CN110725655B - 一种钻井管子处理工作站 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种钻井管子处理工作站，钻井管子处理工作站包括基础轨道框架、垂直升降架、主平台、轨道钳、抓取钳、液压缸和缓冲装置，所述基础轨道框架安装在井架上，所述垂直升降架可升降的安装在所述基础轨道框架上，所述主平台安装在所述垂直升降架上，所述轨道钳安装在所述主平台的下端面上并可沿所述主平台的侧面滑动，所述抓取钳通过伸缩臂安装在所述主平台上，所述液压缸分别与所述基础轨道框架和所述垂直升降架相连，所述缓冲装置安装在所述主平台远离所述垂直升降架的一端。该钻井管子处理工作站可有效替代人工运送管子，且适于应用于尺寸较小的空间。

Description

一种钻井管子处理工作站

技术领域

本申请涉及但不限于海上钻井平台设备领域，特别是一种钻井管子处理工作站。

背景技术

钻井平台在钻井及起下钻过程中，需要不断地将工作管从指梁取出并移至井口；目前传统的起下钻操作方式需要人员与工作管接触操作，将工作管按照顺序摆放或者下入井中。目前这种方式存在以下问题：一是每起或下一柱工作管，井架工就要跨越操作台与指梁之间的空档，操作台距离地面26米高，跨越的间隙在50厘米左右，高空操作有很大风险。二是工作管的取、放动作需人工利用细钢丝绳捆绑工作管后，再操作气动绞车将工作管摆放到位，一旦工作管倾倒，工作管连带钢丝绳运动，十分容易造成事故。井架工是钻机上最危险的工作之一，工作强度大，生产效率低。

现有管子处理机虽然能实现管子处理的自动化，但是对井架空间、强度，钻台布局有较高要求，不能应用于尺寸较小的船型，人工二层台也很难进行现有产品的升级改造。

发明内容

本申请提供了一种钻井管子处理工作站，可有效替代人工运送管子，且适于应用于尺寸较小的空间。

本申请提供了一种钻井管子处理工作站，工作站包括基础轨道框架、垂直升降架、主平台、轨道钳、抓取钳、液压缸和缓冲装置，

所述基础轨道框架安装在井架上，所述垂直升降架可升降的安装在所述基础轨道框架上，所述主平台安装在所述垂直升降架上，所述轨道钳安装在所述主平台的下端面上并可沿所述主平台的侧面滑动，所述抓取钳通过伸缩臂安装在所述主平台上，所述液压缸分别与所述基础轨道框架和所述垂直升降架相连，所述缓冲装置安装在所述主平台远离所述垂直升降架的一端。

相比于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供的钻井管子处理工作站，通过抓取钳和轨道钳交接抓取管子进行输送，从而代替人工搬运，减轻了操作人员的劳动强度，提高了管子处理工作的效率和安全性。设置在主平台前端的缓冲装置，可有效缓冲轨道钳与后续抓取机构(夹持机构)交接工作管时产生的巨大冲击，缓冲装置对轨道钳及主平台等起到了良好的保护作用。

此外，本申请提供的钻井管子处理工作站结构相对简单，可应用于尺寸相对较小的空间(例如：尺寸较小的船型)，应用范围广泛，且工作可靠性高，使用寿命长，大大提高了该钻井管子处理工作站的实用性。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例所述的钻井管子处理工作站的结构示意图；

图2为本申请实施例所述的钻井管子处理工作站的工作状态示意图一；

图3为本申请实施例所述的钻井管子处理工作站的工作状态示意图二；

图4为本申请实施例所述的钻井管子处理工作站的工作状态示意图三；

图5为本申请实施例所述的钻井管子处理工作站的工作状态示意图四；

图6为本申请实施例所述的钻井管子处理工作站的工作状态示意图五；

图7为本申请实施例所述的钻井管子处理工作站的工作状态示意图六；

图8为本申请实施例所述的钻井管子处理工作站的工作状态示意图七；

图示说明：

1-基础轨道框架，2-垂直升降架，3-主平台，31-安全护栏，4-轨道钳，5-抓取钳，6-伸缩臂，7-缓冲装置，8-双目视觉传感器，9-压力传感器，91-传感器处理终端，10-液压缸，11-维修平台，12-维修梯。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

