可變繩系的雙滾筒絞車提升系統及繩系變換方法與流程
2023-06-26 03:05:26 2
本發明涉及石油鑽井設備技術領域，具體的說是一種鑽機遊動系統變繩系裝置。
背景技術：
半潛式鑽井平臺是深海油氣資源勘探開發的利器，大量的新技術在半潛式平臺上得以體現。就鑽機提升系統而言，現今較為普遍的半潛式鑽井平臺上提升系統與常規提升系統相似，包括絞車、遊動系統和井架，提升系統中繩系恆定，效率恆定，設備冗餘度較低；由於半潛式平臺受到風浪流的影響出現升沉變化，為保證鑽井作業正常進行，升沉補償裝置在平臺上成為標配，目前較為普遍的方式是在遊動系統天車定滑輪組上增加天車定滑輪組補償裝置，但該裝置位於井架頂部，會造成平臺整體重心升高，穩定性降低。
石油鑽機遊動系統是由天車的定滑輪和遊車的動滑輪通過鋼絲繩纏繞組成的復滑輪系統，可變繩系式遊動系統由一部天車和多部單滑輪遊車組成，可在鑽井過程中根據不同鑽井工況通過將單滑輪遊車成對對稱變換成定滑輪或者動滑輪來變換繩系，保證滾筒絞車電機始終在高效區運行，提高運行效率。在遊動系統進行變換繩系時如果完全採用人工進行操作，工作量大，工作效率低，危險係數高。所以，變繩系裝置的自動化操作和控制就顯得尤為重要。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統及繩系變換方法，能夠快速、自動化實現提升系統繩系的變換，以提高提升效率和設備冗餘度，解決人工操作工作量大，效率低的問題。
為實現上述目的，本發明所採取的技術方案為：
一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統，它包括安裝在井架頂端的天車架、由數部單滑輪遊車組成的動滑輪遊車組、鋼絲繩、雙滾筒絞車，天車架上安裝有定滑輪組、導向滑輪，所述天車架底部安裝有上部鎖緊裝置，單滑輪遊車內部安裝有下部鉤鎖裝置；所述上部鎖緊裝置包括鎖緊梁，鎖緊梁的上下翼板之間均布有數塊垂直於上下翼板的筋板，將鎖緊梁內腔分割為數個空腔，空腔內設有固定在鎖緊梁腹板上的一對第一氣缸，每個第一氣缸的活塞端頂端安裝有鎖扣；所述下部鉤鎖裝置為一個連杆機構，包括遊車鉤、第一連杆、第二連杆、第三連杆、導杆，第一連杆與第二連杆的端部相互鉸接，第一連杆的前端與遊車鉤相鉸接，第二連杆的後端鉸接在單滑輪遊車的側板上，第三連杆的底端鉸接在第二連杆上，第三連杆的頂端與導杆的底端相鉸接，導杆的頂端設有復位彈簧，復位彈簧處於拉緊狀態；導杆的頂部與第二氣缸的活塞端底部相鄰並共面，數個並排布置的第二氣缸安裝在鎖緊梁的外側。
優選的，所述第二氣缸的數量比單滑輪遊車的數量少兩個。
優選的，所述第一連杆與第二連杆連接處轉動的方向與遊車鉤鉤鎖打開方向相反，第一連杆與第二連杆的連接點外側設有擋塊。
優選的，所述筋板的底部均設有導向裝置。
優選的，所述鎖緊梁由下翼板具有高度差的焊接H型鋼製備而成。
優選的，一端固定在雙滾筒絞車其中一個滾筒上的鋼絲繩繞過安裝在天車架上的導向滑輪依次順序穿過定滑輪組中的定滑輪和動滑輪遊車組中的單滑輪遊車，再通過另兩個導向滑輪纏繞並固定到雙滾筒絞車的另一個滾筒上，定滑輪組、動滑輪遊車組組成遊動系統。
