一種橋架式立根排管裝置及排管方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種橋架式立根排管裝置及排管方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源為一個(gè)國(guó)家的發(fā)展提供動(dòng)力，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)對(duì)能源的需求逐漸加大，成為石油天然氣的消耗大國(guó)。2014年，我國(guó)石油對(duì)外依存度接達(dá)59.5%，天然氣對(duì)外依存度達(dá)到32.2%。較高的對(duì)外依存度使得我國(guó)的能源安全受到威脅，加大我國(guó)能源開發(fā)力度在一定程度上能緩解能源壓力，但需要高科技、高效率的石油鉆采裝備。
[0003]我國(guó)石油天然氣資源儲(chǔ)量大，但缺乏高效的開采設(shè)備。我國(guó)陸地鉆井行業(yè)對(duì)新的鉆井設(shè)備采用比較謹(jǐn)慎，由于陸地國(guó)產(chǎn)先進(jìn)鉆機(jī)及其配套裝備發(fā)展緩慢，而國(guó)外新的鉆井裝備價(jià)格昂貴，因此國(guó)內(nèi)大多數(shù)的鉆井服務(wù)公司不愿意率先嘗試新技術(shù)，而是讓其他公司先用，根據(jù)使用結(jié)果的好壞再?zèng)Q定是否使用。這種謹(jǐn)慎的行為不僅造成了我國(guó)石油裝備的發(fā)展緩慢，也降低了石油天然氣的開采效率。近幾年，由于各公司逐步意識(shí)到自動(dòng)化鉆井的潛在效益是巨大的，包括確保鉆井安全，提高鉆井效率，減少鉆井周期，提高鉆井經(jīng)濟(jì)性等，自動(dòng)化鉆井裝備的需求趨勢(shì)日益加大。
[0004]我國(guó)陸地自動(dòng)化鉆井發(fā)展緩慢，部分鉆井公司還在用傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤鉆井。由于可編程控制器(PLC)在鉆機(jī)上的推廣和鐵鉆工、自動(dòng)吊卡，頂驅(qū)等先進(jìn)設(shè)備的使用使得現(xiàn)代鉆機(jī)自動(dòng)化程度更高。電子司鉆具備的鉆井監(jiān)控系統(tǒng)、一體化鉆井儀表、防碰系統(tǒng)等是自動(dòng)化鉆井的重要組成因素，其隨后發(fā)展的現(xiàn)場(chǎng)無線通訊、有毒氣體檢測(cè)、液電氣一體化和人機(jī)界面控制的電子司鉆是自動(dòng)鉆機(jī)的趨勢(shì)。頂部驅(qū)動(dòng)技術(shù)是石油鉆機(jī)重大變革之一，其不僅節(jié)省接單根時(shí)間，提高鉆井安全，提高生產(chǎn)效率，還具有倒劃眼防止卡鉆的功能，在定向鉆井過程中，可以大幅度地減少起鉆總時(shí)間。
[0005]雖然國(guó)外有集成模塊較高的自動(dòng)化排管系統(tǒng)，但是價(jià)格昂貴，維修費(fèi)用高，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較大，占用較大的井架空間，考慮到我國(guó)陸地鉆機(jī)井架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用國(guó)外自動(dòng)化排管系統(tǒng)將較大程度的改變井架結(jié)構(gòu)，甚至?xí)淖冦@井方式，因此國(guó)外的排管系統(tǒng)不推廣使用。
