶正固定块5051铰接的铰接轴的中心轴向与导向本体503的竖直截面垂直。导向本体503的竖直截面指的是过导向本体503的中心轴线的平面。

扶正轮5053转动式设置在扶正移动块5052的靠近导向本体503的中心轴线的位置，并且扶正轮5053的转动轴线同样与导向本体503的竖直截面垂直。在待接入套管8沿导向本体503的中心轴线向下移动的过程中，扶正轮5053与待接入套管8的外壁接触，并且扶正轮5053的转动方向与待接入套管8的移动方向一致，从而减小摩擦损耗。

从扶正总成505的整体来看，扶正总成505为左右对称结构，其对称面经过导向本体503的中心轴线，也就是说其对称面与导向本体503的竖直截面重合。在这种设置下，调节扶正移动块5052相对于扶正固定块5051的倾斜角度，能够使扶正轮5053进行径向位移，调节扶正轮5053距离导向本体503的中心轴线的距离，从而在三个扶正轮5053的共同作用下将套管扶正。

为了对扶正轮5053的位移进行控制，本实施例设置了扶正液缸5054。扶正液缸5054设置在扶正固定块5051和导向本体503之间，并且扶正液缸5054的伸缩端与扶正移动块5052连接，当扶正液缸5054执行伸缩动作时，能够带动扶正移动块5052相对于扶正固定块5051摆动，从而调节扶正轮5053的位置。

阀体总成504设置在导向本体503的外壁上，本实施例共设置有三个扶正总成505，阀体总成504控制三个扶正总成505的扶正液缸5054动作，从而实现扶正轮5053推扶或松开待接入套管8。

为了图幅清晰，图6仅显示了阀体总成504与两个扶正液缸5054的液压连接关系，在此基础上可以根据实际扶正总成505的数量增加扶正液缸5054的数量，在此不再赘述。

如图6所示，本实施例中的各个扶正液缸5054均为同样型号。各个扶正液缸5054的同侧端口相互连通。在本实施例中，将图6中的扶正液缸5054上部的端口称为进口，下部的端口称为出口，其中各个扶正液缸5054的进口相互连通的液压管称为T管，各个扶正液缸5054的出口相互连通的液压管称为P管，T管和P管连接阀体总成504内的电磁阀之后与液压源(图中未示出)连接。

在这种设置下，当阀体总成504内的电磁阀处于开启状态时，T管内的压力处处相对，P管内的压力处处相等，从而使各个扶正液缸5054内的活塞受到的压力大小相等，各个扶正液缸5054带动各个扶正移动块5052的位移相等，进而使各个扶正轮5053距离导向本体503的中心轴线的距离相等，对待接入套管8起到扶正对中的作用。

在一个优选的实施例中，如图1所示，钻井套管对接装置100还包括旋转底盘1、升降机构2、第一伸缩臂3、扶正机械机构9、自行走驱动总成10、导轨11、自动卡瓦12、无线遥控器14、控制机构15和钻台16。

钻台16水平固定设置，井筒17位于钻台16的覆盖范围内。在钻台16的对应井筒17的位置设置有自动卡瓦12，自动卡瓦12的结构为现有技术，用于卡住已下入套管13。

旋转底盘1固定设置在钻台16上，在旋转底盘1的上部固定设置有升降机构2，升降机构2的升降端通过第一伸缩臂3与上卸扣机构4固定连接。旋转底盘1启动之后，能够带动升降机构2沿竖直轴线周向转动，升降机构2能够带动第一伸缩臂3上下移动，第一伸缩臂3能够调节上卸扣机构4到旋转底盘1的距离。在这种设置下，旋转底盘1、升降机构2和第一伸缩臂3共同作用，能够带动上卸扣机构4进行多个方位的位移。

导轨11水平固定设置在钻台16上，并且导轨11的长度方向指向井筒17。自行走驱动总成10在导轨11上移动。扶正机械机构9设置在自行走驱动总成10的上部，用于推扶悬吊过程中的待接入套管8。

