專利名稱：鉆桿定位裝卸卡鉗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油田機械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
油氣鉆井的鉆桿裝卸作業(yè)主要由人力進行，石油鉆桿由井架懸吊于井口上方，由石油工人將鉆桿扶正到正確位置，用人力將鉆桿與下一級鉆桿旋扣安裝到位。這種作業(yè)方式不僅需要高強度體力勞動，安裝精度依賴操作人員操作水平，還具有很高的危險性。在目前的鉆井作業(yè)中，鉆桿一般是吊運至井口旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上方，由若干名技術(shù)人員手扶對準(zhǔn)螺紋，借助大鉗進行定位，手動旋緊至下一級鉆桿進行下鉆作業(yè)。這種工作方式需要大量體力勞動，鉆井設(shè)備的大量油污也使得工作條件非常惡劣。拆卸鉆桿過程與安裝鉆桿同樣需要大量體力勞動。裝卸鉆桿過程中比較依賴操作人員的經(jīng)驗和主觀判斷。安全性較差。一方面，鉆井如果發(fā)生井噴，很容易導(dǎo)致井口正在作業(yè)的工人受傷；另一方面，較為沉重的鉆桿如側(cè)向倒下或墜落，也將對下方工人生命安全產(chǎn)生重大威脅。鉆井平臺井口安全事故具有難預(yù)見性和難避免性，即使生產(chǎn)過程中嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，設(shè)備零件制作達標(biāo)， 仍然有不可控制的地質(zhì)因素或其他自然因素可以導(dǎo)致安全事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種盡可能的減少工作人員在井口的工作時間、加大操作時工人與井口設(shè)備的距離，提高裝卸鉆桿的精度，可以代替人力執(zhí)行鉆桿裝卸工作的鉆桿定位裝卸卡鉗。本發(fā)明是由裝卸部分、定位部分、輔助部分三部分組成
a、裝卸部分鉆桿定位卡鉗直接安裝于鉆桿卡鉗架上，旋緊卡鉗安裝于鉆桿旋緊環(huán)上，鉆桿旋緊環(huán)由鉆桿旋緊電機驅(qū)動，鉆桿旋緊卡鉗，鉆桿旋緊環(huán)與鉆桿旋緊電機構(gòu)成的系統(tǒng)安裝在鉆桿卡鉗架上，鉆桿卡鉗架上部裝有鉆桿緩沖環(huán)，鉆桿卡鉗架與鉆桿定位卡鉗、鉆桿旋緊卡鉗、鉆桿旋緊環(huán)、鉆桿旋緊電機、鉆桿緩沖環(huán)由縱向絲杠驅(qū)動；
b、定位部分縱向絲杠驅(qū)動鉆桿卡鉗架在縱向運動支架上作平動，縱向絲杠剛性固定于鉆桿卡鉗架上，鉆桿卡鉗架螺紋部分位于橫向運動支架內(nèi)部，由縱向絲杠驅(qū)動電機驅(qū)動； 縱向絲杠上有感應(yīng)導(dǎo)軌，隱藏于橫向運動支架內(nèi)部；縱向運動支架安裝在橫向運動支架上， 橫向運動支架由橫向絲杠驅(qū)動，由橫向感應(yīng)導(dǎo)軌控制和校正；機座上的橫向絲杠驅(qū)動電機驅(qū)動橫向絲杠；
