[發明專利]一種適用于石油鉆井管柱自動化處理裝置及其工作方法

有效

• 申請號: 202110049560.6
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112814584B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 劉延俊;石振杰;王雨;賈華;白發剛;薛鋼
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E21B19/00
• 分類號: E21B19/00;E21B19/14;E21B19/15;E21B19/10;E21B19/16
• 代理公司: 濟南魯科專利代理有限公司 37214
• 代理人: 滕慧

1.一種適用于石油鉆井管柱自動化處理裝置，其特征在于，包括配合設置的地面管柱自動化輸送單元、地面到鉆臺的管柱自動化輸送單元、鉆臺立柱自動化處理單元和立柱存儲單元；上述單元配合實現鉆井管柱的鉆井作業自動化操作；

所述地面管柱自動化輸送單元包括抓管機械臂(7)、滑軌(6)和管柱定位導軌(8)，抓管機械臂在滑軌上滑動抓取單根管柱并放至管柱定位導軌上；所述地面到鉆臺的管柱自動化輸送單元包括動力鼠洞、管柱自動處理機構和翻管機械臂(9)；所述管柱定位導軌輔助單根管柱輸送給往翻管機械臂；所述鉆臺立柱自動化處理單元包括頂驅系統(1)、鐵鉆工(3)、動力卡瓦(4)、管柱自動存取機械臂(12)；管柱自動存取機械臂(12)包括鉆桿扶正機械臂(19)和管柱存放機械臂(33)；所述立柱存儲單元包括旋轉立根存放庫(10)和管柱自動存取機械臂(12)；

所述抓管機械臂(7)采用液壓驅動和電驅動的復合驅動形式在滑 軌(6)上水平滑動，以此實現對地面上單根管柱的抓取遞送動作；所述管柱定位導軌(8)用于單根管柱的精確定位和自動輸送往下一管柱處理單元；

所述翻管機械臂(9)用于抓取單根管柱；翻管機械臂(9)由機械臂臂身(16)和夾緊機構(17)組成，在夾緊機構(17)上設置第一線性移動裝置(15A)；翻管機械臂用于夾取和遞送管柱或建立好的立柱；在翻管機械臂下端布置有動力鼠洞和所述管柱自動處理機構，用以實現兩管柱一立柱的自動線性移動和管柱拼接；

所述鉆桿扶正機械臂(19)用于實現對立柱的抓取定位及扶正工作；所述管柱存放機械臂(33)具有固定的旋轉角度和抓放動作，用以實現對立柱的自動裝拆及存放工作；所述頂驅系統(1)為電驅動，頂驅系統將立柱上端與頂驅系統中心管連接，連接完成后頂驅系統通過伸縮和移動實現對單根管柱及立柱的取放、進鉆、起鉆動作；所述鐵鉆工(3)具有沖扣鉗和旋扣鉗，其與動力卡瓦(4)配合完成立柱的裝卸動作；

所述旋轉立根存放庫(10)包括存管圓盤(27)和旋轉支柱(26)，所述存管圓盤繞旋轉支柱定角度轉動；存管圓盤在旋轉立根存放庫徑向上布置，存管圓盤包括繞旋轉支柱均勻間隔設置的多個槽口，在各槽口底面上設置固定柱(29)；在存管圓盤底端設置固定裝置，用于保證管柱存放后的穩定性；所述管柱自動存取機械臂(12)根據管柱存取位置自動調節機械臂伸展長度，與所述旋轉立根存放庫和管柱自動化處理裝置配合，用以實現管柱的自動存取。

2.根據權利要求1所述的一種適用于石油鉆井管柱自動化處理裝置，其特征在于，所述管柱存放機械臂(33)包括可旋轉機械臂滑軌(18)、滑動支承座(22)、擺臂(23)和旋轉臂(24)，在旋轉臂上設置鉆桿夾爪(25)。

3.根據權利要求1所述的一種適用于石油鉆井管柱自動化處理裝置，其特征在于，所述鉆桿扶正機械臂(19)用于將立柱下端扶正固定，所述頂驅系統(1)通過伸縮和上下移動移走；當需要立柱與頂驅系統中心管斷開連接時，則反方向操作；

所述鐵鉆工(3)用于立柱下端與井內管柱串母接頭對接；鐵鉆工的沖扣鉗和自動卡瓦固定管柱串上端，鐵鉆工旋扣鉗旋轉使立柱下端公接頭旋入井內管柱串母接頭，完成裝夾后鐵鉆工縮回至初始位置；拆卸動作與裝夾動作相反。

4.根據權利要求1所述的一種適用于石油鉆井管柱自動化處理裝置，其特征在于，所述管柱自動處理機構包括支撐座(34)，在支撐座上設置第一鎖緊裝置(13)、第二鎖緊裝置(14)和夾緊機構(17)；在支撐座上的夾緊機構上設置第二線性移動裝置(15B)；第一鎖緊裝置、第二鎖緊裝置分別夾緊兩根管柱上、下端并使其牢固連接；第一、第二線性移動裝置均為滾輪件，單根管柱或建立好的立柱在滾輪件的轉動下沿軸向線性移動至合適位置。

5.一種采用權利要求1-4任一所述的石油鉆井管柱自動化處理裝置的工作方法，其特征在于，包括由地面管柱自動化輸送單元和地面到鉆臺的管柱自動化輸送單元配合進行立柱建立和進鉆的步驟、由鉆臺立柱自動化處理單元進行起鉆及擺放立柱的步驟、以及由鉆臺立柱自動化處理單元和立柱存儲單元配合進行管柱自動存取的步驟。