自行走驱动总成10为现有技术中，只要能够要导轨11移动即可，其具体结构不是本实用新型的技术要点，在此不再赘述。

在工作的过程中，悬吊系统6通过自动吊卡7将待接入套管8吊起，并在扶正机械机构9的作用下推扶到对中机构5的导向套501中，随着悬吊系统6逐渐下放，待接入套管8被三个扶正总成505推扶到上钳头403中心，并逐渐进入被下钳头406抱紧的已下入套管13的母扣内。之后启动上卸扣机构4的第一驱动402驱动上钳头403夹紧待接入套管8旋转，与已下入套管13进行上扣，直至达到规定上扣扭矩和余扣数量要求，停止上扣，完成套管上扣操作。

在一个优选的实施例中，无线遥控器14和控制机构15均通过电性连接的方式与钻井套管对接装置100的各个驱动元件连接，所有操作直接采用无线遥控器14或控制机构15手动或触摸屏操作。无线遥控器14和控制机构15的具体结构以及其与各种驱动元件的连接结构均为现有技术，不是本实用新型的技术要点，在此不再赘述。

在一个具体的实施例中，如图7所示，旋转底盘1包括连接螺栓101、回转机构102、减速机构103、驱动电机104、耳板连接座105、回转支撑底座106。

回转支撑底座106的底部均匀设置有多个耳板连接座105，回转支撑底座106通过多个耳板连接座105与钻台16固定连接。回转机构102转动式设置在回转支撑底座106的上端，回转机构102的上端通过多个沿周向均与设置的连接螺栓101与升降机构2固定连接。减速机构103和驱动电机104均固定设置在回转支撑底座106上，驱动电机104的输出端通过减速机构103与回转机构102驱动连接，从而驱动电机104转动时，能够带动回转机构102相对于回转支撑底座106转动，进而带动升降机构2相对于钻台16转动。

容易理解，驱动电机104、减速机构103和回转机构102之间可以采用现有技术中常用的齿轮传动，其具体连接结构不是本实用新型的技术要点，在此不再赘述。

驱动电机104通过减速机构103驱动回转机构102在0-360°范围正反两个方向旋转，进而驱动升降机构2、第一伸缩臂3和上卸扣机构4旋转，在进行套管上卸扣作业时，可将上卸扣机构4旋转到井口，在钻井过程其他无需套管连接作业时，将上卸扣机构4旋转远离井口，不影响其他钻井作业的实施。

在一个具体的实施例中，如图8～图10所示，升降机构2还包括第一外导向柱201、第一内导向柱202、上支撑板203、第二内导向柱204、第二外导向柱205、可调节支撑杆208和下支撑板207。

如图8所示，下支撑板207通过连接螺栓101安装在旋转底盘1的回转机构102上。第一外导向柱201和第二外导向柱205均沿竖直方向固定设置在下支撑板207的上端，并且第一外导向柱201和第二外导向柱205的上端通过上支撑板203固定连接，对第一外导向柱201和第二外导向柱205进行加固。

两根可调节支撑杆208分别将第一外导向柱201和第二外导向柱205的上部外壁与下支撑板207的上端面连接，从而对第一外导向柱201和第二外导向柱205进行进一步的加固。具体地，两根可调节支撑杆208的一端分别连接第一外导向柱201、第二外导向柱205的上端外壁，两根可调节支撑杆208的另一端固定于下支撑板207的上端面。

在第一外导向柱201和第二外导向柱205内分别安装有可进行高度升降的第一内导向柱202和第二内导向柱204。第一外导向柱201和第二外导向柱205的内部结构相同，以第一外导向柱201为例，如图10所示，在第一外导向柱201为空心结构，第一内导向柱202沿轴向滑动式设置在第一外导向柱201内，在第一外导向柱201的内部下端设置有电动推杆2021，电动推杆2021的上端与第一内导向柱202连接。在这种设置下，电动推杆2021能够推动第一内导向柱202相对于第一外导向柱201轴向移动。

结合图8和图10所示，在第一外导向柱201的外壁沿轴向开设有滑动槽，升降端206与第一内导向柱202相对固定连接，并且升降端206通过滑动槽延伸出第一外导向柱201。升降端206的设置，便于第一伸缩臂3与升降机构2连接。