C、輔助部分支架配重安裝于橫向運動支架上，縱向運動支架的對側(cè)。本發(fā)明應(yīng)用不僅是降低油氣井開采成本、提高工程質(zhì)量的需要，更是保障石油工人人身安全，提高工人工作條件的需要。鉆桿定位安裝卡鉗，可以代替人力執(zhí)行鉆桿裝卸工作，本裝置運用現(xiàn)有成熟技術(shù)，用兩組液壓卡鉗抓取和旋緊鉆桿，兩個軸向的絲杠控制卡鉗水平位置，并由感應(yīng)導(dǎo)軌監(jiān)控位移，達到自動裝卸鉆桿的效果。本發(fā)明有如下有益效果I、安全性高。生產(chǎn)過程中需要人員接觸鉆桿的步驟是設(shè)定安裝，在設(shè)定安裝時由于固定卡鉗夾緊待安裝鉆桿，在緊急情況下(如井噴和鉆桿墜落)所有作用力都由鉆桿定位裝卸卡鉗承擔(dān)。在設(shè)定安裝結(jié)束后，人員可以撤離井口區(qū)域，由鉆桿定位裝卸卡鉗自行裝、卸作業(yè)。降低人員和設(shè)備的風(fēng)險系數(shù)。2、減輕人員工作量。由于旋緊鉆桿所需扭矩較大，工作人員工作量大，由自動裝置代替人力能減少人員工作量和強度，同時改善其工作條件。3、安裝精度高。相比人工安裝鉆桿，鉆桿定位裝卸卡鉗不依賴主觀經(jīng)驗和判斷，完全按照數(shù)據(jù)進行安裝，單次作業(yè)質(zhì)量具有均一性。目前技術(shù)感應(yīng)導(dǎo)軌所使用的常規(guī)原件對位置的控制比手工更加精確，提高工作質(zhì)量。4、安裝效率高。機械的運行速度快于人工，例如在旋緊步驟中，機器夾持鉆桿可以以較高轉(zhuǎn)速短時間內(nèi)安裝完畢，工作周期縮短，同樣工作時間內(nèi)進行的工作循環(huán)數(shù)量增加， 提聞生廣效率。5、制造成本低。本發(fā)明運用成熟技術(shù)，電力驅(qū)動，結(jié)合傳感與數(shù)控技術(shù)，制造材料常見。機器成本可以預(yù)見能控制在合理的范圍。6、適應(yīng)范圍廣。本發(fā)明可以用于陸地，海洋油氣鉆井平臺，改變尺寸設(shè)計還可用于其他礦產(chǎn)開采，建筑、礦井事故救援等領(lǐng)域。7、氣候適應(yīng)能力強。由于油氣鉆井在全球范圍內(nèi)分布廣泛，石油工作人員裝卸鉆桿時可能面對影響施工的惡劣氣候，鉆桿定位裝卸卡鉗可以在各種氣候條件下工作，提高生產(chǎn)效率，改善工人工作條件。


圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明圖I的后視圖3是本發(fā)明圖I的俯視圖4是本發(fā)明圖3的后視圖5是本發(fā)明局部立體視圖6是本發(fā)明立體示意圖7是本發(fā)明工作示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明是由裝卸部分、定位部分、輔助部分三部分組成
a、裝卸部分鉆桿定位卡鉗7直接安裝于鉆桿卡鉗架I上，旋緊卡鉗2安裝于鉆桿旋緊環(huán)3上，鉆桿旋緊環(huán)3由鉆桿旋緊電機4驅(qū)動，鉆桿旋緊卡鉗2，鉆桿旋緊環(huán)3與鉆桿旋緊電機4構(gòu)成的系統(tǒng)安裝在鉆桿卡鉗架I上，鉆桿卡鉗架I上部裝有鉆桿緩沖環(huán)6，鉆桿卡鉗架I與鉆桿定位卡鉗7、鉆桿旋緊卡鉗2、鉆桿旋緊環(huán)3、鉆桿旋緊電機4、鉆桿緩沖環(huán)6由縱向絲杠5驅(qū)動；
