一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统，包括钻杆、自动排放系统及底座，自动排放系统包括钻杆抓取机构，水平气缸及钻杆承载转盘，钻杆承载转盘上设有安装孔，安装孔内均匀设有伸缩凸起，钻杆上设有红外发射器，伸缩凸起上设有红外传感器；钻杆抓取机构连接于水平气缸，钻杆抓取机构包括升降电机、线性模组及钻杆抓取头，升降电机的下端连接有线性模组，线性模组的背面连接有线性模组连接块，线性模组连接块连接水平气缸，线性模组的正面连接有线性模组滑块，线性模组滑块连接钻杆抓取头，钻杆抓取头内安装有抓取气缸，抓取气缸上连接有夹爪。本发明增加钻杆存放装置，引入抓取部件抓取在存放装置内的钻杆，抓取效果良好。
【专利说明】—种应用于开采油田的钻杆自动排放系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及钻杆自动排放系统，尤其是一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统。
【背景技术】
[0002]油田是单一地质构造(或地层)因素控制下的、同一产油气面积内的油气藏总和。一个油气田可能有一个或多个油气藏。在同一面积内主要为油藏的称油田，主要为气藏的称气田。按控制产油气面积内的地质因素，将油气田分为3类:①构造型油气田。指产油气面积受单一的构造因素控制，如褶皱和断层。②地层型油气田，区域背斜或单斜构造背景上由地层因素控制(如地层的不整合、尖灭和岩性变化等)的含油面积。③复合型油气田。产油气面积内不受单一的构造或地层因素控制，而受多种地质因素控制的油气田。在油田开采中抽油机为常见的机具设备。
[0003]钻杆排放系统，又称为自动排管机、二层台机械手，是海洋钻井平台钻井船上重要的井口机械化设备之一。在钻井起下钻作业过程中，该系统承担对管状类钻具(钻杆、钻铤、套管等)进行夹持、提升、下放、平移和回转等操作，并结合液控、气控、电控和微机控制，实现钻具在井口与排放架之间的移运、定位、排放、储运等作业流程。同时，通过控制区的监控系统，可实时显示和记录作业工序、设备的工作状况以及钻具的档案资料，实现对钻具的科学化和系统化管理。
[0004]因海洋钻井平台钻井船的特殊和恶劣作业环境限制，也由于国家和行业内的相关法律法规对作业人员的要求，使得海洋钻机对钻杆自动排放系统的需求量呈现出逐年上升的趋势。
[0005]目前广泛使用的钻杆自动排放系统，不仅结构复杂，操作困难，而且常出现对钻杆夹持、提升、下方、平移和回转不到位的情况，易发生故障。影响工作效率，且存在巨大的安全隐患。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统，增加钻杆存放装置，钻杆可稳定的放置于存放装置内，故能够及时投入使用，简化了钻杆自动排放的过程。引入抓取部件抓取在存放装置内的钻杆，通过上下升降实现，抓取效果良好，可避免钻杆脱落。同时，借助水平气缸实现对抓取部件的水平移动。本发明结构简单，制造成本低，在实际使用中十分稳定。
[0007]为了解决上述技术问题，采用如下技术方案:
[0008]—种应用于开米油田的钻杆自动排放系统，包括钻杆、自动排放系统及底座，底座上安装有支架，其特征在于:自动排放系统包括钻杆抓取机构，水平气缸及钻杆承载转盘，钻杆承载转盘上设有安装孔，安装孔与钻杆相匹配，安装孔内均匀设有伸缩凸起，伸缩凸起作用于钻杆；钻杆上设有红外发射器，伸缩凸起上设有红外传感器，红外发射器与红外传感器相匹配；钻杆承载转盘的下端连接有驱动箱体，驱动箱体连接底座，驱动箱体内安装有电机，电机上连接有蜗杆，蜗杆上连接有蜗轮，蜗杆与蜗轮相匹配，蜗轮上连接有转轴，转轴的另一端连接钻杆承载转盘；水平气缸安装于支架的上端；钻杆抓取机构连接于水平气缸，钻杆抓取机构包括升降电机、线性模组及钻杆抓取头，升降电机安装于钻杆抓取机构的上端，升降电机的下端连接有联轴器，联轴器的下端连接有线性模组，线性模组的背面连接有线性模组连接块，线性模组连接块连接水平气缸，线性模组的正面连接有线性模组滑块，线性模组滑块连接钻杆抓取头，钻杆抓取头与钻杆相匹配，钻杆抓取头内安装有抓取气缸，抓取气缸上连接有夹爪，夹爪作用于钻杆。