专利名称：一种多功能海上修井机及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种修井装置及其操作方法，特别是关于一种在开采海上石油中使用的多功能海上修井机及其操作方法。
背景技术：
如图5所示，目前我国普通的海上修井机的井架高度，一般仅能够满足提升下放双根管子的作业要求，如果要更换井内的管子，则在下放管柱时，只能连接单根管子。另外普通的海上修井机在进行管柱立根作业时，只能在井口完成管柱的上扣、卸扣操作，而无法同时完成提升、下放管柱的作业。再有常规的海上修井机只能完成修井作业，不能同时完成钻井作业，进而造成海上修井机的利用率和作业效率都比较低下。发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种既能够提高提升、下放管柱的作业效率， 又能够提高设备利用率的多功能海上修井机及其操作方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种多功能海上修井机，其特征在于它包括一钻台、一主提升系统、一辅助提升系统和一管子处理系统；
所述钻台的中心区域设置有一转盘和一液压鼠洞，所述转盘连接一主井口，所述主井口内设置有一液缸夹，所述液压鼠洞内也同样设置有一液缸夹，所述钻台上设置有一井架，所述井架的上部设置有一天车，所述天车上设置有一根主轴，所述钻台上及的周围设置有所述管子处理系统的辅助设备；
所述主提升系统和所述辅助提升系统设置在所述井架内，所述主提升系统和辅助提升系统包括在所述天车同一主轴上分别连接的一主、辅滑轮组，所述主、辅滑轮组上各连接有一钢丝绳，两所述钢丝绳的另一端分别绕过主、辅游车，再绕过所述主、辅滑轮组后分别连接一绞车主、辅滚筒，两所述绞车主、辅滚筒转动连接在同一滚筒主轴上；
所述管子处理系统包括设置在所述钻台一侧的一自动输送滑道、一抓管机械手、 一液压大钳和一所述液压鼠洞。
所述辅助提升系统的辅游车钩的载荷为大于等于10吨。
所述井架的高度能够容纳三根单立管子的高度。
所述一种多功能海上修井机及其操作方法包括以下步骤
I、下管上扣操作过程中的辅助提升系的操作方法包括以下步骤
I)辅助提升系统从自动输送滑道上提升一管子到井架内，并将该管子插入液压鼠洞内，并通过液压鼠洞内的液缸夹固定；2)辅助提升系统从自动输送滑道上提升另一管子到井架内，通过液压大钳将其定位，并与液压鼠洞内的管子进行上扣连接；3)用液压鼠洞内的液缸夹抓住已完成连接的两根管子下行，直至在钻台上表面露出用于连接另一管子的连接段；4)辅助提升系统从自动输送滑道上提升第三根管子到井架内，通过液压大钳将其定位，并与钻台上表面露出的管子的连接段进行上扣连接，即成为一三根一体的管柱；5)辅助提升系统将管柱向上提起，并通过抓管机械手将管柱立根排放到立根盒内；6)重复步骤 I) 步骤5)，直至操作完毕；
2、下管上扣操作过程中的主提升系统的操作方法包括以下步骤
I)主提升系统从立根盒内提取一管柱插向主井口通过转盘下放，直至在钻台上表面露出用于连接另一管柱的连接段，并通过主井口内的液缸夹固定；2)主提升系统从立根盒内提取另一管柱到井架内，通过液压大钳将其定位并与主井口内的管柱进行上扣连接； 3)用主井口内的液缸夹抓住已完成连接的两根管柱下行，直至在钻台上表面露出用于连接另一管柱的连接段；4)主提升系统从立根盒内提取第三根管柱到井架内，通过液压大钳将其定位，并与钻台上表面露出管柱的连接段进行上扣连接；5)用主井口内的液缸夹抓住已完成连接好的管柱继续下行，直至在钻台上表面露出用于连接另一管柱的连接段；6)重复步骤I) 步骤5)，直至将立根盒内的需要管柱立根依次下放到主井口内，即完成操作。
