一种钻修井机二层台指梁间距自动调节机构的制作方法

本发明涉及一种钻修井机二层台指梁间距自动调节机构，属石油天然气开采技术领域。

背景技术：

钻修井机是指一种大型修井机，主要用于大修作业，大修作业有时候需要对采油井进行加深和侧钻，即进行钻井作业。海洋修井机必须能够进行钻井作业，陆地钻机有时候也进行修井作业，包括起下油管。陆地采油用的油管直径通常是2-3/8in～3-1/2in，海洋采油用的油管直径通常是2-3/8in～4-1/2in，钻井作业用的钻杆直径通常是4in～5-1/2in。常规修井机，为保证二层台容根量（排放立根的数量）和适应不同直径的油管，指梁间距一般为100mm左右。若要进行钻井作业则更换二层台指梁排或滑动二层台指梁来满足放置钻杆需要，其排放钻杆时的指梁间距一般在150mm左右。这种更换或者滑动的方式可以基本满足要求不高、变换频率低的装备。在使用二层台自动排管机械手的自动化二层台，如果仍然使用更换二层台指梁的模式，因为带自动控制装置，会导致设备成本极大提高，更换难度极大；如果采用手动滑动调整二层台指梁的模式，其调整难度极大，几乎不能满足二层台自动排管机械手在自动排管时对二层台指梁的精度要求。陆地用修井机为保证安全，可以采取放下井架后在接近地面的位置更换指梁排，海洋修井机几乎不可能采取放下井架后在接近平台的位置更换指梁排的方式，只能在离平台约20m左右的高空中进行更换，更换时费时费工，且非常不安全。而且海洋修井机即使不钻井，同次作业也会出现需要排放4-1/2in油管的情况，所以随时都有改变指梁间距的可能。

为了解决指梁架整体拆卸更换困难，有人设计了间距可调的人工调节可滑移式二层台指梁，如公告号为“cn203822174u”名称为“钻杆架可移动、可翻转式二层台”；又如公告号为“cn206016722u”名称为“可调节间距的二层台档杆架”；当钻具变化时可以不需要更换指梁排，指梁之间的间距可进行调节，但这类可调节的指梁架必须在二层台上用人力逐一橇动指梁以调整间距，由于二层台空间狭小，且二层台上施工人员有限，采用人力逐一橇动指梁不仅操作不方便，危险性大，而且这种方式对需要满足指梁间距准确、指梁与二层台猴台轴线垂直、指梁稳定等较高要求的二层台排管机械手用二层台来说，通过人工自主调节是达不到要求的，而且二层台指梁上还带有控制线等电控部件，大距离移动也是不现实的。

另一方面，在工作条件恶劣的钻井、修井作业领域，特别海洋钻修井作业领域，逐渐减少工人的作业风险，减轻劳动强度、提高作业效率、保证作业安全已经成为现在和将来发展的主要趋势。

目前，钻机、修井机的二层台逐渐以自动化二层台排管机械手取代人工以实现二层台自动排管，使这一高危工作岗位实现无人化。若钻机、修井机只用于单独的钻井或者修井，可以使用固定指梁，若要进行钻井和修井两种作业，而且海洋修井机必须起下4-1/2in油管，则必须使用可调指梁间距的二层台。即使不考虑二层台容根量，若通过在指梁上采取簧片锁紧管柱的方式固定管柱，因为簧片变化间距的限制，为适应大的间距变化后还能锁紧管柱也必须改变指梁间距。也就是说，在使用二层台排管机械手进行二层台自动排管的钻修机上，通常情况下必须配套带二层台指梁间距自动调节机构的二层台。即使不进行二层台自动排管的普通二层台，当指梁有变间距要求时，选择带动力或者不带动力的二层台指梁间距自动调节机构，也可以极大地降低作业成本，保证作业安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种当钻修井作业过程中，特别是海洋钻修井作业过程中二层台需要改变指梁间距以达到排放不同直径管柱的要求时，无需通过更换指梁排或通过作业人员逐一橇动指梁来调整指梁间距，只需通过控制开关启动电机，即能实现二层台指梁间距的远程一键自动调整，无需人员在二层台高空操作，便可满足变换管柱对指梁间距变化要求的钻修井机二层台指梁间距自动调节机构。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种钻修井机二层台指梁间距自动调节机构，它由固定指梁、滑动指梁、翻转指梁、蜗杆、蜗轮、齿轮a、齿轮b、齿轮c、齿轮轴承座、传动轴轴承座、电机、齿条、滑动座、二层台纵梁和传动轴构成，二层台纵梁为二层台指梁间距自动调节机构的安装固定座，并通过二层台纵梁与二层台框架固接，其特征在于：所述的固定指梁有两根，固定指梁的其中一端固定焊接在二层台纵梁上；两根固定指梁内侧的二层台纵梁上固装有两个滑动座，两个滑动座的一侧上装有滑动指梁，滑动指梁能在滑动座上滑动，滑动指梁装在滑动座上的该端装有齿条；滑动座的另一侧装有蜗轮，蜗轮的下方同轴安装有齿轮a，齿轮a与齿条啮合并与蜗轮同步旋转；两根滑动指梁的内侧设置有一根翻转指梁，翻转指梁的一端装有齿轮c，并通过齿轮轴和齿轮轴承座活动铰接在二层台纵梁上，能绕二层台纵梁转动；所述的二层台纵梁的外侧通过传动轴轴承座装有一传动轴，传动轴的两端制作有蜗杆，中间制作有一齿轮b，两端的蜗杆分别与滑动座一侧的蜗轮啮合，从而带动蜗轮和下方同轴安装的齿轮a同步旋转，齿轮a与齿条啮合并带动两根滑动指梁移动；中间的齿轮b与翻转指梁端部的齿轮c啮合；传动轴的其中一端装有电机。

