CN105275415A - 全自动连续钻井钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动连续钻井钻机，包括钻机底座和动力猫道，在动力猫道两侧安装有排管架，在钻机底座上台面对应井口安装有井架，在井架两侧框架内表面分别对称固定安装有齿条以及导轨，在井架的底部和上部分别设置有提升机构I和提升机构II；在井架前侧固定安装有二层台，二层台上设有气动指梁；在钻机底座的钻台面和二层台底部之间连接有用于柱式抓管机移动的轨道；在井架前侧还安装有井架工安装台，井架工安装台位于二层台上方，在井架工安装台下方悬吊安装有自动井架工。本发明的装置，不需要停钻即可进行上卸扣，钻进效率提高。

Description

全自动连续钻井钻机

技术领域

本发明属于石油机械设备技术领域，涉及一种全自动连续钻井钻机。

背景技术

现有的钻机(不配顶驱)的钻进作业过程是：钻工操作风动绞车将钻杆单根从猫道沿大门坡道拖拽至钻台上，依靠风动绞车和液压大钳的配合在小鼠洞内完成与方钻杆的上扣(此时泥浆液已停止循环)，游吊***将完成上扣后的钻杆从小鼠洞提出至井口，由1-2名钻台工扶持其下端与钻台面卡瓦悬持的钻杆上端对准扣后，液压大钳再进行旋、紧扣作业，开启泥浆循环，继续钻进。起钻作业过程是：游动***将钻具提升至一定高度(此时泥浆液已停止循环)，操作液压大钳卸扣，再依靠2-3名钻台工和井架工配合作业，将立根移送到井架二层台指梁内；下钻作业过程是起钻过程的逆过程。

上述作业方式存在的主要问题是：1)整个钻井过程中，钻具处理占用了大量的钻井时间(深井钻机更为明显)且需要多人同时配合才能完成，钻工劳动强度非常大，操作人员安全风险高。2)起下钻和钻进过程中需要停钻才能进行钻具的上卸扣作业，每次上卸扣需要花大约1～2min，降低了钻井效率。3)停钻使得钻井液的不循环和旋转***的不旋转，很容易造成井底卡钻；另外，不连续的起下钻产生的抽吸作用将导致井筒压力波动，不利于井壁的稳定，增加了井下发生复杂情况的可能性。

发明内容

本发明的目的是提供一种全自动连续钻井钻机，解决了现有技术在钻机钻具处理过程中钻工劳动强度大，安全风险高，以及起下钻和钻进过程中需要停钻才能进行上卸扣造成的钻进效率较低、井下易发生意外情况的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种全自动连续钻井钻机，包括钻机底座和动力猫道，在动力猫道两侧安装有排管架，在钻机底座上台面对应井口安装有井架，在井架两侧框架内表面分别对称固定安装有齿条以及导轨，在井架的底部和上部分别设置有提升机构I和提升机构II；

在井架前侧固定安装有二层台，二层台上设有气动指梁；在钻机底座的钻台面和二层台底部之间连接有用于柱式抓管机移动的轨道；在井架前侧还安装有井架工安装台，井架工安装台位于二层台上方，在井架工安装台下方悬吊安装有自动井架工；

