CN107869315B - 一种自动化修井机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油设备领域，具体涉及一种自动化修井机，是由新型钻具输送装置、钻台面机械手、钻台面自动液压钳、自动卡瓦、新型钻杆上扣对中装置、二层台机械手、二层台可折叠栏杆、自动吊卡、游车及吊环防晃装置所组成的，各配套装置及***各自与控制***连接，并集成在司钻处进行集中控制，整个作业过程司钻全程监控，实现管具上下钻台的无人化操作，并通过钻台面自动液压钳实现钻杆对中和上扣的配合自动作业，所述游车与吊环防晃装置通过扶正吊环，实现钻杆在自动吊卡与二层台机械手之间的移运。综上所述，本发明减轻了操作工的劳动强度，提高工作效率，安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于石油设备领域，具体涉及一种自动化修井机，用于实现修井作业的自动化。
背景技术
钻井和修井作业中，传统的方式为使用游车大钩、液压大钳、吊钳、吊卡等并配合二层台及钻台面的若干名操作工实现修井作业，作业环境恶劣，作业过程劳动强度大，需要司钻与各位置操作工的默契配合且作业危险性较高。目前钻井和修井作业自动化机具的使用越来越多，修井过程的自动化成为一种趋势。减少修井作业的作业人数，降低劳动强度及作业危险性，实现司钻对修井过程的集中控制、修井作业各过程的自动衔接必将是未来修井作业的主要方向。
发明内容
本发明专利的目的是实现修井作业的自动化。通过二层台机械手、游钩及吊环防晃装置、钻台面机械手、钻台面自动液压钳、自动吊卡、自动卡瓦、井口对中装置、钻具输送装置等自动化机具的配合使用，提高修井作业效率，降低作业劳动强度，提高作业安全性。通过集成司钻控制，实现对修井过程的全程监控。
本发明为达到上述自动化修井作业和司钻全程监控的作业过程，采用如下技术方案实现：
本发明自动化修井机包括钻具输送装置、钻台、井架、钻台面机械手、钻台面井口对中装置、钻台面自动液压钳、自动卡瓦、自动吊卡、二层台、二层台机械手、二层台可折叠栏杆、游车及吊环防晃装置、控制***，其特征是：所述钻具输送装置放置在钻台一侧，与钻台、井架成线性排布，且钻具输送装置具有能够两侧起升并伸出的导轨及V型槽，能够将钻具输送至台面与自动吊卡配合实现钻具的输送；所述钻台面机械手通过导轨固定在钻台面上；所述钻台面井口对中装置固定在自动卡瓦的两侧，保证钻杆在输送至井口，准备与自动卡瓦卡住的钻具对接时的准确性；所述钻台面自动液压钳，能够实现钻杆的上、卸扣，在井口对中装置将两钻杆对正并退出工作后，自动液压钳完成钻杆的上扣；所述二层台机械手固定在二层台中间走道的下方，与自动吊卡配合实现钻具的抓取和下放，与钻台面机械手配合实现钻具在钻台面的排放；所述二层台可折叠栏杆通过销轴固定于二层台中间走道上，实现栏杆免拆卸和可折叠；所述游车及吊环防晃装置，能够防止二层台机械手与自动吊卡配合工作时吊环及钻具的晃动，保证钻具的交接顺利完成；所述钻具输送装置、钻台面机械手、钻台面井口对中装置、自动液压钳、自动卡瓦、二层台机械手及游车和吊环防晃装置均各自与控制***相连，实现司钻的集中控制。
本发明的功能实现具体还可通过以下方案实现：
