一种提高海上工程地质钻探提升效率的卷扬系统装置的制作方法

本发明涉及海上工程地质钻探领域，尤其是涉及一种提高海上工程地质钻探提升效率的卷扬系统装置。

背景技术：

目前，在海上进行工程地质钻探的作业过程中，非常容易受到外界因素的影响，如海上的潮、汐、涌、流、浪等自然现象因素对钻探作业带来的影响很大，从而导致适合钻探的时间较短。而在海上工程地质钻探的过程中，总的作业时间可以分为钻探的有效时间和进行辅助工具安装的辅助时间，为提高海上工程地质钻探的效率，需要尽量压缩辅助时间的占比，将更多的时间用来进行有效钻探，从而有效压缩单孔作业的时间，并有效提高钻探作业效率。

现有技术中，公告号为cn202325270u的中国发明专利公开了一种波浪补偿分离式液压钻机，属于海上钻探技术领域，其技术要点包括塔架，其中所述的塔架上活动设有动力头，动力头与钻具连接，动力头通过钢丝绳分别连接有波浪补偿配重箱和卷扬机；在塔架侧边设有驱动装置，驱动装置分别与动力头和卷扬机组连接；本发明旨在提供一种结构合理、使用方便且效果好的波浪补偿分离式液压钻机；用于海上钻探。

上述现有技术方案存在以下缺陷：在实际的钻探过程中，上述液压钻机中所用的卷扬机有效工作时间占比较小，大量的工作时间中，卷扬机用来单独提拉或下放钻杆、钻具等，或者处于空载的状态，导致该卷扬机的工作效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种提高海上工程地质钻探提升效率的卷扬系统装置，具有提高钻探效率的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种提高海上工程地质钻探提升效率的卷扬系统装置，包括钻塔架、卷扬机组和组合式天车，所述钻塔架底部设置有钻机，所述钻塔架包括四条塔腿和位于四条塔腿顶端的一级工作平台，所述卷扬机组包括主卷扬机及两个辅助卷扬机，所述组合式天车设置在所述一级工作平台上且包括主天车及两个辅助滑轮式天车，所述辅助卷扬机的吊起端设置有半自动挂脱式提引器，所述卷扬机组电连接有plc控制器，所述组合式天车与所述plc控制器电连接。

通过采用上述技术方案，通过设置主卷扬机和两个辅助卷扬机，主卷扬机主要用于钻机上钻杆的起吊和下放，主卷扬机一般采用较大功率的卷扬机，并且留有足够的备用余量，用于钻机的正常钻进和套管的起拔。辅助卷扬机可以利用接力方式提升或者下放钻杆，从而缩短提升或下放钻杆的辅助工作时间，辅助卷扬机的末端设置有半自动挂脱式提引器，半自动脱挂式提引器可以快速实现钻杆的挂接和脱离。辅助卷扬机一般采用提升或下放速度较高的卷扬机，可以有效提高钻杆提升和下放的速率。plc控制器可以预先设定程序或采用手动控制，可以实现主卷扬机和辅助卷扬机的全自动或半自动控制。主卷扬机和辅助卷扬机共同作用，可以有效提高钻探作业的效率。

本发明进一步设置为，所述主卷扬机包括设置在主天车上的主滑轮和设置在钻机上的主牵引电机，所述主牵引电机与所述主滑轮之间设置有主牵引绳索，所述主牵引绳索所在平面与所述主牵引电机垂直设置。

通过采用上述技术方案，主牵引电机可以将牵引力通过主牵引绳索传递至钻杆上，主牵引绳索所在平面与主牵引电机垂直设置可以减少工作过程中产生的无用的力的分量，从而有效降低能耗。

本发明进一步设置为，所述辅助卷扬机包括设置在所述辅助滑轮式天车上的辅助滑轮及设置在所述钻塔架底部的辅助牵引电机，所述辅助牵引电机与所述辅助滑轮之间设置有辅助牵引绳索，各所述辅助牵引绳索所在平面与其所相连的所述辅助牵引电机垂直设置。

