专利名称：自动甩钻杆装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钻井设备技术领域，具体涉及一种自动甩钻杆装置。
背景技术：
甩钻杆作业是钻井队完钻后的一项重要作业，需将钻台上的全部钻杆甩到地面钻杆架上，钻杆一般在200-400根，大型钻机钻杆为700-1000根，过去井队采用两台气动绞车同步运行，将钻杆从钻台面抬到钻杆架上，此种作业方法要求操作人员配合一致，操作过程复杂，劳动效率低，存在一定安全隐患，安全事故频发，轻者损伤钻具，重者伤及人员，现有甩钻杆装置使用存在一定局限，比如大型钻机钻台面较高，甩钻杆过程中，钻杆下降后无法拆卸吊具的弊病不适用大型高钻台钻机，并且现有的甩钻杆装置作业过程中对钻杆损伤较大。
实用新型内容本实用新型的目的就是针对上述缺陷，提供一种结构简单、操作方便、能够适用于大型高钻台钻机且对作业时对钻杆损伤较小的自动甩钻杆装置。其技术方案包括包括水平放置的支架及平台、倾斜放置的钻杆坡道，平台上设有可沿其往复运动的小车，小车前端设有钻杆缓冲装置和钻杆夹紧装置；平台的中间部分设有能够升降且可向任意一侧翻转的翻板、平台的一端设有小车止挡装置，且小车止挡装置的平台外侧连接钻杆坡道；钻杆坡道上设有可沿其滑动的挡杠装置，且挡杠装置可在钻杆坡道上翻转。具体甩杆作业操作为首先驱动小车前行至平台与钻杆坡道连接的一端，并通过小车止挡装置将小车固定，防止其后移；接着根据钻杆长度，将挡杠装置沿钻杆坡道上行至设计位置，然后将钻杆放在钻杆坡道上，其下端抵靠在挡杠装置上；然后将挡杠装置沿钻杆坡道下行至坡道底部，控制挡杠装置在钻杆坡道上翻转，将钻杆翻至小车前端，通过小车上的钻杆缓冲装置缓冲钻杆翻转的作用力，保护小车及钻杆，并通过钻杆夹紧装置将钻杆的前端夹紧；解除小车止挡装置，驱动小车夹持钻杆滑下钻杆坡道并继续沿平台滑行；当小车继续后移至翻板处，夹紧装置松开，钻杆因摩擦力的作用落在翻板上，小车继续后移到平台末端停止；最后根据实际需要控制翻板直接翻转或者升降后再翻转，从而将钻杆移动至两侧的钻杆架上。以上方案还可以进一步改进首先给出一种具体的钻杆缓冲装置和钻杆夹紧装置其为活塞缸结构，缸体壁上设有排气孔，缸体内设有滑动配合的活塞，活塞一端通过复位弹簧抵靠在缸盖上、另一端连接活塞杆，活塞杆伸出缸体外且末端设有锥形定位销，锥形定位销上设有倒钩。钻杆通过挡杠装置滑行至坡道底部时，挡杠翻转使钻杆的一端卡扣在锥形定位销上(倒钩的设计可更好的防止钻杆脱落)，然后活塞受力后移压缩复位弹簧，排气孔同时排气，从而达到缓冲钻杆的目的。作业完成后，活塞可通过复位弹簧复位。钻杆夹紧装置上设有多个通过独立气缸控制的夹臂，夹臂上设有与钻杆壁吻合的弧形卡槽。[0007]接着给出一种钻杆坡道的结构以及与其配合的挡杠装置结构钻杆坡道包括坡道斜面和其两侧设有坡道主梁，坡道斜面上设有多条用于定位钻杆的凹槽(多条凹槽的设计可实现多根钻杆同时甩杆作业)，坡道主梁上设有用于挡杠装置滑行的滑槽，为了实现挡杠装置的翻转，滑槽末端还设有突变斜面，且突变斜面的倾斜角度大于滑槽的倾斜角度。