主提升系统和辅助提升系统共用一个液压大钳，因此辅助提升系统管子插在液压鼠洞内上扣和管柱插在主井口内上扣是不能同时完成的，其它时候的主、辅提升系统均可以同时作业。
本发明起管柱与甩管柱作业操作方法包括以下步骤
3、主提升系统的使用方法包括以下步骤；
I)主提升系统从主井口内向上起管，将一段管柱提升到井架内时,主井口内的液缸夹固定管柱，通过液压大钳卸扣；2)主提升系统将起出卸扣管柱放置在立根盒内；3)重复步骤I) 步骤2)，主提升系统继续提升主井口内的管柱，直至将井口内的需要更换的管柱逐步提升到主井口上，通过液压大钳将逐节管柱卸扣后，再依次将管柱放置到立根盒内， 即操作完毕。
4、辅提升系统的操作方法包括以下步骤；
I)抓管机械手抓起立根盒内管柱，将其放置到液压鼠洞内，通过液压鼠洞内的液缸夹抓住下行的管柱至钻台上表面露出上部一段管子连接的部位；2)液压大钳将露出上部管柱卸扣，拆成单根管子；3)辅助提升系统将卸扣的单根管子，通过自动输送滑道甩到钻台的下面；4)液压鼠洞内剩余的管柱通过液缸夹抓住上行至钻台上表面露出中部管子下部连接的部位；5)液压大钳将露出的中部管柱继续卸扣，拆成单根管子；6)辅助提升系统通过自动输送滑道，将卸扣的单根管子和液压鼠洞内剩余单根管子分别甩到钻台的下面；7)重复步骤I) 步骤6 )，辅助提升系统将立根盒内的管柱分别插入液压鼠洞内，通过液压大钳卸扣后，再将单根管子分别甩到钻台的下面，即完成甩管作业。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于设置了一主提升系统、一辅助提升系统和双管柱处理系统，且设置了能够容纳三立根管子高度的井架，因此两提升系统可以用于非深井的钻井工作，在钻井时也可以接单根管子与下钻同时进行，或者起钻与甩钻杆同时进行，也可以同时轮流进行管柱的立根和提升管柱的操作，下放和起管柱作业时上扣或卸扣的操作，若要更换井口内的管柱，则可以同时完成上扣或卸扣与下放或起管柱的操作，大大提高了修井或钻井工作效率。2、本发明的主提升系统和辅助提升系统由于在井架的天车上的同一主轴上分别连接一主、辅滑轮组，而在绞车主、辅滚筒上也是通过一根滚筒主轴转动连接，因此使天车更能节省井架的上部空间，其绞车简化了井架的结构，有效的节省了平台的工作空间，节省了设备投入，更便于修井的操作。3、本发明的修井机由于可以完成较浅井的钻井作业，因此比普通小型钻机的作业效率更高、适用性更强，同时还可以推广到陆地上修井机的操作。本发明可以广泛用于海上及陆地开采石油修井之中。
图I是本发明的结构示意图
图2是本发明的提升系统工作状态示意图
图3是图2的俯视图
图4是井架二层平台的俯视示意图
图5是现有技术海洋修井机结构示意图具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。
如图I所示，本发明的修井机包括一钻台I、一主提升系统2、一辅助提升系统3和一管子处理系统4。
钻台I的中心区域设置有一转盘11和一液压鼠洞12，转盘11连接一主井口 13， 主井口 13内设置有一液缸夹(图中未不出),液压鼠洞12内也同样设置有一液缸夹(图中未示出)，钻台I上设置有一井架14，井架14的上部设置有一天车15，天车15上设置有一根主轴16，井架14的高度能够容纳三根单立管子的高度。钻台I上及的周围设置有管子处理系统4的辅助设备。