b、定位部分縱向絲杠5驅(qū)動鉆桿卡鉗架I在縱向運動支架8上作平動，縱向絲杠5剛性固定于鉆桿卡鉗架I上，鉆桿卡鉗架I螺紋部分位于橫向運動支架12內(nèi)部，由縱向絲杠驅(qū)動電機10驅(qū)動；縱向絲杠5上有感應(yīng)導(dǎo)軌，隱藏于橫向運動支架12內(nèi)部；縱向運動支架8安裝在橫向運動支架12上，橫向運動支架12由橫向絲杠9驅(qū)動，由橫向感應(yīng)導(dǎo)軌14控制和校正；機座15上的橫向絲杠驅(qū)動電機驅(qū)動橫向絲杠；
C、輔助部分支架配重11安裝于橫向運動支架12上，縱向運動支架8的對側(cè)。圖1、2、3、4、5、6中圖示說明
I.鉆桿卡鉗架2.鉆桿旋緊卡鉗3.鉆桿旋緊環(huán)4.鉆桿旋緊電機5.縱向絲杠6.鉆桿緩沖環(huán)7.鉆桿定位卡鉗8.縱向運動支架9.橫向絲杠10.縱向絲杠驅(qū)動電機11.支架配重12.橫向運功支架13.橫向絲杠驅(qū)動電機14.橫向感應(yīng)導(dǎo)軌15.機座；
圖7中圖不說明
A.待裝卸的鉆桿；B.定位系統(tǒng)；C.旋緊系統(tǒng)。一、裝卸部分
完成裝卸部分工作的主要是鉆桿卡鉗架I與鉆桿定位卡鉗7、鉆桿旋緊卡鉗2、鉆桿旋緊環(huán)3、鉆桿旋緊電機4、鉆桿緩沖環(huán)6。鉆桿定位卡鉗7直接安裝于鉆桿卡鉗架I上，旋緊卡鉗2安裝于鉆桿旋緊環(huán)3上， 鉆桿旋緊環(huán)3由鉆桿旋緊電機4驅(qū)動，能做旋轉(zhuǎn)動作，同時鉆桿旋緊卡鉗2，鉆桿旋緊環(huán)3與鉆桿旋緊電機4構(gòu)成的系統(tǒng)能在鉆桿卡鉗架I上沿軸向自由運動，以適應(yīng)不同螺紋特征的鉆桿在旋緊過程中的給進距離。鉆桿卡鉗架I上部裝有鉆桿緩沖環(huán)6，鉆桿緩沖環(huán)6是安全裝置，一方面停止吊運中鉆桿的擺動，另一方面當(dāng)鉆桿位置過偏時會先接觸鉆桿緩沖環(huán)6， 使之發(fā)生撓性形變，傳感器反饋給井架停止下降鉆桿，防止損壞設(shè)備。鉆桿卡鉗架I與鉆桿定位卡鉗7、鉆桿旋緊卡鉗2、鉆桿旋緊環(huán)3、鉆桿旋緊電機4、 鉆桿緩沖環(huán)6組成一個系統(tǒng)，在縱向運動支架上作平動，由縱向絲杠5驅(qū)動。二、定位部分
完成定位工作的主要是縱向絲杠5、縱向運動支架8、縱向絲杠驅(qū)動電機10，橫向絲杠 9、橫向運動支架12、橫向絲杠驅(qū)動電機13,橫向感應(yīng)導(dǎo)軌14。鉆桿卡鉗架I在縱向運動支架8上作平動，由縱向絲杠5驅(qū)動?？v向絲杠5采用驅(qū)動端旋轉(zhuǎn)，絲杠平動的方案?？v向絲杠剛性固定于鉆桿卡鉗架I上，隨鉆桿卡鉗架I運動， 其螺紋部分位于橫向運動支架12內(nèi)部，由縱向絲杠驅(qū)動電機10驅(qū)動。縱向絲杠上有感應(yīng)導(dǎo)軌，隱藏于橫向運動支架12內(nèi)部。防止泥污影響精度?？v向運動支架8安裝在橫向運動支架12上，橫向運動支架帶動整個縱向運動支架做橫向運動，橫向運動支架由橫向絲杠9驅(qū)動，由橫向感應(yīng)導(dǎo)軌14控制和校正。橫向絲杠的動力來源是安裝在機座15上的橫向絲杠驅(qū)動電機。橫向絲杠9和縱向絲杠5的合運動可以使鉆桿卡鉗架I在一定范圍內(nèi)做任意移動。定位系統(tǒng)在工作前，先要將機座15固定于井口，然后將一根鉆桿用鉆桿定位卡鉗 7卡緊，由技術(shù)人員進行一次設(shè)定安裝，帶有傳感導(dǎo)軌的縱向絲杠5和橫向感應(yīng)導(dǎo)軌14記錄安裝位坐標(biāo)，在自動安裝中，鉆桿吊運至經(jīng)過鉆桿緩沖環(huán)，由鉆桿定位卡鉗7卡緊。