钻具上卸扣装置及方法、液压钻机及其换杆系统与流程

本发明涉及石油天然气钻井，尤其涉及一种钻具上卸扣装置及方法、液压钻机及其换杆系统。

背景技术：

1、液压钻机操控钻具进行钻井作业，液压钻机包括动力头、井架、底盘、动力系统、液压系统、循环系统、进给系统、操作控制系统等；钻具是由多个分钻具首尾连接组成，动力头连接在钻具的顶部，动力头是旋转动力输出装置，带动钻具和钻头旋转；给进系统主要提升、下放动力头实现钻具提升与下放，同时控制动力头提升下放的速度实现下钻、甩钻、接钻、卸钻等功能。

2、甩钻是指当动力头提升钻具至高度h(数据通过位移传感器获得)时，执行人工冲扣、旋扣、上卸扣装置归位、自适应卸钻等过程。在执行冲扣的过程中，需要工作人员手握工具对钻具中位于最上部的两个分钻具进行解螺和，耗时耗力。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种钻具上卸扣装置及方法、液压钻机及其换杆系统、自适应卸杆及上杆方法，旨在解决在执行冲扣的过程中，需要工作人员手握工具对钻具中位于最上部的两个相连的钻具进行解螺和，耗时耗力的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种钻具上卸扣装置，用于液压钻机，包括安装座和两个夹紧装置，所述两个夹紧装置沿上下方向布设，各所述夹紧装置均包括设于所述安装座的夹紧座，各所述夹紧座上活动安装有夹紧部，处于上方的所述夹紧部用以夹持处在上方的钻具，处于下方的所述夹紧部用以夹持处在下方的钻具，两个所述夹紧座能够沿上下方向延伸的轴线相对转动。

3、可选地，两个所述夹紧座至少其中之一设置为活动夹紧座，所述活动夹紧座沿上下方向延伸的轴线转动安装于所述安装座；所述钻具上卸扣装置还包括两个第一直线驱动装置，各所述第一直线驱动装置分别驱动连接所述活动夹紧座在水平方向上的两端，用以共同驱动所述活动夹紧座活动。

4、可选地，各所述夹紧座侧部形成有容设缺口，用以供钻具侧向导入；所述夹紧部包括相对设置的两个夹紧块，两个所述夹紧块能够相对直线活动，且伸入至所述容设缺口内，以抱紧对应的所述钻具。

5、可选地，在各所述夹紧座上设有第二直线驱动装置，用以分别驱动各所述夹紧块活动。

6、可选地，所述安装座能够沿上下方向延伸的轴线转动安装，且具有其活动行程上的工作位置以及避让位置，在所述工作位置，两个所述夹紧装置能够对位并夹持钻具，在所述避让位置，两个所述夹紧装置能够避让钻具设置。

7、可选地，所述钻具上卸扣装置还包括摆动驱动装置，所述摆动驱动装置包括液压驱动装置、内摆电磁阀和外摆电磁阀、蜗轮减速机，所述液压驱动装置连接有油路；所述内摆电磁阀和外摆电磁阀均设于所述油路上；所述蜗轮减速机驱动连接所述液压驱动装置；其中，所述安装座驱动连接所述蜗轮减速机的输出轴；所述内摆电磁阀得电，所述蜗轮减速机驱动所述安装座自所述避让位置内摆至所述工作位置，所述外摆电磁阀得电，所述蜗轮减速机驱动所述安装座自所述工作位置外摆至所述避让位置。

8、可选地，还包括内摆行程开关和/或外摆行程开关，其中：所述内摆行程开关设于所述内摆电磁阀的控制电路上，用以在检测到所述安装座处在所述工作位置时，断开所述内摆电磁阀；所述外摆行程开关设于所述外摆电磁阀的控制电路上，用以在检测到所述安装座处在所述避让时，断开所述外摆电磁阀。

9、本发明提供一种钻具的上卸扣控制方法，基于所述的钻具上卸扣装置，所述钻具上卸扣装置还包括摆动驱动装置，所述摆动驱动装置包括液压驱动装置、内摆电磁阀和外摆电磁阀、蜗轮减速机，所述液压驱动装置连接有油路；所述内摆电磁阀和外摆电磁阀均设于所述油路上；所述蜗轮减速机驱动连接所述液压驱动装置；其中，所述安装座驱动连接所述蜗轮减速机的输出轴；所述内摆电磁阀得电，所述蜗轮减速机驱动所述安装座自所述避让位置内摆至所述工作位置，所述外摆电磁阀得电，所述蜗轮减速机驱动所述安装座自所述工作位置外摆至所述避让位置，两个所述夹紧座均能够转动安装，所述钻具上卸扣装置还包括分别驱动两个所述夹紧座转动的两个第一直线驱动装置；所述夹紧部包括相对设置的两个夹紧块，在各所述夹紧座上设有第二直线驱动装置，用以分别驱动各所述夹紧块活动；