钻杆承载转盘用于存放钻杆，存放中的钻杆可及时投入使用，为开采油田作业节省时间，提高工作效率，加快工作进度；钻杆具体存放于安装孔内，安装孔借助伸缩凸起实现对钻杆的固定，伸缩凸起可伸缩，在确保钻杆稳定性同时方便存取钻杆，结构简单，实用性强。伸缩凸起的伸缩动作由红外发射器与红外传感器控制:当钻杆接近伸缩凸起时，控制红外发射器发射红外线，红外传感器接收红外线信号，进而控制伸缩凸起收缩，钻杆进入安装孔内，然后关闭红外发射器，伸缩凸起伸出并以强有力的力抵住钻杆，使钻杆获得优异的稳定性；当钻杆要抽离安装孔时，红外发射器再次发射红外线，伸缩凸起收缩，钻杆脱离安装孔。且钻杆承载转盘可旋转，通过电机、蜗杆及蜗轮实现，在旋转间实现将指定的钻杆放置于可被抓取的位置，故可根据实际要求选择匹配的钻杆投入作业，灵活性及实用性强。升降电机控制线性模组滑块上下滑动，从而带动钻杆抓取头上下移动，在抓取钻杆时，将钻杆抓取头下降至指定位置方能完成对钻杆的抓取。钻杆抓取头借助抓取气缸与夹爪实现对钻杆的抓取，抓取气缸控制夹爪在水平方向上移动，当夹爪相互收缩时，能够牢牢夹住钻杆，抓取效果极佳，可避免钻杆在移动或工作时发生脱落。线性模组连接块与水平气缸相互配合，实现钻杆抓取机构水平移动，结构简单，实用性强。
[0009]进一步，钻杆的下端设有安装套环，安装套环与安装孔相匹配；安装套环上均匀安装有红外发射器，伸缩凸起作用于安装套环。安装套环不仅能够令其被伸缩凸起夹紧，从而使钻杆获得优异的稳定性。而且避免伸缩凸起对钻杆施力过大而导致钻杆磨损，延长钻杆使用寿命。
[0010]进一步，钻杆的上端设有钻杆头，钻杆头与夹爪相匹配；夹爪的下端设有限位凸起，限位凸起作用于钻杆头，夹爪的内表面设有摩擦纹，摩擦纹作用于钻杆头。限位凸起能够抵住钻杆头，提高夹爪对钻杆的抓取效果；摩擦纹使得夹爪与钻杆头之间的摩擦力增大，进一步提高夹爪对钻杆的抓取效果
[0011]进一步，水平气缸设有第一活塞杆，线性模组连接块上形成有凹槽，活塞杆与凹槽相匹配。第一活塞杆嵌入凹槽，在水平气缸的带动下线性模组连接块能够带动钻杆抓取机构水平移动。
[0012]进一步，线性模组连接块上安装有光电传感器，线性模组滑块的侧面安装有感应片，光电传感器与感应片相互配合。光电传感器与感应片相互配合工作，能够确定线性模组滑块的垂直位置，避免其滑移过高或过低。
[0013]进一步，线性模组滑块上连接有连接板，连接板的下端连接有钻杆抓取头。
[0014]进一步，抓取气缸的左侧、右侧、正面及背面均连接有第二活塞杆，第二活塞杆上连接有夹爪。夹爪分布于抓取气缸的四个方向，故其抓取效果佳。
[0015]进一步，钻杆承载转盘与驱动箱体之间连接有缓冲垫。起缓冲作用。
[0016]由于采用上述技术方案，具有以下有益效果:
[0017]本发明为一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统，增加钻杆存放装置，钻杆可稳定的放置于存放装置内，故能够及时投入使用，简化了钻杆自动排放的过程。引入抓取部件抓取在存放装置内的钻杆，通过上下升降实现，抓取效果良好，可避免钻杆脱落。同时，借助水平气缸实现对抓取部件的水平移动。本发明结构简单，制造成本低，在实际使用中十分稳定。
