CN107445073B - 车载钻机复合式提升装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种车载钻机复合式提升装置及使用方法，提升装置包括绞车提升机构和油缸提升机构，所述绞车提升机构包含上天车、游车大钩和液压绞车，所述液压绞车安装于车体平台，所述油缸提升机构包含一级给进单元、二级给进单元和下天车，所述一级给进单元为位于两侧的矩形型钢，各矩形型钢的下端连接至车体平台，且各矩形型钢内设有给进油缸，所述给进油缸的上端用销轴与下天车连接，所述下天车位于二级给进单元上方，以及以回转器，所述二级给进单元的内表面设有供回转器上下滑动的导轨，所述回转器的上端连接起拔钢丝绳，下端连接给进钢丝绳；由此，本发明节省了钻机车体安装空间，提高了液压***利用率，有效降低了能耗与成本。

Description

车载钻机复合式提升装置及使用方法

技术领域

本发明涉及钻探设备的技术领域，尤其涉及一种车载钻机复合式提升装置及使用方法。

背景技术

车载钻机主要采用轮式车辆底盘，机动性强、搬迁运移快，能方便进入山区、丘陵等特殊工作区域。广泛应用于煤层气井、地热钻井、页岩气钻井、天然气钻井及水井等的钻探。

我国煤矿资源经过多年的勘探和开发，中东部部分浅层煤矿已经越来越少，面临向深部开采的问题。深部煤矿开采面临更大的地应力和更复杂的地质条件，瓦斯治理难度大，其井身结构更加复杂，钻进深度更深，钻具更换更加频繁。这就要求车载钻机在正常钻进、起下钻具等工况具有较快的给进起拔速度。同时，需要较大的提升力，解决卡钻埋钻等孔内事故。但常规的钻机在速度和能力上难以兼顾。

车载钻机要求给进结构紧凑，目前车载钻机多采用油缸驱动钢丝绳带动回转器运动，实现起拔和给进功能。该结构若要继续提高起拔能力，则给进油缸、桅杆型钢、斜撑油缸等尺寸均需相应增加，给进装置整体外形尺寸和重量也相应增加。同时，更大的给进油缸需要提供更多的液压油和更高的驱动功率。

常规石油钻机的井架绞车式结构，其绞车结构复杂，依靠盘式刹车等机构实现钻压的控制。石油钻机塔架长度长，造成整机在运输时长度过长，机动性差；或须要将塔架拆卸后才能进行搬迁，增加了转场时间。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种车载钻机复合式提升装置及使用方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车载钻机复合式提升装置及使用方法，其节省了钻机车体安装空间，提高了液压***利用率，有效降低了能耗与成本。

为解决上述问题，本发明公开了一种车载钻机复合式提升装置，包括绞车提升机构和油缸提升机构，其特征在于：

所述绞车提升机构包含上天车、游车大钩和液压绞车，所述液压绞车安装于车体平台；

所述油缸提升机构包含一级给进单元、二级给进单元和下天车，所述下天车位于上天车下方且通过销轴与上天车连接，所述一级给进单元为位于两侧的矩形型钢，各矩形型钢的下端连接至车体平台，且各矩形型钢内设有给进油缸，所述给进油缸的上端用销轴与下天车连接，所述二级给进单元位于两侧的矩形型钢内侧，所述下天车位于二级给进单元上方；

以及回转器，所述二级给进单元的内表面设有供回转器上下滑动的导轨，所述回转器的上端连接起拔钢丝绳，下端连接给进钢丝绳，所述起拔钢丝绳与给进钢丝绳的另一端分别连接一级给进单元的两个固定端。

其中：所述液压绞车的钢丝绳穿绕上天车与游车大钩组成的5×4滑轮组，上天车顶部安装5个定滑轮，用以改变力的方向，游车大钩内部安装4个动滑轮，起省力的作用，以减轻液压绞车的负荷。