優選的，所述鋼絲繩從定滑輪組的同側出繩。
一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統繩系變換方法，由數部單滑輪遊車組成的動滑輪遊車組在上部鎖緊裝置與下部鉤鎖裝置的配合下，控制不同數量的單滑輪遊車位置固定在上部鎖緊裝置的底部成為動滑輪，進行提升系統的繩系變換，其具體過程為：
步驟一、在雙滾筒絞車的作用，所有的單滑輪遊車同步向上移動共同作業提升遊車支架和頂驅，除最外側的兩部單滑輪遊車外，其他的單滑輪遊車均與上部鎖緊裝置相接觸，第二氣缸的底端與安裝在與其相對應單滑輪遊車內部的導杆的頂部相接觸；
步驟二、雙滾筒絞車繼續轉動，最外側的兩部單滑輪遊車將提升遊車支架和頂驅繼續上升，至兩部單滑輪遊車與上部鎖緊裝置接觸後停止轉動，此時遊車支架與位於中間的單滑輪遊車的遊車鉤脫開接觸，便於鉤鎖的打開；
步驟三、作業人員控制上部鎖緊裝置中的第一氣缸的活塞端伸出，活塞端頂部的鎖扣將中間兩部單滑輪遊車扣住，這兩部單滑輪遊車固定在上部鎖緊裝置的底部；作業人員控制上部鎖緊裝置位於中間的兩個第二氣缸的活塞端伸出，推動中間兩部單滑輪遊車中下部鉤鎖裝置的導杆向下運動，在導杆的推動作用下，第一連杆和第二連杆圍繞其連接點轉動，通過死點後，遊車鉤的鉤鎖被打開，中間兩部單滑輪遊車與遊車支架脫離，成為固定在上部鎖緊裝置底部的定滑輪；
步驟四、雙滾筒絞車繼續轉動，收放鋼絲繩，其他單滑輪遊車開始下降，上部鎖緊裝置的第一氣缸、第二氣缸復位，中間兩部單滑輪遊車中的下部鉤鎖裝置也同時復位，提升系統變為12繩系；
步驟五、根據上述步驟依次類推，動滑輪遊車組中的單滑輪遊車由內至外依次成對對稱與遊車支架脫離，固定到上部鎖緊裝置的底部成為定滑輪，最外側的兩部單滑輪遊車始終固定在遊車支架上為動滑輪，即可實現提升系統的8繩系、4繩系的變換。
優選的，所述動滑輪遊車組含有8部單滑輪遊車。
優選的，所述鋼絲繩從定滑輪組的同側出繩。
本發明中，由數部單滑輪遊車組成的動滑輪遊車組安裝在遊車支架上部，遊車支架用來連接頂驅，並提升鑽井載荷。動滑輪遊車組可根據鑽井參數需求對稱放置在井眼中心，根據鑽井工況進行變繩系作業。
本發明的有益效果為：
（1）本發明中，動滑輪遊車組中的單滑輪遊車由內至外依次成對對稱與遊車支架脫離，固定到上部鎖緊裝置的底部成為定滑輪，最外側的兩部單滑輪遊車始終固定在遊車支架上為動滑輪，即可實現提升系統的12繩系、8繩系、4繩系的變換；本發明結構設計巧妙、科學、實用，能夠快速、自動化實現提升系統繩系的變換；
（2）本發明通過安裝在天車架底部的上部鎖緊裝置和安裝在數部單滑輪遊車內部中的下部鉤鎖裝置的相互配合，在雙滾筒絞車的拉動作用下，通過第一氣缸推動鎖扣將中間的單滑輪遊車扣住後，再控制第二氣缸活塞端伸出，推動下部鉤鎖裝置連動，打開中間單滑輪遊車的鉤鎖，使得中間單滑輪遊車與遊車支架脫離，兩側的其他單滑輪遊車開始下降，完成了遊動系統的變繩系動作；本發明結構設計新穎，通過遠程自動化控制即可實現遊動系統的變繩系動作，省時省力，安全可靠；
