专利名称：一种煤层气车载钻机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钻井技术领域，特别涉及一种适用煤层气开采的高效率、小体积 和低成本的车载钻机。
背景技术：
中国煤层气开采由于产量低、所处环境地形道路复杂和井场面积小等因素，需要 钻机效率高、体积小、成本低和移运快捷。目前，国内煤层气开采中多采用水源钻机、石油钻机、国外液压车载钻机。水源钻 机的主要优点是成本低、移运性好，装备简单，维护方便，能够适应于复杂地形、环境下的煤 层气开采。水源钻机采用转盘驱动，作业时钻机底座直接落在地面，没有防喷系统，没有振 动筛等固控系统，工人劳动强度大，安装较繁锁，占用空间较大，移运较慢。表层钻井无加压 系统，表层钻井速度慢。石油钻机开采煤层气时八大系统健全，采用转盘驱动，但用石油钻机开采煤层气 时大马拉小车，功率富裕，同时体积大，占用空间较大，不适合山地等复杂地形的移运。表层 钻井无加压系统，表层钻井速度慢。国外液压钻机如雪姆钻机进行煤层气开采，性能先进，操作简便，安装简单，占用空间小，移运快捷，可安装简易防喷器，但是维护复杂，价格十分昂贵。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种煤层气车载钻机，能实现起下钻柱、下套管，并具 有效率高、体积小和移运快捷的特点，从而解决水源钻机工人劳动强度大，安装较繁锁，占 用空间较大，移运较慢，表层钻井速度慢；克服石油钻机开采煤层气大马拉小车，占用空间 较大，移运较慢，表层钻井速度慢；以及国外液压车载钻机在煤层气开采中维护复杂，价格 十分昂贵的不足。本实用新型采用的技术方案是煤层气车载钻机，主要由天车、井架上体、井架下 体、游钩系统、动力水龙头、控制箱、刹车系统、钻台、动力卡瓦、液压支撑腿、液压小绞车、主 绞车、车体和柴油机及其传动系统组成。在汽车车体上有柴油机及其传动系统，在汽车车体 的两侧下部有液压支撑腿；其特征在于在汽车车体的尾部固定有能向上旋转直立的起升 系统，起升系统包括井架上体和井架下体，在井架上体的顶部固定有天车，在天车的下部通 过钢丝绳滑轮组连接有井架上体游钩系统和动力水龙头。在井架上体的下部固定有控制 箱。在汽车车体的尾部向后翻转成水平状的钻台，在钻台的上部有刹车系统，在钻台的下部 悬挂有动力卡瓦。在汽车车体上固定有主绞车，主绞车滚筒上的钢丝绳通过天车定滑轮和 游钩系统组成游动系统。在汽车车体上固定有液压小绞车。所述的动力水龙头在滑道之间，所述的滑道由两个平行的截面为凹形导轨组成， 在井架上体和井架下体内侧分别焊接有两个凹形导轨。在动力水龙头两侧有两排平行的导 轮，动力水龙头的两排导轮能在井架下体和井架上体的凹形导轨上往复滑动。这种结构能够保证动力水龙头在钻井作业时至少有一排导轮能够在凹形滑道上滑动。钻机运输状态时，动力水龙头的两排平行的导轮处于井架下体与井架上体上的凹形导轨中。煤层气车载钻机，井架直立套装；井架前开口 ；4X3游动系统；刹车方式带刹； 冷却方式强制水冷；配备一个3t液压小绞车。旋转系统动力水龙头驱动旋转，并与井架 一体化。钻台钻台与车一体，增强移运性；安装临时飘台增大作业面积；预留井口空间安 装简易防喷器。可配循环系统配置泥浆泵一台F-500;配置振动筛一台和泥浆槽一个。控 制系统控制箱与刹车把置于井架侧面；刹车采用机械控制；离合、换档等采用气控；动力 水龙头、辅助工具采用液控。辅助工具液压动力扭力链钳、钻杆专用可承扭吊卡、钻铤专用 可承扭吊卡、套管专用可承扭吊卡等与动力卡瓦和动力水龙头配合实现钻井操作，省去了 常规井口工具缩小了井口空间，增强可操作性，降低设备成本。