在井架左右外侧固定安装有泥浆管汇，各个泥浆管汇通过相应的水龙带分别与提升机构I、提升机构II相连。

本发明的全自动连续钻井钻机，其特征还在于：

钻机底座上部后侧固定安装有控制室，在钻机底座左右两侧的偏房支架上固定安装有司钻偏房。

排管机、动力猫道、提升机构I、柱式抓管机、自动井架工以及提升机构II均与电液控制机构联通，电液控制机构集成在地面的液压站内。

排管机、动力猫道、提升机构I、柱式抓管机、自动井架工以及提升机构II的执行机构中均设置有相应的位置传感器，所有的位置传感器与电液控制机构信号连接。

提升机构I下部设有动力机组，分别由成对的电机、减速箱、齿轮组成；提升机构I的上部设有集上卸扣、泥浆不间断循环、钻进旋转功能为一体的多功能装置。

提升机构II上部设有动力机组，分别由成对的电机、减速箱、齿轮组成；下部悬吊有常规顶驱；提升机构II的上、下部之间设有反扭矩梁。

本发明的有益效果是，1)提高操作人员的安全性，整个钻井作业过程实现了全自动化，无需钻台工和井架工，只需操作人员在钻台控制室操作即可完成整个钻进及起下钻作业，可避免人员受伤；2)提高了钻井效率，整个钻井过程中实现了连续起下钻和钻进，不用为上卸钻杆而停钻，可以边钻进边接钻杆，大大提高钻井效率。3)提高井身的安全性，钻井液的不间断循环及连续和匀速起下钻可减少抽吸作用引起的井筒压力波动，有利于维持井壁稳定，降低了井下发生复杂情况的可能性。

附图说明

图1是本发明全自动连续钻机前视图；

图2是本发明全自动连续钻机侧视图；

图3是本发明全自动连续钻机俯视图；

图4是本发明全自动连续钻机钻井流程一；

图5是本发明全自动连续钻机钻井流程二；

图6是本发明全自动连续钻机钻井流程三；

图7是本发明全自动连续钻机钻井流程四；

图8是本发明全自动连续钻机钻井流程五；

图9是本发明全自动连续钻机钻井流程六；

图10是本发明全自动连续钻机起钻流程一；

图11是本发明全自动连续钻机起钻流程二；

图12是本发明全自动连续钻机起钻流程三；

图13是本发明全自动连续钻机起钻流程四；

图14是本发明全自动连续钻机起钻流程五。

图中，1.钻机底座，2.动力猫道，3.控制室，4.井架，5.提升机构I，6.柱式抓管机，7.齿条，8.井架工，9.提升机构II，10.单根钻杆，11.二层台，12.泥浆管汇，13.司钻偏房，14.导轨，15.排管机，16.气动指梁，17.井架工安装台，18.水龙带，19.电液控制机构，20.液压站。

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。

如图1、图2、图3所示，本发明装置的结构是，在地面上(基础面)安装有钻机底座1和动力猫道2，动力猫道2通过螺栓与钻机底座1连接，在动力猫道2两侧安装有排管架15，在每侧的排管架15上平放有预定数量的单根钻杆10；在钻机底座1上台面对应井口安装有井架4，在井架4两侧框架内表面分别对称固定安装有齿条7以及导轨14，在井架4的底部和上部分别设置有提升机构I5和提升机构II9；在井架4前侧通过销轴固定安装有二层台11，二层台11上设有气动指梁16；在钻机底座1的钻台面和二层台11底部之间连接有用于柱式抓管机6移动的轨道；在井架4前侧还安装有井架工安装台17，井架工安装台17位于二层台11上方，在井架工安装台17下方悬吊安装有自动井架工8；在井架左右外侧固定安装有泥浆管汇12，各个泥浆管汇12通过相应的水龙带18分别与提升机构I5、提升机构II9相连；在钻机底座1上部后侧固定安装有控制室3，在钻机底座1左右两侧的偏房支架上固定安装有司钻偏房13。

排管架15、动力猫道2、柱式抓管机6、井架工8、气动指梁16、两套提升机构(提升机构I5、提升机构II9)配套，一起构成全套管柱自动化处理***。

排管架15外部设有倾斜油缸，通过倾斜油缸的伸出(缩回)使排管架15倾斜预定的角度，实现排管架15上的单根钻杆10依靠重力实现自动滚入(或滚出)。

动力猫道2主要包括送钻装置、液压绞车、小滑车，液压马达驱动液压绞车滚筒旋转，通过钢丝绳拉升结构完成送钻柱装置的起升，液压马达驱动链轮旋转，带动送小滑车移动，将单根钻杆10推移至近柱式抓管机6附近。