（3）本發明所述的下部鉤鎖裝置為連杆機構，第一連杆與第二連杆連接處轉動的方向與遊車鉤鉤鎖打開方向相反，第一連杆與第二連杆的連接點外側設有起限位作用的擋塊，擋塊能夠阻止第一連杆與第二連杆反向轉動，可有效防止連杆機構自己打開遊車鉤鉤鎖，安全性能高；
（4）下部鉤鎖裝置中導杆的頂端安裝有處於拉緊狀態的復位彈簧，使得下部鉤鎖裝置在沒有外力的作用下，遊車鉤鉤鎖無法自動打開，下部鉤鎖裝置具備自鎖功能，極大提高了設備的安全性能；
（5）本發明中雙滾筒絞車能夠提高提升系統的工作效率和設備冗餘度，省時省力；
（6）本發明中主動補償絞車的設置，可有效降低鑽井設備的重心，提高鑽井井架的穩定性。
附圖說明
圖1是可變繩系的雙滾筒絞車提升系統的結構示意圖；
圖2是圖1中上部鎖緊裝置的結構示意圖；
圖3是圖1中下部鉤鎖裝置的結構示意圖；
圖4是可變繩系的雙滾筒絞車提升系統中鋼絲繩穿繩的原理圖；
圖5是可變繩系的雙滾筒絞車提升系統為12繩系時的結構示意圖；
圖6是可變繩系的雙滾筒絞車提升系統為8繩系時的結構示意圖；
圖7是可變繩系的雙滾筒絞車提升系統為4繩系時的結構示意圖；
圖中：1、上部鎖緊裝置，2、下部鉤鎖裝置，3、天車架，4、單滑輪遊車，5、鎖緊梁，6、筋板，7、第一氣缸，8、鎖扣，9、導向裝置，10、第二氣缸，11、遊車鉤，12、第一連杆，13、第二連杆，14、第三連杆，15、擋塊，16、導杆，17、復位彈簧，18、遊車支架，19、頂驅，20、鋼絲繩，21、定滑輪組，22、導向滑輪，23、雙滾筒絞車。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。
如圖1至圖4所示的一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統，它包括安裝在井架頂端的天車架3、由八部單滑輪遊車4組成的動滑輪遊車組、鋼絲繩20、雙滾筒絞車23，天車架3上安裝有定滑輪組21、導向滑輪22，天車架3底部安裝有上部鎖緊裝置1，單滑輪遊車4內部安裝有下部鉤鎖裝置2；上部鎖緊裝置1包括鎖緊梁5，鎖緊梁5由下翼板具有高度差的焊接H型鋼製備而成。鎖緊梁5的上下翼板之間均布有數塊垂直於上下翼板的筋板6，將鎖緊梁5內腔分割為數個空腔，空腔內設有固定在鎖緊梁5腹板上的一對第一氣缸7，每個第一氣缸7的活塞端頂端安裝有鎖扣8；下部鉤鎖裝置2為一個連杆機構，包括遊車鉤11、第一連杆12、第二連杆13、第三連杆14、導杆16，第一連杆12與第二連杆13的端部相互鉸接，第一連杆12與第二連杆13連接處轉動的方向與遊車鉤鉤鎖打開方向相反，第一連杆12與第二連杆13的連接點外側設有擋塊15。第一連杆12的前端與遊車鉤11相鉸接，第二連杆13的後端鉸接在單滑輪遊車4的側板上，第三連杆14的底端鉸接在第二連杆上，第三連杆14的頂端與導杆16的底端相鉸接，導杆16的頂端設有復位彈簧17，復位彈簧17處於拉緊狀態；導杆16的頂部與第二氣缸10的活塞端底部相鄰並共面，六個並排布置的第二氣缸10安裝在鎖緊梁5的外側。
筋板6的底部均設有導向裝置9。
