专利名称：一种三坐标钻杆自动排放装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及陆地钻井工程与装备技术领域，特别是一种在油田钻井设备中用于抓取钻杆的钻杆夹持排放装置。
背景技术：
石油井架是在钻井作业中担负着起下钻、下套管等操作的设备，在换钻头或起下钻杆时，要通过井架二层平台将钻杆放在井架一侧待用，摆放钻杆需要人在井架二层平台进行摆放作业，费时费力、工作效率低，也存在安全隐患，影响钻井效率。自20世纪40年代，国外开始研究钻杆排放设备。1949年，研制成功的由液压和气动阀控制的钻杆排放设备开始安装在半自动化钻机上，完成起下钻的各种常规操作。1956 年，卧式机械化钻杆操作设备首次安装在CUSS-I钻井船上，该系统由钻杆移运臂和水平传动链组成。1968年，Offshore公司在其转塔系泊钻井船Discoverer II号上配备了立式钻杆排放设备，自动化钻杆排放系统开始得到迅速发展。1973年，全自动化钻杆排放设备首次安装到挪威的Smedvig West Venture半潜式钻井平台上，成功的解决了平台在挪威北海钻井时强风和低温的影响问题。此后，大量其他同级别的钻机配备类似设备。1980年，开始出现立式钻杆排放设备，90年代，形成了成熟的钻杆自动排放设备，具有机械手式、立柱式、桥架式、起竖式等多形式，水平型、垂直型、水平垂直混合型等多类型，其主要是针对海洋钻井平台-钻井船开发的，而且以液控为主，配合PLC进行集成控制，而针对陆地钻井的钻杆排放设备开发较少。国内对钻杆自动排放系统的研究和应用较少，主要有兰州石油机械研究所、宝鸡石油机械有限责任公司(原宝鸡石油机械厂)、大港油田有限责任公司等少数单位做过一些设计和研究。到目前为止，国内钻杆自动排放系统仍然主要是针对环境恶劣的海洋钻井， 而陆地钻井的钻杆自动排放系统基本被人忽略，因此绝大部分陆地钻井的起下钻、接单根等作业的钻杆排放还是传统的人工操作方式。
实用新型内容为了解决现有技术存在的技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种三坐标钻杆自动排放装置，适用于陆地钻机的A型、K型、或Π型井架，能够自动排放作业，省时省力， 工作效率高，保证人身安全。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是—种三坐标钻杆自动排放装置，包含主夹钳及平移构造、辅助夹钳及平移构造、竖直滑道构造、控制系统，其中步进电机驱动主左右移动双滑轨和步进电机驱动辅助左右移动双滑轨滑动设置在右立柱滑轨和左立柱滑轨之间；步进电机驱动主左右移动双滑轨一端与主夹钳左右移动单滑轨连接，主夹钳伸缩臂通过步进电机驱动主夹钳伸缩臂滑块设置在主夹钳左右移动单滑轨上，主夹钳伸缩臂一端设置一液压夹钳；步进电机驱动辅助左右移动双滑轨一端与辅助夹钳左右移动单滑轨连接，辅助夹钳伸缩臂通过步进电机驱动辅助夹钳伸缩臂滑块设置在辅助夹钳左右移动单滑轨上，辅助夹钳伸缩臂一端设置一液压夹钳。由于采用上述方案后，本实用新型在使用过程中，该钻杆排放装置安放在A型、K型或Π型井架的钻井平台和二层台之间，可实现在起下钻和接单根等作业流程中钻杆的提升、下放、平移等作业，夹钳轨迹全程无人数字自动控制，能够自动进行排放作业，省时省力，工作效率高，保证人身安全。