所述的传动轴上两端的蜗杆模数和头数相同，其两个蜗杆的螺旋方向相反。

所述的滑动指梁和翻转指梁由同一电机驱动，实现滑动和翻转的同步运动。

所述的两根滑动指梁在滑动座13上沿二层台纵梁相向或反向进行平行滑动，增大或减小指梁相互间的间距，其滑动范围由整体结构和传动机构的系数确定。

所述的电机能用液压马达或气动马达等替换。

所述的二层台指梁间距自动调节机构为修井机二层台排管架的一个指梁单元，二层台排管架由两组及两组以上的指梁单元构成二层台排管架。

所述的二层台指梁间距自动调节机构能由人工手动扳动翻转指梁实现间距调整，以防止出现停电或自动调节机构控制系统出现故障时临时应急之用；不安装电机，则可以成为手动二层台指梁间距自动调节装置。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该钻修井机二层台指梁间距自动调节机构的二层台排管架由多组二层台指梁间距自动调节机构构成。每组二层台指梁间距自动调节机构内的数根指梁通过电机同步驱动，将翻转指梁翻转至不影响排管的位置，同时将滑动指梁平行滑动到需要的位置，从而调整各指梁间的间距大小，以适应各种管柱直径的变化；实现了二层台指梁间距的远程一键自动调整，无需人员在二层台高空操作，即可使指梁架达到摆放不同直径管柱的工况，以满足各种管柱对指梁间距的变化要求；省时省力，操作安全可靠。解决了现有二层台指梁当管柱直径变化过大时必须将指梁架整体拆卸更换大间距的指梁架，或是采用人力逐一橇动指梁带来的操作不方便，且高空作业危险性大，特别不能适用于海洋钻修井机的问题。本机构特别适用于与自动化二层台排管机械手的配合。使用该二层台指梁间距自动调节机构的自动化二层台，能同时满足指梁间距准确、指梁与二层台猴台轴线垂直、指梁稳定等特殊要求，以满足二层台自动排管的需要。即使不需要进行二层台自动排管的普通二层台，当指梁有变间距要求时，也可以选择带动力或者不带动力的该二层台指梁间距自动调节机构，极大地降低作业成本，保证作业安全。

附图说明

图1为一种钻修井机二层台指梁间距自动调节机构的立体结构示意图；

图2为指梁间距未调整前的俯视结构示意图；

图3为指梁间距调整后的俯视结构示意图；

图4为一个指梁单元的指梁间距调整后的俯视结构示意图；

图5为一个指梁单元的指梁间距调整后的侧视结构示意图；

图6为图1的一个指梁单元的结构放大图；

图7为一种钻修井机带二层台指梁间距自动调节机构的自动化二层台未调整前的初始状态下的俯视结构示意图；

图8为一种钻修井机带二层台指梁间距自动调节机构的自动化二层台间距调整后的俯视结构示意图。

图中：1、固定指梁，2、滑动指梁，3、翻转指梁，4、蜗杆，5、蜗轮，6、齿轮a，7、齿轮b，8、齿轮c，9、齿轮轴承座，10、传动轴轴承座，11、电机，12、齿条，13、滑动座，14、二层台纵梁，15、传动轴。

