本發(fā)明屬于石油鉆探設備技術領域，具體涉及一種適用于陸地鉆機的安全高效的石油鉆機管柱自動化處理系統(tǒng)。

背景技術：

目前國外的管柱自動化操作系統(tǒng)已實現管柱操作全過程的自動化。國內在現有鉆機上雖實現了局部的機械化，降低了工人的勞動強度，但尚未實現管柱操作全過程的自動化，未有效發(fā)揮管柱自動化操作系統(tǒng)應有的技術優(yōu)勢。中國發(fā)明專利zl200820124227.7公開了一種石油鉆機自動化系統(tǒng)，此系統(tǒng)通過各設備的配合操作能夠實現起、下鉆過程中的單根連接和立根存取等功能，提高了鉆機的自動化程度；中國發(fā)明專利zl201310510852.0公示了一種鉆井管柱自動化操作系統(tǒng)，此系統(tǒng)通過各設備的配合操作能夠實現起、下鉆過程中的單根連接、立根存、取和鉆進等過程的自動化，提高了鉆機的自動化程度。但是，上述專利由于沒有配套動力鼠洞且自動貓道機安裝在鉆臺的正前方，無法完成接立根和甩立根的自動化操作。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于石油鉆機自動化升級改造的石油鉆機管柱自動化處理系統(tǒng)，實現管柱操作全過程的自動化，解決目前鉆井管柱從地面到鉆臺面的輸送——管柱在鉆臺面的上、卸扣和緊、崩扣、懸掛及接、甩單根、立根——鉆進中送鉆——起下鉆時立根的存、取等一系列操作中存在高空、多人配合作業(yè)，勞動強度大、風險高、效率低的問題；克服了現有鉆機自動化配套方案接立根和甩立根操作仍需人工操作動力絞車、自動貓道機輸送效率低、能耗高等不足。

為達上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是：

石油鉆機管柱自動化處理系統(tǒng)主要由鉆臺、井架、自動貓道機、動力鼠洞、鉆臺機械手、動力卡瓦、鐵鉆工、動力吊卡、轉盤、二層臺排管機械手、頂驅、絞車、司鉆集成控制系統(tǒng)等組成，其中自動貓道機安裝在鉆臺的正前方，動力鼠洞安裝在轉盤的正前方，鉆臺機械手通過導軌安裝在鉆臺面上，動力卡瓦安裝在轉盤的補心內，鐵鉆工安裝在轉盤側邊的鉆臺面上，動力吊卡安裝在頂驅的吊環(huán)上，二層臺排管機械手安裝在二層臺的下方，頂驅安裝在鉆機井架內游動滑車下方，絞車安裝在鉆臺面上或鉆臺的正后方，司鉆集成控制系統(tǒng)安裝在鉆臺面的一側。

自動貓道機由基座、弧形跑道、斜坡跑道組成，弧形跑道出口緊靠動力鼠洞的正前方，按照司鉆集成控制系統(tǒng)發(fā)出的指令實現鉆井管柱在地面鉆桿臺架與鉆臺面的往復輸送。動力鼠洞按照司鉆集成控制系統(tǒng)的指令實現單根鉆桿在鼠洞內可控的上升、下降和居中。鉆臺機械手與二層臺排管機械手按照司鉆集成控制系統(tǒng)的指令順序動作模擬目前現場人工操作存、取鉆桿立根的過程實現鉆桿立根的自動存、取；

此外，絞車帶有自動送鉆功能，實現鉆井過程中自動送鉆，提高鉆速；動力卡瓦為液動或氣動卡瓦，實現鉆井管柱在井口的卡緊、懸掛；動力吊卡為液動或氣動吊卡，配合頂驅實現鉆井管柱的提升；鐵鉆工為懸掛式或導軌式，實現鉆井管柱的上、卸扣和緊、崩扣。

本發(fā)明接立根的自動化操作過程是：司鉆集成控制系統(tǒng)發(fā)出接立根指令，首先自動貓道機動作，將第1根鉆桿從地面鉆桿臺架通過弧形跑道輸送到動力鼠洞的前方，頂驅下行、動力吊卡打開，到達設定位置后，動力吊卡扣合，頂驅上行提升第1根鉆桿并將鉆桿放入動力鼠洞內，自動貓道機第2次動作，將第2根鉆桿從地面鉆桿臺架通過弧形跑道輸送到動力鼠洞的前方，頂驅和動力吊卡配合動作提升第2根鉆桿，提升至設定高度，自動貓道機第3次動作，將第3根鉆桿從地面鉆桿臺架通過弧形跑道輸送到動力鼠洞的前方，上端靠近第2根鉆桿的下端；其次，鐵鉆工動作，將第2根鉆桿和第3根鉆桿接成雙立根，頂驅上行，提升雙立根，將雙立根的下端提升至動力鼠洞的正上方；再次，動力鼠洞控制第1根鉆桿上行，鉆桿的上端靠近雙立根的下端，鐵鉆工動作，將第1根鉆桿和雙立根接成3立根，頂驅上行，提升3立根，提升至設定高度；鉆臺機械手夾持立根的下端，將立根下端送至鉆臺面的預定位置，二層臺排管機械手夾持立根的上端，動力吊卡打開，二層臺排管機械手將立根的上端送至二層臺的預定位置，完成1柱立根的連接、存放。重復上述過程完成所需立根的連接、存放。