如图9所示，在一个具体的实施例中，可调节支撑杆208包括调节螺母2082和调节螺栓2083，调节螺母2082和调节螺栓2083通过螺纹连接的方式相互连接，调节螺母2082和调节螺栓2083相互转动可以改变可调节支撑杆208的长度，从而可以在安装的过程中微调安装误差。可调节支撑杆208的下端通过下部耳座2084与下支撑板207固定连接，可调节支撑杆208的上端通过上部耳座2081与第一外导向柱201和第二外导向柱205的上部外壁连接。

在一个具体的实施例中，如图11所示，第一伸缩臂3包括后连接座301、第一后机械臂302、第一伸缩油缸303、第一折叠关节304、第一前机械臂305和前连接座306。

后连接座301与升降机构2的升降端206固定连接，前连接座306与上卸扣机构4的支撑座401固定连接。第一折叠关节304的前后两端分别通过第一前机械臂305和第一后机械臂302与前连接座306和后连接座301连接。第一伸缩油缸303将第一前机械臂305和第一后机械臂302连接，即第一伸缩油缸303的活塞杆与第一前机械臂305铰接，第一伸缩油缸303的缸体与第一后机械臂302铰接。在这种设置下，通过第一伸缩油缸303执行伸缩动作，就能够调节后连接座301到前连接座306的距离。

在一个优选的实施例中，第一前机械臂305和第一后机械臂302的结构类似，均包括两根相互平行设置的臂杆。以第一前机械臂305为例，第一前机械臂305的两根臂杆的两端分别与第一折叠关节304和前连接座306铰接，并且，两根臂杆与第一折叠关节304和前连接座306的铰接点构成一个平行四边形。第一后机械臂302的结构可以参照第一前机械臂305的结构。在这种设置下，在后连接座301的倾斜角度不变的情况下，前连接座306的倾斜角度始终保持不变。

在工作的过程中，根据井口套管螺纹丝扣连接实时位置，升降机构2通过第一伸缩臂3带动上卸扣机构4进行上下高度自调节，第一伸缩臂3通过第一伸缩油缸303驱动第一前机械臂305伸出或缩回从而通过第一前连接座306带动上卸扣机构4移动到井口进行套管上卸扣或离开井口停止上卸扣作业。

如图12所示，在一个具体的实施例中，扶正机械机构9包括扶正手指总成901、支撑柱907、回转总成908和第二伸缩臂910。

回转总成908固定安装在自行走驱动总成10的上端部，支撑柱907的下端固定安装在回转总成908的上端部，回转总成908可驱动支撑柱907相对于自行走驱动总成10在0-360°范围内正反两方向回转。第二伸缩臂910固定设置在支撑柱907的顶端部，扶正手指总成901固定设置在第二伸缩臂910的远离支撑柱907的一端。

具体地，第二伸缩臂910的结构与第一伸缩臂3类似。如图12所示，第二伸缩臂910包括第二前机械臂902、第二折叠关节903、第二后机械臂904、机械臂驱动总成905和扶正连接座906。

扶正连接座906固定设置在支撑柱907的上端部，第二折叠关节903的前后两端分别通过第二前机械臂902和第二后机械臂904与扶正手指总成901和扶正连接座906连接。第二伸缩臂910与第一伸缩臂3不同的是，第二折叠关节903设置在第二前机械臂902和第二后机械臂904的下方，而第一折叠关节304设置在第一前机械臂305和第一后机械臂302的上方。

第二前机械臂902和第二后机械臂904的具体结构与第一前机械臂305类似，以第二前机械臂902为例，第二前机械臂902包括两根平行设置的臂杆，两根臂杆的两端分别与扶正手指总成901和第二折叠关节903通过铰接的方式连接，并且两根臂杆与扶正手指总成901和第二折叠关节903的铰接点形成一个平行四边形。第二后机械臂904的具体结构可以参照第二前机械臂902，在此不再赘述。

机械臂驱动总成905设置在第二后机械臂904的两根臂杆之间。具体地，机械臂驱动总成905可以包括油缸、气缸、电动推杆等驱动元件，机械臂驱动总成905的固定端和伸缩端分别与第二后机械臂904的两根臂杆铰接，并且机械臂驱动总成905与第二后机械臂904的不垂直，从而防止自锁。