其中：所述上天车通过矩形钢拼焊成桁架式平台，所述桁架式平台突出下天车边缘，以使上天车的滑轮组正下方给出1.5m的容置空间以用于停放游车大钩。

其中：还包含液压控制***，所述液压控制***包含液压油源、液控比例多路阀、逻辑梭阀和两个液控转向阀，所述液控比例多路阀分别连接至液压油源和两个液控转向阀，所述两个液控转向阀分别连接至液压绞车的绞车马达和给进油缸，所述逻辑梭阀连接至液控比例多路阀、两个液控转向阀的控制端且通过两先导手柄实现液控比例多路阀的开启量以进行给进油缸或绞车马达的速度控制，从而通过逻辑梭阀控制液控换向阀实现功能切换。

其中：所述两个液控转向阀和给进油缸之间还设有液压锁。

其中：所述给进油缸还设有多路阀，所述多路阀连接有溢流阀，多路阀工作于右位时，给进油缸连接溢流阀建立背压，阻止给进油缸缩回，从而提供给减压钻进更大的支撑力。

其中：所述液压***的工作过程如下：液压油源为执行机构提供高压油，油缸给进起拔时，推动先导手柄通过逻辑梭阀控制液控比例多路阀，此时液控换向阀液控端为低压，液控换向阀工作于右位，实现油缸给进起拔，当推动先导手柄时，通过逻辑梭阀控制液控比例多路阀，此时液控换向阀液控端为高压，液控换向阀工作于左位，实现液压绞车的操作。

如上所述的车载钻机复合式提升装置的使用方法，其特征在于包含下钻过程、钻进过程和起钻过程：

在下钻过程中，仅油缸提升机构工作，二级给进单元空载伸出，带载缩回；

钻进过程中，仅油缸提升机构工作，回转器空载向上运动，向下时则为减压钻进；

起钻过程中，当负载小于给进油缸最大提升能力时，仅油缸提升机构带动回转器起钻，当负载大于油缸最大提升能力时，不足以提起孔内钻具，此时，回转器脱开下天车的起拔钢丝绳与给进钢丝绳，与游车大钩相连，由绞车提升机构提供起拔力。

通过上述结构可知，本发明的车载钻机复合式提升装置及使用方法具有如下效果：

1、在钻机工作过程中，当负载小于油缸最大提升能力时，使用油缸提升机构进行给进起拔。当负载大于油缸最大起拔能力时，通过提高油缸、油管和溢流阀的耐压能力，来实现更大能力的减压钻进。强力起拔和深孔段起拔时，采用绞车提升机构，通过滑轮组降低单根钢丝绳拉力，从而提供较小的钢丝绳拉力，输出较大的钻机起拔力。其优点还有：可拆卸式上下两组天车机动灵活，可根据不同的目标钻孔选择安装上天车；油缸提升机构与绞车提升机构交替使用同一液压泵组，节省了钻机车体安装空间，提高了液压***利用率，有效降低了能耗与成本。

2、伸缩桅杆可以增加绞车提升机构单回次的行程，可以单次起下两根钻具。与石油钻机绞车相比，机身短，机动性强，钻进效率高，浅孔段起拔效率高。同时，绞车的结构也更加简单。

3、液压***采用液压先导控制，通过梭阀网络实现油缸及绞车功能切换，选用一个主控制多路阀实现双执行机构的切换，只需操纵对应手柄实现主多路阀控制及油缸绞车功能切换，钻机操作方便，同时节省了***搭建成本。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的一种车载钻机复合式提升装置的侧视图；

图2显示了本发明的正视图；

图3显示了本发明的液压原理简图。

附图标记：

1—上天车、2—下天车、3—钢丝绳、4—游车大钩、5—回转器、6—车体平台、7—液压绞车、8—起拔钢丝绳、9—一级给进单元、10—二级给进单元、11—给进钢丝绳、12—给进油缸、13—多路阀、14—溢流阀、15—液压泵站、16—绞车马达、17—液压锁、18—液控换向阀、19—液控换向阀、20—逻辑梭阀、21—液控比例多路阀、22—先导阀、23—先导阀。