通过排管架15、动力猫道2之间的相互配合，能够实现单根钻杆10在地面排管与钻台面之间的自动化输送。

柱式抓管机6主要包括回转马达、滑车、摆臂及钳头，滑车带动摆臂和钳头运动至预定高度，液压缸驱动摆臂伸出使钳头至合适位置，钳头夹持单根钻杆10；它们的相互配合动作可使输送至钻台面的单根钻杆10由水平状态变为垂直状态，并将其移运至井口；反之，也可以将单根钻杆10移运至动力猫道2上。

自动井架工8主要包括回转马达、滑车、伸缩臂、钳头，在液压马达驱动下自动井架工8可整体绕回转中心旋转，伸缩臂下部设钳头，在作业时可悬持钻具立根。

通过自动井架工8、柱式排管机6的相互配合，能够实现钻具立根在二层台指梁16与井口之间的自动化输送。

提升机构I5下部设有动力机组，分别由成对的电机、减速箱、齿轮组成；提升机构I5的上部设有集上卸扣、泥浆不间断循环、钻进旋转功能为一体的多功能装置；提升机构I5的上、下部之间通过螺栓连接。作业时，提升机构I5通过齿轮与齿条的啮合实现上下运动；钩载通过提升机构I5传递给齿轮，再通过齿轮与齿条7的啮合传递给井架4。

提升机构II9上部设有动力机组，分别由成对的电机、减速箱、齿轮组成；下部悬吊有常规顶驱，顶驱背钳能够上下移动；提升机构II9的上、下部之间设有反扭矩梁，用于承受顶驱钻进时的反扭矩。作业时，提升机构II9通过齿轮与齿条的啮合实现上下运动；钩载通过提升机构II9传递给齿轮，再通过齿轮与齿条7的啮合传递给井架4。

通过提升机构I5、提升机构II9、泥浆管汇12的配合能够实现整个钻井过程中钻井液的循环不间断、连续起下钻和钻进。

排管机15、动力猫道2、提升机构I5、柱式抓管机6、自动井架工8以及提升机构II9均与电液控制机构19联通，电液控制机构19集成在地面的液压站20内。

上述排管机15、动力猫道2、提升机构I5、柱式抓管机6、自动井架工8以及提升机构II9的执行机构中均设置有相应的位置传感器，用于位置检测或限位控制，所有的位置传感器与电液控制机构19信号连接，并利用电液控制机构19对该套装置中的各执行部件的动作进行可编程控制，使得控制具有安全互锁功能，还可以通过控制室3对各个部件远程控制。

本发明装置的钻进流程，按照以下步骤实施：

步骤1.提升机构I5与提升机构II9均处于低位，操作排管架15将单根钻杆10滚入动力猫道2，与此同时，提升机构I5泥浆通道打开、提升机构II9泥浆通道关闭，提升机构II9停止钻进、完成与钻具的卸扣动作，提升机构I5开始钻进，见图4。

步骤2.动力猫道2将单根钻杆10传送至柱式抓管机6处；与此同时，提升机构II9上升至一定高度，提升机构I5继续钻进，见图5。

步骤3.柱式抓管机6抓取单根钻杆10，将其变为垂直状态并提升至一定高度递交给提升机构II9，提升机构II9下部顶驱与单根钻杆10完成上扣；与此同时，提升机构I5继续钻进，动力猫道2下行复位，见图6。

步骤4.提升机构II9携单根钻杆10下移至提升机构I5，提升机构II9泥浆通道打开、并在提升机构I5的上部装置内完成单根钻杆10与正在钻进的钻具上扣动作，提升机构I5关闭泥浆通道、停止钻进，提升机构II9开始钻井，见图7。

步骤5.在同一轨道中，提升机构I5始终在下，提升机构II9始终在上，提升机构I5松开钻具上行至预定高度，同时提升机构II9继续钻井，见图8。

步骤6.提升机构II9钻进至接近提升机构I5上部装置时，提升机构II9停止钻进、完成与钻具的卸扣动作，提升机构I5泥浆通道打开、提升机构II9泥浆通道关闭，由提升机构I5继续钻进；与此同时，动力猫道2输送下一单根钻杆10，见图9。