[0006]中國(guó)專利CN200910009451.0中公開了一種鉆井平臺(tái)排管系統(tǒng)，它包括多工位鼠洞，井架，抓管機(jī)械手和鐵鉆工，多工位鼠洞提供至少兩個(gè)鼠洞體鉆桿插放工位，鼠洞體內(nèi)一一對(duì)應(yīng)配置有鉆桿對(duì)中器、升降液壓缸、鉆桿緩沖裝置和升降滑輪組，通過抓管機(jī)械手依次將鉆桿抓起放入鼠洞體并從鼠洞體中提出鉆桿進(jìn)行對(duì)接，本發(fā)明還提供了使用上述系統(tǒng)進(jìn)行排管的方法。本發(fā)明采用了多工位鼠洞結(jié)構(gòu)，提供了至少兩個(gè)排管工位，可以同時(shí)將兩根單管布置在鼠洞中，并且當(dāng)?shù)谌鶈喂芙雍煤螅梢灾苯优c剩下的單管連接。該系統(tǒng)無法對(duì)立根進(jìn)行有效保護(hù)，而且很難連續(xù)進(jìn)行立根的排管。
[0007]中國(guó)專利CN中201420856151.2公開了一種連續(xù)油管自動(dòng)排管系統(tǒng)，包括主動(dòng)傳動(dòng)鏈輪組和從動(dòng)傳動(dòng)鏈輪組，主動(dòng)傳動(dòng)鏈輪組包括主動(dòng)軸、主動(dòng)鏈輪、一級(jí)傳動(dòng)鏈條、一級(jí)從動(dòng)軸和一級(jí)傳動(dòng)鏈輪，主動(dòng)鏈輪和一級(jí)傳動(dòng)鏈輪通過一級(jí)傳動(dòng)鏈條連接，主動(dòng)傳動(dòng)鏈輪通過主動(dòng)軸與連續(xù)油管滾筒共軸連接，傳動(dòng)鏈輪組包括二級(jí)傳動(dòng)鏈輪、二級(jí)傳動(dòng)鏈條、三級(jí)傳動(dòng)鏈輪、二級(jí)從動(dòng)軸、扭矩限制器和2寸螺距的雙向絲桿，三級(jí)傳動(dòng)鏈輪與扭矩限制器和2寸螺距的雙向絲桿通過二級(jí)從動(dòng)軸共軸連接，主動(dòng)鏈輪與一級(jí)傳動(dòng)鏈輪的齒數(shù)比為52:39，三級(jí)傳動(dòng)鏈輪的齒數(shù)為64個(gè)。這種排管系統(tǒng)安裝復(fù)雜，實(shí)施起來比較困難，無法推廣采用。
[0008]中國(guó)專利CN中201310189710.9中公開了一種海洋鉆井平臺(tái)自動(dòng)排管系統(tǒng)，包括井架、至少一組用于抓取和排放鉆桿的抓管裝置、液壓貓道、鼠洞和控制整體系統(tǒng)的PLC控制裝置，所述井架固定在鉆井平臺(tái)上，所述鼠洞固定在鉆井平臺(tái)的下方，其特征在于:所述導(dǎo)軌立柱上設(shè)置有上下兩個(gè)機(jī)械臂，所述上、下機(jī)械臂的前端上均設(shè)置有旋轉(zhuǎn)式連接座，所述上機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)式連接座上至少設(shè)置有一個(gè)抓管手和一個(gè)上、卸扣裝置，所述下機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)式連接座上至少設(shè)置有一個(gè)抓管手。該系統(tǒng)無法對(duì)立根進(jìn)行有效保護(hù)，而且很難連續(xù)進(jìn)行立根的排管，操作復(fù)雜，無法將立根平放到地面上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種自動(dòng)化程度高、實(shí)現(xiàn)管柱的自動(dòng)排放、能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)立根的受力情況、能夠?qū)Σ煌軓降牧⒏M(jìn)行排管、有效避免立根被夾損、提高鉆井效率、安全可靠的橋架式立根排管裝置及排管方法。
[0010]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種橋架式立根排管裝置，它包括行走機(jī)構(gòu)、立柱、直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、立根夾持裝置、立根舉升機(jī)構(gòu)，直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、絲桿以及安裝在絲桿上的滑套組成，絲桿沿立柱的長(zhǎng)度方向旋轉(zhuǎn)安裝在立柱上，伺服電機(jī)固定安裝于立柱上，伺服電機(jī)的輸出端與絲桿連接；
