专利名称：钻机二层台钻柱立根自动排放机械运动机构及排放方法
技术领域：
本发明涉及石油机械领域中用于石油钻井钻机的二层台自动排管装置，具体是二层台钻柱立根自动排放机械运动机构。
背景技术：
为了提高石油钻井装备的起下钻效率，通常将三根钻杆连接在一起组成钻柱立根，这样使得钻柱立根的长度达到约M米，所以起下钻作业中要在钻井钻机平台的上方设置一个二层台以便井架工操作。目前，二层台自动排管装置主要有三类第一类是纵向排管装置，第二类是自动化机械手，第三类是单、双臂排管装置。其中，第三类的双臂排管装置的两臂装置安装在上下两根导轨上，导轨固定安装在井架上，两臂装置通过机械传动可沿导轨上下滑动，并可在轨道上自行转动，排管架分别安装在导轨的两侧，由两臂同时夹持住钻柱立根沿导轨滑动到排管架处，在相同一侧的排管架转动将其放入排管架内；该装置结构复杂，成本高，不宜频繁拆装和运输，而且对双臂装置上的液压元件和自动化控制程度的要求高。钻杆排放操作需要工作人员与钻杆直接接触，在起下钻过程中，司钻、井台钻工、井架工要手动密切配合，稍有不慎便可能造成事故。在二层台处的排管架与井口之间移送钻柱立根时，需要二层台上的井架工直接拆移送立根，危险性较大。
发明内容
本发明目的是为克服上述现有技术的不足而提供一种能实现钻柱立根在钻井二层台上自动排放的机械运动机构以及自动排放方法，可实现钻柱立根在钻井二层台上排放的机械化、自动化，安全可靠，能减少工人劳动强度。本发明钻机二层台钻柱立根自动排放机械运动机构采用的技术方案是固定支架活动连接垂直主轴的上下端，主轴的中间部分固定连接支撑杆件和蜗轮蜗杆机构，支撑杆件上固定连接由两个相同的液压缸组成的液压缸组，所述两个相同的液压缸的活塞轴顶端固定连接固定转动套下端，固定转动套空套在主轴上且固定转动套的下端固定连接另一液压缸的缸体，所述另一液压缸的活塞轴固定连接平行机构，平行机构一端活动连接固定转动套侧面、另一端连接钻杆旁边的抓手架；抓手架、钻杆与主轴三者相互平行，抓手架的上、 下端各设置一个夹持钻杆的管夹部件。本发明钻机二层台钻柱立根自动排放机械运动机构的排放方法采用的技术方案是按如下步骤:A、当钻杆起吊出井口时，由管夹部件夹持住钻杆；B、液压缸组的活塞轴伸出带动固定转动套向主轴上端滑动，固定转动套通过平行机构带动抓手架和钻杆向上运动，使钻杆脱离井口到达一定高度，再由所述另一液压缸推动平行机构向上摆动；C、蜗轮蜗杆机构带动主轴转动，从而带动平行机构和钻杆一起转动，在钻杆运动过程中，液压缸组的活塞轴逐渐缩回，带动固定转动套沿主轴向下滑动，使钻杆的高度逐渐下降到排管架内，打开管夹部件，将钻杆放置在排管架内。本发明自动排放机械运动机构不用轨道，采用平行杆机构，通过控制蝸轮和主轴进行整体转动，能避免二层台上的井架工手动配合，减少钻井作业的事故率，提高钻柱立根排放的安全性，提高钻井作业效率，减少钻井工人劳动强度，机构简单，便于控制和操作，实现了机械化、自动化的往复起下钻作业。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1是本发明位于井口 13位置时的结构图； 图2是本发明位于排管架14位置时的结构图； 图3是图1的俯视示意图中1.固定支架；2.蜗轮；3.主轴；4.支撑杆件；5.液压缸组；6液压缸；7.固定转动套；8.平行机构；9管夹部件；10.抓手架；11.钻杆；12.蜗杆；13.井口 ； 14.排管架位置处。
