CN112211574A - 一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法 - Google Patents

一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法，工艺流程主要包括：步骤1、在推扶式管柱处理***的游车的下方连接大钩；步骤2、利用绞车通过大钩将钻柱提离钻台面，将钻台推扶臂放置在钻柱的下端，准备排钻柱工作；步骤3、采用钻台推扶臂将钻柱的下端推扶至排钻柱位置；步骤4、通过游车将大钩下落，将钻柱下端下落至指定位置附近；步骤5、机械手的滑车总成移至轨道内侧，机械臂总成伸出，通过钳头将钻柱的上端扶持。步骤6、大钩再次下落，钻柱下端放置到位，同时操作机械手将钻柱上端放置至二层台指定的排钻柱位置。本发明通过大钩的两次下落，有效控制了钻柱的上端在排钻柱过程中的偏移量，提高了排钻柱过程的可靠性。

Description

一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法
技术领域
本发明属于石油机械制造技术领域，具体涉及一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法。
背景技术
按照石油钻机机械手抓取钻柱的型式不同，管柱处理设备一般可分为悬持式与推扶式两种，悬持式管柱处理设备的机械手可将钻柱垂直抓起，移送到指定位置，在排钻柱过程中机械手主要承受钻柱垂直重力，没有侧向附加力；而推扶式管柱处理设备的机械手在排钻柱过程中只对钻柱的上端进行扶持，倾斜的钻柱对机械手施加了侧向力，通常需要通过钻机配置的顶驱及其导轨提供的支撑力来抵消该侧向力。
部分油田在役钻机有进行推扶式管柱自动化处理***升级的需要，但没有配置顶驱***。推扶式管柱自动化处理设备制造商为避免投资过大等问题，设计制造的厂内试验装置往往也没有配置顶驱***。在无顶驱时，当钻台推扶臂推扶钻柱的下端时，钻柱上端将对游吊***产生侧向力，游吊***将会被推离井口，使机械手失去抓钻柱的位置，严重者会引起机械手的过载损坏。针对这些情况，急需开展了无顶驱工况下推扶式管柱处理设备使用方法研究，掌握了无顶驱排钻柱方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种在无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法，能够实现无顶驱工况下的排钻柱，操作简单。
本发明所采用的技术方案是：一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法，采用如下装置进行：
包括游吊***，游吊***包括游车，游车的底部设有大钩，大钩的底部悬挂吊环，吊环的底部悬挂液压吊卡，液压吊卡可与钻柱连接，还包括钻机底座的钻台面上设置的钻台推扶臂和绞车，钻机顶部设置有天车，绞车、天车以及游车通过钻井钢丝绳连接；
还包括钻机井架的前侧设置的二层台，二层台的顶部设有机械手，机械手由钳头、机械臂总成、滑车总成以及轨道组成，轨道上安装滑车总成，滑车总成上安装机械臂总成，机械臂总成远离轨道的一端固接有用于扶持钻柱的钳头；
排钻柱方法按照以下工艺流程实施：
步骤1、在推扶式管柱处理***的游车的下方连接大钩，大钩下方悬挂吊环，吊环下方悬挂液压吊卡；
步骤2、利用绞车通过大钩、吊环和液压吊卡将钻柱提离钻台面，将钻台推扶臂放置在钻柱的下端，准备排钻柱工作；
步骤3、采用钻台推扶臂将钻柱的下端推扶至排钻柱位置；
步骤4、通过游车将大钩下落，将钻柱下端下落至指定位置附近；
步骤5、机械手的滑车总成移至轨道内侧，机械臂总成伸出，通过钳头将钻柱的上端扶持；
步骤6、大钩再次下落，钻柱下端放置到位，钻台推扶臂缩回，同时操作机械手将钻柱上端放置至二层台指定的排钻柱位置，即完成无顶驱工况下的排钻柱过程。
本发明所采用技术方案的特点还在于，
大钩第一次下落后，钻柱上端偏移距离在机械手可接受的范围内，机械手将钻柱上端扶持住，然后大钩进行第二次下落。
步骤2中钻柱提离钻台面后与台面距离为50～100mm。
步骤4中指定位置为距离钻台面1～10mm的位置。
步骤5中钳头将钻柱的上端扶持后，钻柱处于三力平衡状态，钻柱受到自身的重力、游吊***的提升力和钻台推扶臂推扶力，钻台推扶臂的推扶力与钻柱相互垂直。
通过电气控制***的程序对所述步骤1～6的运动路径过程进行标定，即可以实现排钻柱工作的自动化运行。
本发明的有益效果是：本发明一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法，实现了无顶驱排钻柱功能，为没有配置顶驱的在役钻机实现推扶式管柱自动化处理***升级提供了解决方案。具体通过大钩的两次下落，使钻柱上端的偏离量控制在机械手的可抓持范围内，满足无顶驱时管柱的排立根工作过程，形成了一套可行的排钻柱方法，通过控制***的程序标定后，可实现自动化运行，该方法实现了无顶驱时推扶式管柱处理设备的排钻柱作业工艺流程及功能要求。
附图说明
图1为常规工况下推扶式管柱处理***的排钻柱设备图；
图2为本发明无顶驱时推扶式管柱处理设***的排钻柱设备图；
