一種石油鑽機管柱自動化處理系統的製作方法

2024-01-20 04:26:15 2

本發明屬於石油鑽探設備技術領域，具體涉及一種適用於陸地鑽機的安全高效的石油鑽機管柱自動化處理系統。

背景技術：

目前國外的管柱自動化作業系統已實現管柱操作全過程的自動化。國內在現有鑽機上雖實現了局部的機械化，降低了工人的勞動強度，但尚未實現管柱操作全過程的自動化，未有效發揮管柱自動化作業系統應有的技術優勢。中國發明專利zl200820124227.7公開了一種石油鑽機自動化系統，此系統通過各設備的配合操作能夠實現起、下鑽過程中的單根連接和立根存取等功能，提高了鑽機的自動化程度；中國發明專利zl201310510852.0公示了一種鑽井管柱自動化作業系統，此系統通過各設備的配合操作能夠實現起、下鑽過程中的單根連接、立根存、取和鑽進等過程的自動化，提高了鑽機的自動化程度。但是，上述專利由於沒有配套動力鼠洞且自動貓道機安裝在鑽臺的正前方，無法完成接立根和甩立根的自動化操作。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種用於石油鑽機自動化升級改造的石油鑽機管柱自動化處理系統，實現管柱操作全過程的自動化，解決目前鑽井管柱從地面到鑽臺面的輸送——管柱在鑽臺面的上、卸扣和緊、崩扣、懸掛及接、甩單根、立根——鑽進中送鑽——起下鑽時立根的存、取等一系列操作中存在高空、多人配合作業，勞動強度大、風險高、效率低的問題；克服了現有鑽機自動化配套方案接立根和甩立根操作仍需人工操作動力絞車、自動貓道機輸送效率低、能耗高等不足。

為達上述目的，本發明的技術解決方案是：

石油鑽機管柱自動化處理系統主要由鑽臺、井架、自動貓道機、動力鼠洞、鑽臺機械手、動力卡瓦、鐵鑽工、動力吊卡、轉盤、二層臺排管機械手、頂驅、絞車、司鑽集成控制系統等組成，其中自動貓道機安裝在鑽臺的正前方，動力鼠洞安裝在轉盤的正前方，鑽臺機械手通過導軌安裝在鑽檯面上，動力卡瓦安裝在轉盤的補心內，鐵鑽工安裝在轉盤側邊的鑽檯面上，動力吊卡安裝在頂驅的吊環上，二層臺排管機械手安裝在二層臺的下方，頂驅安裝在鑽機井架內遊動滑車下方，絞車安裝在鑽檯面上或鑽臺的正後方，司鑽集成控制系統安裝在鑽臺面的一側。

自動貓道機由基座、弧形跑道、斜坡跑道組成，弧形跑道出口緊靠動力鼠洞的正前方，按照司鑽集成控制系統發出的指令實現鑽井管柱在地面鑽杆臺架與鑽臺面的往復輸送。動力鼠洞按照司鑽集成控制系統的指令實現單根鑽杆在鼠洞內可控的上升、下降和居中。鑽臺機械手與二層臺排管機械手按照司鑽集成控制系統的指令順序動作模擬目前現場人工操作存、取鑽杆立根的過程實現鑽杆立根的自動存、取；

此外，絞車帶有自動送鑽功能，實現鑽井過程中自動送鑽，提高鑽速；動力卡瓦為液動或氣動卡瓦，實現鑽井管柱在井口的卡緊、懸掛；動力吊卡為液動或氣動吊卡，配合頂驅實現鑽井管柱的提升；鐵鑽工為懸掛式或導軌式，實現鑽井管柱的上、卸扣和緊、崩扣。

本發明接立根的自動化操作過程是：司鑽集成控制系統發出接立根指令，首先自動貓道機動作，將第1根鑽杆從地面鑽杆臺架通過弧形跑道輸送到動力鼠洞的前方，頂驅下行、動力吊卡打開，到達設定位置後，動力吊卡扣合，頂驅上行提升第1根鑽杆並將鑽杆放入動力鼠洞內，自動貓道機第2次動作，將第2根鑽杆從地面鑽杆臺架通過弧形跑道輸送到動力鼠洞的前方，頂驅和動力吊卡配合動作提升第2根鑽杆，提升至設定高度，自動貓道機第3次動作，將第3根鑽杆從地面鑽杆臺架通過弧形跑道輸送到動力鼠洞的前方，上端靠近第2根鑽杆的下端；其次，鐵鑽工動作，將第2根鑽杆和第3根鑽杆接成雙立根，頂驅上行，提升雙立根，將雙立根的下端提升至動力鼠洞的正上方；再次，動力鼠洞控制第1根鑽杆上行，鑽杆的上端靠近雙立根的下端，鐵鑽工動作，將第1根鑽杆和雙立根接成3立根，頂驅上行，提升3立根，提升至設定高度；鑽臺機械手夾持立根的下端，將立根下端送至鑽臺面的預定位置，二層臺排管機械手夾持立根的上端，動力吊卡打開，二層臺排管機械手將立根的上端送至二層臺的預定位置，完成1柱立根的連接、存放。重複上述過程完成所需立根的連接、存放。

