一种自动化钻机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种油气钻采用钻机，可实现自动化操作、离线作业。
【背景技术】
[0002]现役钻机属于半自动化，仅钻进过程实现自动化，其他辅助作业需要工人配合机械操作，钻机自动化程度低、危险性大、生产效率低。
[0003]例如，陆地钻机进行钻具移运和上钻台面作业过程:首先，专用车辆将钻具运输至井场，采用现场吊车将钻具吊至钻具架;然后，工人将钻具推入猫道，由钻台面的气动绞车下放钢丝绳挂住钻具顶部，利用索具直接把钻具沿猫道提升至钻台面;最后，由2名工人用铁钩钩住钻具下部，慢慢移送到小鼠洞中，用吊卡卡住钻具。上述操作需要3-4名工人配合，操作效率低、安全性差、对钻具的损坏程度大。
[0004]又例如，陆地钻机的接立根作业过程中，采用液气大钳以及液压猫头和B型钳配合进行上、卸扣;立根盒安装在钻台面上，立根存放需要井架工上二层台拉拽管具，钻台面需要专人扶正管具。整个接立根、存立根过程，自动化程度低，工人劳动强度大，危险性较高。
【发明内容】
[0005]本发明在于提高钻机的自动化水平，使得钻机能自动输送钻具、二层台无人值守、自动接卸立根、自动排放立根，从而实现离线作业。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供了一种自动化钻机，主要由井架、底座、猫道、顶驱、钻台面组成，其特征在于:在上述井架的两侧设有双扇形指梁，在上述底座上设有两个于前述扇形指梁相对应的下沉式立根盒;上述猫道自动翻进、翻出及前后平移置入的管具；
还包括安装于井场地面、位于前述两立根盒之间的翻转机械手，夹持猫道输送来的管具并翻转至竖直状态，在上、卸扣时夹紧下边的管具施加反扭矩；
还包括安装在井架的后大门侧的两个排管机，其中每个排管机均可上、下移动管具，对扣管具，竖直移运或排放立根。
[0007]本发明中，猫道安装在井场地面上，可自动实现管具的翻进、翻出及前后的平移动作，自动实现管具从管子堆场向翻转机械手的移运功能。翻转机械手的功能是自动实现管具从水平状态到竖直状态，并在上、卸扣时夹紧下边的管具施加反扭矩。双排管机可以上下移动、旋转、变幅及夹持，可自动实现管具的上下移动、对扣、立根排放、立根竖直方向移运。
[0008]猫道、翻转机械手和其中一个排管机相互配合，可实现管具的高自动化处理:猫道水平移运管具到既定位置，翻转机械手夹紧管具;然后翻转机械手带动管具从水平状态翻转到竖直状态;排管机下移，抓住管具并上提管具至既定高度;猫道、翻转机械手复位，重复上一动作流程，将下一根管具运送到竖直状态，排管机下移，上下两根管具对接；由铁钻工等工具对两根管具进行上扣，此时翻转机械手夹持管具施加反扭矩;双排管机抓住管具上提，至下边一根管具高于台面一定高度停止;猫道、翻转机械手再次复位，输送第三根管具至竖直状态;排管机下移，上下两根管具对接；由铁钻工等工具对两根管具进行上扣，3根管具接成I个立根;排管机抓住立根上提，当管具高于钻台面后，长排管机带动立根回收，旋转至双扇形指梁目标位置下放立根。卸立根作业过程与上述接立根、立根排放作业过程相反。
[0009]同时，另一排管机与顶驱相互配合，可实现钻井过程中高自动化的管具起、下钻处理工作:起立根时，顶驱与铁钻工配合卸立根;该排管机旋转，伸出至井口中心，抓取立根上端;该排管机收回，旋转至指梁目标位置;该排管机下移，下放立根;该排管机复位。下钻过程与上述起钻过程相反。
[0010]这样，两个排管机均可独立工作，使得接、卸、排放立根操作，和管具起、下钻处理操作同时进行。另外，在一个排管机出现故障时，还可实现管具在指梁与井口间移运管具的功能。
[0011]另外，本发明中，立根盒的安装位置由传统的钻台面上下沉至底座上，重心位置有效下移9米至14米，在井场搬家时，可满立根整体移运，大大提高了搬家效率和降低人员劳动强度。双扇形指梁均布于自升式井架两侧，满载时载荷对称分布、受力好。当一侧扇形指梁用于存储井场上来的管具接成的立根，另一侧扇形指梁则可用于存储起钻过程中的立根。因此，接卸立根和起下钻工作可同时进行。