10、所述钻具的上卸扣控制方法包括如下步骤：

11、在钻具被提升至第一预设位置后，控制所述内摆电磁阀得电，以使得所述安装座内摆至所述工作位置；

12、控制处于上方的两个所述第一直线驱动装置、处于下方的两个所述第一直线驱动装置、处于上方的两个所述第二直线驱动装置、处于下方的两个所述第二直线驱动装置协同工作，以完成冲扣作业；

13、在完成冲扣作业后，控制处于上方的两个所述第一直线驱动装置、处于上方的两个所述第二直线驱动装置工作，在驱动连接处于上方的钻具的动力头被控制逆时针旋转后，以完成旋扣作业；

14、在完成旋扣作业后，控制处于下方的两个所述第二直线驱动装置工作，以松开处在下方的钻具；

15、最后，控制所述外摆电磁阀得电，以使得所述安装座外摆至所述避让位置。

16、可选地，所述控制处于上方的两个所述第一直线驱动装置、处于下方的两个所述第一直线驱动装置、处于上方的两个所述第二直线驱动装置、处于下方的两个所述第二直线驱动装置协同工作，以完成冲扣作业，包括：

17、控制处于下方的两个所述第二直线驱动装置工作，以使得处于下方的两个所述夹紧块夹紧处在下方的钻具；

18、在经过第一预设时长后，控制处于上方的两个所述第一直线驱动装置工作，以使得处于上方的所述夹紧座顺时针转动；

19、在经过第二预设时长后，控制处于上方的两个所述第二直线驱动装置工作，以使得处于上方的两个所述夹紧块夹紧处在上方的钻具；

20、在经过第三预设时长后，控制处于上方的两个所述第一直线驱动装置工作，以使得处于上方的所述夹紧座逆时针转动，以完成冲扣作业。

21、可选地，所述在完成冲扣作业后，控制处于上方的两个所述第一直线驱动装置、处于上方的两个所述第二直线驱动装置工作，在驱动连接处于上方的钻具的动力头被控制逆时针旋转后，以完成旋扣作业，包括：

22、在完成冲扣作业后，控制处于上方的两个所述第二直线驱动装置工作，以使得处于上方的两个所述夹紧块松开处在上方的钻具；

23、在经过第四预设时长后，控制处于上方的两个所述第一直线驱动装置工作，以使得处于上方的所述夹紧座顺时针转动；

24、在驱动连接处于上方的钻具的动力头被控制逆时针旋转第五预设时长后，以完成旋扣作业。

25、可选地，所述在完成旋扣作业后，控制处于下方的两个所述第二直线驱动装置工作，以松开处在下方的钻具，包括：

26、在完成旋扣作业达到第六预设时长后，控制处于下方的两个所述第二直线驱动装置工作，以松开处在下方的钻具。

27、本发明提供一种液压钻机，包括所述的钻具上卸扣装置。

28、本发明提供一种液压钻机的换杆系统，包括所述的液压钻机。

29、本发明提供一种自适应上杆方法，基于所述的液压钻机的换杆系统，所述液压钻机的换杆系统还包括动力猫道装置和控制装置；所述动力猫道装置包括猫道主体、设于所述猫道主体上的运行臂、驱动所述运行臂旋转的顶升油缸、以及驱动所述运行臂直线活动的推进油缸；所述液压钻机还包括钻机主体、沿上下方向活动安装于所述钻机主体的动力头提升架、摆动安装于所述动力头提升架的动力头摆臂、设于所述动力头摆臂且驱动连接于钻具的动力头、以及驱动连接所述动力头摆臂的翘起油缸；所述控制装置和所述顶升油缸、所述推进油缸以及所述翘起油缸电连接，包括如下步骤：

30、在当前待上杆的钻具处在所述运行臂上后，控制所述顶升油缸和所述推进油缸伸缩；

31、获取所述顶升油缸伸缩的第二活动行程以及所述推进油缸伸缩的第三活动行程；

32、根据所述第二活动行程和所述第三活动行程确定所述翘起油缸的第二目标伸缩量；

33、根据所述第二目标伸缩量控制所述翘起油缸工作，以使得所述动力头上与钻具的配合结构与所述运行臂平行；

34、在所述动力头与当前待上杆的钻具结合后，控制所述动力头上扣作业；

35、在完成上扣作业后，控制所述动力头上提钻具，直到所述动力头的当前高度大于当前待上杆的钻具的长度。

36、本发明的技术方案中，钻具和钻具之间是通过螺纹连接在一起的，当需要拆卸两个相连的钻具时，驱动所述钻具上卸扣装置作业，使处于上方的所述夹紧部夹持处在上方的钻具，处于下方的所述夹紧部夹紧处在下方的钻具，当完成所述两个相连的钻具夹紧后，两个所述夹紧座沿上下方向延伸的轴线相对转动，以使所述两个相连的钻具解螺和，所述钻具上卸扣装置松开钻具，钻具继续后续的动作，方便快捷，本发明解决了在执行冲扣的过程中，需要工作人员手握工具对钻具中位于最上部的两个相连的钻具进行解螺和，耗时耗力的问题。