垂直排管系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于石油钻井【技术领域】，涉及一种垂直排管系统。一种垂直排管系统，该系统配套于传统井架钻机系统，钻机系统与该垂直排管系统直接配合的设备主要有井架、顶驱、铁钻工；该垂直排管系统由指梁及风墙走道和铁架工组成；指梁及风墙走道由支撑架，风墙，走道，猴台，指梁体，指梁锁构成；指梁锁固定在指梁体上；指梁体、猴台、走道、风墙均固定在支撑架上；指梁及风墙走道通过支撑架固定在井架上；铁架工上端固定在猴台下端。本实用新型的垂直排管系统采用猴台下布置，不占用猴台操作空间，可以与人工操作兼容，提升能力高，底座采用可行走形式，控制系统简单，操作直观简便；可随钻机迅速转场安装。
【专利说明】垂直排管系统
【技术领域】
[0001]本发明属于石油钻井【技术领域】，涉及一种垂直排管系统。
【背景技术】
[0002]在石油钻井行业，起下钻时需要将钻柱从井心移至指梁处存放以及从指梁处移至井心，钻柱通常为近30米的钻杆或钻铤的组合，重量最重近10吨。
[0003]传统人工作业劳动强度高，危险性大。正逐步被机械化设备所替代，市面上主要有以下几类设备:
[0004](I)移管天吊系统可以很好的解决替代人工作业的问题，但是存在设备笨重，难以适应钻机快速安装、转场的特点；
[0005](2)双臂立式排管系统，可以同时完成接管功能，但控制系统复杂，设备笨重，难以适应钻机快速安装、转场的特点；
[0006](3)猴台上机械手系统可以解决替代人工作业的问题，也方便转场安装，但占用了猴台操作空间，在某些需要人工猴台作业的时候不太方便操作，同时受设备限制，载荷提升能力较弱；
[0007](4)猴台下机械手系统不占用猴台人工操作空间，提升能力高，但目前市面上设备均为固定底座式，操作复杂，控制系统复杂不易维护。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种垂直排管系统及该系统所实现的排管方法，解决了人工排管作业劳动强度高、危险性大等问题，相对市面同类设备，解决了快速安装转场、控制操作难、提升能力弱、占用人工操作空间等问题。
[0009]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种垂直排管系统，该系统配套于传统井架钻机系统，钻机系统与该垂直排管系统直接配合的设备主要有井架、顶驱、铁钻工；该垂直排管系统由指梁及风墙走道和铁架工组成；指梁及风墙走道由支撑架，风墙，走道，猴台，指梁体，指梁锁构成；指梁锁固定在指梁体上；指梁体、猴台、走道、风墙均固定在支撑架上；指梁及风墙走道通过支撑架固定在井架上；铁架工上端固定在猴台下端。
[0010]所述的铁架工包括轨道梁，齿条、小车，齿轮行走驱动机构，回转支撑，齿轮回转驱动机构，回转座，变幅油缸，变幅主臂，变幅次臂，前座，垂直调整油缸，抓管头，提升臂，抱管头；齿条固定在轨道梁上；小车可在轨道梁槽间滚动；齿轮行走驱动机构固定在小车上，其驱动齿轮与齿条啮合；回转支撑上端固定在小车上，下端固定在回转座上；齿轮回转驱动机构固定在小车上，其驱动齿轮与回转支撑上的齿轮啮合；变幅主臂上端铰接在回转座上，下端绞接在如座上；变幅油缸一端绞接在回转座上，另一端绞接在变幅王臂中上部；变幅次臂上端与回转座铰接，下端与前座铰接；前座前端与提升臂铰接，下端与垂直调整油缸铰接；抓管头固定在提升臂的下部，抱管头固定在提升臂的上部。
[0011]所述的提升臂由下臂，外滑块，内滑块，提升油缸，上臂组成；下臂套装在上臂内；外滑块固定在上臂下端内壁，与下臂之间可相对滑动；内滑块固定在下臂上端外侧，与上臂之间可相对滑动；提升油缸的上端铰接在上臂上，下端铰接在下臂上。
[0012]所述的抓管头由半爪，拉杆，爪前轴，爪后轴，油缸，拉杆轴，前杆，圆弧槽板，板牙组构成；所述抓管头各件为左右对称；半爪前端与拉杆铰接于爪前轴处，半爪后端与油缸后端铰接于爪后轴处；前杆固定在油缸杆上；前杆与拉杆铰接于拉杆轴处；板牙组固定在圆弧槽板上，可沿圆弧面在一定角度内转动；圆弧槽板固定在半爪前端。
[0013]所述的抱管头由半爪，第一销轴，第二销轴，拉杆，前杆，油缸构成；所述抱管头各件为左右对称；半爪与油缸铰接于第一销轴处；前杆固定在油缸杆前端，拉杆一端与半爪后端铰接，另一端与前杆铰接于第二销轴处。
