CN112647841A - 一种履带式自主行走的钻井井架安装支架及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油田钻井设备技术领域，公开了一种履带式自主行走的钻井井架安装支架及其控制方法，底座上端焊接有支架，支架上端焊接有枕木梁，底座两端上侧通过支撑杆焊接有底盘；底盘两端分别通过两个液压举升装置连接有履带式移动装置。本发明通过设置履带式自主行走装置，能够优化井架安装工艺流程，降低设备和资源的浪费并且能够适应多种恶劣环境下的非铺装井场地面条件，井架安装时支架的移动需求，通过配置电控和遥控装置，实现利用手柄控制支架自主行走。可以满足井场多种恶劣环境下，井架安装时支架的高效低耗的移动需求，解决了现有技术中，在恶劣条件下的非铺装井场路面支架移动费力的问题，提高了装备的适应性和运输性。
Description
技术领域
本发明属于油田钻井设备技术领域，尤其涉及一种履带式自主行走的钻井井架安装支架及其控制方法。
背景技术
目前：钻井作业前，首先需要安装钻井井架，通常使用低支架在卧式状态下，将各井架段一节节水平组装在一起，然后利用吊车将钻井架调为竖直状态(井架抬头)，完成安装。井架段重量和体积较大，安装时需借助高低位支架及吊车进行，高低位支架用于放置井架段，起支撑作用；吊车不仅负责在井架抬头时起吊支架，也要在支架移动过程中临时起到对井架段的支撑作用。传统高低位支架较为笨重，移动不方便，需两辆以上吊车配合，设备需求高，造成资源浪费。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统高低位支架较为笨重，移动不方便，需两辆以上吊车配合，设备需求高，造成资源浪费。
解决以上问题及缺陷的难度为：
1)减少吊车和拖拉机等分配数量和使用频率(降低成本)，因此需要对传统支架进行改造，配备完善的动力***，实现自主行走。
2)解决对井场恶劣环境的适应性，需匹配良好的移动装置，包括车轮式，履带式的选择，履带材质的选择以及履带尺寸重量的选择。
3)实现对支架的远程遥控，实现底盘的同步升降。
4)配备支架的差速装置，使其能够在井场中灵活移动。
解决以上问题及缺陷的意义为：
1)降本减耗(包括吊车，拖拉机租赁费用，人工费用)。
2)提高作业效率(远程遥控，井场地面适应性)。
3)降低安全风险(减少地面操作人员，提高井场的标准化)。
4)实现智能控制(水平调节，位置提醒)。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种履带式自主行走的钻井井架安装支架及其控制方法。
本发明是这样实现的，一种履带式自主行走的钻井井架安装支架设置有：
底座；
所述底座上端焊接有支架，所述支架上端焊接有枕木梁，所述底座两端上侧通过支撑杆焊接有底盘；
所述底盘两端分别通过两组液压举升装置连接有履带式移动装置。
进一步，所述枕木梁设置有起缓震作用的枕木和起承载作用的矩形钢管(枕木嵌套在矩形钢管中，枕木上表面高出矩形钢管的上表面，起到对井架的缓冲和减震作用，两者采用螺栓连接固定)。
进一步，所述支架内侧焊接有一组倾斜的第一加强梁，所述底座与枕木梁之间焊接有一组倾斜的第二加强梁。
进一步，所述液压举升装置设置有两组(四个)液压执行机构、液压控制机构、液压管线和液压源。(液压源为整个液压***提供动力，通过液压管线传输高压液体，两组执行机构则通过液压控制机构(多组液压分配阀和同步阀)实现液压缸的同步伸缩；四个液压执行机构分别对称安装在底盘四周，液压源和和控制机构安装在底盘上，之间通过液压管线进行连接。)
进一步，所述底盘上端通过螺栓固定有液压举升装置的液压源、传感与控制装置。
进一步，所述传感与控制装置设置有定位传感器和控制器，通过远程无线遥控或程序设定实现支架自主行走(前进、后退、转弯和调头)的功能。还设置有水平度测量仪或者水平度传感器，所述水平度测量仪或者水平度传感器通过连接线路与控制器连接。