一端固定在雙滾筒絞車23其中一個滾筒上的鋼絲繩20繞過安裝在天車架3上的導向滑輪7依次順序穿過定滑輪組21中的定滑輪和動滑輪遊車組中的單滑輪遊車4，再通過另兩個導向滑輪7纏繞並固定到雙滾筒絞車23的另一個滾筒上，定滑輪組21、動滑輪遊車組組成遊動系統。鋼絲繩20從定滑輪組21的同側出繩。
實施例1
如圖5所示，一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統12繩系變換方法，由八部單滑輪遊車4組成的動滑輪遊車組在上部鎖緊裝置1與下部鉤鎖裝置2的配合下，控制居中的兩部單滑輪遊車4位置固定在上部鎖緊裝置1的底部成為動滑輪，進行提升系統的繩系變換，其具體過程為：
步驟一、在雙滾筒絞車23的作用，所有的單滑輪遊車4同步向上移動共同作業提升遊車支架18和頂驅19，除最外側的兩部單滑輪遊車4外，其他的單滑輪遊車4均與上部鎖緊裝置1相接觸，第二氣缸10的底端與安裝在與其相對應單滑輪遊車4內部的導杆16的頂部相接觸；
步驟二、雙滾筒絞車繼續轉動，最外側的兩部單滑輪遊車4將提升遊車支架18和頂驅19繼續上升，至兩部單滑輪遊車4與上部鎖緊裝置1接觸後停止轉動，此時遊車支架18與位於中間的單滑輪遊車4的遊車鉤11脫開接觸，便於鉤鎖的打開；
步驟三、作業人員控制上部鎖緊裝置1中居中的兩組第一氣缸7的活塞端伸出，活塞端頂部的鎖扣8將中間兩部單滑輪遊車4扣住，這兩部單滑輪遊車4固定在上部鎖緊裝置1的底部；作業人員控制上部鎖緊裝置1位於中間的兩個第二氣缸10的活塞端伸出，推動中間兩部單滑輪遊車4中下部鉤鎖裝置2的導杆16向下運動，在導杆16的推動作用下，第一連杆12和第二連杆13圍繞其連接點轉動，通過死點後，遊車鉤11的鉤鎖被打開，中間兩部單滑輪遊車4與遊車支架18脫離，成為固定在上部鎖緊裝置1底部的定滑輪；
步驟四、雙滾筒絞車23繼續轉動，收放鋼絲繩20，其他單滑輪遊車4開始下降，上部鎖緊裝置1的第一氣缸7、第二氣缸10復位，中間兩部單滑輪遊車4中的下部鉤鎖裝置2也同時復位，提升系統變為12繩系。
實施例2
如圖6所示，一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統8繩系變換方法，由八部單滑輪遊車4組成的動滑輪遊車組在上部鎖緊裝置1與下部鉤鎖裝置2的配合下，控制居中的四部單滑輪遊車4位置固定在上部鎖緊裝置1的底部成為動滑輪，進行提升系統的繩系變換，其具體過程為：
步驟一、在雙滾筒絞車23的作用，所有的單滑輪遊車4同步向上移動共同作業提升遊車支架18和頂驅19，除最外側的兩部單滑輪遊車4外，其他的單滑輪遊車4均與上部鎖緊裝置1相接觸，第二氣缸10的底端與安裝在與其相對應單滑輪遊車4內部的導杆16的頂部相接觸；
步驟二、雙滾筒絞車繼續轉動，最外側的兩部單滑輪遊車4將提升遊車支架18和頂驅19繼續上升，至兩部單滑輪遊車4與上部鎖緊裝置1接觸後停止轉動，此時遊車支架18與位於中間的單滑輪遊車4的遊車鉤11脫開接觸，便於鉤鎖的打開；