具体实施例方式如图1-2所示，本发明包括固定支架1、蜗轮2、蜗杆12、主轴3、支撑杆件4、液压缸组5、液压缸6、固定转动套7、平行机构8、管夹部件9和抓手架10。固定支架1固定安装在钻井钻机工作面上，本发明的固定支架1可为钻井钻机井架。主轴3垂直于地面设置，主轴 3的上下端分别活动安装在固定支架1，且主轴3的上下端可在固定支架1内自由转动。主轴3连接蜗轮蜗杆机构，主轴3固定套在蜗轮2上，由蜗杆12带动蜗轮2旋转从而带动主轴3旋转，蜗轮蜗杆机构为主轴3提供转动的动力。主轴3的中间部分固定连接支撑杆件4，支撑杆件4与主轴3成一体，支撑杆件4 随主轴3转动，支撑杆件4的平台上固定安装液压缸组5，支撑杆件4成为液压缸组5的支撑平台。液压缸组5由两个相同的液压缸组成，这两个相同的液压缸体底部固定安装在支撑杆件4所形成的平台上。这样，当支撑杆件4随主轴3转动时，两个相同的液压缸同样随主轴3转动。两个相同的液压缸活塞轴顶端固定连接固定转动套7的下端，固定转动套7 空套在主轴3上，这样，固定转动套7不仅与液压缸组5 —起随主轴3转动，而且液压缸组 5可推动固定转动套7沿主轴3上下滑动。固定转动套7的下端还固定连接液压缸6的液压缸体，液压缸6的液压缸活塞轴固定连接平行机构8，平行机构8 一端活动连接固定转动套7侧面，平行机构8另一端连接钻杆11旁边的抓手架10。平行机构8由三根活动构件组成，三根活动构件相互平行，且三根活动构件的一端活动安装在固定转动套7的侧面上，三根活动构件的另一端连接抓手架 10。抓手架10、钻杆11与主轴3三者相互平行，这样，平行机构8能随固定转动套7转动， 平行机构8的运动依靠液压缸6的推动，液压缸6推动平行机构8上下摆动。液压缸6的活塞轴连接最下面一根的活动构件上，液压缸6的液压缸活塞轴推动平行机构8中的最下面一根活动构件，就可使三根活动构件平行转动，三根活动构件带动抓手架10上下运动， 抓手架10运动时保持与主轴3平行，主轴3与钻杆11之间的距离始终为R，三根活动构件的转动半径也保持不变。两个管夹部件9安装在抓手架10的上下两端，管夹部件9的作用是夹持钻杆11。如图1-3所示，排放钻杆的过程就是把钻杆11从井口 13放到排管架14位置时的过程。当钻杆11由从井口 13内起吊提升出井口 13时，如图1所示，先由两个管夹部件9 上下夹持住钻杆11 ；再由液压缸组5的液压缸活塞轴伸出带动固定转动套7沿主轴3向上滑动，固定转动套7通过与其连接的平行机构8带动抓手架10向上运动，从而由管夹部件 9带动钻杆11向上运动，使钻杆11脱离井口 13到达一定高度；然后由液压缸6推动平行机构8向上摆动到最远处(逐步减少摆动量)，再由蜗轮2、蜗杆12机构带动主轴3、平行机构8和钻杆11 一起转动。如图2所示，在钻杆11运动的过程中，液压缸组5的液压缸活塞轴逐渐缩回液压缸体内，带动固定转动套7沿主轴3向下滑动，从而使钻杆11的高度逐渐下降。当钻杆11运动到距离主轴3的距离为R处的排管架14内时，如图3，此时钻杆11到达离井口 13最远处，液压缸组5的液压活塞轴缩回液压缸体内，这时管夹部件9打开，使钻杆11放置在排管架14内；最后管夹部件9脱离钻杆11 ；这样就完成了一次起钻后排放钻杆11的过程。 