如图I、图2、图3所示，本发明的主提升系统2和辅助提升系统3设置在井架14 内，主提升系统2和辅助提升系统3包括在天车15同一主轴16上分别连接的一主、辅滑轮组21、31，主、辅滑轮组21、31上各连接有一钢丝绳22、32，钢丝绳22、32的另一端分别绕过主、辅游车23、33，再绕过主、辅滑轮组21、31后分别连接一绞车主、辅滚筒24、34，两绞车主、辅滚筒24、34转动连接在同一滚筒主轴17上。主提升系统2与普通修井机的提升系统功能一致。辅助提升系统3用于提升钻杆和管柱。
如图I所示，本发明的管子处理系统4包括一自动输送滑道41、一抓管机械手(图中未不出)、一液压大钳42和一液压鼠洞12。
上述实施例中，在本发明中只设置有一个共用液压大钳42，该液压大钳42用于管子的上扣或卸扣。
上述实施例中，辅助提升系统3的辅助游车33的钩载荷为大于等于10吨。
上述实施例中，立根盒的高度可以容纳3根单管子连为一体的立根管柱。
上述实施例中，天车15内主、辅滑轮的直径均为670mm，天车15台面的面积约为I m2。为了适应起下3单根管子以及自动接管与排管功能，主、辅提升系统都安装在井架14 上，其井架14的二层平台18的面积相应增大(如图I、图4所示)，以便于增大立根盒的空间，方便辅助提升系统排放立根管柱。因此井架14底面积也在增加，其每边加长宽度为2m 左右。
上述实施例中，根据SY/T 5202-2004的标准，井架14应力计算的安全系数>1.67， 实际采用井架14稳定性安全系数>1. 8。
本发明的修井机可以用于非深井的钻井工作，钻井时也可以接单根管子与下钻同时进行，或者起钻与甩钻杆同时进行。
本发明的多功能海上修井机的操作方法，包括下管上扣操作和起管卸扣操作两种情况，且在每一情况又包括主提升系统2和辅助提升系统3两种操作方法
I、下管上扣操作过程中的辅助提升系3的操作方法包括以下步骤
I)辅助提升系统3从自动输送滑道41上提升一管子到井架14内，并将该管子插入液压鼠洞12内，并通过液压鼠洞12内的液缸夹固定；
2)辅助提升系统3从自动输送滑道41上提升另一管子到井架14内，通过液压大钳42将其定位，并与液压鼠洞12内的管子进行上扣连接；
3)用液压鼠洞12内的液缸夹抓住已完成连接的两根管子下行，直至在钻台I上表面露出用于连接另一管子的连接段；
4)辅助提升系统3从自动输送滑道41上提升第三根管子到井架14内，通过液压大钳42将其定位，并与钻台I上表面露出的管子的连接段进行上扣连接，即成为一三根一体的管柱；
5)辅助提升系统3将管柱向上提起，并通过抓管机械手将管柱立根排放到立根盒内；
6)重复步骤I) 步骤5)，直至操作完毕；
2、下管上扣操作过程中的主提升系统2的操作方法包括以下步骤
I)主提升系统2从立根盒内提取一管柱插向主井口 13通过转盘11下放，直至在钻台I上表面露出用于连接另一管柱的连接段，并通过主井口 13内的液缸夹固定；
2)主提升系统2从立根盒内提取另一管柱到井架14内，通过液压大钳42将其定位并与主井口 13内的管柱进行上扣连接；
3)用主井口 13内的液缸夹抓住已完成连接的两根管柱下行，直至在钻台I上表面露出用于连接另一管柱的连接段；
4)主提升系统2从立根盒内提取第三根管柱到井架14内，通过液压大钳42将其定位，并与钻台I上表面露出管柱的连接段进行上扣连接；
5)用主井口 13内的液缸夹抓住已完成连接好的管柱继续下行，直至在钻台I上表面露出用于连接另一管柱的连接段；
6)重复步骤I) 步骤5)，直至将立根盒内的需要管柱立根依次下放到主井口 13 内通过液压大钳42上扣连接，即完成操作。
主提升系统2和辅助提升系统3共用一个液压大钳42，因此辅助提升系统3管子插在液压鼠洞12内上扣和管柱插在主井口 13内上扣是不能同时完成的，其它时候的主、辅提升系统2、3均可以同时作业。