动力水龙头井架一体化结构钻机采用直立桅型井架，井架钻机一体运输、作业的 方式与常规车载钻机相同。不同的是本实用新型将动力水龙头与井架、车体一体运输，可以 大大简化钻机安装、搬家时间。专用井口工具1)动力水龙头动力水龙头两侧导轮在井架内侧凹形滑道内滑动。2)动力卡瓦动力卡瓦安装在钻台井口，取代转盘大方瓦。3)钻铤专用可承扭吊卡由上下两部分短接构成，钻铤专用可承扭吊卡上承扭短 接螺纹连接动力水龙头，钻铤专用可承扭吊卡下承扭短接螺纹连接钻铤，两部分短接由钻 铤专用可承扭吊卡连接销连接。钻铤专用可承扭吊卡上承扭短接与动力水龙头连接部分都 装有钻铤专用可承扭吊卡上扭矩防扭装置。钻铤专用可承扭吊卡下承扭短接与钻铤连接部 分装有钻铤专用可承扭吊卡下扭矩防扭装置。4)钻杆套管专用可承扭吊卡钻杆套管专用可承扭吊卡结构相似，由两部分短接 构成，钻杆套管专用可承扭吊卡上承扭短接螺纹连接动力水龙头，钻杆套管专用可承扭吊 卡下承扭短接连接钻杆或套管，两部分短接由钻杆套管专用可承扭吊卡连接销连接；承扭 短接类似常规吊卡，开口大于提升管柱的本体外径，小于管柱接箍外径，钻杆套管专用可承 扭吊卡挡板上装有钻杆套管专用可承扭吊卡承扭机构，钻杆套管专用可承扭吊卡挡板扣合 后钻杆套管专用可承扭吊卡承扭机构与管柱接箍接触，动力水龙头扭矩可以通过承扭机构 传递给管柱。钻杆套管专用可承扭吊卡与动力水龙头连接部分装有钻杆套管专用可承扭吊 卡上扭矩防扭装置。5)管柱提升装置该管柱提升工具通过液压小绞车实现管柱在钻台与井场之间 的移动。该管柱提升工具结构由两部分构成，管柱提升工具扶正机构卡住管柱本体，管柱提 升工具扶扣板可开合，管柱提升工具承载机构连接管柱公接箍，两部分由钢丝绳连接在一 起。6)管柱传送装置安装在井架一侧，能够120°旋转；管柱传送装置由管柱传送装 置扶正机构，管柱传送装置承载机构和旋转机构组成；管柱传送装置扶正机构的管柱传送 装置扶正钳通过液压缸夹紧管柱本体，管柱传送装置定位柱可置于管柱内孔，防止管柱移 动，同时管柱传送装置承扭钳通过液压缸夹紧管柱，是管柱可承受动力水龙头旋转时的反 扭矩。7)液压动力扭力链钳安装在井口附近，其高度可以通过液压绞车上下调动，其处理钻具外径能力为80-500mm，扭矩10-100kNm。辅助加装置天车通与井架上体螺栓连接，通过游钩系统带动动力水龙头上下移动；动力水龙头下部两侧均布两个定滑轮，钻台平面井口一侧布置一个定滑轮，一侧布置加 压装置钢丝绳死绳固定器。配置一个3t液压小绞车作为辅助加压装置的动力，液压小绞车 通过天车上布置的定滑轮实现提升功能。辅助加压装置钢丝绳一端连接加压装置钢丝绳死 绳固定器，一端依次滑过动力水龙头下部两侧均布两个定滑轮、钻台平面井口一侧布置一 个定滑轮，最终与液压小绞车的挂钩连接。当需要加压作业时辅助加压装置钢丝绳一端连接加压装置钢丝绳死绳固定器， 一端依次滑过动力水龙头下部两侧均布两个定滑轮、钻台平面井口一侧布置一个定滑轮， 最终与液压小绞车的挂钩连接；动力水龙头(顶驱)连接下入管柱；开启液压小绞车，液压 小绞车钢丝绳依次通过液压小绞车通过天车上布置的定滑轮、钻台平面井口一侧布置一个 定滑轮、动力水龙头下部两侧均布两个定滑轮、加压装置钢丝绳死绳固定器将液压小绞车 的提升力转换成为管柱的压力。通过小绞车液压系统的控制，可实现0-6t范围内精确加 压。当加压作业完成后，拆掉加压装置钢丝绳死绳即可，不影响后续正常钻井作业。本实用新型的有益效果本实用新型煤层气车载钻机，能够有效满足煤层气钻井 要求，具有如下优点设计专用井口工具与动力水龙头配合完成钻井作业，省去了井口旋扣 装置，简化井口空间，缩减井架、钻台尺寸，增强移运性，减少井场使用面积；设计专用加载 钻压装置，增加浅层的钻进速度；钻机采用采用动力水龙头与井架一体化设计，单根钻进， 增强移运性，简化安装，同时增强处理事故能力；采用车载式，通过减轻车载部件总量增强 移运性，减少安装时间和井场面积；采用机械液压混合驱动，钻机的维护性好、成本低；无 鼠洞，减少钻井准备时间和辅助工具等；配备简易井口防喷装置，满足煤层气钻井的井控要 求等。