挡杠装置包括卡在滑槽内滑动的工字轮、连接两侧工字轮的连接轴以及固定在连接轴上的多个用于抵靠钻杆的挡槽(挡槽与凹槽相对应)。当挡杠装置下降到坡道底部时，由于滑行角度改变，使其发生翻转，钻杆即靠重力滑下挡杠至小车前端。挡杠装置通过液压缸、滑轮组及钢丝绳配合实现其沿钻杆滑道的滑动；滑轮组为能够多倍改变挡杠装置行程的动、定滑轮组合结构，具体倍数根据钻机的型号而定。钻杆夹紧装置上设有多个通过独立气缸控制的夹臂，夹臂上设有与钻杆壁吻合的弧形卡槽。每个夹臂分别通过各自独立的气缸控制的设计，能避免多根长短不同的钻杆同时作业时钻杆夹持不均而容易脱落的弊端，因为当钻杆一端随小车移动、另一端沿钻杆坡道滑行时，因这样按长度不同引起钻杆倾斜的角度不同，若使用同一气缸，夹臂势必对各根钻杆的夹紧程度不同，因此会导致部分较松的钻杆脱落。 为了防止气管线磨损老化，小车上还设有用于缠绕气管的卷管装置，气管通过卷管装置将气缸和电磁阀相连，在小车移动的同时将气管线进行收或放。小车止挡装置为液压缸或气缸控制的挡块，即小车运行到设计位置停止后，通过液压缸或气缸控制挡块上升，防止钻杆滑下时小车受力后移；翻板的升降和翻转通过液压缸或气缸控制，钻杆排放方式随根据实际要求，单排摆放时左右翻升采用普通气缸或液压缸，多层摆放时采用定制气缸或液压缸，能够单边起升或同时起升。自动甩钻杆装置还包括PLC控制系统，并通过遥控操作，同时设有备用操作手柄，遥控失灵时可手柄操作；小车的停止通过光电行程开关控制，动作灵敏可靠，抗疲劳，实现自动化控制。小车两侧设有限位滚轮，防止小车左右或上下倾斜；平台上还设有绷绳桩，便于在本装置异常时，可通过绷绳桩和气动绞车配合，按照原有的流程进行甩杆操作。与现有技术相比，本实用新型结构简单、操作方便，能够最大程度的提高甩钻具作业施工的安全保障；大幅度缩短了作业时间，提高劳动生产率；有效降低了钻具损伤程度；改善了操作人员劳动强度，减少了作业人员，提高了经济效益，非常适用于现有的钻机钻台尤其是大型高钻机钻台的甩杆作业。
图I是本实用新型一种实施例的结构示意图；图2是钻杆坡道的结构示意图；图3是挡杠装置的结构示意图；图4是滑轮组的连接原理示意图；图5是挡杠装置的翻转过程示意图；图6是小车的结构侧视图；图7是小车的结构后视图；图8是钻杆缓冲装置的结构示意图；[0023]图9是夹臂的结构侧视图；图10是夹臂的结构后视图；图11是夹臂的结构俯视图；图12是电机及传动机构的结构示意图；图13是翻板及液压缸配合翻转的结构示意图；图中1、支架及平台1，1. I、前支架及平台，I. 2、后支架及平台，2、钻杆坡道，2. I、坡道主梁，2. 2、滑槽，2. 3液压缸，2. 4、动滑轮，2. 6-2. 6、定滑轮，2. 7、钢丝绳，3、小车，3. I、限位滚轮，3. 3护罩,4、翻板,5、钻杆缓冲装置,5. I、缸体,5. 2、活塞、5. 3复位弹簧，5. 4、锥形定位销，5. 5倒钩，5. 6排气孔，5. 7、活塞杆，6、钻杆夹紧装置，6. I、夹紧气缸，6. 2夹臂，