本发明的多功能海上修井机起管柱、卸扣与甩管柱作业，主提升系统2和辅助提升系统3的两部分操作方法
3、主提升系统2的操作方法包括以下步骤；
I)主提升系统2从主井口 13内向上起管，将一段管柱提升到井架14内时，主井口 13内的液缸夹固定管柱，通过液压大钳42卸扣；
2)主提升系统2将起出卸扣管柱放置在立根盒内；
3)重复步骤I) 步骤2)，主提升系统2继续提升主井口 13内的管柱，直至将井口 13内的需要更换的管柱逐步提升到主井口 13上，通过液压大钳42将逐节管柱卸扣后， 再依次将管柱放置到立根盒内，即操作完毕。
4、辅提升系统3的操作方法包括以下步骤；
I)抓管机械手抓起立根盒内管柱，将其放置到液压鼠洞12内，通过液压鼠洞12内的液缸夹抓住下行的管柱至钻台I上表面露出上部一段管子连接的部位；
2)液压大钳42将露出上部管柱卸扣，拆成单根管子；
3)辅助提升系统3将卸扣的单根管子，通过自动输送滑道41甩到钻台I的下面；
4)液压鼠洞12内剩余的管柱通过液缸夹抓住上行至钻台I上表面露出中部管子下部连接的部位；
5)液压大钳42将露出的中部管柱继续卸扣，拆成单根管子；
6)辅助提升系统3通过自动输送滑道41，将卸扣的单根管子和液压鼠洞12内剩余单根管子分别甩到钻台I的下面；
7)重复步骤I) 步骤6)，辅助提升系统3将立根盒内的管柱分别依次插入液压鼠洞12内，通过液压大钳42卸扣后，再分别将单根管子甩到钻台I的下面，即完成甩管作业。
主、辅提升系统2、3因为共用一个液压大钳42，辅助提升系统3在管柱插在液压鼠洞12内卸扣，和管柱在主井口 13内卸扣是不能同时完成，而其它的时候主、辅提升系统2、 3均可以同时作业。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种多功能海上修井机，其特征在于它包括一钻台、一主提升系统、一辅助提升系统和一管子处理系统； 所述钻台的中心区域设置有一转盘和一液压鼠洞，所述转盘连接ー主井口，所述主井口内设置有一液缸夹，所述液压鼠洞内也同样设置有一液缸夹，所述钻台上设置有一井架，所述井架的上部设置有一天车，所述天车上设置有一根主轴，所述钻台上及的周围设置有所述管子处理系统的辅助设备； 所述主提升系统和所述辅助提升系统设置在所述井架内，所述主提升系统和辅助提升系统包括在所述天车同一主轴上分別连接的一主、辅滑轮组，所述主、辅滑轮组上各连接有一钢丝绳，两所述钢丝绳的另一端分别绕过主、辅游车，再绕过所述主、辅滑轮组后分别连接ー绞车主、辅滚筒，两所述绞车主、辅滚筒转动连接在同一滚筒主轴上； 所述管子处理系统包括一自动输送滑道、一抓管机械手、一液压大钳和一所述液压鼠洞。
2.如权利要求I所述的ー种多功能海上修井机，其特征在于:所述辅助提升系统的辅游车钩的载荷为大于等于10吨。
3.如权利要求I或2所述的ー种多功能海上修井机，其特征在于所述井架的高度能够容纳三根单立管子的高度。
4.如权利要求I所述ー种多功能海上修井机及其操作方法包括以下步骤 步骤一、下管上扣操作过程中的辅助提升系的操作方法包括以下步骤 1)辅助提升系统从自动输送滑道上提升一管子到井架内，并将该管子插入液压鼠洞内，并通过液压鼠洞内的液缸夹固定； 2)辅助提升系统从自动输送滑道上提升另一管子到井架内，通过液压大钳将其定位，并与液压鼠洞内的管子进行上扣连接； 3)用液压鼠洞内的液缸夹抓住已完成连接的两根管子下行，直至在钻台上表面露出用于连接另一管子的连接段； 4)辅助提升系统从自动输送滑道上提升第三根管子到井架内，通过液压大钳将其定位，并与钻台上表面露出的管子的连接段进行上扣连接，即成为一三根一体的管柱； 