图1是本实用新型煤层气车载钻机运输状态示意图。图中，7.天车，8.井架上体，9.井架下体，10.游钩系统，11.动力水龙头，12.控制 箱，13.刹车系统，14.钻台，15.动力卡瓦，16.液压支撑腿，17.液压小绞车，18.主绞车， 19.车体，20.柴油机及其传动系统。
具体实施方式
实施例1 以一个煤层气车载钻机为例，对本实用新型作进一步详细说明。参阅图1。煤层气车载钻机，主要由天车7、井架上体8、井架下体9、游钩系统10、 动力水龙头11、控制箱12、刹车系统13、钻台14、动力卡瓦15、液压支撑腿16、液压小绞车 17、主绞车18、车体19和柴油机及其传动系统20组成。在汽车车体19上有柴油机及其传 动系统20，在汽车车体19的两侧下部有液压支撑腿16。传动系统车载柴油机通过传动轴 将动力传到分动箱。分动箱将动力分为三路，一路动力传给车的前后桥；一路将动力经液力 耦合器、角传动箱传给主绞车18的滚筒，一路动力传给液压泵，液压泵提供液压动力。在汽车车体19的尾部固定有一个能向上旋转直立的起升系统，起升系统包括井 架上体8和井架下体9，在井架上体8的顶部固定有一个天车7，在天车7的下部通过钢丝绳滑轮组连接有井架上体8游钩系统10和动力水龙头11。在井架上体8的下部外侧固定 有一个控制箱12。煤层气车载钻机在行走过程中，起升系统水平放置在汽车车体19的上 部；需要工作时起升系统通过液压缸将井架上体8、井架下体9推升成直立状态。动力水龙 头11在滑道之间，所述的滑道由两个平行的截面为凹形导轨组成，在井架上体8和井架下 体9内侧分别焊接有两个凹形导轨。在动力水龙头11两侧有两排平行的导轮，动力水龙头 11的两排导轮能在井架下体8和井架上体9的凹形导轨上往复滑动。在汽车车体19的尾部向后翻转成水平状的钻台14，在钻台14的上部有刹车系统 13，在钻台14的下部悬挂有一个动力卡瓦15。在汽车车体19上固定有主绞车18，主绞车 18滚筒上的钢丝绳通过天车7定滑轮和游钩系统10组成游动系统。在汽车车体19上固定 有液压小绞车17。动力卡瓦15中心与垂直井口。该井口工具配合动力水龙头11作业是这样实现的起下钻方法取代传统的“双吊卡”起下钻，通过动力卡瓦15与专用吊卡实现。液 压动力扭力链钳完成管柱的紧扣、绷扣作业；动力水龙头11完成管柱的旋扣作业。钻进下钻1、下钻铤过程1)先将钻铤用动力卡瓦15将钻铤锁死；2)调整液压动力链钳高度，将液压动力链钳上下钳分别对正动力水龙头11与钻 铤连接的接箍，完成钻铤的卸扣；3)动力水龙头11旋转卸扣，同时将管柱提升工具与钻铤地面连接好；4)用液压小绞车17将钻铤提升到管柱传送装置上，管柱传送装置将钻铤锁紧；5)管柱传送装置将钻铤旋转至井口，下放动力水龙头11与管柱传送装置上的钻 铤预紧扣。管柱传送装置释放钻铤并旋离井口 ；6)下放动力水龙头11与刚连接的钻铤，动力水龙头11连接的钻铤与动力卡瓦15 上的钻铤对扣；旋转动力水龙头11完成两钻铤的旋扣；7)用液压动力扭力链钳完成钻铤间的紧扣，用动力水龙头11旋转完成动力水龙 头11与钻铤之间的紧扣。8)撤掉液压动力扭力链钳，释放动力卡瓦15，完成钻铤的下钻过程。2、下钻杆过程与下钻铤的过程相似。