本发明所述钻具输送装置包括钻杆架调整座、钻杆架、钻杆拨叉、方钻杆提升装置、底座、导轨、滑车、V型槽、起升连杆、挡管桩、导轨起升及伸缩液缸等组成，其特征是：所述钻杆架调整座机钻杆架用于提供钻杆的摆放，并通过调整高度和角度，实现钻杆在钻杆架上的运动，钻杆架与调整座通过焊接方式连接，钻杆架与中间导轨通过销轴连接；所述钻杆拨叉为圆弧型结构，通过液压缸推动拨叉旋转，提供钻杆由钻杆架向V型槽运动的动力，完成钻杆的移运；所述方钻杆提升装置设计有V型槽，用于放置方钻杆，该装置固定于一侧钻杆架与导轨中间，实现方钻杆及其他类似钻具的上、下移运；所述V型槽具有伸缩液缸，能够完成槽体一定角度的倾斜，接收来自钻杆拨叉的钻杆及方钻杆提升装置的方钻杆及钻具；所述导轨及滑车通过销轴固定在钻杆架的中间，通过液压缸提供动力，通过起升连杆保证起升稳定性，能进行平行举升或单侧一定角度举升，将放置于V型槽中的钻具提升至一定高度，并可将V型槽向钻台面伸出，完成钻具由地面至钻台面的移运和交接。
本发明所述钻台面机械手包括固定于钻台面的导轨，机械手旋转装置，机械手连杆架及钻具稳定装置、钻具夹持装置；所述导轨通过齿轮齿条实现 机械手的运动空间的扩展；所述机械手旋转装置通过电机实现机械手的360°旋转；所述机械手通过抓取装置实现钻杆的抓取和移送功能，该抓取装置能够通过液缸完成抓取位置的前后、左右小范围调节；通过扶持装置实现钻具的导向和扶正功能，及自动吊卡的推送功能，保证钻杆运送过程中的对接顺利完成；所述台面机械手能够实现防锈油的自动检测和涂抹。
本发明所述钻台面自动液压钳包括导轨、钳体、驱动装置、稳定机架及吊架等装置；所述导轨及驱动装置通过链轮和链条实现钳体、机架及吊架的前后运动；所述吊架能够实现钳体的上下高度调节及传递反向扭矩；所述稳定机架为钳体上下运动提供结构基础，并保证稳定性；所述钳体能够实现钻杆的上卸扣。
本发明所述钻杆井口对中装置包括连接桩及导轨、伸缩装置、对中装置；所述固定钳桩通过销轴固定于钻台上，通过导轨为对中装置的运动提供限位槽；所述伸缩装置通过连杆结构及液缸完成对中装置的位置调节；所述对中装置为喇叭槽形式，提供钻杆对中的导向槽；
本发明所述二层台机械手包括伸缩滑轨装置、支撑箱体、步进电机、主臂总成；所述伸缩滑轨装置丝杠传动，通过减速电机提供机械手的前后运动；所述步进电机固定于支撑箱体两侧，为机械手的伸长和旋转提供动力；所述主臂总成为连杆机构，保证抓取装置的水平运动，完成机械手的伸长和钻具的抓取；
本发明所述游车及吊环防晃装置包括安装板、驱动装置、平行机构、滑轨安装板、防晃导轨等；所述安装板用于将防晃装置安装于井架上；所述驱动装置驱动平行机构实现防晃装置的伸出和收回；所述防晃导轨完成吊环的限位及稳定；
本发明所述的控制***，主要有液压***，自动控制***、监控***；所述液压***主要由动力***、执行***、管路等组成；所述自动控制***由PLC控制器及各类电机、传感器、线路等组成；所述监控***主要由摄像头、传感器、显示屏、管线等组成。
优点和积极效果
本发明实现了修井作业的全自动化作业，减轻了操作工的劳动强度，降低了工作过程中的安全隐患；本发明设计了钻杆上扣对中装置，结构简单，工作稳定，实现了钻杆上扣的自动对正，并与钻台面自动液压钳配合完成钻杆的上扣功能；本发明设计并继承了游车及吊环防晃装置，有效避免了钻杆交接过程中的晃动，提高了工作效率，降低了工作过程的安全隐患。本发明将各种自动化装置集成使用，并将控制集中在司钻处，实现了修井作业的集中控制和监控。
附图说明
图1为本发明整体示意图。