系統(tǒng)將當(dāng)前橫縱坐標(biāo)與設(shè)定安裝存儲的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)進行比對，判斷橫向絲杠驅(qū)動電機13和縱向絲杠驅(qū)動電機10的正、反轉(zhuǎn)。此時兩個絲杠帶動鉆桿卡鉗架I向安裝位運動，從而帶動鉆桿卡鉗架I上鉆桿定位卡鉗7所夾持的鉆桿運動，當(dāng)兩條感應(yīng)導(dǎo)軌測得的坐標(biāo)與設(shè)定坐標(biāo)吻合時就停止絲杠驅(qū)動電機，達到自動定位的效果。三、其他功能部分。
支架配重11安裝于橫向運動支架12上，縱向運動支架8的對側(cè)，使運動部分重心落在橫向絲杠上，消除軸扭矩。機座15承載著運動機構(gòu)，起到穩(wěn)定，吸震，模塊化裝拆的作用。下方有固定裝置， 該固定裝置的設(shè)計根據(jù)實際情況，可以是具有緩沖性能的地腳螺栓。也可以是標(biāo)準(zhǔn)化的接插件。使得一臺機器可以用于不同的井場或者不同類的鉆井設(shè)備。本發(fā)明工作流程
圖4中A代表待裝卸的鉆桿。B代表由鉆桿卡鉗架與鉆桿定位卡鉗組成的夾持系統(tǒng)，
C代表由旋緊卡鉗、鉆桿旋緊環(huán)、鉆桿旋緊電機組成的旋緊系統(tǒng)。鉆桿A下降至鉆桿卡鉗架內(nèi)部，由定位系統(tǒng)B夾持，整體隨著鉆桿卡鉗架，由縱向絲杠和橫向絲杠驅(qū)動，達到預(yù)定安裝位，此時鉆桿旋緊卡鉗夾緊，鉆桿定位卡鉗松開，旋轉(zhuǎn)卡鉗先反轉(zhuǎn)直至鉆桿內(nèi)外螺紋口接合，然后正轉(zhuǎn)旋緊兩級鉆桿。達到預(yù)定預(yù)緊力扭矩時，鉆桿旋緊電機停轉(zhuǎn)，所有卡鉗松開，系統(tǒng)等待下一次安裝。本發(fā)明目的由下述方案實現(xiàn)。鉆桿定位裝卸卡鉗主要由機座，卡鉗夾持旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，橫向動作機構(gòu)，縱向動作機構(gòu)，方位傳感校正機構(gòu)五部分組成。
機座固定于鉆井井口，機座圓孔中心與旋轉(zhuǎn)機構(gòu)同軸。I、夾持系統(tǒng)
卡鉗夾持機構(gòu)由定位卡鉗和旋轉(zhuǎn)卡鉗組成，定位卡鉗負(fù)責(zé)定位，旋轉(zhuǎn)卡鉗負(fù)責(zé)安裝(拆卸)。整個卡鉗系統(tǒng)安裝于縱向動作機構(gòu)的滑動架軌道上，并安裝有絲杠?？ㄣQ機構(gòu)上方裝有緩沖環(huán)，吊裝的鉆桿經(jīng)過緩沖環(huán)下降到定位卡鉗中，由定位卡鉗夾緊，待橫向動作機構(gòu)和縱向動作機構(gòu)定位完畢后，定位卡鉗松開，鉆桿下降至安裝高度。旋轉(zhuǎn)卡鉗夾緊，由旋轉(zhuǎn)卡鉗夾持鉆桿安裝至下一級鉆桿，旋轉(zhuǎn)卡鉗在軸向有活動距離，滿足鉆桿旋緊過程中的軸向位移。當(dāng)旋轉(zhuǎn)阻力等于設(shè)置旋緊度時，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機斷開，所有卡鉗松開，等待鉆桿下鉆之后進行下一次工作流程。拆卸工作是安裝工作的逆過程，由旋轉(zhuǎn)卡鉗分離已安裝的鉆桿，由于拆卸工作只需卡鉗部分停止在安裝位，不需要定位，拆卸作業(yè)的速度比安裝作業(yè)快，技術(shù)和精度要求也相對低。2、運動系統(tǒng)