具体实施方式

参见图1和2，显示了本发明的车载钻机复合式提升装置。

所述车载钻机复合式提升装置包括绞车提升机构和油缸提升机构，所述绞车提升机构包含上天车1、游车大钩4和液压绞车7，所述液压绞车7安装于车体平台6，所述上天车1位于油缸提升机构上方，所述液压绞车7的钢丝绳3穿绕上天车1与游车大钩4组成的5×4滑轮组，末端连接到上天车1的死绳固定点与游车大钩4连接。

其中，所述上天车和游车大钩中的滑轮组共同构成提升机构的滑轮系。滑轮系采用5×4的排布方式，上天车顶部安装5个定滑轮，用以改变力的方向，游车大钩内部安装4个动滑轮，起省力的作用，以减轻液压绞车的负荷。

所述油缸提升机构设置于车体平台6，其包含一级给进单元9、二级给进单元10和下天车2，其中，所述下天车2可位于上天车1下方且通过销轴与下天车2连接，所述一级给进单元9为位于两侧的矩形型钢，各矩形型钢的下端通过销轴连接至车体平台6，且各矩形型钢内设有给进油缸12，所述给进油缸12的下端用销轴与一级给进单元9连接，上端用销轴与下天车2连接，所述二级给进单元10位于两侧的矩形型钢内侧，所述下天车2位于二级给进单元10上方，下天车2底板四周布置螺栓与二级给进单元10连接，所述一级给进单元9的内侧设有轨道，二级给进单元10的两侧设有可沿轨道移动的滚轮，所述二级给进单元在给进油缸12的推动下，通过二级给进单元的滚轮和一级给进单元的轨道配合，相对一级给进单元伸出和缩回。

其中，还设有回转器，所述二级给进单元10的内表面设有供回转器5上下滑动的导轨，所述回转器5的的上端连接起拔钢丝绳8，下端连接给进钢丝绳11，所述起拔钢丝绳8与给进钢丝绳11的另一端分别连接一级给进单元9的两个固定端，其中，绞车提升机构需要使用回转器5时，回转器5可与起拔钢丝绳8脱开，从而将游车大钩4穿入回转器5上端的连接孔以实现相互连接。

如图1所示，所述上天车1可通过矩形钢拼焊成桁架式平台，所述桁架式平台突出下天车2边缘，以使上天车1的滑轮组正下方给出1.5m的容置空间以用于停放游车大钩4，在不需要使用回转器5时，游车大钩4脱开回转器5提升至上天车1下方，避免干扰回转器5在下天车2提升轨道上的移动。

参见图3，显示了本发明的液压控制***，所述液压控制***包含液压油源15、液控比例多路阀21、逻辑梭阀20和两个液控转向阀18、19，所述液控比例多路阀21分别连接至液压油源15和两个液控转向阀18、19，所述两个液控转向阀18、19分别连接至液压绞车7的绞车马达16和给进油缸12，所述逻辑梭阀20连接至液控比例多路阀21、两个液控转向阀18、19的控制端且通过两先导手柄22、23实现液控比例多路阀21的开启量以进行给进油缸12或绞车马达16的速度控制，从而通过逻辑梭阀20控制液控换向阀18、19实现功能切换。

其中，所述两个液控转向阀18、19和给进油缸12之间还可设有液压锁17。

其中，所述液压锁17和给进油缸12还可设有多路阀13，所述多路阀13连接有溢流阀14，多路阀13工作于右位时，给进油缸12连接溢流阀14建立背压，阻止给进油缸12缩回。从而给进油缸12通过增加无杆腔的耐压能力提供给减压钻进更大的支撑力，而不需要泵站连续提供较高的压力，油缸结构及密封件均符合耐压要求。

由此，所述液压控制***采用逻辑梭阀20为液控换向阀18、19提供控制油源，液控换向阀18、19控制当前为给进油缸12工作或者绞车马达16工作，液压油源15为液压***提供高压油，多路阀13实现钻机减压钻进，通过溢流阀14调节减压压力。

参见图1-3，所述液压***的工作过程如下：液压油源15为各执行机构提供高压油，油缸给进起拔时，推动先导手柄22通过逻辑梭阀20控制液控比例多路阀21，此时液控换向阀18、19液控端为低压，液控换向阀18、19工作于右位，实现油缸给进起拔，当推动先导手柄23时，通过逻辑梭阀20控制液控比例多路阀21，此时液控换向阀18、19液控端为高压，液控换向阀18、19工作于左位，实现液压绞车的操作。