[0014]本发明的垂直排管系统采用猴台下布置，不占用猴台操作空间，可以与人工操作兼容，提升能力高，底座采用可行走形式，控制系统简单，操作直观简便；可随钻机迅速转场安装。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的垂直排管系统结构主视图；
[0016]图2是图1的左视图；
[0017]图3是指梁及风墙走道的结构主视图；
[0018]图4是图3的左视图；
[0019]图5是图3的俯视图；
[0020]图6是铁架工的主视图；
[0021]图7是铁架工的立体图；
[0022]图8是图6中提升臂的结构示意图；
[0023]图9是图6中抓管头的结构示意图；
[0024]图10是图6中抱管头的结构示意图；
[0025]图11?13是铁架工的工作状态图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明的垂直排管系统做详细的说明描述。
[0027]如图1和图2所示，一种垂直排管系统，该系统配套于传统井架钻机系统，钻机系统与该垂直排管系统直接配合的设备主要有井架、顶驱、铁钻工；该垂直排管系统由指梁及风墙走道I和铁架工2组成；指梁及风墙走道I通过支撑架固定在井架上；如图3、图4和图5所示，指梁及风墙走道I由支撑架10，风墙11，走道12，猴台13，指梁体14，指梁锁15构成；指梁锁15固定在指梁体14上；指梁体14、猴台13、走道12、风墙11均固定在支撑架10上；铁架工2上端固定在猴台13下端。
[0028]支撑架10，风墙11，猴台13，指梁体14均为固定结构件。支撑架10固定在井架上支撑整个系统及提升载荷，风墙11用于给操作工人挡风，猴台13为人工操作平台，指梁体14为钻柱存放区域，指梁锁15为活动件，由气缸驱动指头翻转打开或关闭，从而防止钻柱意外滑落。
[0029]如图6和图7所示，铁架工2由轨道梁21，齿条22，小车23，齿轮行走驱动机构24，回转支撑25，齿轮回转驱动机构26，回转座27，变幅油缸28，变幅主臂29，变幅次臂30，前座31，垂直调整油缸32，抓管头33，提升臂34，抱管头35组成。
[0030]齿条22固定在轨道梁21上；小车23为轮式结构轮子可在轨道梁21槽间滚动；齿轮行走驱动机构24固定在小车23上，其驱动齿轮与齿条22啮合；回转支撑25上端固定在小车23上，下端固定在回转座27上；齿轮回转驱动机构26固定在小车23上，其驱动齿轮与回转支撑25上的齿轮啮合；变幅主臂29上端铰接在回转座27上，下端铰接在前座31上；变幅油缸28 —端铰接在回转座27上，另一端铰接在变幅主臂29中上部；变幅次臂30上端与回转座27铰接，下端与前座31铰接；前座31前端与提升臂34铰接，下端与垂直调整油缸32铰接；抓管头33固定在提升臂34的下部，抱管头35固定在提升臂34的上部。
[0031]小车23在齿轮行走驱动机构24的驱动下，沿轨道梁21前后运动。回转座27通过回转支撑及25轴承连接在下车23下方，在齿轮回转驱动机构26的驱动下，回转座27及其下部组件可在水平面内完成周向360度回转。变幅主臂29和变幅次臂30在变幅油缸28的驱动下可在竖直平面内摆动，带动前端的组件完成向斜上方伸出缩回的动作。变幅主臂29、变幅次臂30、回转座27及前座31组成平行四边形结构，保证变幅运动过程中前端组件保持竖直状态。
[0032]如图8所示，提升臂34由下臂36，外滑块37，内滑块38，提升油缸39，上臂40组成。下臂36套装在上臂40内；外滑块37固定在上臂40下端内壁，与下臂36之间可相对滑动；内滑块38固定在下臂36上端外侧，与上臂40之间可相对滑动；提升油缸39的上端铰接在上臂40上，下端铰接在下臂36上。提升臂34在垂直调整油缸32的驱动下，可使34提升臂在竖直范围内完成小角度微调功能。提升臂34的组件下臂36在提升油缸39的驱动下，可沿上臂40内沿完成提升、下降功能。
[0033]如图9所示，抓管头33由第一半爪41，第一拉杆42，爪前轴43，爪后轴44，第一油缸45,拉杆轴46,第一前杆47,圆弧槽板48,板牙组49构成。抓管头各件为左右对称；第一半爪41前端与第一拉杆42铰接于爪前轴43处,第一半爪41后端与第一油缸45后端铰接于爪后轴44处；第一前杆47固定在第一油缸45杆上；第一前杆47与第一杆42铰接于拉杆轴46处；板牙组49固定在圆弧槽板48上,可沿圆弧面在一定角度内转动；圆弧槽板48固定在第一半爪41前端。
[0034]抓管头33的组件第一油缸45推动第一前杆47通过第一拉杆42带动第一半爪41开合来完成抓取钻具功能。