目前钻井平台较多采用人工方式进行管子处理，不但工作强度高，而且工作风险高。常见的自动化管子处理设备一般为新平台建造而设计，适用范围狭窄，无法应用于传统人工管子处理工作站的升级改造；且现有的管子处理设备均为一个机械手完成抓取操作，安全性差且效率较低。目前急需一种能有广泛适应性的新型管子处理工作站来替代传统人工操作。

本申请实施例提供了一种钻井管子处理工作站，如图1至图8所示，工作站包括基础轨道框架1、垂直升降架2、主平台3、轨道钳4、抓取钳5、液压缸10和缓冲装置7，基础轨道框架1安装在井架上，垂直升降架2可升降的安装在基础轨道框架1上，主平台3安装在垂直升降架2上，轨道钳4安装在主平台3的下端面上并可沿主平台3的侧面滑动，抓取钳5通过伸缩臂6安装在主平台3上，液压缸10分别与基础轨道框架1和垂直升降架2相连，缓冲装置7安装在主平台3远离垂直升降架2的一端。

基础轨道框架1是整个管子处理工作站的主框架基础，直接安装在井架上，垂直升降架2可上下移动(升降)的安装在基础轨道框架1上，为其他结构提供支撑。液压缸10为垂直升降架2移动提供动力，将垂直升降架2及主平台3调整至合适高度。伸缩臂6与主平台3的连接点(可滑动的连接点)设置在主平台3的底部，伸缩臂6带动抓取钳5做直线运动，伸缩臂6可带动抓取钳5沿X方向移动以及沿Y方向移动(即：沿平行于主平台3长度的方向以及垂直于主平台3长度的方向)。轨道钳4与主平台3的连接点设置在主平台3的底部，以保证连接处的强度；当然，轨道钳4也可直接设置在主平台3的侧面。轨道钳4可沿主平台3的三个侧面滑动(即除主平台3与垂直升降架2相连的一侧外)。

当输送管子时，伸缩臂6控制抓取钳5前进至预定位置，抓取钳5将管子抓住，伸缩臂6逐渐回收至主平台3边缘，将管子由抓取钳5移交给轨道钳4，轨道钳4沿主平台3边缘滑动至主平台3前端，进行下一步操作(将管子移交给后续设备)。回收管子操作过程与上述过程相反。

本申请实施例提供的钻井管子处理工作站，由抓取钳5抓取工作管，并将工作管交给轨道钳4，最终由轨道钳4在缓冲装置处将工作管交接给后续夹持机构，由轨道钳4承受管子交接时产生的冲击并由缓冲装置7进行缓冲，避免了传统管子处理设备中一个机械手在抓取工作管后，由机械手直接完成管子交接而承受冲击导致机械手损坏的情况，本申请实施例中的抓取钳5(和伸缩臂6)无需进行回转动作，伸缩臂6也不会承受工作管交接给后续夹持机构时产生的冲击，提高了设备整体的安全性和使用寿命。

在一示例性实施例中，如图1所示，缓冲装置包括可伸缩的支撑杆，支撑杆的自由端连接有挡板。

主平台3的前端设置有缓冲装置7，用于缓冲轨道钳4与其他设备在交接管子时产生的冲击，保护轨道钳4及其他结构免受冲击影响。缓冲装置7可以包括可伸缩的支撑杆，支撑杆的一端通过弹簧(或其他弹性件)与主平台3前端相连，另一端(即自由端)连接有挡板，挡板在轨道钳4与抓取钳5在交接管子时抵住工作管，减小冲击。其中，支撑杆的数量可以为一个，也可以是多个。在主平台3四周设置有安全护栏31，以防止人员坠落，在主平台3靠近垂直升降架2的一侧，由于有垂直升降架2的遮挡，该侧可不设置护栏。

在一示例性实施例中，如图1所示，基础轨道框架1包括两根平行设置的固定杆，固定杆上设置有轨道，垂直升降架2两端设置有滑块，滑块安装入轨道中。

垂直升降架2左右两端也可不采用滑块而采用滚轮的形式，根据实际需要设置即可，在滚轮(或滑块)处还可设置额外的锁定机构，用于辅助垂直升降架2在某一位置固定，也可只通过液压缸10的方式进行位置锁定。

