一種鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公布一種鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)，主要由自動貓道機、鉆臺機械手、動力卡瓦、鐵鉆工、動力吊卡、二層臺排管機械手、頂驅、絞車、司鉆集成控制系統(tǒng)等組成，配套到石油鉆機后可實現(xiàn)鉆井管柱上、下鉆臺；鉆進；起鉆；下鉆；立根排放等鉆井作業(yè)的自動化操作。本實用新型提高了鉆機的自動化程度，解決了現(xiàn)有鉆井管柱操作方式存在高空、多人配合作業(yè)，勞動強度大、風險高、效率低的問題；克服了現(xiàn)有鉆機配套單一或幾個自動化裝置僅降低了局部的勞動強度，和不能減少作業(yè)人員和提升作業(yè)效率的不足。
【專利說明】一種鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及石油鉆探設備【技術領域】，尤其一種安全高效、工人勞動強度低的石油鉆機用鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]鉆機自動化新技術與裝備早期主要應用于海洋鉆機，近年來陸地鉆機對裝備自動化、高安全性需求日益提高，世界各大石油設備公司積極響應市場對鉆井裝備的迫切需求，加快了陸地鉆機自動化、智能化裝備的研發(fā)力度，不斷推出自動貓道機、動力卡瓦、動力吊卡、鐵鉆工、鉆臺及二層臺管柱自動排放裝置、司鉆集成控制系統(tǒng)。目前，國外在鉆柱自動化操作系統(tǒng)的研制上已趨于成熟，并整體配套在鉆機上成功應用于現(xiàn)場。國內也開展了相關的技術研究，部分企業(yè)研制了單元設備，單元設備配套在現(xiàn)有鉆機上雖實現(xiàn)了局部的機械化，降低了工人的勞動強度，但尚未形成鉆柱自動化操作系統(tǒng)，未有效發(fā)揮鉆柱自動化操作系統(tǒng)應有的技術優(yōu)勢。

【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型的目的是為了解決目前鉆井管柱從地面到鉆臺面的輸送、測量、管柱在鉆臺面的上/卸扣和懸掛、鉆進中送鉆、起下鉆時立根的存取一系列操作中存在的高空、多人配合作業(yè)，勞動強度大、風險高、效率低的問題，提供一種用于鉆機自動化升級改造的鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有鉆機僅配套自動貓道機或動力卡瓦或立根自動排放裝置單一或幾個自動化裝置僅降低了局部的勞動強度，未能明顯提升作業(yè)效率的不足。
[0004]為達上述目的，本實用新型的技術解決方案是:
[0005]一種鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)，包括自動貓道機2、鉆臺機械手12、動力卡瓦14、鐵鉆工15、動力吊卡8、二層臺排管機械手6、頂驅7、絞車9、司鉆集成控制系統(tǒng)3和鉆臺10、井架4、二層臺5、轉盤13、導軌11。其中:自動貓道機2安裝在鉆臺10的正前方，鉆臺機械手12通過導軌11安裝在鉆臺10靠近自動貓道機2—側臺面上；動力卡瓦14安裝在轉盤13的補心內，鐵鉆工15安裝在絞車9和轉盤13之間的鉆臺10臺面上；動力吊卡8安裝在頂驅7的吊環(huán)上，二層臺排管機械手6安裝在二層臺5的下方；頂驅7安裝在鉆機井架4內游動滑車下方；絞車9安裝在鉆臺10臺面上或鉆臺10的正后方，司鉆集成控制系統(tǒng)3安裝在鉆臺10的一側。
[0006]上述方案還包括地面鉆桿臺架1，該臺架與自動貓道機2構成取、放配合。
[0007]上述方案進一步包括:
[0008]上述自動貓道機2帶有長度測量功能，實現(xiàn)按照司鉆集成控制系統(tǒng)發(fā)出的指令完成鉆井管柱在地面鉆桿臺架和鉆臺面之間的輸送與長度測量。
[0009]上述鉆臺機械手12與二層臺排管機械手6按照司鉆集成控制系統(tǒng)3的指令順序動作模擬目前現(xiàn)場人工操作存、取鉆桿立根的過程實現(xiàn)鉆桿立根的自動存、取。
[0010]上述絞車9帶有自動送鉆功能，實現(xiàn)鉆井過程中自動送鉆，提高鉆速。[0011]上述動力卡瓦14為液動或氣動卡瓦,實現(xiàn)鉆井管柱在井口的卡緊、懸掛。
[0012]上述動力吊卡8為液動或氣動吊卡,配合頂驅實現(xiàn)鉆井管柱的提升。
[0013]上述鐵鉆工15為懸掛式或導軌式，實現(xiàn)鉆井管柱的上、卸扣和緊、崩扣。