所述的行走機(jī)構(gòu)由槽鋼1、槽鋼I1、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、上支撐板、下支撐板、上軸承座、下軸承座、擺動(dòng)液壓缸、伺服馬達(dá)A和齒輪組成，槽鋼I和槽鋼II內(nèi)均設(shè)置有齒條，上支撐板平行于下支撐板設(shè)置，上支撐板和下支撐板均設(shè)置于槽鋼I和槽鋼II之間，上軸承座安裝于上支撐板頂表面，下軸承座安裝于下支撐板的頂表面，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的上下端分別安裝于上軸承座和下軸承座內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的底端與立柱的頂端法蘭連接，擺動(dòng)液壓缸設(shè)置于上軸承座的上方且其輸出端與轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，上支撐板和下支撐板之間設(shè)置有兩個(gè)伺服馬達(dá)A，兩個(gè)伺服馬達(dá)A對(duì)稱設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的兩側(cè)，兩個(gè)伺服馬達(dá)A的輸出端均連接有齒輪，齒輪與齒條嚙合；
所述的立根夾持裝置由夾持油缸、伺服馬達(dá)B、筒體、左鉗體、右鉗體、限位擋環(huán)、拉伸彈簧、壓力傳感器、銷軸和緩沖層組成，筒體水平設(shè)置，筒體的左端部設(shè)置有法蘭盤，伺服馬達(dá)B設(shè)置于法蘭盤的端面上且其輸出端與法蘭盤連接，銷軸垂直于筒體且固定于筒體的右端部，銷軸上鉸接有交叉設(shè)置的左鉗體和右鉗體，左鉗體和右鉗體的尾柄均設(shè)置于筒體內(nèi)，左鉗體和右鉗體的工作端均設(shè)置于筒體的外部，左鉗體和右鉗體的工作端均設(shè)置有圓形槽，兩個(gè)圓形槽的表面設(shè)置有緩沖層，左、右鉗體與緩沖層之間均設(shè)置有壓力傳感器，所述的夾持油缸設(shè)置于筒體內(nèi)且固定安裝于法蘭盤上，夾持油缸的活塞桿上鉸接有交叉設(shè)置的連桿I和連桿II，連桿II與左鉗體的尾柄鉸接，連桿I與右鉗體的尾柄鉸接，所述的拉伸彈簧設(shè)置于左鉗體和右鉗體的工作端之間，拉伸彈簧上設(shè)置有限位擋環(huán)，限位擋環(huán)上設(shè)置有弧形凹槽；
所述的立根舉升機(jī)構(gòu)由舉升油缸、調(diào)整油缸、連桿A、連桿B和排管臂組成，舉升油缸垂直于立柱且固定安裝于滑套上部，排管臂的一端鉸接于滑套的下部，連桿A的一端鉸接于舉升油缸的活塞桿上，連桿A的另一端與連桿B的一端鉸接，連桿B的另一端鉸接在排管臂的中部，調(diào)整油缸的缸筒鉸接于排管臂的頂表面，調(diào)整油缸的活塞桿鉸接于伺服馬達(dá)B的上端部，所述的排管臂鉸接于伺服馬達(dá)B的下端部。
[0011]它還包括計(jì)算機(jī)和與計(jì)算機(jī)連接的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與兩個(gè)壓力傳感器連接，所述的計(jì)算機(jī)與伺服電機(jī)、伺服馬達(dá)A、伺服馬達(dá)B、舉升油缸、調(diào)整油缸和夾持油缸連接。
[0012]所述的連桿I與連桿II關(guān)于夾持油缸對(duì)稱設(shè)置。
[0013]所述的槽鋼I和槽鋼II頂側(cè)板的內(nèi)側(cè)設(shè)