自行走驱动总成10带动扶正机械机构9可沿着导轨11在钻台16自行走运动，机械臂驱动总成905采用电动或液压或气动方式驱动第二前机械臂902和第二后机械臂904伸出或缩回，在这种设置下，待接入套管8处于不同位置时，扶正机械机构9都能将待接入套管8推移到对中机构5的导向套501内，从而防止出现因悬吊系统6移动精度低而造成待接入套管8无法进入导向套501的情况。

需要说明的是，扶正手指总成901是机械行业通用结构，是现有成熟技术，其抓握和松开的动作可以采用液缸驱动或气缸驱动，或电机直接驱动均可，用于抓握待接入套管8到对中机构5的导向套501内。图13显示了扶正手指总成901的一种实施例的结构，其为现有技术，在此不再赘述。其具体结构并不用于限制本实用新型的保护范围。扶正手指总成901仅对套管在水平方向的移动进行限制，不会影响套管的上下移动。

需要说明的是，尽管本实施例中的各种驱动元件设置为液压缸、气压缸或者电机等，但是本领域的技术人员能够根据实际情况进行选择更换，这些变化均在本实用新型的保护范围内。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种钻井套管对接方法，步骤如下。

第一步，将第一根待接入套管8从井场地面被输送到钻台16的台面上，钻机的悬吊系统6通过自动吊卡7将第一根待接入套管8悬吊至脱离钻台16并移动至井筒17的上方；

扶正机械机构9在回转总成908的驱动下旋转一定角度，并在自行走驱动总成10的作用下在钻台16上沿着导轨11自行走，第二前机械臂902和第二后机械臂904伸出，带动扶正手指总成901移动至第一根待接入套管8的位置，同时扶正手指总成901对待接入套管8进行抓握，扶正机械机构9推扶第一根待接入套管8对准井筒17的上方；

自动卡瓦12打开，第一根待接入套管8随着悬吊系统6下放，逐渐通过自动卡瓦12进入到井筒17内；

扶正机械机构9的扶正手指总成901松开第一根待接入套管8，同时第二前机械臂902和第二后机械臂904缩回，使得扶正手指总成901离开井口不再推扶第一根待接入套管8；

悬吊系统6继续下放，直到第一根待接入套管8的上端离钻台16的上端面一定高度后，悬吊系统6停止下放，自动卡瓦12关闭并卡紧第一根待接入套管8，此时第一根待接入套管8变成已下入套管13，随后自动吊卡7打开，钻机的悬吊系统6带着空的自动吊卡7上提，离钻台16的上端面一定高度后停止。

第二步，启动旋转底盘1带动升降机构2、第一伸缩臂3、上卸扣机构4和对中机构5旋转到井筒17中心方向后停止旋转；

第一伸缩臂3展开，带动上卸扣机构4和对中机构5到达井筒17的正上方，即上卸扣机构4和对中机构5的中心轴线与已下入套管13的中心轴线重合；

升降机构2的升降端206调整高度，使上卸扣机构4的下钳头406卡紧已下入套管13的外壁，并且下钳头406的中心轴线与已下入套管13的中心轴线重合，从而实现已下入套管13中心与下钳头406、上钳头403、导向套501和导向本体503中心线重合。

第三步，第二根待接入套管8从井场地面被输送到钻台16上，钻机的悬吊系统6通过自动吊卡7悬吊待接入套管8，同时扶正机械机构9的第二前机械臂902和第二后机械臂904伸出展开，带动扶正手指总成901推扶待接入套管8到井筒17的中心上方。

第四步，悬吊系统6逐渐下放待接入套管8，在扶正机械机构9的推扶下，待接入套管8从上方逐渐进入对中机构5的导向套501内，随着悬吊系统6进一步下放，待接入套管8逐步进入导向本体503中，导向本体503内3个扶正总成505在气缸或液缸作用下推扶待接入套管8到导向本体503的中心，实现与已下入套管13的中心自动对中。

第五步，随着悬吊系统6连续下放，待接入套管8在3个扶正总成505的共同夹持下始终沿着导向本体503中心下放，直至待接入套管8下部公扣进入已下入套管13的上部的母扣内，完全松开悬吊系统6使得待接入套管8的重量由已下入套管13承担。