本發明甩立根的自動化操作過程是：司鑽集成控制系統發出甩立根指令，首先二層臺排管機械手夾持立根的上端，將立根上端由二層臺的預定位置送至動力吊卡，動力吊卡閉合，鑽臺機械手夾持立根的下端，將立根下端由鑽臺面的預定位置送至自動貓道機弧形跑道出口的正上方，頂驅下行，下行至第1根鑽杆的上端接頭靠近自動貓道機弧形跑道出口，鐵鑽工動作、卸扣，將第1根鑽杆卸至自動貓道機的弧形跑道，自動貓道機動作，將第1根鑽杆輸送至地面鑽杆臺架；其次，頂驅繼續下行，下行至第2根鑽杆的上端接頭靠近自動貓道機的弧形跑道出口，鐵鑽工動作、卸扣，將第2根鑽杆卸至自動貓道機的弧形跑道，自動貓道機動作，將第2根鑽杆輸送至地面鑽杆臺架；最後，頂驅繼續下行，動力吊卡打開，將第3根鑽杆送至自動貓道機的弧形跑道，自動貓道機動作，將第3根鑽杆輸送至地面鑽杆臺架，完成甩1柱立根的操作。重複上述過程完成所需立根的卸扣、甩至地面鑽杆臺架的作業。

本發明的有益效果是：提高了鑽機的自動化程度，解決了現有鑽柱操作方式存在高空、多人配合作業，勞動強度大、風險高、效率低的問題；克服了現有鑽機自動化配套方案接立根和甩立根操作仍需人工操作動力絞車，不能實現管柱操作全過程的自動化、自動貓道機輸送效率低、能耗高等不足。

附圖說明

圖1為本發明的石油鑽機管柱自動化處理系統立面示意圖；

圖2為本發明的石油鑽機管柱自動化處理系統俯視示意圖。

圖中：1、自動貓道機，2、動力鼠洞，3、司鑽集成控制系統，4、井架，5、二層臺，6、二層臺排管機械手，7、頂驅，8、動力吊卡，9、絞車，10、鑽臺，11、導軌，12、鑽臺機械手，13、地面鑽杆臺架，14、轉盤，15、鐵鑽工，16、動力卡瓦，17、基座，18、弧形跑道，19、斜坡跑道，20、弧形跑道出口。

具體實施方式

現結合說明書附圖對本發明做進一步的描述。石油鑽機管柱自動化處理系統主要由鑽臺10、井架4、自動貓道機1、動力鼠洞2、轉盤14、鑽臺機械手12、動力卡瓦16、鐵鑽工15、動力吊卡8、二層臺排管機械手6、頂驅7、絞車9、司鑽集成控制系統3組成。

其中自動貓道機1安裝在動力鼠洞2的正前方，動力鼠洞2安裝在轉盤14的正前方，鑽臺機械手12通過導軌11安裝在鑽臺10面上，動力卡瓦16安裝在轉盤14的補心內，鐵鑽工15安裝在轉盤14側邊的鑽臺10面上，動力吊卡8安裝在頂驅7的吊環上，二層臺排管機械手6安裝在二層臺5的下方，頂驅7安裝在鑽機井架4內遊動滑車下方，絞車9安裝在鑽臺10面上或鑽臺10的正後方，司鑽集成控制系統3安裝在鑽臺10面的一側。

本發明的工作過程如下：

1.接立根

司鑽集成控制系統3發出接立根指令，首先自動貓道機1動作，將第1根鑽杆從地面鑽杆臺架13通過弧形跑道18輸送到動力鼠洞2的前方，頂驅7下行、動力吊卡8打開，到達設定位置後，動力吊卡8扣合，頂驅7上行提升第1根鑽杆並將鑽杆放入動力鼠洞2內，自動貓道機1第2次動作，將第2根鑽杆從地面鑽杆臺架13通過弧形跑道18輸送到動力鼠洞2的前方，頂驅7和動力吊卡8配合動作提升第2根鑽杆，提升至設定高度，自動貓道機1第3次動作，將第3根鑽杆從地面鑽杆臺架13通過弧形跑道19輸送到動力鼠洞2的前方，上端靠近第2根鑽杆的下端；其次，鐵鑽工15動作，將第2根鑽杆和第3根鑽杆接成雙立根，頂驅7上行，提升雙立根，將雙立根的下端提升至動力鼠洞2的正上方；再次，動力鼠洞2控制第1根鑽杆上行，鑽杆的上端靠近雙立根的下端，鐵鑽工15動作，將第1根鑽杆和雙立根接成3立根，頂驅7上行，提升3立根，提升至設定高度；鑽臺機械手12夾持立根的下端，將立根下端送至鑽臺10面的預定位置，二層臺排管機械手6夾持立根的上端，動力吊卡8打開，二層臺排管機械手6將立根的上端送至二層臺5的預定位置，完成1柱立根的連接、存放。重複上述過程完成所需立根的連接、存至二層臺5的作業。