通过采用上述技术方案，辅助牵引电机可以将牵引力通过辅助牵引绳索传递至钻杆上，辅助牵引绳索所在平面与辅助牵引电机垂直设置可以减少工作过程中产生的无用的力的分量，从而有效降低能耗。

本发明进一步设置为，所述一级工作平台为方形，所述主天车包括设置在所述一级工作平台上的一级固定横板，所述一级固定横板设置在所述一级工作平台的边沿且与该边沿平行，所述主滑轮设置在所述一级固定横板的中心处，所述一级工作平台上还设置有二级固定横板，所述二级固定横板与所述一级固定横板平行设置且设置在所述一级工作平台的边沿，所述辅助滑轮式天车包括设置在所述一级固定横板及所述二级固定横板上方的三级固定横板，所述辅助滑轮设置在所述三级固定横板上，所述三级固定横板的一端设置在所述一级固定横板的中心处，所述三级固定横板的另一端设置在所述二级固定横板的一端，两个所述三级固定横板之间的夹角为30至45度。

通过采用上述技术方案，一级固定横板用于实现主天车的固定，二级横板以及三级横板用于实现两个辅助滑轮式天车的固定，两个三级固定横板之间设置有夹角，可以减少底面处卷扬机组的空间位置占用，使得整体的卷扬系统装置的占地面积减少，更加适用于不同的工作环境，并使得两个辅助滑轮式天车与主天车轮缘间立体同轴线。

本发明进一步设置为，所述半自动脱挂式提引器包括提引器主体和提引器吊环，所述提引器吊环与所述辅助牵引绳锁相连，所述提引器主体包括一级段和位于所述一级段上方的二级段，所述一级段为实心圆柱体，所述二级段为直径大于所述一级段的空心圆柱体，所述一级段插入设置在所述提引器吊环内，所述二级段远离所述一级段的一面设置有容纳开口，所述容纳开口内设置有用于连接钻杆的辅助挂接件，所述二级段的侧壁设置有用于固定所述辅助挂接件的锁紧件。

通过采用上述技术方案，提引器主体用于实现与钻杆端部之间的快速连接，提引器吊环用于实现与辅助牵引绳索之间的连接，一级段用于实现提引器主体和提引器吊环之间的连接。其中，由于钻杆的端部一般具有多种不同的形状，故设置辅助挂接件，辅助挂接件的一端与钻杆的端部连接，辅助挂接件的另一端与二级段之间配合连接，并通过锁紧件来实现辅助挂接件在提引器主体上的快速固定。

本发明进一步设置为，所述锁紧件包括四个设置在所述二级段侧壁的旋转锁钩，所述二级段侧壁对应开设有四个安装孔，所述旋转锁钩与所述安装孔之间铰接，所述旋转锁钩呈阶梯状且包括有逐渐内缩的一级阶梯、二级阶梯和三级阶梯，所述辅助挂接件表面设置有供所述一级阶梯卡接的卡接环槽，所述三级阶梯的末端和所述二级段侧壁的相应位置均开设有定位孔，所述三级阶梯与所述二级段侧壁贴合时，所述定位孔内插入设置有定位销。

通过采用上述技术方案，旋转锁钩与安装孔之间铰接，故旋转锁钩可以在竖直平面内旋转，当辅助挂接件与钻杆连接后，工作人员将辅助挂接件远离钻杆的一端插入至二级段内并持续向二级段内深入，由于辅助挂接件外壁对旋转锁钩具有限位作用，故旋转锁钩始终处于展开状态；当辅助挂接件的卡接环槽移动至一级阶梯的位置时，一级阶梯可在卡接环槽内自由转动，工作人员需将旋转锁钩缓慢闭合并使得一级阶梯位于卡接环槽内，随后释放钻杆，钻杆由于重力下落，下落的同时卡接环槽带动一级阶梯转动并使得旋转锁钩整体转动。当旋转锁钩转动至完全闭合的状态时，三级阶梯与二级段的外侧面抵接，二级阶梯与辅助挂接件的外侧面抵接，使得一级阶梯停止转动，从而使得钻杆停止下落，并且实现在提引器主体内的位置固定，固定后将定位销插入至定位孔中以提高辅助挂接件和提引器主体之间的连接稳定性。