第六步，启动上卸扣机构4的第一驱动402，驱动上钳头403夹紧待接入套管8并旋转，与进入井筒内已下入套管13进行上扣，直至达到规定上扣扭矩和余扣数量要求，停止上扣；

如果上扣扭矩和余扣数量不符合标准要求，可启动上卸扣机构4的第一驱动402反转进行自动卸扣，直至符合标准要求为止。

第七步，完成上扣操作后，启动上卸扣机构4的气缸404，打开前门405，启动第一伸缩油缸303驱动第一前机械臂305缩回，从而带动上卸扣机构4离开第二根待接入套管8；

扶正手指总成901松开待接入套管8，同时扶正机械机构9的机械臂驱动总成905使第二前机械臂902和第二后机械臂904缩回，最终使扶正手指总成901离开井口，不再推扶第二根待接入套管8。

第八步，自动卡瓦12松开，不再抱紧井筒内已下入套管13，悬吊系统6上提已经完成上扣的套管柱，上提高度0.2-0.3米以活动套管柱，然后悬吊系统6下放，直至套管柱上端部到达钻台16的上端面一定高度后，悬吊系统6停止下放，自动卡瓦12关闭并卡紧套管柱，此时原第二根待接入套管8变成第二根已下入套管13，随后自动吊卡7打开，钻机的悬吊系统6带着空的自动吊卡7上提离钻台16一定高度后停止。

第九步，重复第二步～第八步，直至将全部钻井套管下入到井筒17内，扶正机械机构9沿着导轨11自行走和自旋转，使得扶正机械机构9离开井口；

同时第一伸缩臂3缩回，带动上卸扣机构4离开井口，腾出井口上方空间，便于进行正常钻井工艺操作。

上述所有操作直接可采用无线遥控器14操作，也可通过控制机构15手动或触摸屏操作，所有操作过程及数据都由控制机构15记录、保存和远传。

在本实施例中，整个下套管过程及数据都可由控制机构15记录、保存、远传或打印输出，数字化、信息化程度高；自动扶正和对中精度高、速度快，不会发生伤扣、错扣现象；第一驱动402和上钳头403采用电动上卸扣方法，速度快、效率高，易于控制；下套管效率高，套管螺纹连接拧紧扭矩易控制，不会发生螺纹损坏现象，套管螺纹连接质量高；从套管自动输送到钻台、自动扶正、自动对中、上卸扣到下入井筒内，全过程遥控操作，提高作业的工作效率，提升作业的本质安全，缩短建井周期，减少钻井过程操作人员数量，综合降低钻井成本。

本实用新型也可用于钻杆或其他钻具自动上卸扣操作，应用范围广。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施方案而已，并不构成对本实用新型的任何限制。尽管参照前述实施方案对本实用新型进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种钻井套管对接装置，包括用于吊装套管的悬吊系统(6)和用于将两根套管连接的上卸扣机构(4)，其特征在于，

所述上卸扣机构(4)包括同轴设置的上钳头(403)和下钳头(406)，所述上钳头(403)和所述下钳头(406)分别连接第一驱动(402)和第二驱动(408)，在所述上钳头(403)上同轴固定设置有导向对中机构(5)，

套管在所述导向对中机构(5)的作用下与所述上卸扣机构(4)的中心轴线重合，在套管连接过程中，所述下钳头(406)和所述上钳头(403)分别在所述第一驱动(402)和所述第二驱动(408)的作用下卡紧两根套管，从而使两根套管的中心轴线重合，并且所述下钳头(406)相对于所述上钳头(403)周向转动，完成两根套管的上扣。

2.根据权利要求1所述的钻井套管对接装置，其特征在于，所述导向对中机构(5)包括：

导向本体(503)，沿所述导向本体(503)的中心轴线设置有用于套管穿过的通孔(5031)，所述通孔(5031)的直径大于所述套管的直径；

沿所述导向本体(503)的内壁周向均匀设置至少三个扶正轮(5053)，各所述扶正轮(5053)均径向移动式设置。

3.根据权利要求2所述的钻井套管对接装置，其特征在于，在所述导向本体(503)的内壁沿周向设置有至少三个扶正总成(505)，所述扶正总成(505)包括：

与所述导向本体(503)固定连接的扶正固定块(5051)；

铰接设置在所述扶正固定块(5051)上的扶正移动块(5052)，所述扶正轮(5053)转动式设置在所述扶正移动块(5052)上，所述扶正移动块(5052)相对于所述扶正固定块(5051)摆动时，能够调节所述扶正轮(5053)相对于所述导向本体(503)中心轴的距离；