进一步，所述履带式移动装置设置有主动轮、从动轮、宽履带和驱动电机(驱动电机连接主动轮，主动轮带动从动轮运动，通过宽履带实现与地面的稳定接触与运动)。
进一步，所述履带式移动装置设置有差速装置(所述差速装置，是能够实现左右履带的相反方向运动，减小掉头和转弯的半径。前进或后退时，同步同向运动；转弯调头时，同步反向运动)，通过差速装置实现架的水平移动和原位调头。
本发明的另一目的在于提供一种所述履带式自主行走的钻井井架安装支架的控制方法，所述控制方法包括：在井架安装时，支架整体需从井场物资放置处移动到安装点位置，利用遥控器远程控制传感与控制装置，通过液压举升装置控制两组液压缸执行相应动作，实现底座的举升，使履带式移动装置与井场地面接触。
进一步，所述控制方法通过远程控制与GPS定位，使支架整体移动到设定的安装位置，随后通过相同控制方式，将履带式移动装置提升到底座以上，保证底座与井场地面的稳定接触，利用传感与控制装置中的水平传感器确定枕木梁与底座的水平程度。
进一步，所述控制方法通过远程控制与GPS定位，根据井场的地面信息和坐标参数可实现支架整体(两个支架)智能行走到预设位置，并可以完成后续的多次自主行走以及底座的举升与下降，从而实现无人化的智能控制。
进一步，所述控制方法在移动过程中，利用GPS定位装置对两个履带式自主行走的钻井井架安装支架进行定位与误差反馈，调整相对位置；
在井架安装完成后，将一组(两个)履带式自主行走的钻井井架安装支架移动到井场物资放置处，断开电源，并做常规的保养和维护。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过设置履带式自主行走装置，能够优化井架安装工艺流程，降低设备和资源的浪费并且能够适应多种恶劣环境下的非铺装井场地面条件。井架安装时支架的移动需求，通过配置电控和遥控装置，实现利用手柄控制支架自主行走，也可以通过设定程序实现智能行走和作业。可以满足井场多种恶劣环境下，井架安装时支架的高效低耗的移动需求。解决了现有技术中，在恶劣条件下的非铺装井场路面支架移动费力的问题，提高了装备的适应性和运输性。
本发明优化了钻井井架安装工艺流程，提高支架移动和井架安装效率、减少操作工人劳动强度、降低吊车和设备的维护管理费用、做到井场地面设备的优化布局，提高井场标准化水平并降低安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的履带式自主行走的钻井井架安装支架结构示意图。
图2是本发明实施例提供的支架结构示意图。
图中：1、履带式移动***；2、底盘；3、枕木梁；4、第一加强梁；5、液压举升***；6、传感与控制***；7、支架；8、液压源；9、底座；10、第二加强梁。
图3是本发明实施例提供的承载状态示意图。
图4是本发明实施例提供的移动状态示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种履带式自主行走的钻井井架安装支架及其控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的履带式自主行走的钻井井架安装支架包括：履带式移动装置1、底盘2、枕木梁3、第一加强梁4、液压举升装置5、传感与控制装置6、支架7、液压源8、底座9、第二加强梁10。
支架7，为支架整体结构的框架；
枕木梁3包括：起缓震作用的枕木和起承载作用的矩形钢管；
加强梁，包括两组加强梁，第一加强梁4为提升支架强度和承载力的加强梁，第二加强梁10为防止支架发生的侧倾的斜加强梁；
底座9，为支架处于非移动状态时的主要承载部件(承载自重及钻井井架的重量)；
底盘2，为履带式移动装置的底盘，还用于安置液压举升装置的液压源、动力与控制装置和传感定位装置。
液压举升装置5，包括：两组(四个)液压执行机构，液压控制机构、液压管线和液压源。液压举升装置主要用于完成支座的举升和下放。