[0018]钻杆承载转盘用于存放钻杆，存放中的钻杆可及时投入使用，为开采油田作业节省时间，提高工作效率，加快工作进度；钻杆具体存放于安装孔内，安装孔借助伸缩凸起实现对钻杆的固定，伸缩凸起可伸缩，在确保钻杆稳定性同时方便存取钻杆，结构简单，实用性强。伸缩凸起的伸缩动作由红外发射器与红外传感器控制:当钻杆接近伸缩凸起时，控制红外发射器发射红外线，红外传感器接收红外线信号，进而控制伸缩凸起收缩，钻杆进入安装孔内，然后关闭红外发射器，伸缩凸起伸出并以强有力的力抵住钻杆，使钻杆获得优异的稳定性；当钻杆要抽离安装孔时，红外发射器再次发射红外线，伸缩凸起收缩，钻杆脱离安装孔。且钻杆承载转盘可旋转，通过电机、蜗杆及蜗轮实现，在旋转间实现将指定的钻杆放置于可被抓取的位置，故可根据实际要求选择匹配的钻杆投入作业，灵活性及实用性强。升降电机控制线性模组滑块上下滑动，从而带动钻杆抓取头上下移动，在抓取钻杆时，将钻杆抓取头下降至指定位置方能完成对钻杆的抓取。钻杆抓取头借助抓取气缸与夹爪实现对钻杆的抓取，抓取气缸控制夹爪在水平方向上移动，当夹爪相互收缩时，能够牢牢夹住钻杆，抓取效果极佳，可避免钻杆在移动或工作时发生脱落。线性模组连接块与水平气缸相互配合，实现钻杆抓取机构水平移动，结构简单，实用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0020]图1为本发明一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统的结构示意图；
[0021]图2为本发明中钻杆夹取机构的结构示意图；
[0022]图3为图2中A向的结构示意图；
[0023]图4为本发明中钻杆的结构示意图；
[0024]图5为本发明中钻杆承载转盘连接驱动箱体时的结构示意图；
[0025]图6为本发明中电机、蜗轮及蜗杆的连接示意图；
[0026]图7为本发明中钻杆承载转盘的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]图1至图7所不,一种应用于开米油田的钻杆自动排放系统,包括钻杆23、自动排放系统及底座I。钻杆23用于开挖钻孔，寻找油田，在钻孔过程中需要经常对钻杆23进行移动或更换，而自动排放系统则能够完成对钻杆23的移动或更换。钻杆23的下端设有安装套环24，安装套环24包覆钻杆23，安装套环24上开设有4个贯通孔(图中未标出)，4个贯通孔分别设于安装套环24的4个方向，贯通孔内嵌入有封闭保护罩，封闭保护罩透明，封闭保护罩内设有红外发射器25,红外发射器25开启时,能够向外界发射红外线。钻杆23的上端设有设有钻杆头26，钻杆头26为正方形，且钻杆头26的尺寸大于钻杆23主体的尺寸，故当钻杆头26下部有部件抵住时，能够将钻杆提起或固定。底座I搭设于地面上，底座I的上端架有两个支架2，支架2为钢支架，支架2用于支撑自动排放系统。
[0028]自动排放系统包括钻杆承载转盘3，水平气缸7及钻杆抓取机构9。钻杆承载转盘3用于存放钻杆23，钻杆承载转盘3上设有4个安装孔4，4个安装孔4均匀设于钻杆承载转盘3的4个方向。安装孔4与钻杆23的安装套环24相匹配，安装孔4内均匀设有伸缩凸起31，伸缩凸起31作用于安装套环24，伸缩凸起31可伸缩，伸缩凸起31伸展时能够夹紧安装套环24。伸缩凸起31上设有红外传感器32，当红外传感器32接收到红外信号时，红外传感器32控制伸缩凸起31收缩；当红外传感器32未接收到红外信号时，伸缩凸起31伸出夹紧安装套环24。安装孔4借助伸缩凸起31实现对钻杆23的固定，伸缩凸起31可伸缩，在确保钻杆23稳定性同时方便存取钻杆23，结构简单，实用性强。伸缩凸起31的伸缩动作由红外发射器25与红外传感器32控制:当钻杆23接近伸缩凸起31，即摆放钻杆23时，控制红外发射器25发射红外线，红外传感器32接收红外线信号，进而控制伸缩凸起31收缩，钻杆23进入安装孔4内。待钻杆23摆正位置后，关闭红外发射器25，伸缩凸起31伸出并以强有力的力抵住钻杆23，使钻杆23获得优异的稳定性；当钻杆23要抽离安装孔4时，控制红外发射器25再次发射红外线，红外传感器32接收红外线信号，进而控制伸缩凸起31收缩，此时钻杆23可抽离安装孔4。同时，安装套环24可避免伸缩凸起31对钻杆23施力过大而导致钻杆23磨损，延长钻杆23使用寿命。