[0012]该钻机采用电液复合驱动，集成控制，司钻在控制室操作相应的程序即可实现钻机的钻进和接卸立根工作，可实现真正地全自动化、离线作业、作业效率可提高到现役钻机的3倍且安全可靠。
[0013]作为一种优选，本专利的一种自动化钻机，其特征还在于:上述猫道包括对称分布的两对支腿、液缸驱动的成对内翻转臂、液缸驱动的成对外翻转臂，以及主车、小车、安装座、减速机;支腿位于猫道的主体两侧，其外侧由支腿油缸支撑到地面，内侧经销轴铰接于安装座；主车上设有V道;减速机设于猫道两端，经链条驱动小车带动管具在主车上前后运动。存储在管子堆场的管具放置到猫道的支腿上;猫道同侧的支腿油缸同时驱动支腿向上旋转，支腿外侧太高，管具沿着支腿方向向内滑向内翻转臂；内翻转臂在内内翻转液缸的驱动下向内翻转，将管具翻转至主车的V道上;小车经减速机、链条驱动向前行驶推动管具向前平移，此时内翻转臂已复位;管具被运退到既定位置时，交给翻转机械手，小车停止并且后退至初始位置，等待移运下一根管具。相反，当管具下钻台时，翻转机械手将管具放到猫道的主车的V道上后，小车带动管具向后运动，至既定位置后，小车退回初始位置;外翻转臂在外翻转液缸的驱动下将管具向外翻转放到支腿上。
[0014]作为一种优选，本专利的一种自动化钻机，其特征还在于:上述翻转机械手主要由钳体、翻转臂及安装架、导向装置组成;安装架固定在井场地面上，靠近钻台一边与翻转臂经销轴铰接，在安装架上铰接有驱动翻转臂旋转90度的翻转液缸;钳体安装在翻转臂上夹紧或松开置入的管具，具有凹槽的导向装置固定在钳体外侧的安装架上。该导向装置的导向头的安装板上设有不同定位安装孔，通过调整安装孔的位置来适应不同规格的管具。初始状态时，翻转臂叠放在安装架上;工作时，钳体先打开，猫道将管具运到既定位置，导向装置将管具顺利导入翻转机械臂，两钳体闭合夹紧管具;然后翻转臂在翻转液缸的驱动下，带动管具从水平状态围绕销轴向上翻转到竖直状态。第一根管具交给已待命的任一排管机，排管机上提管具至既定高度。翻转机械手重复上一动作流程，将下一根管具运送到竖直状态，等待铁钻工等工具上扣。
[0015]作为进一步优化，本专利的一种自动化钻机，其特征还在于:上述钳体有两个，分别位于翻转臂的上、下端，其钳头主要由沿着竖轴旋转的一对滚轮、钳体夹紧液缸、连杆、钳体固定座组成。在翻转机械手夹持管具上提时，成对滚轮可以具有导向扶正功能;滚轮不能在管具的径向方向旋转，在配合铁钻工上、卸扣时夹紧下边的管具施加反扭矩，具有传统钻机卡瓦的功能。
[0016]作为一种优选，本专利的一种自动化钻机，其特征还在于:上述两个排管机为长排管机和短排管机；
排管机主要由安装座、立柱、上夹钳、下扶正钳、上机械臂、下机械臂、上滑车、下滑车、伸缩液缸、钢丝绳、提升绞车组成；
其中，安装座固定在钻台或井架上，具有回转支撑带动立柱转动，立柱上安装有导轨，上述滑车在导轨上滑动；
其中，上机械臂为平行四边行机构，其上端铰接在上滑车上，中部经旋转臂铰接在下滑车上;上机械臂的上端和旋转臂的外端经伸缩液缸相连接；用于夹持管具的上夹钳位于上机械臂的下端;立柱的一端安装有提升绞车，经钢丝绳拉动上述上滑车/下滑车为上机械臂上、下移动提供动力；
其中，下机械臂为平行四边行机构，其上端铰接在上滑车上、中部经旋转臂铰接在立柱下端上，或其上端铰接在立柱下端上、中部经旋转臂铰接在下滑车上；下机械臂的上端和旋转臂的外端经伸缩液缸相连接;用于管具扶正导向的下扶正钳位于下机械臂的下端；
上述短排管机的上机械臂的上下移动的行程小于长排管机的上机械臂的上下移动的行程。
[0017]作为一种优选，为保证上述双排管机在移运管具时的平稳性，本专利的双排管机其特征还在于:上述长排管机的上夹钳下方还设有将钻具从鼠洞提出钻台面，并与铁钻工配合实现管具的上扣的吊钳。
[0018]这样，长排管机用于接、卸立根，其原理如下:上机械臂