在一示例性实施例中，轨道钳4的数量至少为一个，抓取钳5的数量至少为一个。

即：轨道钳4和抓取钳5的数量可以均是一个，轨道钳4和抓取钳5位于主平台3的同一侧，由抓取钳5抓取工作管，然后伸缩臂6回缩，抓取钳5将工作管交给轨道钳4，轨道钳4向缓冲装置处移动并在缓冲装置处完成与后续夹持机构的管子交接，在轨道钳4移动及交接管子的同时，抓取钳5可移动至下一待抓取管子的位置处，进行抓取工作管；轨道钳4和抓取钳5的配合工作，大大提高了管子处理工作站的工作效率。加快了管子处理的速度。

轨道钳4的数量可以是2个，抓取钳5的数量为1个，轨道钳3分别设置在主平台3的左右两侧，抓取钳5抓取管子后，伸缩臂6回缩，抓取钳5将管子交给左侧的轨道钳，左侧的轨道钳向缓冲装置处移动并在缓冲装置处完成与后续夹持机构的管子交接，在左侧的轨道钳移动及交接管子的同时，抓取钳5可移动至下一待抓取管子的位置处，与右侧的轨道钳配合进行管子处理，依次往复。

轨道钳4的数量可以是2个，抓取钳5的数量为2个，主平台3的左右两侧各设置有一个轨道钳4和一个抓取钳5，两侧的轨道钳和抓取钳各自配合工作，并不干涉，大大提高了管子处理工作站的工作效率。

在一示例性实施例中，钻井管子处理工作站还包括应力传感器和传感器处理终端91，应力传感器设置在基础轨道框架1、垂直升降架2、主平台3、轨道钳4、抓取钳5和伸缩臂6上；传感器处理终端91设置在垂直升降架2上。

通过在上述结构的对应位置设置主结构应力光纤安装槽，在安装槽内设置压力传感器9(图1中未示出全部的压力传感器)，用于检测设备各部分实时所受应力情况，从而避免误操作导致设备损毁。应力传感器处理终端91将实时的应力数据传输至中控室进行处理，可对即将发生的设备损坏、意外碰撞等情况发出预警。

在一示例性实施例中，基础轨道框架1的上部、轨道钳4和抓取钳5上均设置有双目视觉传感器8，双目视觉传感器8用于检测管子姿态、角度和位置情况，以及工作站各部分与其他设备的位置情况。

在一示例性实施例中，钻井管子处理工作站还包括维修平台11，维修平台11通过维修梯12与主平台3连通。

维修平台11用于对管子处理工作站(工作站)的维修保养。

下面以图2至图8为例，对钻井管子处理工作站的工作过程进行示例性描述：

如图2所示为预备状态下，抓取钳5打开，并横向移动(与轨道钳4的运动方向平行)到与目标管子齐平的位置后，黄色动作灯灯亮起，伸缩臂6逐渐打开，抓取钳5接近目标管子。

如图3所示为工作状态下，通过伸缩臂6伸展，抓取钳5到达预定位置，通过传感器反馈信息、将管子抓牢在抓取钳5中。此时黄灯停止闪烁，指示灯为绿色常亮，示意可以进行伸缩臂6回收及下一步操作。此时轨道钳4的黄灯闪烁，进入等待状态。在回收过程中，应力光纤传感器工作站介入，实时监测是否有设备卡碰现象，各主要部件是否有过载现象。此时，另一侧的轨道钳4和抓取钳5可同时在另外一侧进行同样操作，而且所抓取的目标可以是另一侧任意位置的管子，大大提高了工作效率。其中，指示灯可在运动中起到提醒作用。

如图4所示为抓取钳5即将与轨道钳4移交管子的情况。此时的状态为伸缩臂6逐渐回收，轨道钳4进入等待状态，位于轨道钳4上的黄色信号灯闪烁，抓取钳5将管子移动至轨道钳4工作范围。在轨道钳4还未抓取之前，抓取钳5绿灯一直常亮，代表管子控制在抓取钳5上一切正常。同时另一侧工作钳可根据工作要求进行独立操作。

