一种桥架式立根排管装置及排管方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种桥架式立根排管装置及排管方法。
【背景技术】
[0002]能源为一个国家的发展提供动力，随着我国经济的高速发展，我国对能源的需求逐渐加大，成为石油天然气的消耗大国。2014年，我国石油对外依存度接达59.5%，天然气对外依存度达到32.2%。较高的对外依存度使得我国的能源安全受到威胁，加大我国能源开发力度在一定程度上能缓解能源压力，但需要高科技、高效率的石油钻采装备。
[0003]我国石油天然气资源储量大，但缺乏高效的开采设备。我国陆地钻井行业对新的钻井设备采用比较谨慎，由于陆地国产先进钻机及其配套装备发展缓慢，而国外新的钻井装备价格昂贵，因此国内大多数的钻井服务公司不愿意率先尝试新技术，而是让其他公司先用，根据使用结果的好坏再决定是否使用。这种谨慎的行为不仅造成了我国石油装备的发展缓慢，也降低了石油天然气的开采效率。近几年，由于各公司逐步意识到自动化钻井的潜在效益是巨大的，包括确保钻井安全，提高钻井效率，减少钻井周期，提高钻井经济性等，自动化钻井装备的需求趋势日益加大。
[0004]我国陆地自动化钻井发展缓慢，部分钻井公司还在用传统的转盘钻井。由于可编程控制器(PLC)在钻机上的推广和铁钻工、自动吊卡，顶驱等先进设备的使用使得现代钻机自动化程度更高。电子司钻具备的钻井监控系统、一体化钻井仪表、防碰系统等是自动化钻井的重要组成因素，其随后发展的现场无线通讯、有毒气体检测、液电气一体化和人机界面控制的电子司钻是自动钻机的趋势。顶部驱动技术是石油钻机重大变革之一，其不仅节省接单根时间，提高钻井安全，提高生产效率，还具有倒划眼防止卡钻的功能，在定向钻井过程中，可以大幅度地减少起钻总时间。
[0005]虽然国外有集成模块较高的自动化排管系统，但是价格昂贵，维修费用高，且系统结构复杂，尺寸较大，占用较大的井架空间，考虑到我国陆地钻机井架结构特点，使用国外自动化排管系统将较大程度的改变井架结构，甚至会改变钻井方式，因此国外的排管系统不推广使用。
[0006]中国专利CN200910009451.0中公开了一种钻井平台排管系统，它包括多工位鼠洞，井架，抓管机械手和铁钻工，多工位鼠洞提供至少两个鼠洞体钻杆插放工位，鼠洞体内一一对应配置有钻杆对中器、升降液压缸、钻杆缓冲装置和升降滑轮组，通过抓管机械手依次将钻杆抓起放入鼠洞体并从鼠洞体中提出钻杆进行对接，本发明还提供了使用上述系统进行排管的方法。本发明采用了多工位鼠洞结构，提供了至少两个排管工位，可以同时将两根单管布置在鼠洞中，并且当第三根单管接好后，可以直接与剩下的单管连接。该系统无法对立根进行有效保护，而且很难连续进行立根的排管。
[0007]中国专利CN中201420856151.2公开了一种连续油管自动排管系统，包括主动传动链轮组和从动传动链轮组，主动传动链轮组包括主动轴、主动链轮、一级传动链条、一级从动轴和一级传动链轮，主动链轮和一级传动链轮通过一级传动链条连接，主动传动链轮通过主动轴与连续油管滚筒共轴连接，传动链轮组包括二级传动链轮、二级传动链条、三级传动链轮、二级从动轴、扭矩限制器和2寸螺距的双向丝杆，三级传动链轮与扭矩限制器和2寸螺距的双向丝杆通过二级从动轴共轴连接，主动链轮与一级传动链轮的齿数比为52:39，三级传动链轮的齿数为64个。这种排管系统安装复杂，实施起来比较困难，无法推广采用。