[0014]本實用新型正常鉆進中鉆桿的自動化操作過程是:司鉆集成控制系統(tǒng)發(fā)出接單根指令，首先自動貓道機動作，將鉆桿從地面鉆桿臺架自動輸送到鉆臺面上小鼠洞的正上方并完成長度測量；頂驅停止轉動，動力卡瓦卡緊、懸掛井口中的鉆井管柱；鐵鉆工前移配合頂驅完成井口中的鉆具卸扣；液壓吊卡打開，扣合自動貓道機上的鉆桿，吊卡閉合，頂驅上提鉆桿，上升到預定高度后，對準井口中的鉆具；鐵鉆工配合頂驅完成鉆具的上扣、緊扣；動力卡瓦松開，釋放鉆具，頂驅繼續(xù)正常鉆進作業(yè)。其他操作過程見【具體實施方式】。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本實用新型將現(xiàn)有的單一自動化控制機構和裝置有機的結合在一起，提高了鉆機的自動化程度，解決了現(xiàn)有鉆柱操作方式存在高空、多人配合作業(yè)，勞動強度大、風險高、效率低的問題；克服了現(xiàn)有鉆機配套單一或幾個自動化裝置僅降低了局部的勞動強度，未能明顯提升作業(yè)效率的不足。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)立面示意圖
[0017]圖2為圖1中鉆臺上部的局部俯視示意圖
[0018]圖中:1_地面鉆桿臺架；2_自動貓道機；3_司鉆集成控制系統(tǒng)；4-井架；5-二層臺；6_ 二層臺排管機械手；7-頂驅；8_動力吊卡；9-絞車；10_鉆臺；11_導軌；12_鉆臺機械手；13-轉盤；14-動力卡瓦；15-鐵鉆工。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0020]實施例1
[0021]一種鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)，包括自動貓道機2、鉆臺機械手12、動力卡瓦14、鐵鉆工15、動力吊卡8、二層臺排管機械手6、頂驅7、絞車9、司鉆集成控制系統(tǒng)3和鉆臺10、井架4、二層臺5、轉盤13、導軌11。其中:自動貓道機2安裝在鉆臺10的正前方，鉆臺機械手12通過導軌11安裝在鉆臺10靠近自動貓道機2—側臺面上；動力卡瓦14安裝在轉盤13的補心內，鐵鉆工15安裝在絞車9和轉盤13之間的鉆臺10臺面上；動力吊卡8安裝在頂驅7的吊環(huán)上，二層臺排管機械手6安裝在二層臺5的下方；頂驅7安裝在鉆機井架4內游動滑車下方；絞車9安裝在鉆臺10臺面上或鉆臺10的正后方，司鉆集成控制系統(tǒng)3安裝在鉆臺10的一側。
[0022]實施例2
[0023]一種鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)主要由自動貓道機2、鉆臺機械手12、動力卡瓦14、鐵鉆工15、動力吊卡8、二層臺排管機械手6、頂驅7、絞車9、司鉆集成控制系統(tǒng)3等組成，自動貓道機2安裝在鉆臺10的正前方，鉆臺機械手12通過導軌11安裝在鉆臺10面上，動力卡瓦14安裝在轉盤13的補心內，鐵鉆工15安裝在絞車9和轉盤13之間的鉆臺10面上，動力吊卡8安裝在頂驅7的吊環(huán)上，二層臺排管機械手6安裝在二層臺5的下方，頂驅7安裝在鉆機井架4內游動滑車下方，絞車9安裝在鉆臺10面上或鉆臺10的正后方，司鉆集成控制系統(tǒng)3安裝在鉆臺10面的一側。
[0024]其中:
[0025]自動貓道機2帶有長度測量功能，實現(xiàn)按照司鉆集成控制系統(tǒng)發(fā)出的指令完成鉆井管柱在地面鉆桿臺架和鉆臺面之間的輸送與長度測量。
[0026]鉆臺機械手12與二層臺排管機械手6按照司鉆集成控制系統(tǒng)3的指令順序動作模擬目前現(xiàn)場人工操作存、取鉆桿立根的過程實現(xiàn)鉆桿立根的自動存、取。上述絞車9帶有自動送鉆功能，實現(xiàn)鉆井過程中自動送鉆，提聞鉆速。
[0027]動力卡瓦14為液動或氣動卡瓦，實現(xiàn)鉆井管柱在井口的卡緊、懸掛。
[0028]動力吊卡8為液動或氣動吊卡,配合頂驅實現(xiàn)鉆井管柱的提升。
[0029]鐵鉆工15為懸掛式或導軌式，實現(xiàn)鉆井管柱的上、卸扣和緊、崩扣。
[0030]上述實施例的工作過程如下:
[0031]1.正常鉆進中接單根
[0032]司鉆集成控制系統(tǒng)3發(fā)出接單根指令，首先自動貓道機2動作，將鉆桿從地面鉆桿臺架I自動輸送到鉆臺10面上小鼠洞的正上方并完成長度測量；頂驅7停止轉動，動力卡瓦14卡緊、懸掛井口中的鉆井管柱；鐵鉆工15如移配合頂驅7完成井口中的鉆具卸扣；動力吊卡8打開，扣合自動貓道機2上的鉆桿，動力吊卡8閉合，頂驅7上提鉆桿，上升到預定高度后，對準井口中的鉆具；鐵鉆工15配合頂驅7完成鉆具的上扣、緊扣；動力卡瓦14松開，釋放鉆具，頂驅7繼續(xù)正常鉆進作業(yè)。