[0029]钻杆承载转盘3的下端连接有驱动箱体6，驱动箱体6连接底座1，驱动箱体6内安装有电机27，电机27上连接有蜗杆28，蜗杆28上连接有蜗轮30，蜗轮30与蜗杆28上均设有轮齿。蜗轮30的轮齿与蜗杆28的轮齿相互螯合，起到传动作用。蜗轮30的中间连接有转轴29，转轴29的另一端连接钻杆承载转盘3。当电机27工作时，电机27带动蜗杆28旋转，借助轮齿的螯合作用，带动蜗轮30旋转，进而转轴29旋转，转轴29旋转可使钻杆承载转盘3旋转。由于钻杆承载转盘3通过电机27、蜗杆28及蜗轮30可实现旋转，在旋转间实现更换钻杆23，故可根据实际要求选择匹配的钻杆23投入作业，灵活性及实用性强。更换过程如下:首先开启电机27，旋转钻杆承载转盘3，将空闲的安装孔4旋转至钻杆23将到达的位置，然后将钻杆23放入该安装孔4内；接着旋转钻杆承载转盘3，将待更换的钻杆23旋转至可被抓取的位置，并将其抓取，实现简单更换。同时，钻杆承载转盘3与驱动箱体6之间连接有缓冲垫5，起缓冲作用。
[0030]两个支架2的上端各有一处镂空，在镂空处安装有水平气缸7。水平气缸7由缸筒、端盖、活塞及第一活塞杆8组成，第一活塞杆8上连接钻杆抓取机构9。当水平气缸7工作时，钻杆抓取机构9能够沿着活塞杆作水平运动。钻杆抓取机构9包括升降电机10、线性模组33及钻杆抓取头12。升降电机10安装于钻杆抓取机构9的上端，升降电机10工作时，能够实现钻杆抓取机构9升降。升降电机10的下端连接有联轴器11，联轴器11连接升降电机10及线性模组33，用于传递机械扭矩。联轴器11的下端连接有线性模组33。线性模组33的背面连接有线性模组连接块13，线性模组连接块13上形成有凹槽23，凹槽23与第一活塞杆8相匹配，故线性模组连接块13连接水平气缸7，实现钻杆抓取机构9水平移动。
[0031]线性模组33的正面连接有线性模组滑块14，当升降电机10启动时，线性模组滑块14能够上下移动。线性模组滑块14上连接有连接板15，连接板15的下端连接有钻杆抓取头12，故线性模组滑块14能够带动钻杆抓取头12上下移动。钻杆23可进入钻杆抓取头12内，并在钻杆抓取头12的作用下被抓取。钻杆抓取头12内安装有抓取气缸18，抓取气缸18的左侧、右侧、正面及背面均连接有第二活塞杆19，第二活塞杆19上连接有夹爪20。当抓取气缸18工作时，在第二活塞杆19的作用下，夹爪20能够在第二活塞杆19的方向上移动。夹爪20用于抓取钻杆23，夹爪20的下端设有限位凸起21，限位凸起21作用于钻杆头26，限位凸起21通过抵住钻杆头26而固定钻杆23。夹爪20的内表面设有摩擦纹22，摩擦纹22使得夹爪20与钻杆头26之间的摩擦力更大，进一步提高抓取效果。抓取气缸18控制夹爪20在水平方向上移动，当夹爪20相互收缩时，能够牢牢夹住钻杆23，抓取效果极佳，可避免钻杆23在移动或工作时发生脱落。
[0032]线性模组连接块13上安装有光电传感器17，光电传感器17有三个，由上而下依次均匀排列。线性模组滑块14的侧面安装有感应片16，光电传感器17与感应片16相互配合，光电传感器17能够接收感应片16发出的信号，从而确定线性模组滑块14的垂直位置。光电传感器17与感应片16相互配合工作，避免线性模组滑块14滑移过高或过低。钻杆抓取机构9的抓取原理如下:首先钻杆抓取机构9在水平气缸7上作水平运动，使钻杆抓取机构9运动至待抓取钻杆23的正上方。然后开启升降电机10，线性模组滑块14带动钻杆抓取头12下降。钻杆抓取头12在下降过程中，钻杆23逐渐进入钻杆抓取头12内，同时借助感应片16与光电传感器17控制钻杆抓取头12下降至指定的位置(即可抓取钻杆23的位置)。待钻杆抓取头12下降至指定位置后，开启抓取气缸18，将4个夹爪20收缩，夹爪20在收缩过程中，限位凸起21抵住钻杆头26的下部，摩擦纹22与钻杆头26的侧面紧贴，从而实现牢固抓取。将钻杆23抓取后，控制升降电机10将钻杆抓取头12上升至原有的高度，再开启水平气缸7，将钻杆23运送至钻孔的位置。