6.3弧形卡槽，6. 4销子，7、卷管器7，8、挡杠装置，8. I、连接轴，8. 2、工字轮，8. 3、挡槽，8. 4、辅助滚轮，9、电机以及传动机构，9. I、电机，9. 2、减速机，9. 3、链条，9. 4、转动轴，9. 5、转轮，
10、储气罐10，11、液压站，12、小车止挡装置，13、气缸，14、绷绳桩，15、钻杆。
具体实施方式
下面结合具体附图，对本实用新型做进一步的说明。参见图I，首先给出一种自动甩钻杆装置的整体结构，其以水平放置的支架及平台I和倾斜放置的钻杆坡道2为主体，其中支架及平台I分为前支架及平台I. I和后支架及平台1.2，二者相连接一端分别设有通过气缸13控制升降或翻转的翻板4(参照图13)，后支架及平台I. 2的另一端设有小车止挡装置12 (由气缸和其控制升降的挡块组成)，前支架及平台的左末端设有绷绳桩14，后支架及平台I. 2的右末端连接钻杆坡道I. 2，其上设有可沿其滑动的挡杠装置8。支架及平台I上安装有沿其往复运动的小车3，小车3的前端安装有三套钻杆缓冲装置5和钻杆夹紧装置6 (气缸控制)、后端安装有卷管器7 ;小车3通过电机以及传动机构9控制往复运动，后支架及平台下2设有用于为装置的液压缸和气缸提供动力的液压站11和储气罐10。然后分别自动甩钻杆装置的各个部分的结构进行详细说明。参照图2-3，钻杆坡道2包括主体的坡道斜面和两侧设有坡道主梁2. 1，坡道斜面上设有三条用于定位钻杆的凹槽，坡道主梁2. I设有滑槽2. 2，其内安装挡杠装置8 ;挡杠装置8包括卡在滑槽2. 2内滑动的工字轮8. 2、连接两侧工字轮8. 2的连接轴8. I、固定在连接轴8. I上的三个挡槽8. 3以及辅助滚轮8. 4 ;挡杠装置8通过两侧同步的液压缸2. 3、滑轮组以及钢丝绳2. 7配合实现其在钻杆坡道2的滑动(及工字轮8. 2在滑槽2. 2内滑动)；每套滑轮组包括上部单独固定的一个定滑轮2. 6、下部并置两个定滑轮2. 5以及中间并置的两个且可移动的动滑轮2. 4，动滑轮2. 4的移动通过液压缸2. 3提供动力，其具体连接原理见图4，其中图中的a点连接液压缸2. 3,6点连接挡杠装置8，当液压缸2. 3的活塞杆伸出驱动定滑轮2. 4上移时，通过动定滑轮配合，即可实现挡杠装置8通过4倍行程上移至滑槽2. 2的上限，当液压缸2. 3的活塞杆缩回后，挡杠装置5即可在重力作用下反方向复位。参照图5，滑槽2. 2的末端设有斜面，且其倾斜的角度大于滑槽2. 2主体的倾斜角度，即当钻杆15抵靠在挡杠装置8上并沿滑槽2. 2下滑至斜面时，挡杠装置8发生翻转，即挡杠装置8中的挡槽8. 3平面与钻杆坡面的夹角由109度变为129度，此时钻杆15从挡杠装置8翻下至小车3上。[0034]参照图6-11，支架及平台I的两侧设有工字钢横梁，小车3通过限位滚轮3. I卡在其凹槽内，小车3前端设有小车3的前端安装有三套钻杆缓冲装置5和钻杆夹紧装置6(气缸控制)、后端安装有卷管器7、底部通过钢丝绳3. 3与电机以及传动机构9连接。钻杆缓冲装置5为无动力气缸结构，缸体5. I的壁上排气孔5. 6，缸体5. I内设有滑动配合的活塞5. 2，活塞5. 2 一端通过复位弹簧5. 3抵靠在缸盖上、另一端连接活塞杆5. 7，活塞杆5. 7伸出缸体5. I外且末端设有锥形定位销5. 4，锥形定位销5. 4的前端设有倒钩5. 5。钻杆夹紧装置6包括并列的三个夹紧气缸6. I及其分别控制的三个夹臂6. 2，夹臂6. 2前端设有与钻杆壁相吻合的弧形卡槽6. 3、背面设有销孔，夹持单根钻杆时用销子6. 4将三个夹臂6. 2连接在一起。参照图12-13，电机及传动机构9用于驱动小车的往复运动，包括电机9. I、减速机
