扶管机械手以及钻井扶管作业设备的制作方法

本发明涉及石油钻井扶管作业技术领域，尤其是涉及一种扶管机械手以及钻井扶管作业设备。

背景技术：

目前，我国石油钻井钻台面扶管作业主要是通过人工扶管，自动化程度较低。例如：在石油钻井过程中，要进行升降钻杆的工作，需要多名操作人员辅助进行上钻杆、钻杆进小鼠洞、方钻杆进大鼠洞、接钻杆对扣、排立柱、下立柱、完井甩钻杆等工作。由于钻杆比较长，钻杆的摆动幅度较大，由人工辅助作业安全隐患较大；并且需要多名操作人员辅助，浪费人力，工作效率较低。

相关技术中，也存在某些机械手扶管作业的情况。这些扶管机械手大都在钻台面上采用固定式安装，机械手不能移动，机械手扶管效率较低，而且容易引起人员碰撞导致安全危险。还有一些机械手虽然可以移动，但是只能在钻台面沿其中某一特定方向单一移动，这类机械手在进行扶管作业时同样会因为移动形式单一，无法根据需要而灵活移动，从而导致扶管效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种扶管机械手以及钻井扶管作业设备，以解决现有技术中扶管机械手无法在钻台平面内灵活移动的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种扶管机械手，其包括：

机械手本体；

安装底座，包括交叉设置的第一轨道和第二轨道，其中，所述第二轨道设置于第一轨道上，能沿所述第一轨道进行移动，所述机械手本体设置于第二轨道上，能沿所述第二轨道进行移动。

进一步地，所述机械手本体包括：

机械臂；

行走装置，所述行走装置设置于所述第二轨道，用于带动所述机械臂沿所述第二轨道进行移动。

进一步地，所述行走装置包括：

行走基座，所述机械臂设置于所述行走基座上，所述行走基座具有轮组，所述轮组包括行走轮，所述行走轮与所述第二轨道配合；

第一驱动机构，用于驱动所述行走基座沿所述第二轨道进行移动。

进一步地，所述行走装置还包括：锁紧机构，所述锁紧机构设置于所述行走基座上，用于在所述行走装置需要固定时与所述第二轨道限位接触。

进一步地，所述锁紧机构包括：

连接件，所述连接件具有呈“L”形连接的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁固定于所述行走基座上，所述第二侧壁位于所述第二轨道的上方，且在所述第二侧壁上具有调节孔；

限制件，所述限制件可活动地穿设于所述第二侧壁的调节孔上。

进一步地，所述锁紧机构还包括：

传感器，所述传感器设置于所述第二轨道上，用于检测所述行走基座的位置；

控制器，所述控制器与所述传感器信号连接；

驱动器，所述驱动器与所述限制件连接，且在所述控制器的控制下驱动所述限制件从所述调节孔内伸出或者回缩。

进一步地，所述第一轨道包括：两条平行设置的横向导轨，两条所述横向导轨的侧壁上均设置有横向导向槽；

所述第二轨道包括：两条平行设置的纵向导轨，两条所述纵向导轨的侧壁上均设置有纵向导向槽，所述行走轮设置于所述纵向导向槽内，且两条所述纵向导轨端部分别通过滚轮组件与所述横向导向槽连接。

进一步地，所述轮组还包括：

调整轮，所述调整轮位于所述纵向导向槽的上方，且与所述纵向导向槽的上表面设有间隙；

导向轮，所述导向轮与所述纵向导轨的侧壁连接。

进一步地，所述安装底座还包括第二驱动机构，所述第二驱动机构用于驱动所述第二轨道沿所述第一轨道进行移动。

为解决上述技术问题，本发明提供一种钻井扶管作业设备，其包括：

钻台，所述钻台在台面上设有嵌槽；以及，

所述的扶管机械手，所述扶管机械手的安装底座设置于所述嵌槽内。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

第一方面，本发明提供一种扶管机械手，通过安装底座设置的双向轨道，实现使该扶管机械手能够在钻台平面内进行灵活移动，使得机械手扶管动作能更加灵活，提高扶管效率，而且安全性能更高。

第二方面，本发明还提供一种钻井扶管作业设备，在钻台的台面上设有嵌槽，安装底座采用整体式模块化结构设置于嵌槽内，安装时下沉到钻台面以下，可实现安装底座的上层结构与钻台面齐平，人员不易发生碰撞危险。而且，安装底座沉入式安装，也能更好适应油污泥浆环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例扶管机械手的使用状态示意图；

图2为图1所示的行走装置的结构示意图；

图3为图1所示的安装底座的结构示意图；

图4为本发明实施例横向导轨与纵向导轨的装配示意图；

图5为本发明实施例行走装置的装配示意图。

附图标记：

1-机械臂； 2-行走装置； 3-安装底座；

4-钻台； 21-行走基座； 22-锁紧机构；

23-调整轮； 24-行走轮； 25-导向轮；

26-第一驱动机构； 31-横向导向槽； 32-纵向导向槽；

33-导向槽定位孔； 34-滚轮组件； 35-第二驱动机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例一