步驟三、作業人員控制上部鎖緊裝置1中的居中的四組第一氣缸7的活塞端伸出，活塞端頂部的鎖扣8將中間四部單滑輪遊車4扣住，這四部單滑輪遊車4固定在上部鎖緊裝置1的底部；作業人員控制上部鎖緊裝置1位於中間的四個第二氣缸10的活塞端伸出，推動中間四部單滑輪遊車4中下部鉤鎖裝置2的導杆16向下運動，在導杆16的推動作用下，第一連杆12和第二連杆13圍繞其連接點轉動，通過死點後，遊車鉤11的鉤鎖被打開，中間四部單滑輪遊車4與遊車支架18脫離，成為固定在上部鎖緊裝置1底部的定滑輪；
步驟四、雙滾筒絞車23繼續轉動，收放鋼絲繩20，其他單滑輪遊車4開始下降，上部鎖緊裝置1的第一氣缸7、第二氣缸10復位，中間四部單滑輪遊車4中的下部鉤鎖裝置2也同時復位，提升系統變為8繩系。
實施例3
如圖7所示，一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統4繩系變換方法，由八部單滑輪遊車4組成的動滑輪遊車組在上部鎖緊裝置1與下部鉤鎖裝置2的配合下，控制居中的六部單滑輪遊車4位置固定在上部鎖緊裝置1的底部成為動滑輪，進行提升系統的繩系變換，其具體過程為：
步驟一、在雙滾筒絞車23的作用，所有的單滑輪遊車4同步向上移動共同作業提升遊車支架18和頂驅19，除最外側的兩部單滑輪遊車4外，其他的單滑輪遊車4均與上部鎖緊裝置1相接觸，第二氣缸10的底端與安裝在與其相對應單滑輪遊車4內部的導杆16的頂部相接觸；
步驟二、雙滾筒絞車繼續轉動，最外側的兩部單滑輪遊車4將提升遊車支架18和頂驅19繼續上升，至兩部單滑輪遊車4與上部鎖緊裝置1接觸後停止轉動，此時遊車支架18與位於中間的單滑輪遊車4的遊車鉤11脫開接觸，便於鉤鎖的打開；
步驟三、作業人員控制上部鎖緊裝置1中的六組第一氣缸7的活塞端伸出，活塞端頂部的鎖扣8將中間六部單滑輪遊車4扣住，這六部單滑輪遊車4固定在上部鎖緊裝置1的底部；作業人員控制上部鎖緊裝置1中六個第二氣缸10的活塞端伸出，推動中間六部單滑輪遊車4中下部鉤鎖裝置2的導杆16向下運動，在導杆16的推動作用下，第一連杆12和第二連杆13圍繞其連接點轉動，通過死點後，遊車鉤11的鉤鎖被打開，中間六部單滑輪遊車4與遊車支架18脫離，成為固定在上部鎖緊裝置1底部的定滑輪；
步驟四、雙滾筒絞車23繼續轉動，收放鋼絲繩20，外側的兩部單滑輪遊車4開始下降，上部鎖緊裝置1的第一氣缸7、第二氣缸10復位，中間六部單滑輪遊車4中的下部鉤鎖裝置2也同時復位，提升系統變為4繩系。
根據上述步驟依次類推，動滑輪遊車組中的單滑輪遊車4由內至外依次成對對稱與遊車支架18脫離，固定到上部鎖緊裝置1的底部成為定滑輪，最外側的兩部單滑輪遊車4始終固定在遊車支架18上為動滑輪，即可實現提升系統的12繩系、8繩系、4繩系的變換。
本發明結構設計巧妙、科學、實用，能夠快速、自動化實現提升系統繩系的變換；本發明結構設計新穎，通過遠程自動化控制即可實現遊動系統的變繩系動作，省時省力，安全可靠；可有效防止連杆機構自己打開遊車鉤鉤鎖，安全性能高；下部鉤鎖裝置具備自鎖功能，極大提高了設備的安全性能；能夠提高提升系統的工作效率和設備冗餘度，省時省力；可有效降低鑽井設備的重心，提高鑽井井架的穩定性。