图3为推扶式管柱处理***的机械手图；
图4为本发明无顶驱时推扶式管柱处理设备的排管流程图；
图5为常规试验方法抓钻柱时受力图；
图6为本发明试验方法抓钻柱时受力图。
图中：1.游车，2.大钩，3.吊环，4.液压吊卡，5.钻柱，6.钻台推扶臂，7.绞车，8.天车，9.钻井钢丝绳，10.二层台，11.机械手，12.轨道，13.滑车总成，14.机械臂总成，15.钳头，16.顶驱导轨，17.顶驱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示，为现有推扶式管柱处理***的排钻柱设备，包括：游车1，顶驱导轨16、顶驱17、吊环3、液压吊卡4、钻台推扶臂6、绞车7、天车8、钻井钢丝绳9、二层台10以及机械手11，游吊***包括游车1、顶驱导轨16和顶驱17，顶驱17的底部设有顶驱导轨16，顶驱17与游车1连接，顶驱导轨16的作用是支撑顶驱17，抵消顶驱17在钻柱5作用下的侧向力，顶驱17悬挂吊环3和液压吊卡4，液压吊卡4通过吊环3与顶驱17相连，液压吊卡4可实现远程开合，便于钻柱5的出入，钻机底座的钻台面上设置有钻台推扶臂6和绞车7，钻机顶部设置有天车8，绞车7、天车8以及游车1通过钻井钢丝绳9连接，其中绞车7通过天车8、钻井钢丝绳9为钻柱5的游吊***提供动力，游车1在绞车7的作用下进行升降运动。
常规试验排钻住方法(有顶驱工况下)：绞车7通过游吊***先将钻柱5提起离开钻台面，钻台推扶臂6推扶钻柱5下端至需排钻柱的位置，顶驱17下落使钻柱5下端放置到钻台面，机械手11伸出抓住钻柱5的上端，液压吊卡4打开，机械手11将钻柱5上端送入二层台10的排钻柱位置，完成排钻柱过程。
如图2所示，为本发明一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备，其连接方式除游吊***外，与常规工况下推扶式管柱处理***相同，游吊***包括游车1，大钩2、吊环3和液压吊卡4，大钩2连接在游车1的下方，大钩2下方悬挂吊环3，吊环3下方悬挂液压吊卡4。
如图3所示，机械手11由钳头15、机械臂总成14、滑车总成13以及轨道12组成，轨道12上安装滑车总成13，滑车总成13上安装机械臂总成14，机械臂总成14远离轨道12的一端固接有钳头15，钳头15用于扶持钻柱5，机械臂总成14可以伸出和缩回，滑车总成13可沿轨道12运动，在械臂总成14与滑车总成13的共同作用下可以将钻柱5的上端推入二层台10指定的排管位置。
如图4所示，本发明涉及一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法，按照以下步骤进行：
步骤1、在推扶式管柱处理***的游车1的下方连接大钩2，大钩2下方悬挂吊环3，吊环3下方悬挂液压吊卡4；
步骤2、利用绞车7通过大钩2、吊环3和液压吊卡4将钻柱5提离钻台面50～100mm，将钻台推扶臂6放置在钻柱5的下端，准备排钻柱工作；
步骤3、采用钻台推扶臂6将钻柱5的下端推扶至排钻柱位置(图4a～图4b所示)；
步骤4、通过游车1将大钩2下落，将钻柱5下端下落至指定位置附近，距离钻台面约1～10mm(如图4c所示)。
步骤5、机械手11的滑车总成13移至轨道12内侧，机械臂总成14伸出，通过钳头15将钻柱5的上端扶持(如图4d所示)。
步骤6、大钩2再次下落，钻柱5下端放置到位，钻台推扶臂6缩回，同时操作机械手11将钻柱5上端放置至二层台10指定的排钻柱位置(如图4e所示)。
步骤7、通过电气控制***的程序对步骤1～6的运动路径过程进行标定，便于下次实现排钻柱工作的自动化运行。
大钩2分两次下落，在大钩2第一次下落后，此时大钩2承受钻柱5的所有重量，钻柱5上端偏移距离在机械手11可接受的范围内，机械手11将钻柱5上端扶持住，然后大钩2进行第二次下落。
如图5所示，为常规试验方法受力图，如图6所示，为本发明无顶驱工况下抓钻柱时的受力图，图中O点为游吊***的理论悬挂点，与井口中心线重合，如图5所示，机械手11在抓钻柱5的上端前，钻柱5的下端完全放置在钻台面上，钻柱5受地面的支反力F3、游吊***的提升力F 2与钻柱5自身的重力G，根据杆的三力平衡原理，三力延长线交于O1点；在无顶驱工况下采用常规试验工艺方法时，钻柱5的上端在没有顶驱导轨16限位情况下下，钻柱5的上端A点会跑到悬挂点O的左侧，A点远离机械手11的位置，造成机械手11抓不到钻柱5，因此无顶驱工况下采用常规的工艺方法排钻柱不可行。
本发明的试验方法原理见图6，机械手11在抓钻柱5的上端前，钻柱5的下端还未接触钻台面，钻柱5受到钻台扶持臂6的扶持力F1(垂直于钻柱)、钻柱5的重力G与游吊***的提升力F2，三力延长线交于O2点，钻柱5的上端A点在悬挂点O的右侧，A点更接近机械手11位置，此时机械手11更容易抓住钻柱5的上端，因此本发明所述方法可行。
本发明一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法，能够在无顶驱***下，通过大钩2两次下落，使钻柱5上端的偏离量控制在机械手11的可抓持范围内，从而安全、有效的完成排钻柱过程，通过控制***的程序标定后，可实现自动化运行，方法可靠，该方法实现了无顶驱时推扶式管柱处理设备的排钻柱作业工艺流程及功能要求。