[0035]如图10所示，抱管头35由第二半爪51，第一销轴52，第二销轴53，第二拉杆54，第二前杆55，第二油缸56构成。抱管头各件为左右对称；第二半爪51与油缸第二铰接于第一销轴52处；第二前杆55固定在第二油缸56杆前端，第二拉杆54 —端与第二半爪51后端铰接，另一端与第二前杆55铰接于第二销轴53处。
[0036]抱管头35的组件第二油缸56推动第二前杆55通过第二拉杆54带动第二半爪51开合来完成环绕抱住钻具功能。
[0037]典型的一些运动操作如图11、12、13;分别完成抓取50钻杆，提升钻杆并缩回中心，整体旋转一定角度，小车移动等动作。与井架指梁、顶驱等设备配合可代替井架工完成垂直排放钻柱的任务。
[0038]本发明的垂直排管系统的工作流程如下:[0039]此时顶驱吊卡提住钻柱，钻柱下端铁钻工已完成卸扣，铁钻工提升臂面朝井心；
[0040]从井心取钻柱至指梁:
[0041]1.铁架工2的小车23向井心移动；
[0042]2.变幅油缸28伸出带动提升臂34向前上方伸出至井心钻柱处；
[0043]3.抓管头33和抱管头35闭合抓住钻柱；
[0044]4.顶驱吊卡打开；
[0045]5.提升油缸39提升，下臂36使钻柱提起；
[0046]6.变幅油缸28缩回带动提升臂34向后下方缩回到位；
[0047]7.齿轮回转驱动机构26驱动下部摆臂旋转90度至图13所示位置，提升臂面朝指梁手指方向；
[0048]8.铁架工小车23往指梁14侧移动至对齐一处指梁槽；
[0049]9.空位前整排指梁锁15打开；
[0050]10.变幅油缸28伸出带动提升臂34向前上方伸出至指梁深处；
[0051]11.提升油缸39下降，下臂36使钻柱落地；
[0052]12.指梁锁15关闭；
[0053]13.抓管头33和抱管头35打开，放开钻柱；
[0054]14.变幅油缸28缩回带动提升臂34向后下方缩回到位；
[0055]齿轮回转驱动机构26驱动下部摆臂旋转90度至图12所示位置，提升臂面朝井心，等待排下一根钻柱。
【权利要求】
1.一种垂直排管系统，该系统配套于传统井架钻机系统，钻机系统与该垂直排管系统直接配合的设备主要有井架、顶驱、铁钻工；其特征在于:所述垂直排管系统由指梁及风墙走道和铁架工组成；指梁及风墙走道由支撑架，风墙，走道，猴台，指梁体，指梁锁构成；指梁锁固定在指梁体上；指梁体、猴台、走道、风墙均固定在支撑架上；指梁及风墙走道通过支撑架固定在井架上；铁架工上端固定在猴台下端。
2.根据权利要求1所述的垂直排管系统，其特征在于:所述的铁架工包括轨道梁，齿条、小车，齿轮行走驱动机构，回转支撑，齿轮回转驱动机构，回转座，变幅油缸，变幅主臂，变幅次臂，前座，垂直调整油缸，抓管头，提升臂，抱管头；齿条固定在轨道梁上；小车可在轨道梁槽间滚动；齿轮行走驱动机构固定在小车上，其驱动齿轮与齿条啮合；回转支撑上端固定在小车上，下端固定在回转座上；齿轮回转驱动机构固定在小车上，其驱动齿轮与回转支撑上的齿轮啮合；变幅主臂上端铰接在回转座上，下端铰接在前座上；变幅油缸一端铰接在回转座上，另一端铰接在变幅主臂中上部；变幅次臂上端与回转座铰接，下端与前座铰接；前座前端与提升臂铰接，下端与垂直调整油缸铰接；抓管头固定在提升臂的下部，抱管头固定在提升臂的上部。
3.根据权利要求2所述的垂直排管系统，其特征在于:所述的提升臂由下臂，外滑块，内滑块，提升油缸，上臂组成；下臂套装在上臂内；外滑块固定在上臂下端内壁，与下臂之间可相对滑动；内滑块固定在下臂上端外侧，与上臂之间可相对滑动；提升油缸的上端铰接在上臂上，下端铰接在下臂上。
4.根据权利要求2所述的垂直排管系统，其特征在于:所述的抓管头由半爪，拉杆，爪前轴，爪后轴，油缸，拉杆轴，前杆，圆弧槽板，板牙组构成；所述抓管头各件为左右对称；半爪前端与拉杆铰接于爪前轴处，半爪后端与油缸后端铰接于爪后轴处；前杆固定在油缸杆上；前杆与拉杆铰接于拉杆轴处；板牙组固定在圆弧槽板上，可沿圆弧面在一定角度内转动；圆弧槽板固定在半爪前端。
5.根据权利要求2所述的垂直排管系统，其特征在于:所述的抱管头由半爪，第一销轴，第二销轴，拉杆，前杆，油缸构成；所述抱管头各件为左右对称；半爪与油缸铰接于第一销轴处；前杆固定在油缸杆前端，拉杆一端与半爪后端铰接，另一端与前杆铰接于第二销轴处。
【文档编号】E21B19/15GK203488122SQ201320496582
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】刘世斌 申请人:青岛泰众能源技术有限公司