如图5所示，管子控制权已经由抓取钳5移交至轨道钳4上，此时伸缩臂6已完全回收，抓取钳5黄色信号灯闪烁，代表进入等待状态，轨道钳4绿色灯常亮，表示已正常抓取管子，此时传感器工作站实时监测工作站结构所受应力及位置信息，避免意外碰撞、抓取错误等情况。

如图6所示，轨道钳4正在向工作台前端的缓冲装置7区域移动。此时位于轨道钳4上的信号灯绿色常亮，表示一切正常。在轨道钳4向缓冲装置7处移动时，抓取钳5可进行下一次抓取的准备工作(例如：抓取钳5移动至与下一个目标管子的直线位置处，或者，抓取钳5直接进行抓取下一个目标管子，并回缩至主平台边缘等待轨道钳4)，以提高工作站的工作效率。

如图7所示工作状态为轨道钳4已经到达预定位置，等待其他机械对管子进行接驳，图7中管子已经被其他夹持设备预锁定，轨道钳4缓缓打开，此时轨道钳4信号灯为黄色闪烁状态，示意正在交接管子的控制权。

如图8所示，其他设备已经将管子锁定，但锁定过程中，会产生一些撞击，此时缓冲装置7伸出，起到减少撞击力的作用，并可将管子与所接驳设备紧密结合。管子离开后，轨道钳4将返回抓取钳5的横向位置，以便抓取下一个管子目标。

管子的回收操作流程与上述过程相反即可。

本申请实施例提供的钻井管子处理工作站，在运输管子时，可不将管子完全提起(即，管子下端与地面接触)，只固定管子上部进行移动，从而降低了设备重量和负载，设备故障时，还能迅速切换至人工工作状态，可在不耽误工程进度情况下对设备进行检修。

在本申请中的描述中，需要说明的是，术语“多个”是指两个或更多个，“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”、“安装”应做广义理解，例如，术语“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请描述的实施例是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

Claims (10)

1.一种钻井管子处理工作站，其特征在于：包括基础轨道框架、垂直升降架、主平台、轨道钳、抓取钳、液压缸和缓冲装置，

所述基础轨道框架安装在井架上，所述垂直升降架可升降的安装在所述基础轨道框架上，所述主平台安装在所述垂直升降架上，所述轨道钳安装在所述主平台的下端面上并可沿所述主平台的侧面滑动，所述抓取钳通过伸缩臂安装在所述主平台上，所述液压缸分别与所述基础轨道框架和所述垂直升降架相连，所述缓冲装置安装在所述主平台远离所述垂直升降架的一端。

2.根据权利要求1所述的钻井管子处理工作站，其特征在于，所述缓冲装置包括可伸缩的支撑杆，所述支撑杆的自由端连接有挡板。

3.根据权利要求2所述的钻井管子处理工作站，其特征在于，所述支撑杆的数量为一个或多个。

4.根据权利要求1所述的钻井管子处理工作站，其特征在于，所述基础轨道框架包括两根平行设置的固定杆，所述固定杆上设置有轨道，所述垂直升降架两端设置有滑块，所述滑块安装入所述轨道中。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的钻井管子处理工作站，其特征在于，所述轨道钳的数量至少为一个，所述抓取钳的数量至少为一个。

6.根据权利要求5所述的钻井管子处理工作站，其特征在于，所述主平台的两侧均设置有所述轨道钳和所述抓取钳。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的钻井管子处理工作站，其特征在于，还包括应力传感器和传感器处理终端，

所述应力传感器设置在所述基础轨道框架、所述垂直升降架、所述主平台、所述轨道钳、所述抓取钳和所述伸缩臂上；所述传感器处理终端设置在所述垂直升降架上。

8.根据权利要求1至4中任意一项所述的钻井管子处理工作站，其特征在于，所述基础轨道框架、所述轨道钳和所述抓取钳上均设置有双目视觉传感器。

9.根据权利要求1至4中任意一项所述的钻井管子处理工作站，其特征在于，还包括维修平台，所述维修平台通过维修梯与所述主平台连通。

10.根据权利要求9所述的钻井管子处理工作站，其特征在于，所述主平台周边设置有安全护栏。

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