橫向動作機構(gòu)固定于機座橫向絲杠和傳感導(dǎo)軌上。由橫向驅(qū)動電機驅(qū)動，傳感導(dǎo)軌傳回橫向動作機構(gòu)當(dāng)前位置，將此當(dāng)前位置與目的位置進行比對，根據(jù)與目的位置的正(或負(fù))距離，控制驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn))，直到當(dāng)前位置等于目的位置，停止電機，鎖定位置?？v向動作機構(gòu)以橫向動作機構(gòu)為基礎(chǔ)，為防止井口油污損壞設(shè)備，縱向絲杠的螺紋活動部分隱藏在位于橫向機構(gòu)上的齒輪箱內(nèi)部，另一端固定于卡鉗座上。由縱向驅(qū)動電機驅(qū)動，縱向絲杠上有觸點接觸傳感導(dǎo)軌傳回橫向動作機構(gòu)當(dāng)前位置，將此當(dāng)前位置與目的位置比對，根據(jù)與目的位置的正(或負(fù))距離，控制縱向驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn))，直到當(dāng)前位置等于目的位置，停止電機，鎖定位置?？ㄣQ夾持機構(gòu)安裝于縱向動作機構(gòu)上，本身具有自重。設(shè)計方案為平衡卡鉗系統(tǒng)自重在橫向動作機構(gòu)上縱向動作機構(gòu)的對面設(shè)平衡配重。 這樣的設(shè)計是為了避免在井口多油污泥沙條件下更多的導(dǎo)軌所帶來的不確定阻力影響精度，也是為了避免動作機構(gòu)在平行導(dǎo)軌之間成角度而卡死。
3、傳感系統(tǒng)
方位傳感矯正機構(gòu)在該設(shè)備中有三個，橫向傳感導(dǎo)軌，縱向絲杠上的傳感導(dǎo)軌，鉆轉(zhuǎn)卡鉗和驅(qū)動電機之間的定扭矩齒輪。其中，橫向傳感導(dǎo)軌與橫向絲杠平行，起到傳感橫向動作機構(gòu)位置的作用，同時固定橫向動作機構(gòu)，防止其繞絲杠發(fā)生軸轉(zhuǎn)動導(dǎo)致機構(gòu)偏移?？v向?qū)к壒潭ㄓ跈M向動作機構(gòu)上，平行于縱向動作機構(gòu)的絲杠。傳感導(dǎo)軌的原理是直線型電位器， 外部有軟性密封套防止雜物進入。動作部分有觸點接觸電位器，不同位置有不同的電阻特征，這種電阻特征能反映動作部分的位置。它可以控制電機驅(qū)動裝置產(chǎn)生相應(yīng)的動作，也可以在當(dāng)前位置有誤差時進行微調(diào)。達到自動定位的效果。扭矩齒輪能夠測出其當(dāng)前承受的扭矩。先由設(shè)定人員設(shè)定旋緊鉆桿時合理的緊度下扭矩齒輪的扭矩。在實際工作時，當(dāng)鉆桿安裝到位并且旋緊扭矩達到預(yù)設(shè)時，扭矩齒輪就斷開，并控制旋轉(zhuǎn)卡鉗驅(qū)動電機停機。這樣可以保證鉆桿既達到足夠緊固，又不至扭矩過大而滑絲，損壞鉆桿設(shè)備。4、作業(yè)流程