本发明中车载钻机复合式提升装置的使用方法如下：

其包含下钻过程、钻进过程和起钻过程，在下钻过程中，仅油缸提升机构工作，二级给进单元10空载伸出，带载缩回。具体过程为：接钻杆前，孔口夹持器夹持孔内钻具，回转器5反转松开与钻杆的连接螺纹，给进油缸12带动回转器5空载上行。连接好新加钻杆螺纹后，孔口夹持器松开，孔内的钻柱重量使油缸受压回缩，实现钻具的下放。

钻进过程中，仅油缸提升机构工作，回转器5空载向上运动，向下时则主要为减压钻进。选用耐压能力更高的给进油缸12与密封件，这样只需给进油缸12与密封件耐高压，而不需要泵站连续提供较高的压力，减小了能量消耗，控制了给进油缸12的尺寸。

起钻过程中，当负载小于给进油缸12最大提升能力时，仅油缸提升机构带动回转器5起钻。当负载大于油缸最大提升能力时，不足以提起孔内钻具。此时，回转器5脱开下天车2的两根起拔钢丝绳8与2根给进钢丝绳11，与游车大钩4相连，由绞车提升机构提供起拔力。

由此可见，所述上天车1与下天车2通过销轴连接，方便拆卸。在已知目标钻孔所需车载钻机的最大提升力小于给进油缸12最大提升力时，可不安装绞车提升机构，既在钻机运输就位之前，拆下绞车提升机构，从而降低车载钻机转场与施工过程中的自重，增强了钻机的机动性能，减少了能耗。

所述油缸绞车复合式方案给进装置上的上天车1和游车大钩4在长距离运输状态下可进行拆卸，降低了车载钻机的整机重量，提高了运输安全性。

在常规状态下，所述给进油缸12耐压能力为32MPa的基础上，选用耐压能力为48MPa的给进油缸12使支撑力提高到1.5倍，而泵站仍只提供32MPa的压力，有效节约能源。

通过以上分析可以看出，所述油缸绞车复合的方式实现了两种不同工况条件下的作业，正常钻进及倒杆时使用油缸提升机构，发挥其速度优势；处理孔内事故时，通过绞车提升机构滑轮组增力的方式，提供更大的起拔能力。解决了钻机事故处理能力和起下钻效率难以兼顾的难题，并大幅度减小额外能量损失及燃料消耗。

现有车载钻机多采用单绞车提升机构或单油缸提升机构，德国宝峨RB50型车载钻机使用绞车与油缸提升机构，但其桅杆长度固定，油缸提升机构速度慢，正常钻进及倒杆时工作效率低，本发明系首次在油缸伸缩桅杆提升***中实施与绞车提升***的复合使用。

技术效果：

1.本发明解决了车载钻机施工深孔既要提升力大，又要速度快，而且尺寸重量合理的问题。目前没有车载钻机能够实现浅孔与减压钻进使用油缸倍速提升***加快施工速度且又能通过绞车提升***输出更大的提升力。

2.减压钻进过程中，通过提高油缸提升***耐压能力就能实现较大的钻进能力，回避了常规使用更大能力的泵站的问题，控制了成本、空间，减少了能量消耗。

3.首次通过绞车与油缸提升***的兼容，通过具体定义油缸与绞车提升***的使用方法，兼顾了钻机的事故处理能力与起下钻效率，为车载钻机向大能力、高效率方向发展奠定了基础。

钻进过程中，动力头空载向上运动，向下时主要为减压钻进，此时多路阀工作于右位，无杆腔连接溢流阀建立背压，阻止给进油缸缩回，实现减压钻进，钻进压力通过溢流阀进行控制。只需通过增加油缸无杆腔的耐压能力提供给减压钻进更大的支撑力，而不需要泵站连续提供较高的压力，油缸结构及密封件均符合耐压要求。也就是提高溢流阀和油缸的耐压能力，即可实现钻机减压钻进能力的提高。车载钻机加压钻进所需下压力一般在20tf左右，油缸提升机构已经可以满足。