具体实施方式

以下结合附图对该钻修井机二层台指梁间距自动调节机构的原理和特征进行进一步的描述（参见附图1～8）。

该钻修井机二层台指梁间距自动调节机构为修井机二层台排管架的一个指梁单元，二层台排管架由两组及两组以上的指梁单元构成二层台排管架（参见附图7～8）。它由固定指梁1、滑动指梁2、翻转指梁3、蜗杆4、蜗轮5、齿轮a6、齿轮b7、齿轮c8、齿轮轴承座9、传动轴轴承座10、电机11、齿条12、滑动座13、二层台纵梁14和传动轴15构成；二层台纵梁14为二层台指梁间距自动调节机构的安装固定座，并通过二层台纵梁14与二层台框架固接；所述的固定指梁1有两根，两根固定指梁1的其中一端固定焊接在二层台纵梁14上；两根固定指梁1内侧的二层台纵梁14上固装有两个滑动座13，两个滑动座13的一侧上装有滑动指梁2，滑动指梁2能在滑动座13上滑动，滑动指梁2装在滑动座13上的该端装有齿条12；滑动座13的另一侧装有蜗轮5，蜗轮5的下方同轴安装有齿轮a6，齿轮a6与齿条12啮合并与蜗轮5同步旋转；两根滑动指梁2的内侧设置有一根翻转指梁3，翻转指梁3的一端装有齿轮c8，并通过齿轮轴和齿轮轴承座9活动铰接在二层台纵梁14上，能在二层台纵梁14上方转动；所述的二层台纵梁14的外侧通过传动轴轴承座10固装有一传动轴15，传动轴15的两端制作有蜗杆4，两端的蜗杆4分别与滑动座13一侧的蜗轮5啮合，从而带动蜗轮5和下方同轴安装的齿轮a6同步旋转，齿轮a6与齿条12啮合并带动两根滑动指梁2移动；两端的蜗杆4模数和头数相同，其两个蜗杆4的螺旋方向相反，螺旋方向相反能使两根滑动指梁2在滑动座13上沿二层台纵梁14相向或反向进行平行滑动，使其增大或减小指梁相互间的的间距，其滑动范围由传动机构的系数确定，本实施例为50mm左右。传动轴15的中间制作有一齿轮b7，中间的齿轮b7与翻转指梁3端部的齿轮c8啮合，通过齿轮c8的旋转带动翻转指梁3旋转；传动轴15的其中一端装有电机11，所述的电机11也可以采用液压马达或气动马达替换。所述的滑动指梁2和翻转指梁3由同一电机11驱动，滑动和翻转同步运动。

该钻修井机二层台指梁间距自动调节机构可以由人工手动扳动翻转指梁3实现间距调整，以防止出现停电或自动调节机构的控制系统（即控制开关或控制线路）出现故障时临时应急之用。当不安装电机11，则可以成为手动二层台指梁间距自动调节装置。

该钻修井机二层台指梁间距自动调节机构的工作过程如下：

启动电机11带动传动轴15旋转，进而带动传动轴15上的两个蜗杆4和中间的齿轮b7同步旋转，由于两个蜗杆4的螺旋方向相反，则两个蜗杆4分别带动两个蜗轮5和两个齿轮a6呈反方向旋转，并通过齿轮a6和齿条12带动两根滑动指梁2在两个滑动座13内沿二层台纵梁14相向或反向进行平行滑动，完成指梁间距的自动调节；同时中间的齿轮b7旋转时带动齿轮c8旋转，通过齿轮c8带动翻转指梁7上下旋转运动。当需增大指梁间距时，电机11驱动传动轴15顺时针旋转，带动两根滑动指梁2相向平行滑动，同时中间的齿轮b7带动翻转指梁3向上旋转运动，当两根滑动指梁2相向平行滑动到设定间距位置时，翻转指梁3正好向上旋转到指定位置。通过计算，各传动机构选取合适的参数，即可实现当翻转指梁3翻转至不影响排管的位置时，滑动指梁2正好滑动到所需位置，（参见图4～5中翻转指梁3向上翻转90度），即由五指梁四开档（如图2所示）调整为四指梁三开档（如图3所示），由原来的100mm左右间距调整为150mm左右间距，分别适应2-3/8in～3-1/2in油管和4in～5-1/2in油管与钻杆。通过调整传动系数和结构，包括滑动指梁的数量，可以适应不同的直径变化系列，保证适应自动化二层台配置的簧片夹紧机构对间距的要求。当需要恢复原状态时，电机11驱动传动轴15逆时针旋转，带动翻转指梁3向下旋转运动，即可恢复成五指梁四开档的结构。

该钻修井机二层台指梁间距自动调节机构构成的二层台，可安装在现有陆地钻机和修井机、海洋钻机和钻修井机上，取代现有的二层台，满足在钻修井作业中因为不同作业需排放不同直径管柱的需要，使装备能够多样化使用。通过改变滑动指梁数量和改变传动机构与参数，可以使间距变化值变的更大或者更小。该钻修井机二层台指梁间距自动调节机构、驱动机构结构紧凑，占用空间小，不会增加传统二层台的尺寸，可实现一键远程调整，操作安全、简便；且制作成本较低，通用性强，加装防护罩后可适应石油天然气开发现场恶劣、苛刻的工作环境，极大地降低了设备成本和作业成本。该钻修井机二层台指梁间距自动调节机构尤其适合与二层台排管机械手一起配合工作，可完全取代人工完成管柱处理作业，显著提高效率和现场施工的安全性，同时满足二层台排管机械手对自动化二层台的高精度要求。

以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。