在需要将钻杆与提引器主体之间脱离时，工作人员可将钻杆上提，或将钻杆的下端固定，将提引器主体下移，即使得提引器主体和辅助挂接件之间发生相对滑动，一级阶梯的下端受到卡接环槽的限位作用发生旋转，从而使得闭合的旋转锁钩逐渐展开，当旋转锁钩转动至完全展开的位置时，旋转锁钩与辅助挂接件之间完全脱离，工作人员需将旋转锁钩的端部压紧使得旋转锁钩与辅助挂接件之间保持完全脱离的状态，即可实现钻杆与提引器主体之间的快速脱离。

本发明进一步设置为，所述定位销的一端通过连接绳固定于所述一级段外侧面的上端位置。

通过采用上述技术方案，通过设置连接绳，无需使用定位销时可以实现定位销的临时固定，减少了定位销丢失的可能性，提高的工作人员工作时的便捷程度。

本发明进一步设置为，所述一级段顶端固定连接有直径大于所述二级段的限位盘，所述提引器吊环下端连接有缓冲件，所述缓冲件两端贯通且内部形成有一级空腔和位于所述一级空腔下方的二级空腔，所述一级空腔的内径与所述限位盘直径相同，所述二级空腔的内径为所述二级段直径的1.1至1.2倍，所述二级空腔靠近所述提引器主体的一端向内延伸形成有抵接环，所述抵接环的径向厚度与所述二级段直径和所述二级空腔内径之差相同，所述二级段上套设有硬质弹簧，所述硬质弹簧的一端与所述限位盘靠近所述提引器主体的端面抵接，所述硬质弹簧的另一端与所述抵接环远离所述提引器主体的表面抵接。

通过采用上述技术方案，硬质弹簧的设置可以对提引器主体在使用过程中产生的轴向上的冲击力起到缓冲的作用，减少轴向的冲击力对一级段产生过大的作用力，从而对一级段起到保护作用，减少一级段发生断裂的情况发生。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过主卷扬机和辅助卷扬机的设置，能够起到提高钻探效率的效果；