9.2，减速机9. 2通过链条9. 3驱动转动轴9. 4，转动轴9. 4两端设有转轮9. 5，其上通过钢丝绳与小车连接。；同时前、后支架及平台相背离的一端分别设有光电行程开关，用于控制 小车行驶到设计位置时可自动停止，动作灵敏可靠，抗疲劳，实现自动化控制。整个装置通过PLC控制系统，并通过遥控操作，同时设有备用操作手柄，遥控失灵时可手柄操作。具体操作过程为I、控制液压缸2. 3驱动动滑轮2. 4上移，在定滑轮2. 5,2. 6的配合下，钢丝绳牵引挡杠装置8两侧的工字轮8. 2的以四倍行程沿钻杆坡道2上的滑槽2. 2上移至设计位置停止。2、启动电机及传动机构9,通过钢丝绳牵引小车3前行，当小车7接触后支架及平台I. 2上的光电行程开关时自动停止，然后控制止挡气缸驱动挡块上升并抵靠在小车滚轮的后面，防止小车后移。3、钻台人员将三根钻杆15依次用气动绞车防止在坡道的凹槽内，其下端抵靠在挡杠装置8的挡槽8. 3上，然后控制挡杠装置8下移。4、当工字轮8. 2下滑至斜面时，由于挡槽8. 3平面与钻杆坡面的夹角由109度变为129度，挡槽8. 3发生翻转，钻杆15即在重力作用下继续滑向小车3，钻杆15的前端正好卡扣在钻杆缓冲装置3中的锥形定位销5. 4上，并由于惯性作用压缩活塞杆5. 7及活塞5. 2沿缸体5. I后移，同时排气孔5. 6排气、复位弹簧5. 3压缩发生形变，从而达到缓冲钻杆15翻转冲力的目的。5、控制三套夹紧气缸6. I分别驱动各自的夹臂6. 2动作，使其前端的弧形卡槽6. 3紧紧卡主钻杆15的下端并一直保持在受力状态；然后通过止挡气缸控制挡块下降，解除止挡状态，操作小车3带动钻杆15由钻杆坡道2滑下并沿平台后移。6、当小车3运动到钻杆排放位置(即翻板4处)时，此时夹紧气缸6. I分别驱动各自的夹臂6. 2动作，松开钻杆15后，小车3继续后退，钻杆15即正好落在平台上的翻板4上(此时复位弹簧5. 3使缓冲气缸复位)，小车3后退至接触前支架及平台I. I末端光电行程开关后自行停止。8、通过控制一侧的气缸13举升，即可实现翻板4向一侧翻转，此时钻杆15即可滚入钻杆架完成甩杆作业，如果钻杆架为多层，即可通过先控制两侧气缸13同时举升或下降，然后单独控制一侧的气缸举升，即可实现钻杆分别滚入各层钻杆架。[0045]由于小车上的钻杆夹紧装置6采用气缸控制，因此在小车3运动过程中，其上的卷管器7用于及时收放气管。在本装置发生异常时，可通过前支架及平台I. I上的绷绳桩14和气动绞车配合，按照原有的流程进行甩杆操作。·