图2为钻台面自动装置布置示意图。
图3为二层台处自动装置示意图。
图4为钻具输送装置缩回示意图。
图5为钻具输送装置钻杆拨送示意图。
图6为钻具输送装置举升示意图。
图7为钻具输送装置V型槽前伸示意图。
图8为钻台面机械手示意图。
图9为钻杆上扣对中装置示意图。
图10为钻台面自动液压钳示意图。
图11为二层台机械手臂示意图。
图12为游车及吊环防晃装置示意图。
图中标记：1-钻具输送装置，2-二层台，3-井架，4-自动吊卡，5-钻台， 6-司钻房，7-钻台面机械手，8-钻杆上扣对中装置，9-钻台面自动液压钳，10-自动卡瓦，11-二层台折叠栏杆，12-二层台机械手，13-游车及吊环防晃装置，14-钻杆架，15-挡管桩，16-导轨，17-钻杆拨叉，18-伸缩块，19-V 型槽，20-方钻杆提升块，21-起升连杆，22-液压缸，23-钻杆架调整座，24- 滑车，25-底座，26-钻台面机械手导轨，27-稳定装置，28-钻具夹持装置， 29-机械手连杆架，30-机械手旋转装置，31-连接桩，32-对中装置导轨，33- 对中槽，34-连杆，35-钳体，36-液压钳导轨，37-吊架，38-稳定机架，39- 驱动装置，40-液压缸，41-安装版，42-平行机构，43-防晃轨道，44-滑轨装置，45-机械手减速电机，46-支撑箱体，47-主臂总成，48-抓手总成具体实施方式。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做详细的说明。
如图1、图2和图3所示，本发明包括钻具输送装置1、二层台2、井架 3、自动吊卡4、钻台5、司钻房6、钻台面机械手7、钻杆上扣对中装置8、钻台面自动液压钳9、自动卡瓦10、二层台折叠栏杆11、二层台机械手12、游车及吊环防晃装置13、控制***等。
如图4、图5、图6和图7所示，钻具输送装置1包括钻杆架14、挡管桩 15、导轨16、钻杆拨叉17、伸缩块18、V型槽19、方钻杆提升块20、起升连杆21、液压缸22、钻杆架调整座23、滑车24、底座25组成。钻具输送装置1放置在钻台5一侧，与钻台5、井架3成线性排布。钻杆排布在钻杆架 14上，通过调整钻杆架调整座23的高度使钻杆向钻杆拨叉17移动，钻杆拨叉17拨动钻杆向此时已倾斜一定角度的V型槽19中，V型槽19在收到钻杆后回复原来状态，此时液压缸22伸出，带动起升连杆21和其上的导轨16、滑车24和V型槽19向上运动，在起升到移动高度后，V型槽19在伸缩液压缸的推动下带着钻具向钻台面移动。
如图8所示，钻台面机械手7通过钻台面机械手导轨26固定在钻台面上，包括稳定装置27、钻具夹持装置28、机械手连杆架29、机械手旋转装置30 等。在移运钻杆、钻具过程中，自动吊卡4将钻杆、钻具一端提升一端距离，为防止另一端砸到钻台面，钻台面机械手伸出其连杆架29，并使用其稳定装置27将钻杆、钻具另一端扶稳，缓慢放置在台面上，顺利完成钻杆的提升；钻台面机械手7还能够扶正对接时的钻杆，与井口上扣对中装置8一起实现钻杆的对接。
如图9所示，钻杆上扣对中装置8包括连接桩31、对中装置导轨32、对中槽33、连杆34。钻杆连接上扣时，自动吊卡4将钻杆运送到井口附近时，井口对中装置连杆34将对中槽33推送至一起，行程喇叭口状，钻杆便可依靠喇叭口的导向作用与卡在自动卡瓦10上的另一根钻杆完成对接。此时，钻杆对中装置8便可退回至初始状态。