2.甩立根

司鑽集成控制系統3發出甩立根指令，首先二層臺排管機械手6夾持立根的上端，將立根上端由二層臺5的預定位置送至動力吊卡8，動力吊卡8扣合，鑽臺機械手12夾持立根的下端，將立根下端由鑽臺10面的預定位置送至自動貓道機1弧形跑道出口20的正上方，頂驅7下行，下行至第1根鑽杆的上端接頭靠近自動貓道機1弧形跑道出口20，鐵鑽工15動作、卸扣，將第1根鑽杆卸至自動貓道機1的弧形跑道19，自動貓道機1動作，將第1根鑽杆輸送至地面鑽杆臺架13；其次，頂驅7繼續下行，下行至第2根鑽杆的上端接頭靠近自動貓道機1弧形跑道出口20，鐵鑽工15動作、卸扣，將第2根鑽杆卸至自動貓道機1的弧形跑道19，自動貓道機1動作，將第2根鑽杆輸送至地面鑽杆臺架13；再次，頂驅7繼續下行，動力吊卡8打開，將第3根鑽杆送至自動貓道機1的弧形跑道19，自動貓道機1動作，將第3根鑽杆輸送至地面鑽杆臺架13，完成甩1柱立根的操作。重複上述過程完成所需立根的卸扣、甩至地面鑽杆臺架13的作業。

3.接單根

司鑽集成控制系統3發出接單根指令，首先自動貓道機1動作，將鑽杆從地面鑽杆臺架13通過弧形跑道18輸送到動力鼠洞2的前方，頂驅7停止轉動，動力卡瓦16卡緊、懸掛井口中的鑽井管柱；頂驅8自動卸扣；動力吊卡8打開，扣合自動貓道機1弧形跑道出口20上的鑽杆，動力吊卡8閉合，頂驅7上提鑽杆，上升到預定高度後，對準井口中的鑽具；鐵鑽工15配合頂驅7完成鑽具的上扣、緊扣；動力卡瓦16鬆開，釋放鑽具，頂驅7繼續正常鑽進作業。

4.甩單根

司鑽集成控制系統3發出甩單根1指令，頂驅7停止轉動，動力卡瓦16卡緊、懸掛井口中的鑽井管柱；鐵鑽工15前移配合頂驅7完成井口中的鑽具卸扣；動力吊卡8閉合，頂驅7提起單根鑽杆，鑽臺機械手12夾持鑽杆的下端，將鑽杆的下端由井口中心送至自動貓道機1弧形跑道出口20的正上方，頂驅7下行，下行至鑽杆的上端接頭靠近自動貓道機1弧形跑道出口20，自動貓道機1動作，將鑽杆輸送至地面鑽杆臺架13；

5.自動鑽進

絞車9帶有自動送鑽功能，司鑽集成控制系統3通過控制絞車9的自動送鑽單元，實現恆鑽壓或恆鑽速自動鑽進。

6.起鑽時存立根

司鑽集成控制系統3發出起鑽指令，頂驅7端部過度接頭與井口鑽具卸扣，動力吊卡8扣合，懸掛井中鑽柱，頂驅7提升1柱鑽杆後，動力卡瓦16卡緊、懸掛井中鑽柱；鐵鑽工15前移完成鑽具卸扣；鑽臺機械手12夾持鑽柱的下端，將鑽柱下端送至鑽臺10面的預定位置；二層臺排管機械手9夾持鑽柱的上端，動力吊卡8打開，二層臺排管機械手9將鑽柱的上端送至二層臺5的預定位置，完成1柱鑽杆的存放。重複上述過程完成所有鑽柱的存放。

7.下鑽時取立根

司鑽集成控制系統3發出下鑽指令，二層臺排管機械手9夾持鑽柱的上端，將鑽柱上端由二層臺5的預定位置送至井口上方的動力吊卡8內，動力吊卡8扣合，鑽臺機械手12夾持鑽柱的下端，將鑽柱下端由鑽臺10面的預定位置送至井口中心；鑽柱的下端對準井口中鑽具的上端，鐵鑽工15前移完成鑽具的上扣、緊扣；動力卡瓦16鬆開，釋放鑽具，頂驅7下放鑽柱，完成1柱鑽杆的取、下。重複上述過程完成所有鑽柱的取、下。

上述操作過程可通過司鑽操作司鑽集成控制系統單工步完成，也可以通過編制的預定程序實現全自動控制完成。

以上給出了本發明操作鑽杆的具體實施方式，利用該系統完成的其他鑽井管柱的操作也屬於本專利範圍之內。