本发明装置的起钻作业流程是，其步骤包括：

步骤1.提升机构I5提升钻具上行至预定高度，与此同时提升机构II9空载下行至提升机构I5上部装置，见图10。

步骤2.提升机构II9泥浆通道打开并在提升机构I5上部装置内完成与钻具的上扣动作、提升机构I5泥浆通道关闭；提升机构I5松开钻具下行至钻台面，与此同时提升机构II9携钻具上行至预定高度，见图11。

步骤3.提升机构I5上部装置完成钻台面处钻具卸扣动作，提升机构I5泥浆通道打开，提升机构II9泥浆通道关闭并上行一段距离，见图12。

步骤4.井架工8和柱式抓管机6抓取立根，提升机构II9下部顶驱松开钻具，见图13。

步骤5.自动井架工8、柱式排管机6相互配合排放立根，与此同时提升机构I5、提升机构II9继续起钻下一立根，见图14。

本发明的下钻作业流程是起钻流程的逆过程，在此不再重复。

本发明的全自动连续钻井钻机，提高操作人员的安全性，整个钻井作业过程实现了全自动化，无需钻台工和井架工，只需操作人员在控制室操作即可完成整改钻井及起下钻作业，可避免人员受伤；提高了钻井效率，整个钻井过程中实现了连续起下钻和钻进，不用为上卸钻杆而停钻，可以边钻边接钻杆，大大提高钻井效率。提高井身的安全性，钻井液的不间断循环及连续和匀速起下钻可减少抽吸作用引起的井筒压力波动，有利于维持井壁稳定，降低了井下发生复杂情况的可能性。

Claims (6)

1.一种全自动连续钻井钻机，其特征在于：包括钻机底座(1)和动力猫道(2)，在动力猫道(2)两侧安装有排管架(15)，在钻机底座(1)上台面对应井口安装有井架(4)，在井架(4)两侧框架内表面分别对称固定安装有齿条(7)以及导轨(14)，在井架(4)的底部和上部分别设置有提升机构I(5)和提升机构II(9)；

在井架(4)前侧固定安装有二层台(11)，二层台(11)上设有气动指梁(16)；在钻机底座(1)的钻台面和二层台(11)底部之间连接有用于柱式抓管机(6)移动的轨道；在井架(4)前侧还安装有井架工安装台(17)，井架工安装台(17)位于二层台(11)上方，在井架工安装台(17)下方悬吊安装有自动井架工(8)；

在井架左右外侧固定安装有泥浆管汇(12)，各个泥浆管汇(12)通过相应的水龙带(18)分别与提升机构I(5)、提升机构II(9)相连。

2.根据权利要求1所述的全自动连续钻井钻机，其特征在于：所述的钻机底座(1)上部后侧固定安装有控制室(3)，在钻机底座(1)左右两侧的偏房支架上固定安装有司钻偏房(13)。

3.根据权利要求1所述的全自动连续钻井钻机，其特征在于：所述的排管机(15)、动力猫道(2)、提升机构I(5)、柱式抓管机(6)、自动井架工(8)以及提升机构II(9)均与电液控制机构(19)联通，电液控制机构(19)集成在地面的液压站(20)内。

4.根据权利要求3所述的全自动连续钻井钻机，其特征在于：所述的排管机(15)、动力猫道(2)、提升机构I(5)、柱式抓管机(6)、自动井架工(8)以及提升机构II(9)的执行机构中均设置有相应的位置传感器，所有的位置传感器与电液控制机构(19)信号连接。

5.根据权利要求1所述的全自动连续钻井钻机，其特征在于：所述的提升机构I(5)下部设有动力机组，分别由成对的电机、减速箱、齿轮组成；提升机构I(5)的上部设有集上卸扣、泥浆不间断循环、钻进旋转功能为一体的多功能装置。

6.根据权利要求1所述的全自动连续钻井钻机，其特征在于：所述的提升机构II(9)上部设有动力机组，分别由成对的电机、减速箱、齿轮组成；下部悬吊有常规顶驱；提升机构II(9)的上、下部之间设有反扭矩梁。