履带式移动装置1，包括：主动轮、从动轮、宽履带、驱动电机，用于提高对各种井场地面(平坦、泥泞等)的广泛适应性和操作便利性；
传感与控制装置6，包括：定位传感模块和控制模块，通过远程无线遥控或程序设定实现支架自主行走(前进、后退、转弯和调头)的功能。
履带式移动装置采用差速装置实现支架的水平移动和原位调头。
为了避免移动过程中底座的拖地影响，同时考虑到履带式移动装置在井架安装过程中不能直接承受井架重量，设定其升降幅度为300mm，在履带行进状态时，底座9的离地间隙为180mm。
支架平台与所述自主行走的底盘之间通过平台升降装置相连接，实现支架的升降，所述平台升降装置为两组(四个)液压执行机构。
履带式自主行走的钻井井架安装支架的移动速度可以根据井场地面的条件进行调节，提高作业效率和安全性。
所述传感与控制装置中设置有水平度测量仪，或者水平度传感器。传感与控制装置中设置有坐标仪，或者GPS定位仪，保证两片井架的同时安装。
本发明的工作原理是：在进行井架卧式安装时，需将履带式自主行走的钻井井架安装支架整体从井场的物资放置处移动到井架安装点相应位置。具体的，利用手持式无线遥控器远程控制支架中的传感与控制装置6中的电控信号接受模块，并以电信号形式传递到液压举升装置5，通过液压举升装置5控制两组(四个)液压缸同步执行相应幅度的举升动作，从而实现底座9的平稳举升，使履带式移动装置1的履带与井场地面接触，设定底座9与地面的最大高度差为180mm，可以保证履带式移动装置1的平稳移动过程和通过性能。
通过手持式无线遥控器的远程控制与配备的GPS定位***，控制两个履带式自主行走的钻井井架安装支架整体分别移动到设定的两片井架的安装位置，随后通过相同控制方式，利用液压举升装置5的两组(四个)液压缸的同步执行操作，将履带式移动装置1的低面提升到底座9以上120mm处，从而保证底座9与井场地面的稳定接触，并使履带式移动装置1不会承受井架在安装过程中的压力。
传感与控制装置6中的水平传感器会判断枕木梁2与地面的水平程度，并将数值显示在手持式无线遥控器上，随后可采取单独调整液压缸伸缩距离等方式实现枕木梁的水平放置，以便在安装时确保井架的受力平衡，避免井架受力扭曲，发生安全事故。
此外，钻井井架在卧式安装过程中，需进行多次移动和位置调整。因此，履带式移动装置1与底座9需多次完成交替支撑作业。在移动过程中，利用GPS定位装置对两个履带式自主行走的钻井井架安装支架进行定位与误差反馈，以调整其相对位置，保证两片井架安装时的准确度和效率。
在此操作过程中，依据不同井场布置情况，可对履带式自主行走的钻井井架安装支架设定不同运行模式。若井场布置规范，地面条件标准较高，可依据GPS定位装置，预先确定井场布置的坐标数据，并设定好支架所需停留的所有井架安装位置，在完成一节井架安装后，自动前往下一处安装位置，实现安装支架的自主行走功能。若井场地面条件较差，则可通过手持式无线遥控器对安装支架的运移和举升进行人工操作，降低事故风险。
在井架安装完成后，将一组(两个)履带式自主行走的钻井井架安装支架移动到井场物资放置处，断开电源，并对其做常规的保养和维护。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实施方式中，利用手持无线遥控器(或设定程序)远程控制传感与控制装置6中的电控信号接受模块，通过液压举升装置5控制两组(四个)液压缸同步执行相应的举升动作，实现底座9的举升。
在本实施方式中，承载状态下履带离地间隙为120mm，保证履带式移动装置不承受钻机井架的重力，移动状态下底座离地间隙为180mm，保证支座整体在移动状态下的通过性。
在本实施方式中，可采用人工手柄远程遥控控制支座整体的运移和升降。
在本实施方式中，可采用智能行走控制，将井场的地形坐标图导入控制程序中，智能化地控制单一支座(或两个支座)到预设位置的运移和多次的升降作业过程。
