專利名稱：一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及陸地鉆井工程與裝備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種在油田鉆井設(shè)備中用于抓取鉆桿的鉆桿夾持排放裝置。
背景技術(shù)：
石油井架是在鉆井作業(yè)中擔(dān)負(fù)著起下鉆、下套管等操作的設(shè)備，在換鉆頭或起下鉆桿時，要通過井架二層平臺將鉆桿放在井架一側(cè)待用，擺放鉆桿需要人在井架二層平臺進(jìn)行擺放作業(yè)，費時費力、工作效率低，也存在安全隱患，影響鉆井效率。自20世紀(jì)40年代，國外開始研究鉆桿排放設(shè)備。1949年，研制成功的由液壓和氣動閥控制的鉆桿排放設(shè)備開始安裝在半自動化鉆機上，完成起下鉆的各種常規(guī)操作。1956 年，臥式機械化鉆桿操作設(shè)備首次安裝在CUSS-I鉆井船上，該系統(tǒng)由鉆桿移運臂和水平傳動鏈組成。1968年，Offshore公司在其轉(zhuǎn)塔系泊鉆井船Discoverer II號上配備了立式鉆桿排放設(shè)備，自動化鉆桿排放系統(tǒng)開始得到迅速發(fā)展。1973年，全自動化鉆桿排放設(shè)備首次安裝到挪威的Smedvig West Venture半潛式鉆井平臺上，成功的解決了平臺在挪威北海鉆井時強風(fēng)和低溫的影響問題。此后，大量其他同級別的鉆機配備類似設(shè)備。1980年，開始出現(xiàn)立式鉆桿排放設(shè)備，90年代，形成了成熟的鉆桿自動排放設(shè)備，具有機械手式、立柱式、橋架式、起豎式等多形式，水平型、垂直型、水平垂直混合型等多類型，其主要是針對海洋鉆井平臺-鉆井船開發(fā)的，而且以液控為主，配合PLC進(jìn)行集成控制，而針對陸地鉆井的鉆桿排放設(shè)備開發(fā)較少。國內(nèi)對鉆桿自動排放系統(tǒng)的研究和應(yīng)用較少，主要有蘭州石油機械研究所、寶雞石油機械有限責(zé)任公司(原寶雞石油機械廠)、大港油田有限責(zé)任公司等少數(shù)單位做過一些設(shè)計和研究。到目前為止，國內(nèi)鉆桿自動排放系統(tǒng)仍然主要是針對環(huán)境惡劣的海洋鉆井， 而陸地鉆井的鉆桿自動排放系統(tǒng)基本被人忽略，因此絕大部分陸地鉆井的起下鉆、接單根等作業(yè)的鉆桿排放還是傳統(tǒng)的人工操作方式。

實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷，本實用新型的目的在于提供一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置，適用于陸地鉆機的A型、K型、或Π型井架，能夠自動排放作業(yè)，省時省力， 工作效率高，保證人身安全。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是—種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置，包含主夾鉗及平移構(gòu)造、輔助夾鉗及平移構(gòu)造、豎直滑道構(gòu)造、控制系統(tǒng)，其中步進(jìn)電機驅(qū)動主左右移動雙滑軌和步進(jìn)電機驅(qū)動輔助左右移動雙滑軌滑動設(shè)置在右立柱滑軌和左立柱滑軌之間；步進(jìn)電機驅(qū)動主左右移動雙滑軌一端與主夾鉗左右移動單滑軌連接，主夾鉗伸縮臂通過步進(jìn)電機驅(qū)動主夾鉗伸縮臂滑塊設(shè)置在主夾鉗左右移動單滑軌上，主夾鉗伸縮臂一端設(shè)置一液壓夾鉗；步進(jìn)電機驅(qū)動輔助左右移動雙滑軌一端與輔助夾鉗左右移動單滑軌連接，輔助夾鉗伸縮臂通過步進(jìn)電機驅(qū)動輔助夾鉗伸縮臂滑塊設(shè)置在輔助夾鉗左右移動單滑軌上，輔助夾鉗伸縮臂一端設(shè)置一液壓夾鉗。由于采用上述方案后，本實用新型在使用過程中，該鉆桿排放裝置安放在A型、K型或Π型井架的鉆井平臺和二層臺之間，可實現(xiàn)在起下鉆和接單根等作業(yè)流程中鉆桿的提升、下放、平移等作業(yè)，夾鉗軌跡全程無人數(shù)字自動控制，能夠自動進(jìn)行排放作業(yè)，省時省力，工作效率高，保證人身安全。