[0008]中国专利CN中201310189710.9中公开了一种海洋钻井平台自动排管系统，包括井架、至少一组用于抓取和排放钻杆的抓管装置、液压猫道、鼠洞和控制整体系统的PLC控制装置，所述井架固定在钻井平台上，所述鼠洞固定在钻井平台的下方，其特征在于:所述导轨立柱上设置有上下两个机械臂，所述上、下机械臂的前端上均设置有旋转式连接座，所述上机械臂的旋转式连接座上至少设置有一个抓管手和一个上、卸扣装置，所述下机械臂的旋转式连接座上至少设置有一个抓管手。该系统无法对立根进行有效保护，而且很难连续进行立根的排管，操作复杂，无法将立根平放到地面上。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种自动化程度高、实现管柱的自动排放、能实时监测立根的受力情况、能够对不同管径的立根进行排管、有效避免立根被夹损、提高钻井效率、安全可靠的桥架式立根排管装置及排管方法。
[0010]本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种桥架式立根排管装置，它包括行走机构、立柱、直线传动机构、立根夹持装置、立根举升机构，直线传动机构由伺服电机、丝杆以及安装在丝杆上的滑套组成，丝杆沿立柱的长度方向旋转安装在立柱上，伺服电机固定安装于立柱上，伺服电机的输出端与丝杆连接；
所述的行走机构由槽钢1、槽钢I1、转动轴、上支撑板、下支撑板、上轴承座、下轴承座、摆动液压缸、伺服马达A和齿轮组成，槽钢I和槽钢II内均设置有齿条，上支撑板平行于下支撑板设置，上支撑板和下支撑板均设置于槽钢I和槽钢II之间，上轴承座安装于上支撑板顶表面，下轴承座安装于下支撑板的顶表面，转动轴的上下端分别安装于上轴承座和下轴承座内，转动轴的底端与立柱的顶端法兰连接，摆动液压缸设置于上轴承座的上方且其输出端与转动轴连接，上支撑板和下支撑板之间设置有两个伺服马达A，两个伺服马达A对称设置于转动轴的两侧，两个伺服马达A的输出端均连接有齿轮，齿轮与齿条啮合；
所述的立根夹持装置由夹持油缸、伺服马达B、筒体、左钳体、右钳体、限位挡环、拉伸弹簧、压力传感器、销轴和缓冲层组成，筒体水平设置，筒体的左端部设置有法兰盘，伺服马达B设置于法兰盘的端面上且其输出端与法兰盘连接，销轴垂直于筒体且固定于筒体的右端部，销轴上铰接有交叉设置的左钳体和右钳体，左钳体和右钳体的尾柄均设置于筒体内，左钳体和右钳体的工作端均设置于筒体的外部，左钳体和右钳体的工作端均设置有圆形槽，两个圆形槽的表面设置有缓冲层，左、右钳体与缓冲层之间均设置有压力传感器，所述的夹持油缸设置于筒体内且固定安装于法兰盘上，夹持油缸的活塞杆上铰接有交叉设置的连杆I和连杆II，连杆II与左钳体的尾柄铰接，连杆I与右钳体的尾柄铰接，所述的拉伸弹簧设置于左钳体和右钳体的工作端之间，拉伸弹簧上设置有限位挡环，限位挡环上设置有弧形凹槽；
所述的立根举升机构由举升油缸、调整油缸、连杆A、连杆B和排管臂组成，举升油缸垂直于立柱且固定安装于滑套上部，排管臂的一端铰接于滑套的下部，连杆A的一端铰接于举升油缸的活塞杆上，连杆A的另一端与连杆B的一端铰接，连杆B的另一端铰接在排管臂的中部，调整油缸的缸筒铰接于排管臂的顶表面，调整油缸的活塞杆铰接于伺服马达B的上端部，所述的排管臂铰接于伺服马达B的下端部。
[0011]它还包括计算机和与计算机连接的数据转换器，所述的数据转换器与两个压力传感器连接，所述的计算机与伺服电机、伺服马达A、伺服马达B、举升油缸、调整油缸和夹持油缸连接。
[0012]所述的连杆I与连杆II关于夹持油缸对称设置。
[0013]所述的槽钢I和槽钢II顶侧板的内侧设