结合图1所示，本实施例提供一种扶管机械手，其包括：

机械手本体，机械手本体用于完成扶管动作；

安装底座3，包括交叉设置的第一轨道和第二轨道，其中，第二轨道设置于第一轨道上，能沿第一轨道进行移动，机械手本体设置于第二轨道上，能沿第二轨道进行移动。可见，通过安装底座3设置的双向轨道，实现使该扶管机械手能够在钻台4平面内进行灵活移动，使得机械手扶管动作能更加灵活，提高扶管效率，而且安全性能更高。

本实施例一中的机械手本体的具体结构并不唯一，可以根据实际需要灵活设置。

例如，机械手本体可选优使用如下结构，包括：

机械臂1，这里的机械臂1可沿现有结构，当然也可以为进一步地改进结构，只要能够满足扶管动作即可。

行走装置2，该行走装置2设置于第二轨道，用于带动机械臂1沿第二轨道进行移动。这里面，通过行走装置2实现机械臂1自动行走的功能。具体地，行走装置2可以设置于机械臂1的下方，行走装置2与机械臂1一起沿第二轨道同步移动。

优选地，如图2、图5所示，行走装置2在与第二轨道配合时可采用轮组与导向槽配合，这种导向槽与轮组配合方式能适应一般的泥浆油污环境，比一般直线导轨更能适应砂砾油污杂质，导轨内如果夹杂砂砾油污杂质会出现卡滞问题。

对应地，该行走装置2包括：

行走基座21，机械臂1设置于行走基座21上，行走基座21具有轮组，轮组包括行走轮24，行走轮24与第二轨道配合，具体是与第二轨道的纵向导向槽32配合。当然，这里面的行走基座21的大小可视轨道的具体设置而确定，同时，行走基座21的形状也同样可根据实际需要灵活设置，例如：矩形座、异形座等；

第一驱动机构26，用于驱动行走基座21沿第二轨道进行移动。优选地，第一驱动机构26可以采用电机与齿轮齿条组合的驱动机构，电机设置于行走基座21上，电机通过减速机驱动齿轮转动，齿轮与齿条相互啮合，且齿条沿第二轨道的延伸方向设置。当然，除此之外，此处也可以采用油缸或者气缸，油缸或者气缸的缸筒固定于安装底座3的侧面，油缸或者气缸的输出端(活塞杆或者伸缩杆等等)与上述提到的行走基座21连接。

此外，为了方便固定，满足不同管柱负载要求。该行走装置2还包括：锁紧机构22，锁紧机构22设置于行走基座21上，用于在行走装置2需要固定时与第二轨道限位接触。

具体地，该锁紧机构22包括：

连接件，连接件具有呈“L”形连接的第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁固定于行走基座21上，第二侧壁位于第二轨道的上方，且在第二侧壁上具有调节孔；

限制件，限制件可活动地穿设于第二侧壁的调节孔上。

当然，上述的锁紧机构22可以为手动式的，例如：调节孔为螺纹孔，限制件为螺栓。此外，锁紧机构22也可以结合传感技术实现自动化。

该锁紧机构22还包括：

传感器，传感器设置于第二轨道上，用于检测行走基座21的位置；

控制器，控制器与传感器信号连接，传感器用于检测行走基座21的位置，并将位置信息反馈给控制器中；

驱动器，驱动器与限制件连接，控制器与驱动器也是信号连接，驱动器在控制器的控制下驱动限制件从调节孔内伸出或者回缩。例如，驱动器为液压缸，控制器控制液压缸的伸出或者回缩。或者，驱动器为微型电机，微型电机与控制器信号连接，微型电机通过丝杠传动带动限制件进行上下直线移动等等。可见，类似这种驱动方式可以有多种形式，此处不再一一列举。

可见，在扶持较大载荷管柱时，如套管及钻铤、方钻杆及水龙头时，行走装置2的锁紧机构22手动或自动调节，使得机械手本体与底座基础(第二轨道)、钻台4面固定连接，能适应更大载荷的管柱扶管，同时可减小手臂的晃动。

本实施例中的安装底座3可以采用模块化的安装结构，具体采用双轨道的配合方式。优选地，第一轨道与第二轨道相互垂直。

如图3、图4所示，第一轨道包括：两条平行设置的横向导轨，两条横向导轨的侧壁上均设置有横向导向槽31；第二轨道包括：两条平行设置的纵向导轨，两条纵向导轨的侧壁上均设置有纵向导向槽32，行走轮24设置于纵向导向槽32内，且两条纵向导轨端部分别通过滚轮组件34与横向导向槽31连接。采用在钻台4面铺设平面双向导向槽安装方式，机械手实现在钻台4面平面移动；而且，这种导向槽与行走轮24配合方式能适应一般的泥浆油污环境，比一般直线导轨更能适应砂砾油污杂质，导轨内如果夹杂砂砾油污杂质会出现卡滞问题。