在本实施方式中，履带式移动装置设置有差速装置，可减小支座整体的运移范围，实现在有限范围内的行走动作(前进、后退、转向和调头)。
在本实施方式中，水平度测量仪或水平度传感器可以反馈支座整体的倾斜程度，可以通过调节液压缸的伸缩量使支架整体保持水平状态，避免井架的扭转或滑落。
在本实施方式中，井架安装时，一组(两个)支座的对称移动通过传感与控制***中的定位传感器进行GPS数据的反馈。
在本实施方式中，当井架安装完成后，将支架运移到井场的物资放置区，端开电源，将锂电池取出放置到室内，并对关键部件进行维护和保养。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种履带式自主行走的钻井井架安装支架，其特征在于，所述履带式自主行走的钻井井架安装支架设置有：
底座；
所述底座上端焊接有支架，所述支架上端焊接有枕木梁，所述底座两端上侧通过支撑杆焊接有底盘；
所述底盘两端分别通过两组液压举升装置连接有履带式移动装置；
所述支架内侧焊接有一组倾斜的第一加强梁，所述底座与枕木梁之间焊接有一组倾斜的第二加强梁。
2.如权利要求1所述的履带式自主行走的钻井井架安装支架，其特征在于，所述枕木梁设置有起缓震作用的枕木和起承载作用的矩形钢管；枕木嵌套在矩形钢管中，枕木上表面高出矩形钢管的上表面，对井架的缓冲和减震作用，采用螺栓连接固定。
3.如权利要求1所述的履带式自主行走的钻井井架安装支架，其特征在于，所述底盘上端通过螺栓固定有液压举升装置的液压源、液压控制机构和传感与控制装置。
4.如权利要求3所述的履带式自主行走的钻井井架安装支架，其特征在于，所述传感与控制装置设置有定位传感器和控制器。
5.如权利要求4所述的履带式自主行走的钻井井架安装支架，其特征在于，所述传感与控制***中设置有水平度测量仪或者水平度传感器。
6.如权利要求1所述的履带式自主行走的钻井井架安装支架，其特征在于，所述液压举升装置设置有两组液压执行机构、液压控制机构、液压管线和液压源；液压源为整个液压***提供动力，通过液压管线传输高压液体，两组四个执行机构则通过液压控制机构实现液压缸的同步伸缩；四个液压执行机构分别对称安装在底盘四周，液压源和和控制机构安装在底盘上，之间通过液压管线进行连接。
7.如权利要求1所述的履带式自主行走的钻井井架安装支架，其特征在于，所述履带式移动装置设置有主动轮、从动轮、宽履带和驱动电机。
8.如权利要求1所述的履带式自主行走的钻井井架安装支架，其特征在于，所述履带式移动装置设置有差速装置；所述差速装置能够实现左右履带的相反方向运动，减小掉头和转弯的半径。前进或后退时，同步同向运动；转弯调头时，同步反向运动。
9.一种如权利要求1～8任意一项所述履带式自主行走的钻井井架安装支架的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：在井架安装时，支架整体需从井场物资放置处移动到安装点位置，利用无线遥控器远程控制传感与控制装置，通过液压举升装置控制两组液压缸同步执行相应动作，实现底座的举升，使履带式移动装置与井场地面接触。
10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法通过远程控制与GPS定位，使支架整体移动到设定的安装位置，随后通过相同控制方式，将履带式移动装置提升到底座以上，保证底座与井场地面的稳定接触，利用传感与控制装置中的水平传感器确定枕木梁的水平度。
11.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法在移动过程中，利用GPS定位装置对两个履带式自主行走的钻井井架安装支架进行定位与误差反馈，调整相对位置；
在井架安装完成后，将一组履带式自主行走的钻井井架安装支架移动到井场物资放置处，断开电源，并做常规的保养和维护。
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