如图10所示，钻台面自动液压钳9包括钳体35、液压钳导轨36、吊架 37、稳定机架38、驱动装置39组成。在钻杆上扣对中装置8完成钻杆对接之后，钻台面自动液压钳9便可在驱动装置39的驱动下，沿其导轨36前进之井口，使用钳体35完成钻杆的上扣。吊架37及稳定机架38能够保证液压钳 9工作时的稳定性。
如图11所示，游车及吊环防晃装置13，包括液压缸40、安装版41、平行装置42、防晃轨道43。若需要防止自动吊卡4及游车晃动时，在防晃装置 13的液压缸40驱动下，平行装置42将防晃轨道43推送出去，将两吊环分别抵住，起到防止吊环晃动的作用。
如图12所示，二层台机械手12包括滑轨装置44、减速电机45、支撑箱体46、主臂总成47、抓手总成48等部件。需要将立根摆放到二层台2上时，自动吊卡4运动到二层台附近，此时使用防晃装置13将吊环抵住。二层台机械手12在减速电机45驱动下，沿滑轨装置44行驶至自动吊卡4附近，旋转支撑箱体46，并伸出主臂总成47，使用抓手总成48将自动吊卡4上的钻杆上侧抓住。与此同时，钻台面机械手7抓住钻杆的下端，将钻杆移动至立根需要摆放的位置。二层台机械手12将钻杆的上端摆放至二层台2的相应位置，完成钻杆的摆放。
以上所述为本发明的一种实现方式，并非其范围，其他等效的转化均在本发明的专利范围之内。
综上所述，本发明实现了修井作业的全自动化作业，减轻了操作工的劳动强度，提高工作效率，安全可靠，实现了钻具由地面至下钻的全自动化操作，包括钻具移运的自动化，钻杆上扣的自动对正，钻台面自动液压钳完成钻杆的上扣，二层台排管自动化，及一系列防晃对正功能。本发明将各种自动化装置集成使用，并将控制集中在司钻处，实现了修井作业的集中控制和监控。
Claims (7)
1.一种自动化修井机，包括钻具输送装置、钻台、井架、钻台面机械手、钻台面井口对中装置、钻台面自动液压钳、自动卡瓦、自动吊卡、二层台、二层台机械手、二层台可折叠栏杆、游车及吊环防晃装置、控制***，其特征是：所述钻具输送装置放置在钻台一侧，与钻台、井架成线性排布，且钻具输送装置具有能够两侧起升并伸出的导轨及V型槽，能够将钻具输送至台面与自动吊卡配合实现钻具的输送；所述钻台面机械手通过导轨固定在钻台面上；所述钻台面井口对中装置固定在自动卡瓦的两侧，保证钻杆在输送至井口，准备与自动卡瓦卡住的钻具对接时的准确性；所述钻台面自动液压钳，能够实现钻杆的上、卸扣，在井口对中装置将两钻杆对正并退出工作后，自动液压钳完成钻杆的上扣；所述二层台机械手固定在二层台中间走道的下方，与自动吊卡配合实现钻具的抓取和下放，与钻台面机械手配合实现钻具在钻台面的排放；所述二层台可折叠栏杆通过销轴固定于二层台中间走道上，实现栏杆免拆卸和可折叠；所述游车及吊环防晃装置，能够防止二层台机械手与自动吊卡配合工作时吊环及钻具的晃动，保证钻具的交接顺利完成；所述钻具输送装置、钻台面机械手、钻台面井口对中装置、自动液压钳、自动卡瓦、二层台机械手及游车和吊环防晃装置均各自与控制***相连，实现司钻的集中控制，钻具输送装置包括钻杆架调整座、钻杆架、钻杆拨叉、方钻杆提升装置、底座、导轨、滑车、V型槽、起升连杆、挡管桩、导轨起升及伸缩液缸，所述钻杆架调整座及钻杆架用于提供钻杆的摆放，并通过调整高度和角度，实现钻杆在钻杆架上的运动，钻杆架与调整座通过焊接方式连接，钻杆架与中间导轨通过销轴连接；所述钻杆拨叉为圆弧型结构，通过液压缸