Claims (6)

1.一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法，其特征在于，采用如下装置进行：
包括游吊***，所述游吊***包括游车(1)，所述游车(1)的底部设有大钩(2)，大钩(2)的底部悬挂吊环(3)，所述吊环(3)的底部悬挂液压吊卡(4)，液压吊卡(4)可与钻柱(5)连接，还包括钻机底座的钻台面上设置的钻台推扶臂(6)和绞车(7)，钻机顶部设置有天车(8)，所述绞车(7)、天车(8)以及游车(1)通过钻井钢丝绳(9)连接；
还包括钻机井架的前侧设置的二层台(10)，所述二层台(10)的顶部设有机械手(11)，所述机械手(11)由钳头(15)、机械臂总成(14)、滑车总成(13)以及轨道(12)组成，所述轨道(12)上安装滑车总成(13)，所述滑车总成(13)上安装机械臂总成(14)，所述机械臂总成(14)远离轨道(12)的一端固接有用于扶持钻柱(5)的钳头(15)；
所述排钻柱方法按照以下工艺流程实施：
步骤1、在推扶式管柱处理***的游车(1)的下方连接大钩(2)，大钩(2)下方悬挂吊环(3)，吊环(3)下方悬挂液压吊卡(4)；
步骤2、利用绞车(7)通过大钩(2)、吊环(3)和液压吊卡(4)将钻柱(5)提离钻台面，将钻台推扶臂(6)放置在钻柱(5)的下端，准备排钻柱工作；
步骤3、采用钻台推扶臂(6)将钻柱(5)的下端推扶至排钻柱位置；
步骤4、通过游车(1)将大钩(2)下落，将钻柱(5)下端下落至指定位置附近；
步骤5、机械手(11)的滑车总成(13)移至轨道(12)内侧，机械臂总成(14)伸出，通过钳头(15)将钻柱(5)的上端扶持；
步骤6、大钩(2)再次下落，钻柱(5)下端放置到位，钻台推扶臂(6)缩回，同时操作机械手(11)将钻柱(5)上端放置至二层台(10)指定的排钻柱位置，即完成无顶驱工况下的排钻柱过程。
2.根据权利要求1所述的一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法，其特征在于，所述大钩(2)第一次下落后，钻柱(5)上端偏移距离在机械手(11)可接受的范围内，机械手(11)将钻柱(5)上端扶持住，然后大钩(2)进行第二次下落。
3.根据权利要求1所述的一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法，其特征在于，所述步骤2中钻柱(5)提离钻台面后与台面距离为50～100mm。
4.根据权利要求1所述的一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法，其特征在于，所述步骤4中指定位置为距离钻台面1～10mm的位置。
5.根据权利要求1所述的一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法，其特征在于，所述步骤5中钳头(15)将钻柱(5)的上端扶持后，所述钻柱(5)处于三力平衡状态，所述钻柱(5)受到自身的重力、游吊***的提升力和钻台推扶臂(6)的推扶力，所述钻台推扶臂(6)的推扶力与钻柱(5)相互垂直。
6.根据权利要求1所述的一种无顶驱工况下推扶式管柱处理设备的排钻柱方法，其特征在于，通过电气控制***的程序对所述步骤1～6的运动路径过程进行标定，即可以实现排钻柱工作的自动化运行。
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