[0033]以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种应用于开米油田的钻杆自动排放系统，包括钻杆、自动排放系统及底座，所述底座上安装有支架，其特征在于:所述自动排放系统包括钻杆抓取机构，水平气缸及钻杆承载转盘，所述钻杆承载转盘上设有安装孔，所述安装孔与所述钻杆相匹配，所述安装孔内均匀设有伸缩凸起，所述伸缩凸起作用于所述钻杆；所述钻杆上设有红外发射器，所述伸缩凸起上设有红外传感器，所述红外发射器与所述红外传感器相匹配；所述钻杆承载转盘的下端连接有驱动箱体，所述驱动箱体连接所述底座，所述驱动箱体内安装有电机，所述电机上连接有蜗杆，所述蜗杆上连接有蜗轮，所述蜗杆与所述蜗轮相匹配，所述蜗轮上连接有转轴，所述转轴的另一端连接所述钻杆承载转盘；所述水平气缸安装于所述支架的上端；所述钻杆抓取机构连接于所述水平气缸，所述钻杆抓取机构包括升降电机、线性模组及钻杆抓取头，所述升降电机安装于所述钻杆抓取机构的上端，所述升降电机的下端连接有联轴器，所述联轴器的下端连接有线性模组，所述线性模组的背面连接有线性模组连接块，所述线性模组连接块连接所述水平气缸，所述线性模组的正面连接有线性模组滑块，所述线性模组滑块连接所述钻杆抓取头，所述钻杆抓取头与所述钻杆相匹配，所述钻杆抓取头内安装有抓取气缸，所述抓取气缸上连接有夹爪，所述夹爪作用于所述钻杆。
2.根据权利要求1所述一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统，其特征在于:所述钻杆的下端设有安装套环，所述安装套环与所述安装孔相匹配；所述安装套环上均匀安装有红外发射器，所述伸缩凸起作用于所述安装套环。
3.根据权利要求1所述一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统，其特征在于:所述钻杆的上端设有钻杆头，所述钻杆头与所述夹爪相匹配；所述夹爪的下端设有限位凸起，所述限位凸起作用于所述钻杆头，所述夹爪的内表面设有摩擦纹，所述摩擦纹作用于所述钻杆头。
4.根据权利要求1所述一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统，其特征在于:所述水平气缸设有第一活塞杆，所述线性模组连接块上形成有凹槽，所述活塞杆与所述凹槽相匹配。
5.根据权利要求1所述一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统，其特征在于:所述线性模组连接块上安装有光电传感器，所述线性模组滑块的侧面安装有感应片，所述光电传感器与所述感应片相互配合。
6.根据权利要求1所述一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统，其特征在于:所述线性模组滑块上连接有连接板，所述连接板的下端连接有所述钻杆抓取头。
7.根据权利要求1所述一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统，其特征在于:所述抓取气缸的左侧、右侧、正面及背面均连接有第二活塞杆，所述第二活塞杆上连接有所述夹爪。
8.根据权利要求1所述一种应用于开采油田的钻杆自动排放系统，其特征在于:所述钻杆承载转盘与所述驱动箱体之间连接有缓冲垫。
【文档编号】E21B19/14GK104358532SQ201410616069
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】连宏, 宾建军, 刘廷鹏, 张涧 申请人:杭州海勒科技有限公司