2.通过一级固定横板、二级固定横板和三级固定横板的设置，能够起到实现主天车和辅助滑轮式天车固定的效果，同时能起到减少卷扬系统装置整体占地面积的效果；

3.通过半自动脱挂式提引器的设置，能够起到实现钻杆快速安装和拆卸的效果。

附图说明

图1是本实施例中一种提高海上工程地质钻探提升效率的卷扬系统装置的整体结构示意图。

图2是图1中a部的放大示意图。

图3是本实施例中半自动脱挂式提引器闭合时的结构示意图。

图4是本实施例中半自动脱挂式提引器展开时的结构示意图。

图中，1、钻塔架；11、塔腿；12、一级工作平台；121、一级固定横板；122、二级固定横板；123、三级固定横板；2、卷扬机组；21、主卷扬机；211、主滑轮；212、主牵引电机；213、主牵引绳索；22、辅助卷扬机；221、辅助滑轮；222、辅助牵引电机；223、辅助牵引绳索；3、组合式天车；31、主天车；32、辅助滑轮式天车；4、钻机；5、半自动脱挂式提引器；51、提引器主体；52、一级段；521、限位盘；53、二级段；531、容纳开口；532、辅助挂接件；5321、卡接环槽；533、锁紧件；534、安装孔；535、连接绳；54、旋转锁钩；541、一级阶梯；542、二级阶梯；543、三级阶梯；544、定位孔；545、定位销；55、提引器吊环；56、缓冲件；561、一级空腔；562、二级空腔；563、抵接环；564、硬质弹簧。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1和图2，为本发明公开的一种提高海上工程地质钻探提升效率的卷扬系统装置，钻塔架1、卷扬机组2和组合式天车3，钻塔架1底部设置有钻机4，钻塔架1包括四条塔腿11和位于四条塔腿11顶端的一级工作平台12。一级工作平台12为方形，主天车31包括设置在一级工作平台12上的一级固定横板121，一级固定横板121设置在一级工作平台12的边沿且与该边沿平行，主滑轮211设置在一级固定横板121的中心处，一级工作平台12上还设置有二级固定横板122，二级固定横板122与一级固定横板121平行设置且设置在一级工作平台12的边沿，辅助滑轮221式天车包括设置在一级固定横板121及二级固定横板122上方的三级固定横板123，辅助滑轮221设置在三级固定横板123上，三级固定横板123的一端设置在一级固定横板121的中心处，三级固定横板123的另一端设置在二级固定横板122的一端，两个三级固定横板123之间的夹角为30至45度。本实施例中，两个三级固定横板123之间的夹角为45度。一级固定横板121用于实现主天车31的固定，二级横板以及三级横板用于实现两个辅助滑轮221式天车的固定，两个三级固定横板123之间设置有夹角，可以减少底面处卷扬机组2的空间位置占用，使得整体的卷扬系统装置的占地面积减少，更加适用于不同的工作环境。

参照图1和图2，卷扬机组2包括主卷扬机21及两个辅助卷扬机22，组合式天车3设置在一级工作平台12上且包括主天车31及两个辅助滑轮221式天车，卷扬机组2电连接有plc控制器6，组合式天车3与plc控制器6电连接。主卷扬机21包括设置在主天车31上的主滑轮211和设置在钻机上的主牵引电机212，主牵引电机212与主滑轮211之间设置有主牵引绳索213，主牵引绳索213所在平面与主牵引电机212垂直设置。辅助卷扬机22包括设置在辅助滑轮221式天车上的辅助滑轮221及设置在钻塔架1底部的辅助牵引电机222，辅助牵引电机222与辅助滑轮221之间设置有辅助牵引绳索223，各辅助牵引绳索223所在平面与其所相连的辅助牵引电机222垂直设置。主牵引电机212可以将牵引力通过主牵引绳索213传递至钻杆上，主牵引绳索213所在平面与主牵引电机212垂直设置可以减少工作过程中产生的无用的力的分量，从而有效降低能耗。辅助牵引电机222可以将牵引力通过辅助牵引绳索223传递至钻杆上，辅助牵引绳索223所在平面与辅助牵引电机222垂直设置可以减少工作过程中产生的无用的力的分量，从而有效降低能耗。

参照图3和图4，半自动脱挂式提引器5包括提引器主体51和提引器吊环55，提引器吊环55与辅助牵引绳锁相连，提引器主体51包括一级段52和位于一级段52上方的二级段53，一级段52为实心圆柱体，一级段52顶端固定连接有直径大于二级段53的限位盘521，提引器吊环55下端连接有缓冲件56，缓冲件56两端贯通且内部形成有一级空腔561和位于一级空腔561下方的二级空腔562，一级空腔561的内径与限位盘521直径相同，二级空腔562的内径为二级段53直径的1.1至1.2倍，二级空腔562靠近提引器主体51的一端向内延伸形成有抵接环563，抵接环563的径向厚度与二级段53直径和二级空腔562内径之差相同，二级段53上套设有硬质弹簧564，硬质弹簧564的一端与限位盘521靠近提引器主体51的端面抵接，硬质弹簧564的另一端与抵接环563远离提引器主体51的表面抵接。

参照图3和图4，二级段53为直径大于一级段52的空心圆柱体，一级段52插入设置在提引器吊环55内，二级段53远离一级段52的一面设置有容纳开口531，容纳开口531内设置有用于连接钻杆的辅助挂接件532，二级段53的侧壁设置有用于固定辅助挂接件532的锁紧件533。述锁紧件533包括四个设置在二级段53侧壁的旋转锁钩54，二级段53侧壁对应开设有四个安装孔534，旋转锁钩54与安装孔534之间铰接，旋转锁钩54呈阶梯状且包括有逐渐内缩的一级阶梯541、二级阶梯542和三级阶梯543，辅助挂接件532表面设置有供一级阶梯541卡接的卡接环槽5321，三级阶梯543的末端和二级段53侧壁的相应位置均开设有定位孔，三级阶梯543与二级段53侧壁贴合时，定位孔内插入设置有定位销545。定位销545的一端通过连接绳535固定于一级段52外侧面的上端位置，通过设置连接绳535，可以减少定位销545丢失的可能性，同时提高工作人员工作时的便捷程度。