在鉆桿定位裝卸卡鉗開始工作之前，先要進行設(shè)定安裝，設(shè)定安裝是讓定位卡鉗夾緊鉆桿，斷開所有驅(qū)動電機，由技術(shù)人員手動將鉆桿安裝到位，機器記錄安裝位置的所有傳感器位置數(shù)據(jù)和鉆桿旋緊的扭矩數(shù)據(jù)。為保證精確可以進行多次設(shè)定安裝，由計算機對多次傳感器數(shù)據(jù)取平均值。之后的作業(yè)階段就由鉆桿定位裝卸卡鉗將所有鉆桿按照該設(shè)置安裝。不需要人工。根據(jù)實際制造出的機械精度和傳感器實際情況，可以在一定數(shù)量的工作循環(huán)之后進行重新設(shè)置，防止現(xiàn)實情況下的外界因素導(dǎo)致的數(shù)據(jù)偏移。整個作業(yè)流程具備可逆性，在拆卸鉆桿時，由旋緊系統(tǒng)反轉(zhuǎn)分離兩段鉆桿，再由井架上的吊運裝置吊離井口。
權(quán)利要求
1. 一種鉆桿定位裝卸卡鉗，其特征在于是由裝卸部分、定位部分、輔助部分三部分組成a、裝卸部分鉆桿定位卡鉗(7)直接安裝于鉆桿卡鉗架(I)上，旋緊卡鉗(2)安裝于鉆桿旋緊環(huán)(3 )上，鉆桿旋緊環(huán)(3 )由鉆桿旋緊電機(4 )驅(qū)動，鉆桿旋緊卡鉗(2 )，鉆桿旋緊環(huán)(3)與鉆桿旋緊電機(4)構(gòu)成的系統(tǒng)安裝在鉆桿卡鉗架(I)上，鉆桿卡鉗架(I)上部裝有鉆桿緩沖環(huán)(6)，鉆桿卡鉗架(I)與鉆桿定位卡鉗(7)、鉆桿旋緊卡鉗(2)、鉆桿旋緊環(huán)(3)、鉆桿旋緊電機(4)、鉆桿緩沖環(huán)(6)由縱向絲杠(5)驅(qū)動；b、定位部分縱向絲杠(5)驅(qū)動鉆桿卡鉗架(I)在縱向運動支架(8)上作平動，縱向絲杠(5)剛性固定于鉆桿卡鉗架(I)上，鉆桿卡鉗架(I)螺紋部分位于橫向運動支架(12)內(nèi)部，由縱向絲杠驅(qū)動電機(10)驅(qū)動；縱向絲杠(5)上有感應(yīng)導(dǎo)軌，隱藏于橫向運動支架(12) 內(nèi)部；縱向運動支架(8)安裝在橫向運動支架(12)上，橫向運動支架(12)由橫向絲杠(9) 驅(qū)動，由橫向感應(yīng)導(dǎo)軌(14)控制和校正；機座(15)上的橫向絲杠驅(qū)動電機驅(qū)動橫向絲杠；C、輔助部分支架配重(11)安裝于橫向運動支架(12)上，縱向運動支架(8)的對側(cè)。
全文摘要
一種鉆桿定位裝卸卡鉗，屬于油田機械領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是提供一種盡可能的減少工作人員在井口的工作時間、加大操作時工人與井口設(shè)備的距離，提高裝卸鉆桿的精度，可以代替人力執(zhí)行鉆桿裝卸工作的鉆桿定位裝卸卡鉗。本發(fā)明是由裝卸部分、定位部分、輔助部分三部分組成。本發(fā)明應(yīng)用不僅是降低油氣井開采成本、提高工程質(zhì)量的需要，更是保障石油工人人身安全，提高工人工作條件的需要。鉆桿定位安裝卡鉗，可以代替人力執(zhí)行鉆桿裝卸工作，本裝置運用現(xiàn)有成熟技術(shù)，用兩組液壓卡鉗抓取和旋緊鉆桿，兩個軸向的絲杠控制卡鉗水平位置，并由感應(yīng)導(dǎo)軌監(jiān)控位移，達到自動裝卸鉆桿的效果。
文檔編號E21B19/18GK102606094SQ201210087880
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者劉化天, 王新翰, 王銳, 趙樂寧 申請人:王新翰