推动拨叉旋转，提供钻杆由钻杆架向V型槽运动的动力，完成钻杆的移运；所述方钻杆提升装置设计有V型槽，用于放置方钻杆，实现方钻杆的上、下移运；所述V型槽具有伸缩液缸，能够完成槽体一定角度的倾斜，接收来自钻杆拨叉的钻杆及方钻杆提升装置的方钻杆及钻具；所述导轨及滑车通过销轴固定在钻杆架的中间，通过液压缸提供动力，通过起升连杆保证起升稳定性，能进行平行举升或单侧一定角度举升，将放置于V型槽中的钻具提升至一定高度，并可将V型槽向钻台面伸出，完成钻具由地面至钻台面的移运和交接。
2.根据权利要求1所述的一种自动化修井机，其特征是：钻台面机械手包括固定于钻台面的导轨，机械手旋转装置，机械手连杆架及钻具稳定装置、钻具夹持装置；所述导轨通过齿轮齿条实现机械手的运动空间的扩展；所述机械手旋转装置通过电机实现机械手的360°旋转；所述机械手通过抓取装置实现钻杆的抓取和移送功能，该抓取装置能够通过液缸完成抓取位置的前后、左右小范围调节；通过扶持装置实现钻具的导向和扶正功能，及自动吊卡的推送功能，保证钻杆运送过程中的对接顺利完成；所述台面机械手能够实现防锈油的自动检测和涂抹。
3.根据权利要求1所述的一种自动化修井机，其特征是：钻台面自动液压钳包括导轨、钳体、驱动装置、稳定机架及吊架化装置；所述导轨及驱动装置通过链轮和链条实现钳体、机架及吊架的前后运动；所述吊架能够实现钳体的上下高度调节及传递反向扭矩；所述稳定机架为钳体上下运动提供结构基础，并保证稳定性；所述钳体能够实现钻杆的上卸扣。
4.根据权利要求1所述的一种自动化修井机，其特征是：钻杆井口对中装置包括连接桩及导轨、伸缩装置、对中装置；通过导轨为对中装置的运动提供限位槽；所述伸缩装置通过连杆结构及液缸完成对中装置的位置调节；所述对中装置为喇叭槽形式，提供钻杆对中的导向槽。
5.根据权利要求1所述的一种自动化修井机，其特征是：二层台机械手包括伸缩滑轨装置、支撑箱体、步进电机、主臂总成；通过减速电机提供机械手的前后运动；所述步进电机固定于支撑箱体两侧，为机械手的伸长和旋转提供动力；所述主臂总成为连杆机构，保证抓取装置的水平运动，完成机械手的伸长和钻具的抓取。
6.根据权利要求1所述的一种自动化修井机，其特征是：游车及吊环防晃装置包括安装板、驱动装置、平行机构、滑轨安装板、防晃导轨；所述安装板用于将防晃装置安装于井架上；所述驱动装置驱动平行机构实现防晃装置的伸出和收回；所述防晃导轨完成吊环的限位及稳定。
7.根据权利要求1所述的一种自动化修井机，其特征是：控制***主要有液压***，自
动控制***、监控***；所述液压***主要由动力***、执行***、管路组成；所述自
动控制***由PLC控制器及各类电机、传感器、线路组成；所述监控***主要由摄像
头、传感器、显示屏、管线所组成。
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- 2017-10-30 CN CN201711033617.3A patent/CN107869315B/zh active Active
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| CN107869315A (zh) | 2018-04-03 |
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