圖1為本實用新型一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置主視圖；圖2為本實用新型一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置圖1的左視圖；圖3為本實用新型一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置圖1的俯視圖；圖4為本實用新型一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置安裝在井架上的示意圖；圖5為本實用新型一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置圖4的左視圖；圖6為本實用新型一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置圖4的A-A視圖；圖7為本實用新型一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置安裝在井架上的實際構(gòu)造圖；圖8為本實用新型一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置圖7的左視圖；圖9為本實用新型一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置工作過程示意圖。附圖中標(biāo)號1.步進(jìn)電機驅(qū)動主夾鉗伸縮臂滑塊，2.主夾鉗伸縮臂，3.步進(jìn)電機驅(qū)動主左右移動雙滑軌，4.主夾鉗左右移動單滑軌，5.右立柱滑軌，6.左立柱滑軌，7.步進(jìn)電機驅(qū)動輔助左右移動雙滑軌，8.步進(jìn)電機驅(qū)動輔助夾鉗伸縮臂滑塊，9.輔助夾鉗伸縮臂，10.輔助夾鉗左右移動單滑軌，11.液壓夾鉗，12.井架，13.井架二層臺。
具體實施方式
下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置的具體實施方式
作進(jìn)一步的說明。參見圖1-圖9所示，一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置，包含主夾鉗及平移系統(tǒng)、輔助夾鉗及平移系統(tǒng)、豎直滑道系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，其中步進(jìn)電機驅(qū)動主左右移動雙滑軌3和步進(jìn)電機驅(qū)動輔助左右移動雙滑軌7滑動設(shè)置在右立柱滑軌5和左立柱滑軌6之間；步進(jìn)電機驅(qū)動主左右移動雙滑軌3 —端與主夾鉗左右移動單滑軌4連接，主夾鉗伸縮臂2通過步進(jìn)電機驅(qū)動主夾鉗伸縮臂滑塊1設(shè)置在主夾鉗左右移動單滑軌4上，主夾鉗伸縮臂2 —端設(shè)置一液壓夾鉗11 ；步進(jìn)電機驅(qū)動輔助左右移動雙滑軌7 —端與輔助夾鉗左右移動單滑軌 10連接，輔助夾鉗伸縮臂9通過步進(jìn)電機驅(qū)動輔助夾鉗伸縮臂滑塊8設(shè)置在輔助夾鉗左右移動單滑軌10上，輔助夾鉗伸縮臂9 一端設(shè)置一液壓夾鉗11。該三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置設(shè)置在井架12的側(cè)面和井架二層臺13之間，實現(xiàn)在起下鉆和接單根等作業(yè)流程中鉆桿的提升、下放、平移等作業(yè)時，夾鉗軌跡的全程無人數(shù)字自動控制。[0027]在工作過程中，液壓夾鉗11的夾緊、松開動作是靠液壓馬達(dá)和液壓缸提供動力來實現(xiàn)的，主輔夾鉗及平移系統(tǒng)沿X、Y、Z三個方向的移動是通過PCL839運動控制卡和IPC工控機控制步進(jìn)電機實現(xiàn)的，采用NC嵌入PC式結(jié)構(gòu)，通過PCLD-782/785信號輸入輸出卡傳遞信號，實現(xiàn)鉆桿排放的數(shù)字控制。下面分別以接單根、起立根為例，介紹鉆桿排放裝置工作原理接單根作業(yè)步驟①控制輔助夾鉗平移系統(tǒng)的X、Y、Z三個方向步進(jìn)電機，平移輔助液壓夾鉗11到井眼上方鉆桿下接頭附近，②閉合液壓夾鉗11，扶持方鉆桿下端，控制X、 Y、Z三個方向步進(jìn)電機，移動方鉆桿下端與小鼠洞鉆桿單根對扣，③配合鐵鉆工緊扣后，半松開液壓夾鉗11，使方鉆桿和鉆桿能在液壓夾鉗11中上下移動，④用鉆井起升系統(tǒng)起升方鉆桿及鉆桿離開小鼠洞，⑤閉合液壓夾鉗11，控制x、Y、z三個方向步進(jìn)電機，移動鉆桿下端與井口鉆柱對扣，⑤配合鐵鉆工緊扣后，松開液壓夾鉗11，控制X、Y、Z三個方向步進(jìn)電機， 回到安全位置，輔助液壓夾鉗11及平移系統(tǒng)接單根作業(yè)完畢。