本实施例的实施原理为：通过设置主卷扬机21和两个辅助卷扬机22，主卷扬机21主要用于钻机4上钻杆的起吊和下放，主卷扬机21一般采用较大功率的卷扬机，并且留有足够的备用余量，用于钻机4的钻进和套管的起拔。辅助卷扬机22可以利用接力方式提升或者下放钻杆，从而缩短提升或下放钻杆的辅助工作时间，辅助卷扬机22的末端设置有半自动挂脱式提引器，半自动脱挂式提引器5可以快速实现钻杆的连接和脱离。辅助卷扬机22一般采用提升或下放速度较高的卷扬机，可以有效提高钻杆提升和下放的速率。plc控制器6可以预先设定程序或采用手动控制，可以实现主卷扬机21和辅助卷扬机22的全自动或半自动控制。主卷扬机21和辅助卷扬机22共同作用，可以有效提高钻探作业的效率。

提引器主体51用于实现与钻杆端部之间的快速连接，提引器吊环55用于实现与辅助牵引绳索223之间的连接，一级段52用于实现提引器主体51和提引器吊环55之间的连接。其中，由于钻杆的端部一般具有多种不同的形状，故设置辅助挂接件532，辅助挂接件532的一端与钻杆的端部连接，辅助挂接件532的另一端与二级段53之间配合连接，并通过锁紧件533来实现辅助挂接件532在提引器主体51上的快速固定。汽中，锁紧件533的具体工作方式为，旋转锁钩54与安装孔534之间铰接，故旋转锁钩54可以在竖直平面内旋转，当辅助挂接件532与钻杆连接后，工作人员将辅助挂接件532远离钻杆的一端插入至二级段53内并持续向二级段53内深入，由于辅助挂接件532外壁对旋转锁钩54具有限位作用，故旋转锁钩54始终处于展开状态；当辅助挂接件532的卡接环槽5321移动至一级阶梯541的位置时，一级阶梯541可在卡接环槽5321内自由转动，工作人员需将旋转锁钩54缓慢闭合并使得一级阶梯541位于卡接环槽5321内，随后释放钻杆，钻杆由于重力下落，下落的同时卡接环槽5321带动一级阶梯541转动并使得旋转锁钩54整体转动。当旋转锁钩54转动至完全闭合的状态时，三级阶梯543与二级段53的外侧面抵接，二级阶梯542与辅助挂接件532的外侧面抵接，使得一级阶梯541停止转动，从而使得钻杆停止下落，并且实现在提引器主体51内的位置固定，固定后将定位销545插入至定位孔中以提高辅助挂接件532和提引器主体51之间的连接稳定性。

在需要将钻杆与提引器主体51之间脱离时，工作人员可将钻杆上提，或将钻杆的下端固定，将提引器主体51下移，即使得提引器主体51和辅助挂接件532之间发生相对滑动，一级阶梯541的下端受到卡接环槽5321的限位作用发生旋转，从而使得闭合的旋转锁钩54逐渐展开，当旋转锁钩54转动至完全展开的位置时，旋转锁钩54与辅助挂接件532之间完全脱离，工作人员需将旋转锁钩54的端部压紧使得旋转锁钩54与辅助挂接件532之间保持完全脱离的状态，即可实现钻杆与提引器主体51之间的快速脱离。

硬质弹簧564的设置可以对提引器主体51在使用过程中产生的轴向上的冲击力起到缓冲的作用，减少轴向的冲击力对一级段52产生过大的作用力，从而对一级段52起到保护作用，减少一级段52发生断裂的情况发生。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。