将钻杆11从排管架14内移送到井口 13处的操作步骤是上述排放钻杆过程的逆向过程，具体过程如下由液压缸6推动平行机构8，使管夹部件9运动至距离主轴3为R处的排管架14内的钻柱11处(最小R处的钻柱)；如图2所示由管夹部件9夹持住钻杆11， 然后液压缸组5提升一定高度后由蜗杆12作用使蜗轮2转动，带动主轴3转动，从而使管夹部件9夹持的钻杆11沿以主轴3为圆心长度R为半径的圆弧轨迹运动，当钻杆11运动井口 13附近上方时，液压缸组5的液压缸活塞轴伸出液压缸抬高固定转动套7，液压缸6的液压缸活塞轴缩回液压缸体内，带动平行机构8向下摆动，使钻杆11下降至井口 13处；再由井架上的起吊部分吊住钻杆11，此时，管夹部件9松开脱离钻杆11，使管夹部件9脱离钻杆11 ；这样就完成了一次下钻前移送钻杆11的过程。
权利要求
1.一种钻机二层台钻柱立根自动排放机械运动机构，包括固定支架(1)，其特征是固定支架(1)活动连接垂直主轴(3)的上下端，主轴(3)的中间部分固定连接支撑杆件(4)和蜗轮蜗杆机构，支撑杆件(4)上固定连接由两个相同的液压缸组成的液压缸组(5)，所述两个相同的液压缸的活塞轴顶端固定连接固定转动套(7)下端，固定转动套(7)空套在主轴 (3)上且固定转动套(7)的下端固定连接另一液压缸(6)的缸体，所述另一液压缸(6)的活塞轴固定连接平行机构(8)，平行机构(8)—端活动连接固定转动套(7)侧面、另一端连接钻杆(11)旁边的抓手架(10);抓手架(10)、钻杆(11)与主轴(3)三者相互平行，抓手架(10) 的上、下端各设置一个夹持钻杆(11)的管夹部件(9)。
2.根据权利要求1所述的钻机二层台钻柱立根自动排放机械运动机构，其特征是所述平行机构(8)由三根相互平行的活动构件组成，三根活动构件的一端均活动连接固定转动套(7)侧面、另一端均连接抓手架(10);所述另一液压缸(6)的活塞轴连接最下面一根活动构件。
3.—种权利要求1所述钻机二层台钻柱立根自动排放机械运动机构的排放方法，其特征是具有如下步骤A、当钻杆(11)起吊出井口(13)时，由管夹部件(9)夹持住钻杆(11);B、液压缸组(5)的活塞轴伸出带动固定转动套(7)向主轴(3)上端滑动，固定转动套 (7)通过平行机构(8)带动抓手架(10)和钻杆(11)向上运动，使钻杆(11)脱离井口(13) 到达一定高度，再由所述另一液压缸(6)推动平行机构(8)向上摆动；C、蜗轮蜗杆机构带动主轴(3)转动，平行机构(8)和钻杆(11)一起转动，在钻杆(11) 运动过程中，液压缸组(5)的活塞轴逐渐缩回，带动固定转动套(7)沿主轴(3)向下滑动，使钻杆(11)的高度逐渐下降到排管架(14)内，打开管夹部件(9)，将钻杆(11)放置在排管架 (14)内。
全文摘要
本发明公开一种用于石油钻井钻机的二层台钻柱立根自动排放机械运动机构及排放方法，由两个相同的液压缸组成液压缸组，两个相同的液压缸活塞轴顶端固定连接固定转动套下端，固定转动套空套在垂直主轴上且下端固定连接另一液压缸的缸体，所述另一液压缸的活塞轴固定连接平行机构，平行机构一端活动连接固定转动套侧面、另一端连接钻杆旁边的抓手架；液压缸组的活塞轴伸出带动固定转动套向主轴上端滑动，抓手架和钻杆向上运动；在主轴带动平行机构和钻杆一起转动过程中，液压缸组带动固定转动套沿主轴向下滑动，使钻杆的高度逐渐下降到排管架内，实现机械化、自动化的往复起下钻作业，减少钻井作业的事故率，提高钻柱立根排放的安全性。
文档编号E21B19/14GK102536140SQ20121003034
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者林慧珠, 梁宝瑞, 王雄飞, 葛乐通 申请人:常州大学