起立根作業(yè)步驟①控制主輔液壓夾鉗平移系統(tǒng)的X、Y、Z三個方向步進(jìn)電機，分別同步平移主液壓夾鉗11和輔液壓夾鉗11到井口上方立根的上下端附近，②同步張開主輔液壓夾鉗11后，主液壓夾鉗11夾緊立根上端接頭附近，同時輔助液壓夾鉗11半閉合并圈住立根下端，③控制主液壓夾鉗系統(tǒng)Z向步進(jìn)電機提升立根到設(shè)計高度，④控制主輔液壓夾鉗11的平移系統(tǒng)X、Y兩個方向步進(jìn)電機，主液壓夾鉗11及平移系統(tǒng)平移立根上端到排管架指定位置，輔液壓夾鉗11及平移系統(tǒng)同步平移立根下端到立根盒指定位置，⑤控制主液壓夾鉗IlZ向步進(jìn)電機，下放立根到立根盒里，③在排管架上固定好立根后，主輔液壓夾鉗同時松開，返回到初始位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一起立根作業(yè)。主液壓夾鉗及平移構(gòu)造的作用是夾緊并提起重量較大的立根、并平移到指定位置。輔助液壓夾鉗平移構(gòu)造有兩個作用一、在主液壓夾鉗11夾起立根時，配合主液壓夾鉗11扶正立根下端，限制其擺動，并隨主液壓夾鉗11平移到井口對扣或者平移到立根盒指定位置，此時，輔助液壓夾鉗構(gòu)造不起加持和提升作用，僅起扶正平移作用，而且其平移量的大小、方向、時間和主液壓夾鉗系統(tǒng)同步；二、在接單根時，扶正方鉆桿與小鼠洞鉆桿對扣，扶正鉆桿與井口鉆具對扣，并配合鐵鉆工緊扣。豎直滑道系統(tǒng)主要起引導(dǎo)主夾鉗及平移系統(tǒng)、輔助夾鉗及平移系統(tǒng)沿垂直方向平移運動，同時起支撐整個鉆桿自動排放系統(tǒng)的作用。本實用新型的技術(shù)特點(1)廣泛適用于陸上鉆井的A型、Κ、Π型井架，不用對原鉆井井架結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行改造，充分利用原井架結(jié)構(gòu)特點，直接安裝使用，節(jié)約成本。(2)降低鉆井工人勞動強度，提高安全性和鉆井效率。(3)通過控制步進(jìn)電機來控制鉆具夾鉗的三維運動，實現(xiàn)數(shù)字控制主輔夾鉗的運動軌跡，對井架的空間適應(yīng)性強。(4)控制系統(tǒng)便于集成到司鉆操作臺進(jìn)行集中控制。(5)以電驅(qū)動為主，液壓、氣壓驅(qū)動為輔，結(jié)構(gòu)簡單。
權(quán)利要求1. 一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置，包含主夾鉗及平移構(gòu)造、輔助夾鉗及平移構(gòu)造、豎直滑道構(gòu)造、控制系統(tǒng)，其特征在于步進(jìn)電機驅(qū)動主左右移動雙滑軌和步進(jìn)電機驅(qū)動輔助左右移動雙滑軌滑動設(shè)置在右立柱滑軌和左立柱滑軌之間；步進(jìn)電機驅(qū)動主左右移動雙滑軌一端與主夾鉗左右移動單滑軌連接，主夾鉗伸縮臂通過步進(jìn)電機驅(qū)動主夾鉗伸縮臂滑塊設(shè)置在主夾鉗左右移動單滑軌上，主夾鉗伸縮臂一端設(shè)置一液壓夾鉗；步進(jìn)電機驅(qū)動輔助左右移動雙滑軌一端與輔助夾鉗左右移動單滑軌連接，輔助夾鉗伸縮臂通過步進(jìn)電機驅(qū)動輔助夾鉗伸縮臂滑塊設(shè)置在輔助夾鉗左右移動單滑軌上，輔助夾鉗伸縮臂一端設(shè)置一液壓夾鉗。
專利摘要一種三坐標(biāo)鉆桿自動排放裝置，屬于陸地鉆井裝備，包含主夾鉗及輔助夾鉗平移構(gòu)造、豎滑道構(gòu)造、控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機驅(qū)動主左右移動雙滑軌和步進(jìn)電機驅(qū)動輔助左右移動雙滑軌滑動設(shè)置在右左立柱滑軌間；步進(jìn)電機驅(qū)動主左右移動雙滑軌一端與主夾鉗左右移動單滑軌連接，主夾鉗伸縮臂通過步進(jìn)電機驅(qū)動主夾鉗伸縮臂滑塊設(shè)置在主夾鉗左右移動單滑軌上，主夾鉗伸縮臂一端設(shè)置一液壓夾鉗；步進(jìn)電機驅(qū)動輔助左右移動雙滑軌一端與輔助夾鉗左右移動單滑軌連接，輔助夾鉗伸縮臂通過步進(jìn)電機驅(qū)動輔助夾鉗伸縮臂滑塊設(shè)置在輔助夾鉗左右移動單滑軌上，輔助夾鉗伸縮臂一端設(shè)置一液壓夾鉗。
文檔編號E21B19/15GK201972633SQ20102029857
公開日2011年9月14日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者侯學(xué)軍, 高德利 申請人:中國石油大學(xué)(北京), 重慶科技學(xué)院