权利要求1.一种自动甩钻杆装置，其特征是包括水平放置的支架及平台、倾斜放置的钻杆坡道；所述平台上设有可沿其往复运动的小车，所述的小车前端设有钻杆缓冲装置和钻杆夹紧装置；所述平台的中间部分设有能够升降且可向任意一侧翻转的翻板、平台的一端设有小车止挡装置，且小车止挡装置的平台外侧连接钻杆坡道；所述的钻杆坡道上设有可沿其滑动的挡杠装置，且挡杠装置可在钻杆坡道上翻转。
2.根据权利要求I所述的自动甩钻杆装置，其特征是所述的钻杆缓冲装置为活塞缸结构，缸体壁上设有排气孔，缸体内设有滑动配合的活塞，活塞一端通过复位弹簧抵靠在缸盖上、另一端连接活塞杆，活塞杆伸出缸体外且末端设有锥形定位销，锥形定位销的上设有倒钩。
3.根据权利要求2所述的自动甩钻杆装置，其特征是所述的钻杆坡道包括坡道斜面和其两侧设有坡道主梁，坡道斜面上设有多条用于定位钻杆的凹槽，坡道主梁上设有用于挡杠装置滑行的滑槽。
4.根据权利要求3所述的自动甩钻杆装置，其特征是所述的滑槽末端设有突变斜面，且突变斜面的倾斜角度大于滑槽的倾斜角度。
5.根据权利要求3或4所述的自动甩钻杆装置，其特征是所述的挡杠装置包括卡在滑槽内滑动的工字轮、连接两侧工字轮的连接轴以及固定在连接轴上的多个用于抵靠钻杆的挡槽。
6.根据1-4任一权利要求所述的自动甩钻杆装置，其特征是所述的钻杆夹紧装置上设有多个通过独立气缸控制的夹臂，夹臂上设有与钻杆壁吻合的弧形卡槽；所述的小车上还设有用于缠绕气管的卷管装置。
7.根据权利要求5所述的自动甩钻杆装置，其特征是所述的挡杠装置通过液压缸、滑轮组及钢丝绳配合实现其沿钻杆滑道的滑动；所述的滑轮组为能够多倍改变挡杠装置行程的动、定滑轮组合结构。
8.根据权利要求7所述的自动甩钻杆装置，其特征是所述的钻杆夹紧装置上设有多个通过独立气缸控制的夹臂，夹臂上设有与钻杆壁吻合的弧形卡槽；所述的小车上还设有用于缠绕气管的卷管装置。
9.根据权利要求8所述的自动甩钻杆装置，其特征是所述的小车止挡装置为液压缸或气缸控制的挡块；所述的翻板的升降和翻转通过液压缸或气缸控制；所述的小车两侧设有限位滚轮；所述的平台上还设有绷绳桩。
10.根据权利要求9所述的自动甩钻杆装置，其特征是所述的自动甩钻杆装置还包括PLC控制系统，并通过遥控操作。
专利摘要本实用新型涉及钻井设备技术领域，具体涉及一种自动甩钻杆装置，其技术方案是包括水平放置的支架及平台、倾斜放置的钻杆坡道；所述平台上设有可沿其往复运动的小车，所述的小车前端设有钻杆缓冲装置和钻杆夹紧装置；所述平台的中间部分设有能够升降且可向任意一侧翻转的翻板、平台的一端设有小车止挡装置，且小车止挡装置的平台外侧连接钻杆坡道；所述的钻杆坡道上设有可沿其滑动的挡杠装置，且挡杠装置可在钻杆坡道上翻转。本实用新型结构简单、操作方便，能够最大程度的提高甩钻具作业施工的安全保障；缩短了作业时间，有效降低了钻具损伤程度，改善了操作人员劳动强度，非常适用于现有的钻机钻台尤其是大型高钻机钻台的甩杆作业。
文档编号E21B19/00GK202627991SQ201220272849
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者李培磊, 张洪强 申请人:东营市鸿达石油设备制造厂