海洋石油钻井平台井口成套装备及管柱对接方法与流程

本发明涉及石油装备领域，具体为一种海洋石油钻井平台井口成套装备及管柱对接方法。

背景技术：

海洋石油钻井平台上井口作业装备，主要用于海洋石油及天然气的勘探与开发过程中石油管柱(钻杆、钻铤、套管、油管)及钻具的提升、上卸扣、卡持，是海洋石油平台必备装备。

整个操作过程至少由2个操作工协调配合，操作工直接操纵吊卡和卡瓦，并进行旋扣；动作不可以有一点失误。

当前油田井口作业的技术设备和操作流程决定了井口设备操作工人的劳动强度很大，工作过程中人工操作存在较大的安全隐患，每年在油田修井作业中都会发生一定数量的工人伤亡事故。

技术实现要素：

本发明目的在于解决上述问题提供了一种海洋石油钻井平台井口成套装备及管柱对接方法，具体由以下技术方案实现：

一种海洋石油钻井平台井口成套装备，包括吊卡1、卡瓦3、铁钻工7以及一对立式导轨，所述一对立式导轨的两个引导面相对设置，管柱位于所述两个立式导轨的引导面之间；所述吊卡可上下移动地设置于所述立式导轨的上方以及上部；所述卡瓦置于所述立式导轨的中部；所述铁钻工连接于一水平设置的磁悬浮装置上并且经由两个立式导轨之间的侧隙与所述管柱的中部相对；所述铁钻工包含用于旋拧管柱的旋拧机。

所述的海洋石油钻井平台井口成套装备，其进一步设计在于，所述磁悬浮装置包括静导轨、动导轨和直线电机，所述静导轨固定设置，所述动导轨套装在静导轨的外周，直线电机的动子装在动导轨的中心线上，直线电机的定子安装在与动子对应部位的静导轨上，在动导轨的上下两边内侧，装有上下相对设置的承载电磁铁组，在动导轨的左右两边内侧，装有相对设置的导向电磁铁组；所述铁钻工设置于所述动导轨上。

所述的海洋石油钻井平台井口成套装备，其进一步设计在于，所述立式导轨的一侧设置有旋拧状态监测机构，该旋拧状态监测机构包括支架、液压驱动杆、摆杆、压杆、滚轮、磁块和磁感应单元；所述摆杆的中部可水平转动地连接于所述支架，所述液压驱动杆的一端铰接有一套筒，该套筒滑动套接于所述摆杆的一侧部，所述摆杆的另一侧的端部固定设置有水平设置的导向筒，所述压杆滑动插接于所述导向筒中，压杆的中部设置有凸环，所述凸环与所述导向筒之间设置有弹簧；所述滚轮可转动地设置于所述压杆的一端，并且滚轮的转轴垂直设置，所述压杆的另一端设置有直径大于所述导向筒内径的限位块；所述滚轮的底侧固定设置有随滚轮同步转动的安装柱，所述磁块固定设置于所述安装柱的外侧，所述摆杆的下侧固定连接有与所述安装柱相对的检测板，所述磁感应单元固定设置于所述检测板上，该磁感应单元包括非金属保护罩、固定触头和具有铁质材料的簧片触头，所述固定触头、簧片触头均置于所述非金属保护罩内，并且所述簧片触头与所述固定触头相对，所述簧片触头处于所述固定触头远离所述磁块的一侧，所述固定触头、簧片触头依次串接于电源回路中并且所述固定触头旁接有信号输出支路；所述信号输出支路通过控制器与一报警器以及铁钻工的控制电路连接。

所述的海洋石油钻井平台井口成套装备，其进一步设计在于，所述立式导轨的引导面中部设置有导向槽道，所述吊卡的外侧设置有与所述导向槽道相对应的凸块。

一种海洋石油钻井平台井口管柱对接方法，将相邻的第一管柱与第二管柱对接，包括如下步骤：a、卡瓦夹紧处于下方的第二管柱，吊卡夹紧处于上方的第一管柱，继而将第一管柱悬吊至第二管柱上端，将第一管柱、第二管柱端部的螺口对接；b、铁钻工朝向第一管柱直线移动继而将第一管柱夹持柱，所述吊卡松开第一管柱；c、铁钻工开始旋拧作业，使得第一管柱与第二管柱通过螺纹连接成一体；d、吊卡再次夹紧第一管柱，卡瓦松开第二管柱，继而铁钻工松开第一管柱并作反向直线运动退出旋拧工位，吊卡下行，直至第一管柱与卡瓦相对应；e、卡瓦夹紧第一管柱，吊卡松开第一管柱继而上行复位，此时完成一个包含两个管柱的对接作业周期；多次重复上述对接作业周期，则最终形成整个石油管柱。

所述的海洋石油钻井平台井口管柱对接方法，其进一步设计在于：所述步骤c还包括管柱旋拧状态监测作业，此时，在所述第一管柱的外壁抵扣一滚轮，第一管柱在旋拧机的作用下旋转，滚轮随第一管柱的旋转而被动旋转，滚轮下部连接有磁块，所述磁块的一侧设置有磁感应单元，在磁块与所述磁感应单元相对时，磁感应单元输出感应信号；相邻两次感应信号之间的时间间隔为感应信号输出周期，当相邻两个感应信号输出周期发生波动时，所述铁钻工停止作业，吊卡夹持第一管柱，继而铁钻工松开第一管柱，在第一管柱与第二管柱对接准确之后再次启动步骤b，并依次完成后续步骤。