以及用于调节所述扶正移动块(5052)的扶正液缸(5054)，所述扶正液缸(5054)的一端与所述导向本体(503)连接，另一端与所述扶正移动块(5052)连接。

4.根据权利要求3所述的钻井套管对接装置，其特征在于，所述扶正轮(5053)和所述扶正移动块(5052)的转动轴线均与所述导向本体(503)的竖直截面垂直。

5.根据权利要求3所述的钻井套管对接装置，其特征在于，在所述导向本体(503)上设置有用于控制扶正液缸(5054)的阀体总成(504)，各所述扶正液缸(5054)的液压进口相互连通，各所述扶正液缸(5054)的液压出口相互连通。

6.根据权利要求2所述的钻井套管对接装置，其特征在于，在所述导向本体(503)的下端固定设置有下法兰(506)，所述下法兰(506)与所述上钳头(403)同轴固定连接。

7.根据权利要求2所述的钻井套管对接装置，其特征在于，在所述导向本体(503)的上端固定设置有上盖(502)，在所述上盖(502)的远离所述导向本体(503)的一端同轴固定设置有导向套(501)。

8.根据权利要求7所述的钻井套管对接装置，其特征在于，所述导向套(501)为锥形套。

9.根据权利要求1所述的钻井套管对接装置，其特征在于，所述钻井套管对接装置还包括：

钻台(16)；

固定设置在所述钻台(16)上的旋转底盘(1)；

固定设置在所述旋转底盘(1)上的升降机构(2)；

以及第一伸缩臂(3)，所述第一伸缩臂(3)的一端与所述升降机构(2)的升降端连接，另一端与所述上卸扣机构(4)固定连接。

10.根据权利要求9所述的钻井套管对接装置，其特征在于，所述旋转底盘(1)包括：

与所述钻台(16)固定连接的回转支撑底座(106)；

转动式设置在所述回转支撑底座(106)上的回转机构(102)，所述回转机构(102)的上端通过螺栓连接所述升降机构(2)；

固定设置在所述回转支撑底座(106)上的驱动电机(104)和减速机构(103)，所述驱动电机(104)通过所述减速机构(103)连接所述回转机构(102)。

11.根据权利要求9所述的钻井套管对接装置，其特征在于，所述升降机构(2)包括：

下支撑板(207)，所述下支撑板(207)通过螺栓固定设置在所述旋转底盘(1)上；

固定设置在所述下支撑板(207)上的外导向柱；

滑动式设置在所述外导向柱内的内导向柱，所述升降端固定设置在所述内导向柱的外壁，所述升降端延伸至所述外导向柱的外部。

12.根据权利要求9所述的钻井套管对接装置，其特征在于，所述第一伸缩臂(3)包括：

与所述上卸扣机构(4)固定连接的前连接座；

与所述升降机构(2)的升降端固定连接的后连接座；

以及设置在所述前连接座和所述后连接座之间的折叠关节；

在所述折叠关节与所述前连接座之间通过铰接的方式平行设置有两根臂杆，两根臂杆与所述折叠关节和所述前连接座(306)构成平行四边形；

在所述折叠关节与所述后连接座(301)之间通过铰接的方式平行设置有两根臂杆，两根臂杆与所述折叠关节和所述后连接座(301)构成平行四边形。

13.根据权利要求9所述的钻井套管对接装置，其特征在于，在所述钻台(16)上移动式设置有自行走驱动总成(10)，在所述自行走驱动总成(10)上转动式设置有扶正机械机构(9)。

14.根据权利要求13所述的钻井套管对接装置，其特征在于，所述扶正机械机构(9)包括：

转动式设置在所述自行走驱动总成(10)上的支撑柱(907)；

固定设置在所述支撑柱(907)上的第二伸缩臂；

以及固定设置在所述第二伸缩臂的远离所述支撑柱(907)一端的扶正手指总成(901)。

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