钻进起钻1、起钻铤1)先用动力卡瓦15将钻铤锁死；2)调整液压动力扭力链钳高度，将液压动力扭力链钳上下钳分别对正动力水龙头 11与钻铤连接的接箍，完成钻铤的卸扣；3)动力水龙头11旋转卸扣；4)将钻铤专用可承扭吊卡与动力水龙头11螺纹连接到一起，并用钻铤专用可承扭吊卡上扭矩防扭装置固定；5)将钻铤专用可承扭吊卡与动力卡瓦15上的钻铤对扣并旋扣，旋好钻铤专用可 承扭吊卡下扭矩防扭装置；6)提起连接好钻铤，直至下根钻铤的母接箍上端面距离钻台500mm ；[0049]7)用动力卡瓦15将钻铤锁死，液压动力扭力链钳完成两钻铤之间绷扣；8)动力水龙头11带动钻铤专用可承扭吊卡旋扣，完成两钻铤之间卸扣；9)借用液压小绞车17将钻铤斜放到地面，拔出钻铤专用可承扭吊卡24中间的钻铤专用可承扭吊卡连接销，将钻铤放到地面；10)连接好钻铤专用可承扭吊卡，重复步骤5) 9)便可以完成钻铤起钻。2、起钻杆时采用钻杆套管专用可承扭吊卡，与起钻铤过程相似，不同之处在于取 下钻杆时，打开钻杆套管专用可承扭吊卡承扭机构即可，不需要取下钻杆套管专用可承扭 吊卡的连接销。下套管下套管采用钻杆套管专用可承扭吊卡，与钻进下钻杆过程相似。唯一不同的是液 压小绞车17通过管柱提升工具直接将套管提起，配合工人完成套管专用可承扭吊卡与套 管的连接。
权利要求一种煤层气车载钻机其特征是煤层气车载钻机，主要由天车(7)、井架上体(8)、井架下体(9)、游钩系统(10)、动力水龙头(11)、控制箱(12)、刹车系统(13)、钻台(14)、动力卡瓦(15)、液压支撑腿(16)、液压小绞车(17)、主绞车(18)、车体(19)和柴油机及其传动系统(20)组成，在汽车车体(19)上有柴油机及其传动系统(20)，在汽车车体(19)的两侧下部有液压支撑腿(16)；其特征在于在汽车车体(19)的尾部固定有能向上旋转直立的起升系统，起升系统包括井架上体(8)和井架下体(9)，在井架上体(8)的顶部固定有天车(7)，在天车(7)的下部通过钢丝绳滑轮组连接有井架上体(8)游钩系统(10)和动力水龙头(11)，在井架上体(8)的下部固定有控制箱(12)，在汽车车体(19)的尾部向后翻转成水平状的钻台(14)，在钻台(14)的上部有刹车系统(13)，在钻台(14)的下部悬挂有动力卡瓦(15)，在汽车车体(19)上固定有主绞车(18)，主绞车(18)滚筒上的钢丝绳通过天车(7)定滑轮和游钩系统(10)组成游动系统，在汽车车体(19)上固定有液压小绞车(17)。
2.根据权利要求1所述的煤层气车载钻机，其特征是所述的动力水龙头(11)在滑道 之间，所述的滑道由两个平行的截面为凹形导轨组成，在井架上体(8)和井架下体(9)内侧 分别平行焊接有两个凹形导轨，在动力水龙头(11)两侧有两排平行的导轮。
专利摘要煤层气车载钻机，应用于钻煤层气井。在汽车车体的尾部固定有能向上旋转直立的起升系统，起升系统包括井架上体和井架下体，在井架上体的顶部固定有天车，在天车的下部通过钢丝绳滑轮组连接有井架上体游钩系统和动力水龙头。在井架上体的下部固定有控制箱。在汽车车体的尾部向后翻转成水平状的钻台，在钻台的上部有刹车系统，在钻台的下部悬挂有动力卡瓦。在汽车车体上固定有主绞车，主绞车滚筒上的钢丝绳通过天车定滑轮和游钩系统组成游动系统。在汽车车体上固定有液压小绞车。效果是省去了井口旋扣装置，简化井口空间，缩减井架、钻台尺寸，增强移运性，减少井场使用面积；满足了煤层气钻井的要求。
文档编号E21B7/02GK201567958SQ20092027809
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者刘洋, 朱英杰, 王雪, 纪友哲, 耿莉, 贾涛, 韩飞, 马汝涛 申请人:中国石油天然气集团公司;中国石油集团钻井工程技术研究院