本发明对井口设备进行成套设计，并进行智能控制，以满足油田施工节能降耗、降本增效和操作工人的安全，以此来保证油田更高效，更安全，更合理的开发；通过设置旋拧状态监测机构，防止相邻两段管柱由于对接偏差导致螺口损坏，从而导致两者之间的连接强度降低，及时消除安全隐患。

附图说明

图1是本发明的海洋石油钻井平台井口成套装备的结构示意图。

图2是旋拧状态监测机构的结构示意图。

图3是旋拧状态监测机构的侧面结构示意图。

图4是一个对接作业周期的工艺流程示意图。

图5是一个对接作业周期的控制流程示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图以及实施例对本发明进行进一步说明：

本发明目的在于解决上述问题提供了一种海洋石油钻井平台井口成套装备及管柱对接方法，具体由以下技术方案实现：

如图1所示，该海洋石油钻井平台井口成套装备，包括吊卡1、卡瓦2、铁钻工3以及一对立式导轨4，所述一对立式导轨的两个引导面相对设置，管柱5位于所述两个立式导轨的引导面之间；所述吊卡可上下移动地设置于所述立式导轨的上方以及上部；所述卡瓦2置于所述立式导轨4的中部；所述铁钻工连接于一水平设置的磁悬浮装置6上并且经由两个立式导轨之间的侧隙与所述管柱的中部相对；所述铁钻工3包含用于旋拧管柱的旋拧机31。

所述磁悬浮装置6包括静导轨61、动导轨62和直线电机（图中未画出），所述静导轨固定设置，所述动导轨套装在静导轨的外周，直线电机的动子装在动导轨的中心线上，直线电机的定子安装在与动子对应部位的静导轨上，在动导轨的上下两边内侧，装有上下相对设置的承载电磁铁组（图中未画出），在动导轨的左右两边内侧，装有相对设置的导向电磁铁组；所述铁钻工设置于所述动导轨上。在直线电机的作用下，铁钻工进入或者退出旋拧作业的工位。所述立式导轨4的引导面中部设置有导向槽道41，所述吊卡1的外侧设置有与所述导向槽道相对应的凸块11。

如图2、图3所示，所述立式导轨的一侧设置有旋拧状态监测机构，该旋拧状态监测机构包括支架71、液压驱动杆72、摆杆73、压杆74、滚轮75、磁块76和磁感应单元77；所述摆杆的中部可水平转动地连接于所述支架，所述液压驱动杆75的一端铰接有一套筒78，该套筒滑动套接于所述摆杆的一侧部，所述摆杆的另一侧的端部固定设置有水平设置的导向筒79，所述压杆滑动插接于所述导向筒中，压杆的中部设置有凸环741，所述凸环与所述导向筒之间设置有弹簧742；所述滚轮可转动地设置于所述压杆的一端，并且滚轮的转轴垂直设置，所述压杆的另一端设置有直径大于所述导向筒内径的限位块743；所述滚轮75的底侧固定设置有随滚轮同步转动的安装柱70，所述磁块76固定设置于所述安装柱的外侧，所述摆杆的下侧固定连接有与所述安装柱相对的检测板701，所述磁感应单元固定设置于所述检测板上，该磁感应单元77包括非金属保护罩771、固定触头772和具有铁质材料的簧片触头773，所述固定触头、簧片触头均置于所述非金属保护罩内，并且所述簧片触头与所述固定触头相对，所述簧片触头处于所述固定触头远离所述磁块的一侧，所述固定触头、簧片触头依次串接于电源回路中并且所述固定触头旁接有信号输出支路；所述信号输出支路通过控制器与一报警器以及铁钻工的控制电路连接。

在磁块与所述磁感应单元相对时，所述簧片触头773被吸合至固定触头上，从而信号输出支路输出感应信号。

对照图4、图5所示，该海洋石油钻井平台井口管柱对接方法，将相邻的第一管柱51与第二管柱52对接，包括如下步骤：a、卡瓦夹紧处于下方的第二管柱，吊卡夹紧处于上方的第一管柱，继而将第一管柱悬吊至第二管柱上端，将第一管柱、第二管柱端部的螺口对接；b、铁钻工朝向第一管柱直线移动继而将第一管柱夹持柱，所述吊卡松开第一管柱；c、铁钻工开始旋拧作业，使得第一管柱与第二管柱通过螺纹连接成一体；d、吊卡再次夹紧第一管柱，卡瓦松开第二管柱，继而铁钻工松开第一管柱并作反向直线运动退出旋拧工位，吊卡下行，直至第一管柱与卡瓦相对应；e、卡瓦夹紧第一管柱，吊卡松开第一管柱继而上行复位，此时完成一个包含两个管柱的对接作业周期；多次重复上述对接作业周期，则最终形成整个石油管柱。

所述步骤c还包括管柱旋拧状态监测作业，此时，在所述第一管柱的外壁抵扣一滚轮，第一管柱在旋拧机的作用下旋转，滚轮随第一管柱的旋转而被动旋转，滚轮下部连接有磁块，所述磁块的一侧设置有磁感应单元，在磁块与所述磁感应单元相对时，磁感应单元输出感应信号；相邻两次感应信号之间的时间间隔为感应信号输出周期，当相邻两个感应信号输出周期发生波动时，所述铁钻工停止作业，吊卡夹持第一管柱，继而铁钻工松开第一管柱，在第一管柱与第二管柱对接准确之后再次启动步骤b，并依次完成后续步骤。

本发明对井口设备进行成套设计，并进行智能控制，以满足油田施工节能降耗、降本增效和操作工人的安全，以此来保证油田更高效，更安全，更合理的开发；通过设置旋拧状态监测机构，防止相邻两段管柱由于对接偏差导致螺口损坏，从而导致两者之间的连接强度降低，及时消除安全隐患。