[0033]2.單根鉆桿返回地面鉆桿臺架
[0034]司鉆集成控制系統(tǒng)3發(fā)出單根鉆桿返回地面鉆桿臺架I指令，頂驅7停止轉動，動力卡瓦14卡緊、懸掛井口中的鉆井管柱；鐵鉆工15如移配合頂驅7完成井口中的鉆具卸扣；鉆桿卸扣的同時，自動貓道機2按照指令運動到鉆臺10面的前沿；動力吊卡8閉合，懸掛單根鉆桿，頂驅7提起單根鉆桿，然后下放單根鉆桿到自動貓道機2上，頂驅7下放到預定高度，動力吊卡7打開，自動貓道機2按照設定的指令將單根鉆桿送到地面鉆桿臺架I。
[0035]3.自動鉆進
[0036]絞車9帶有自動送鉆功能，司鉆集成控制系統(tǒng)3通過控制絞車9的自動送鉆單元，實現(xiàn)恒鉆壓或恒鉆速自動鉆進。
[0037]4.起鉆時存立根
[0038]司鉆集成控制系統(tǒng)3發(fā)出起鉆指令，頂驅7端部過度接頭與井口鉆具卸扣，動力吊卡8閉合，懸掛鉆柱，頂驅7提升一柱鉆桿后，動力卡瓦14卡緊、懸掛井口中的鉆井管柱；鐵鉆工15前移完成井口中的鉆具卸扣；鉆臺機械手12夾持鉆柱的下端，將鉆柱下端送至鉆臺10面的預定位置；二層臺排管機械手9夾持鉆柱的上端，動力吊卡8打開，二層臺排管機械手9將鉆柱的上端送至二層臺5的預定位置，完成一柱鉆桿的存放。重復上述過程完成所有鉆柱的存放。
[0039]5.下鉆時取立根
[0040]司鉆集成控制系統(tǒng)3發(fā)出下鉆指令，二層臺排管機械手9夾持鉆柱的上端，將鉆柱上端由二層臺5的預定位置送至井口上方的動力吊卡8內，動力吊卡8閉合，鉆臺機械手12夾持鉆柱的下端，將鉆柱下端由鉆臺10面的預定位置送至井口中心；鉆柱的下端對準井口中鉆具的上端，鐵鉆工15前移完成鉆具的上扣、緊扣；動力卡瓦14松開，釋放鉆具，頂驅7下放鉆柱，完成一柱鉆桿的取、下。重復上述過程完成所有鉆柱的取、下。
[0041]上述操作過程可通過司鉆操作司鉆集成控制系統(tǒng)單工步完成，也可以通過編制的預定程序實現(xiàn)全自動控制完成。
【權利要求】
1.一種鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)，包括自動貓道機(2)、鉆臺機械手(12)、動力卡瓦(14)、鐵鉆工(15)、動力吊卡(8)、二層臺排管機械手(6)、頂驅(7)、絞車(9)、司鉆集成控制系統(tǒng)(3)和鉆臺(10)、井架(4)、二層臺(5)、轉盤(13)、導軌(11)，其特征在于:自動貓道機(2)安裝在鉆臺(10)的正前方，鉆臺機械手(12)通過導軌(11)安裝在鉆臺(10)靠近自動貓道機(2) —側臺面上；動力卡瓦(14)安裝在轉盤(13)的補心內，鐵鉆工(15)安裝在絞車(9)和轉盤(13)之間的鉆臺(10)臺面上；動力吊卡(8)安裝在頂驅(7)的吊環(huán)上，二層臺排管機械手(6)安裝在二層臺(5)的下方；頂驅(7)安裝在鉆機井架(4)內游動滑車下方；絞車(9)安裝在鉆臺(10)臺面上或鉆臺(10)的正后方，司鉆集成控制系統(tǒng)(3)安裝在鉆臺(10)的一側。
2.根據(jù)權利要求1所述的鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)，其特征在于:還包括地面鉆桿臺架(1)，該臺架與自動貓道機(2)構成取、放配合。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)，其特征在于:所述自動貓道機(2 )帶有長度測量機構。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)，其特征在于:所述絞車(9)帶有自動送鉆機構。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)，其特征在于:所述動力卡瓦(14)為液動或氣動卡瓦。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)，其特征在于:所述動力吊卡(8)為液動或氣動吊卡。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)，其特征在于:所述鐵鉆工(15)為懸掛式或導軌式鐵鉆工。
【文檔編號】E21B19/00GK203614056SQ201320663346
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年10月27日 優(yōu)先權日:2013年10月27日
【發(fā)明者】江正清, 安慶寶, 董懷榮, 李進付, 陳志禮 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院