所述车载钻机复合式提升装置的使用方法具体为：所述油缸提升机构用于正常钻进和起拔等工况，所述绞车提升方式用于卡钻时需要强力起拔和深孔完井后超过油缸起拔能力段的起拔工况。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (7)

1.一种车载钻机复合式提升装置，包括绞车提升机构和油缸提升机构，其特征在于：

所述绞车提升机构包含上天车、游车大钩和液压绞车，所述液压绞车安装于车体平台；

所述油缸提升机构包含一级给进单元、二级给进单元和下天车，所述下天车位于上天车下方且通过销轴连接，所述一级给进单元为位于两侧的矩形型钢，各矩形型钢的下端连接至车体平台，且各矩形型钢内设有给进油缸，所述给进油缸的上端用销轴与下天车连接，所述二级给进单元位于两侧的矩形型钢内侧，所述下天车位于二级给进单元上方；

以及回转器，所述二级给进单元的内表面设有供回转器上下滑动的导轨，所述回转器的上端连接起拔钢丝绳，下端连接给进钢丝绳，所述起拔钢丝绳与给进钢丝绳的另一端分别连接一级给进单元的两个固定端；

还包含液压控制***，所述液压控制***包含液压油源、液控比例多路阀、逻辑梭阀和两个液控转向阀，所述液控比例多路阀分别连接至液压油源和两个液控转向阀，所述两个液控转向阀分别连接至液压绞车的绞车马达和给进油缸，所述逻辑梭阀连接至液控比例多路阀、两个液控转向阀的控制端且通过两先导手柄实现液控比例多路阀的开启量以进行给进油缸或绞车马达的速度控制，从而通过逻辑梭阀控制液控换向阀实现功能切换。

2.如权利要求1所述的车载钻机复合式提升装置，其特征在于：所述液压绞车的钢丝绳穿绕上天车与游车大钩组成的5×4滑轮组，上天车顶部安装5个定滑轮，用以改变力的方向，游车大钩内部安装4个动滑轮，起省力的作用，以减轻液压绞车的负荷。

3.如权利要求1所述的车载钻机复合式提升装置，其特征在于：所述上天车通过矩形钢拼焊成桁架式平台，所述桁架式平台突出下天车边缘，以使上天车的滑轮组正下方给出1.5m的容置空间以用于停放游车大钩。

4.如权利要求1所述的车载钻机复合式提升装置，其特征在于：所述两个液控转向阀和给进油缸之间还设有液压锁。

5.如权利要求1所述的车载钻机复合式提升装置，其特征在于：所述给进油缸还设有多路阀，所述多路阀连接有溢流阀，多路阀工作于右位时，给进油缸连接溢流阀建立背压，阻止给进油缸缩回，从而提供给减压钻进更大的支撑力。

6.如权利要求1所述的车载钻机复合式提升装置，其特征在于：所述液压***的工作过程如下：液压油源为执行机构提供高压油，油缸给进起拔时，推动先导手柄通过逻辑梭阀控制液控比例多路阀，此时液控换向阀液控端为低压，液控换向阀工作于右位，实现油缸给进起拔，当推动先导手柄时，通过逻辑梭阀控制液控比例多路阀，此时液控换向阀液控端为高压，液控换向阀工作于左位，实现液压绞车的操作。

7.如权利要求1-6中任一所述车载钻机复合式提升装置的使用方法，其特征在于包含下钻过程、钻进过程和起钻过程：

在下钻过程中，仅油缸提升机构工作，二级给进单元空载伸出，带载缩回；

钻进过程中，仅油缸提升机构工作，回转器空载向上运动，向下时则为减压钻进；

起钻过程中，当负载小于给进油缸最大提升能力时，仅油缸提升机构带动回转器起钻，当负载大于油缸最大提升能力时，不足以提起孔内钻具，此时，回转器脱开下天车的起拔钢丝绳与给进钢丝绳，与游车大钩相连，由绞车提升机构提供起拔力。