5)辅助提升系统将管柱向上提起，并通过抓管机械手将管柱立根排放到立根盒内； 6)重复步骤I) 步骤5)，直至操作完毕； 步骤ニ、下管上扣操作过程中的主提升系统的操作方法包括以下步骤 1)主提升系统从立根盒内提取一管柱插向主井口通过转盘下放，直至在钻台上表面露出用于连接另一管柱的连接段，并通过主井口内的液缸夹固定； 2)主提升系统从立根盒内提取另一管柱到井架内，通过液压大钳将其定位并与主井口内的管柱进行上扣连接； 3)用主井口内的液缸夹抓住已完成连接的两根管柱下行，直至在钻台上表面露出用于连接另一管柱的连接段； 4)主提升系统从立根盒内提取第三根管柱到井架内，通过液压大钳将其定位，并与钻台上表面露出管柱的连接段进行上扣连接； 5)用主井口内的液缸夹抓住已完成连接好的管柱继续下行，直至在钻台上表面露出用于连接另一管柱的连接段；.6)重复步骤I) 步骤5)，直至将立根盒内的需要管柱立根依次下放到主井口内，即完成操作； 主提升系统和辅助提升系统共用ー个液压大钳，辅助提升系统管子插在液压鼠洞内上扣，和管柱插在主井口内上扣是不能同时完成的，其它时候的主、辅提升系统均可以同时作业； 本发明起管柱与甩管柱作业操作方法包括以下步骤 步骤三、主提升系统的使用方法包括以下步骤； .1)主提升系统从主井ロ内向上起管，将一段管柱提升到井架内时，主井口内的液缸夹固定管柱，通过液压大钳卸扣； .2)主提升系统将起出卸扣管柱放置在立根盒内； . 3 )重复步骤I) 步骤2 )，主提升系统继续提升主井ロ内的管柱，直至将井口内的需要更换的管柱逐步提升到主井口上，通过液压大钳将逐节管柱卸扣后，再依次将管柱放置到立根盒内，即操作完毕； 步骤四、辅提升系统的操作方法包括以下步骤； . 1)抓管机械手抓起立根盒内管柱，将其放置到液压鼠洞内，通过液压鼠洞内的液缸夹抓住下行的管柱至钻台上表面露出上部一段管子连接的部位； .2)液压大钳将露出上部管柱卸扣，拆成单根管子； .3)辅助提升系统将卸扣的单根管子，通过自动输送滑道甩到钻台的下面； .4)液压鼠洞内剰余的管柱通过液缸夹抓住上行至钻台上表面露出中部管子下部连接的部位； .5)液压大钳将露出的中部管柱继续卸扣，拆成单根管子； .6)辅助提升系统通过自动输送滑道， 将卸扣的单根管子和液压鼠洞内剩余单根管子分别甩到钻台的下面； . 7)重复步骤I) 步骤6)，辅助提升系统将立根盒内的管柱分别插入液压鼠洞内，通过液压大钳卸扣后，再将单根管子分别甩到钻台的下面，即完成甩管作业。
全文摘要
本发明涉及一种多功能海上修井机及其操作方法，其特征在于它包括一钻台、一主提升系统、一辅助提升系统和一管子处理系统；钻台的中心区域设置有一转盘和一液压鼠洞，转盘连接一主井口，主井口和液压鼠洞内均设置有一液缸夹，钻台上设置有一井架，井架的上部设置有一天车，天车上设置有一根主轴；主提升系统和辅助提升系统设置在井架内，在天车同一主轴上分别连接一主、辅滑轮组，主、辅滑轮组上各连接有一钢丝绳，两钢丝绳的另一端分别绕过主、辅游车，再绕过主、辅滑轮组后分别连接一绞车主、辅滚筒上，两绞车主、辅滚筒转动连接在同一滚筒主轴上；管子处理系统包括一自动输送滑道、一抓管机械手、一液压大钳和一液压鼠洞。本发明可以广泛用于海上及陆地开采石油修井之中。
文档编号E21B19/18GK102979465SQ20121039737
公开日2013年3月20日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者姜伟, 许亮斌, 刘健, 王荣耀 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院