图1为本实用新型一种三坐标钻杆自动排放装置主视图；图2为本实用新型一种三坐标钻杆自动排放装置图1的左视图；图3为本实用新型一种三坐标钻杆自动排放装置图1的俯视图；图4为本实用新型一种三坐标钻杆自动排放装置安装在井架上的示意图；图5为本实用新型一种三坐标钻杆自动排放装置图4的左视图；图6为本实用新型一种三坐标钻杆自动排放装置图4的A-A视图；图7为本实用新型一种三坐标钻杆自动排放装置安装在井架上的实际构造图；图8为本实用新型一种三坐标钻杆自动排放装置图7的左视图；图9为本实用新型一种三坐标钻杆自动排放装置工作过程示意图。附图中标号1.步进电机驱动主夹钳伸缩臂滑块，2.主夹钳伸缩臂，3.步进电机驱动主左右移动双滑轨，4.主夹钳左右移动单滑轨，5.右立柱滑轨，6.左立柱滑轨，7.步进电机驱动辅助左右移动双滑轨，8.步进电机驱动辅助夹钳伸缩臂滑块，9.辅助夹钳伸缩臂，10.辅助夹钳左右移动单滑轨，11.液压夹钳，12.井架，13.井架二层台。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型一种三坐标钻杆自动排放装置的具体实施方式
作进一步的说明。参见图1-图9所示，一种三坐标钻杆自动排放装置，包含主夹钳及平移系统、辅助夹钳及平移系统、竖直滑道系统、控制系统，其中步进电机驱动主左右移动双滑轨3和步进电机驱动辅助左右移动双滑轨7滑动设置在右立柱滑轨5和左立柱滑轨6之间；步进电机驱动主左右移动双滑轨3 —端与主夹钳左右移动单滑轨4连接，主夹钳伸缩臂2通过步进电机驱动主夹钳伸缩臂滑块1设置在主夹钳左右移动单滑轨4上，主夹钳伸缩臂2 —端设置一液压夹钳11 ；步进电机驱动辅助左右移动双滑轨7 —端与辅助夹钳左右移动单滑轨 10连接，辅助夹钳伸缩臂9通过步进电机驱动辅助夹钳伸缩臂滑块8设置在辅助夹钳左右移动单滑轨10上，辅助夹钳伸缩臂9 一端设置一液压夹钳11。该三坐标钻杆自动排放装置设置在井架12的侧面和井架二层台13之间，实现在起下钻和接单根等作业流程中钻杆的提升、下放、平移等作业时，夹钳轨迹的全程无人数字自动控制。[0027]在工作过程中，液压夹钳11的夹紧、松开动作是靠液压马达和液压缸提供动力来实现的，主辅夹钳及平移系统沿X、Y、Z三个方向的移动是通过PCL839运动控制卡和IPC工控机控制步进电机实现的，采用NC嵌入PC式结构，通过PCLD-782/785信号输入输出卡传递信号，实现钻杆排放的数字控制。下面分别以接单根、起立根为例，介绍钻杆排放装置工作原理接单根作业步骤①控制辅助夹钳平移系统的X、Y、Z三个方向步进电机，平移辅助液压夹钳11到井眼上方钻杆下接头附近，②闭合液压夹钳11，扶持方钻杆下端，控制X、 Y、Z三个方向步进电机，移动方钻杆下端与小鼠洞钻杆单根对扣，③配合铁钻工紧扣后，半松开液压夹钳11，使方钻杆和钻杆能在液压夹钳11中上下移动，④用钻井起升系统起升方钻杆及钻杆离开小鼠洞，⑤闭合液压夹钳11，控制x、Y、z三个方向步进电机，移动钻杆下端与井口钻柱对扣，⑤配合铁钻工紧扣后，松开液压夹钳11，控制X、Y、Z三个方向步进电机， 回到安全位置，辅助液压夹钳11及平移系统接单根作业完毕。