当然，这种形式也仅仅是其中一种方式，还可以采用其他形式的轨道结构，例如：同步带式的十字滑台。

值得说明的是，安装底座3的尺寸和形状并不局限，可以根据需要灵活设置。例如：安装底座3还包括与左右设置的挡板，该两个挡板与两个横向导轨共同围成一个矩形框架。之所以设置挡板，以便能够更好地固定第二驱动机构35。

也就是说，安装底座3还包括第二驱动机构35，第二驱动机构35用于驱动第二轨道沿第一轨道进行移动；例如：第二驱动机构35为两个同步油缸，两个同步油缸的缸筒固定于其中一侧的挡板上，输出端与纵向导轨连接。此外，在第二轨道的端部还设有导向槽定位孔33，同样具有定位的功能。

这种实现扶管机械手平面侧向移动的第二驱动机构35同样也有多种形式。主要采用省力机构例如油缸、气缸或链轮机构实现手动或自动操作设备处于待机位置，侧向移动到位后用锁紧机构22固定，以防止移动，平面移动方式使设备待机位置可按照人员操作习惯选择，不影响管柱从中间通过。当然，也可以采用撬杠等省力机构实现。

本实施例中的扶管机械手还具有防倾翻作用。为防止倾翻安装上调整轮23，调整轮23与导向槽上表面有一定间隙，当倾翻力矩大于自重力矩时，调整轮23起到防倾翻作用。同时扶管过程中扶管机械手工作过程中会受到侧向力，易引起行走装置2跑偏，所以通过在行走装置2前后增加四个导向轮25。设备在扶持钻杆等载荷较小时行走装置2移动可配合机械手同步完成扶管动作，这样扶管效率更高。

具体地，行走装置2轮组还包括调整轮23，调整轮23位于纵向导向槽32的上方，且与纵向导向槽32的上表面设有间隙，行走轮24及调整轮23联合起到防倾翻作用，采用对导向槽上下压紧方式之外，也可安装于导向槽内侧方式。行走装置2的轮组还包括导向轮25，导向轮25与纵向导轨的侧壁连接，可防止偏载引起的“跑偏”现象。

优选地，调整轮23与行走轮24上下设置，且在竖直面内进行转动；而且，导向轮25设置于行走轮24及调整轮23的周围，其可理解为在水平面内转动，通过两个维度的限制，也具有提升行走装置2稳定性的作用。

综上，本实施例提供的扶管机械手，其安装底座3采用平面双向导向槽安装方式，机械手能实现在钻台4面平面移动。目前，一般扶管机械手安装座高于钻台4面，容易引起人员碰撞导致安全危险，安装底座3采用整体式模块化结构，双向轨道在一个平面内，安装时下沉到钻台4面以下，安装底座3的上层结构与钻台4面钢板齐平，人员不易发生碰撞危险。安装底座3采用沉入式安装，也能更好适应油污泥浆环境。同时，导向槽与滚轮配合方式能适应一般的泥浆油污环境，比一般直线导轨更能适应砂砾油污杂质，导轨内如果夹杂砂砾油污杂质会出现卡滞问题；扶管机械手平面侧向移动主要采用省力机构例如油缸、气缸或链轮机构实现手动或自动操作设备处于待机位置，侧向移动到位后用锁紧机构22固定，以防止移动，平面移动方式使设备待机位置可按照人员操作习惯选择，不影响管柱从中间通过。

实施例二

结合图1至图5所示，本实施例二提供一种钻井扶管作业设备，其包括：钻台4以及实施例一中的扶管机械手。钻台4具有一个平整的台面，在台面上设有嵌槽。扶管机械手的安装底座3设置于嵌槽内。安装底座3采用整体式模块化结构设置于嵌槽内，安装时下沉到钻台4面以下，可实现安装底座3的上层结构与钻台4面齐平，人员不易发生碰撞危险。而且，安装底座3沉入式安装，也能更好适应油污泥浆环境。

具体地，第一轨道和第二轨道相互垂直地设置于嵌槽内，第二轨道的最上面与钻台4的台面保持平齐，使得人员不易发生碰撞危险。当然，为了方便扶管的操作，在钻台4的台面上还设有若干个孔，例如：孔的数量为三个，其中两个孔设置于嵌槽的纵向中线的延长线上，另一个孔设置在旁边位置。可以理解的是，这里面涉及的钻台4可沿用目前常用的结构，包括其他应该有的基础部件。而且，至于实施例一中扶管机械手的其他结构已在上面详细描述，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。