起立根作业步骤①控制主辅液压夹钳平移系统的X、Y、Z三个方向步进电机，分别同步平移主液压夹钳11和辅液压夹钳11到井口上方立根的上下端附近，②同步张开主辅液压夹钳11后，主液压夹钳11夹紧立根上端接头附近，同时辅助液压夹钳11半闭合并圈住立根下端，③控制主液压夹钳系统Z向步进电机提升立根到设计高度，④控制主辅液压夹钳11的平移系统X、Y两个方向步进电机，主液压夹钳11及平移系统平移立根上端到排管架指定位置，辅液压夹钳11及平移系统同步平移立根下端到立根盒指定位置，⑤控制主液压夹钳IlZ向步进电机，下放立根到立根盒里，③在排管架上固定好立根后，主辅液压夹钳同时松开，返回到初始位置，准备进行下一起立根作业。主液压夹钳及平移构造的作用是夹紧并提起重量较大的立根、并平移到指定位置。辅助液压夹钳平移构造有两个作用一、在主液压夹钳11夹起立根时，配合主液压夹钳11扶正立根下端，限制其摆动，并随主液压夹钳11平移到井口对扣或者平移到立根盒指定位置，此时，辅助液压夹钳构造不起加持和提升作用，仅起扶正平移作用，而且其平移量的大小、方向、时间和主液压夹钳系统同步；二、在接单根时，扶正方钻杆与小鼠洞钻杆对扣，扶正钻杆与井口钻具对扣，并配合铁钻工紧扣。竖直滑道系统主要起引导主夹钳及平移系统、辅助夹钳及平移系统沿垂直方向平移运动，同时起支撑整个钻杆自动排放系统的作用。本实用新型的技术特点(1)广泛适用于陆上钻井的A型、Κ、Π型井架，不用对原钻井井架结构部件进行改造，充分利用原井架结构特点，直接安装使用，节约成本。(2)降低钻井工人劳动强度，提高安全性和钻井效率。(3)通过控制步进电机来控制钻具夹钳的三维运动，实现数字控制主辅夹钳的运动轨迹，对井架的空间适应性强。(4)控制系统便于集成到司钻操作台进行集中控制。(5)以电驱动为主，液压、气压驱动为辅，结构简单。
权利要求1. 一种三坐标钻杆自动排放装置，包含主夹钳及平移构造、辅助夹钳及平移构造、竖直滑道构造、控制系统，其特征在于步进电机驱动主左右移动双滑轨和步进电机驱动辅助左右移动双滑轨滑动设置在右立柱滑轨和左立柱滑轨之间；步进电机驱动主左右移动双滑轨一端与主夹钳左右移动单滑轨连接，主夹钳伸缩臂通过步进电机驱动主夹钳伸缩臂滑块设置在主夹钳左右移动单滑轨上，主夹钳伸缩臂一端设置一液压夹钳；步进电机驱动辅助左右移动双滑轨一端与辅助夹钳左右移动单滑轨连接，辅助夹钳伸缩臂通过步进电机驱动辅助夹钳伸缩臂滑块设置在辅助夹钳左右移动单滑轨上，辅助夹钳伸缩臂一端设置一液压夹钳。
专利摘要一种三坐标钻杆自动排放装置，属于陆地钻井装备，包含主夹钳及辅助夹钳平移构造、竖滑道构造、控制系统，步进电机驱动主左右移动双滑轨和步进电机驱动辅助左右移动双滑轨滑动设置在右左立柱滑轨间；步进电机驱动主左右移动双滑轨一端与主夹钳左右移动单滑轨连接，主夹钳伸缩臂通过步进电机驱动主夹钳伸缩臂滑块设置在主夹钳左右移动单滑轨上，主夹钳伸缩臂一端设置一液压夹钳；步进电机驱动辅助左右移动双滑轨一端与辅助夹钳左右移动单滑轨连接，辅助夹钳伸缩臂通过步进电机驱动辅助夹钳伸缩臂滑块设置在辅助夹钳左右移动单滑轨上，辅助夹钳伸缩臂一端设置一液压夹钳。
文档编号E21B19/15GK201972633SQ20102029857
公开日2011年9月14日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者侯学军, 高德利 申请人:中国石油大学(北京), 重庆科技学院