本發(fā)明甩立根的自動化操作過程是：司鉆集成控制系統(tǒng)發(fā)出甩立根指令，首先二層臺排管機械手夾持立根的上端，將立根上端由二層臺的預定位置送至動力吊卡，動力吊卡閉合，鉆臺機械手夾持立根的下端，將立根下端由鉆臺面的預定位置送至自動貓道機弧形跑道出口的正上方，頂驅下行，下行至第1根鉆桿的上端接頭靠近自動貓道機弧形跑道出口，鐵鉆工動作、卸扣，將第1根鉆桿卸至自動貓道機的弧形跑道，自動貓道機動作，將第1根鉆桿輸送至地面鉆桿臺架；其次，頂驅繼續(xù)下行，下行至第2根鉆桿的上端接頭靠近自動貓道機的弧形跑道出口，鐵鉆工動作、卸扣，將第2根鉆桿卸至自動貓道機的弧形跑道，自動貓道機動作，將第2根鉆桿輸送至地面鉆桿臺架；最后，頂驅繼續(xù)下行，動力吊卡打開，將第3根鉆桿送至自動貓道機的弧形跑道，自動貓道機動作，將第3根鉆桿輸送至地面鉆桿臺架，完成甩1柱立根的操作。重復上述過程完成所需立根的卸扣、甩至地面鉆桿臺架的作業(yè)。

本發(fā)明的有益效果是：提高了鉆機的自動化程度，解決了現有鉆柱操作方式存在高空、多人配合作業(yè)，勞動強度大、風險高、效率低的問題；克服了現有鉆機自動化配套方案接立根和甩立根操作仍需人工操作動力絞車，不能實現管柱操作全過程的自動化、自動貓道機輸送效率低、能耗高等不足。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的石油鉆機管柱自動化處理系統(tǒng)立面示意圖；

圖2為本發(fā)明的石油鉆機管柱自動化處理系統(tǒng)俯視示意圖。

圖中：1、自動貓道機，2、動力鼠洞，3、司鉆集成控制系統(tǒng)，4、井架，5、二層臺，6、二層臺排管機械手，7、頂驅，8、動力吊卡，9、絞車，10、鉆臺，11、導軌，12、鉆臺機械手，13、地面鉆桿臺架，14、轉盤，15、鐵鉆工，16、動力卡瓦，17、基座，18、弧形跑道，19、斜坡跑道，20、弧形跑道出口。

具體實施方式

現結合說明書附圖對本發(fā)明做進一步的描述。石油鉆機管柱自動化處理系統(tǒng)主要由鉆臺10、井架4、自動貓道機1、動力鼠洞2、轉盤14、鉆臺機械手12、動力卡瓦16、鐵鉆工15、動力吊卡8、二層臺排管機械手6、頂驅7、絞車9、司鉆集成控制系統(tǒng)3組成。

其中自動貓道機1安裝在動力鼠洞2的正前方，動力鼠洞2安裝在轉盤14的正前方，鉆臺機械手12通過導軌11安裝在鉆臺10面上，動力卡瓦16安裝在轉盤14的補心內，鐵鉆工15安裝在轉盤14側邊的鉆臺10面上，動力吊卡8安裝在頂驅7的吊環(huán)上，二層臺排管機械手6安裝在二層臺5的下方，頂驅7安裝在鉆機井架4內游動滑車下方，絞車9安裝在鉆臺10面上或鉆臺10的正后方，司鉆集成控制系統(tǒng)3安裝在鉆臺10面的一側。

本發(fā)明的工作過程如下：

1.接立根

司鉆集成控制系統(tǒng)3發(fā)出接立根指令，首先自動貓道機1動作，將第1根鉆桿從地面鉆桿臺架13通過弧形跑道18輸送到動力鼠洞2的前方，頂驅7下行、動力吊卡8打開，到達設定位置后，動力吊卡8扣合，頂驅7上行提升第1根鉆桿并將鉆桿放入動力鼠洞2內，自動貓道機1第2次動作，將第2根鉆桿從地面鉆桿臺架13通過弧形跑道18輸送到動力鼠洞2的前方，頂驅7和動力吊卡8配合動作提升第2根鉆桿，提升至設定高度，自動貓道機1第3次動作，將第3根鉆桿從地面鉆桿臺架13通過弧形跑道19輸送到動力鼠洞2的前方，上端靠近第2根鉆桿的下端；其次，鐵鉆工15動作，將第2根鉆桿和第3根鉆桿接成雙立根，頂驅7上行，提升雙立根，將雙立根的下端提升至動力鼠洞2的正上方；再次，動力鼠洞2控制第1根鉆桿上行，鉆桿的上端靠近雙立根的下端，鐵鉆工15動作，將第1根鉆桿和雙立根接成3立根，頂驅7上行，提升3立根，提升至設定高度；鉆臺機械手12夾持立根的下端，將立根下端送至鉆臺10面的預定位置，二層臺排管機械手6夾持立根的上端，動力吊卡8打開，二層臺排管機械手6將立根的上端送至二層臺5的預定位置，完成1柱立根的連接、存放。重復上述過程完成所需立根的連接、存至二層臺5的作業(yè)。

2.甩立根

司鉆集成控制系統(tǒng)3發(fā)出甩立根指令，首先二層臺排管機械手6夾持立根的上端，將立根上端由二層臺5的預定位置送至動力吊卡8，動力吊卡8扣合，鉆臺機械手12夾持立根的下端，將立根下端由鉆臺10面的預定位置送至自動貓道機1弧形跑道出口20的正上方，頂驅7下行，下行至第1根鉆桿的上端接頭靠近自動貓道機1弧形跑道出口20，鐵鉆工15動作、卸扣，將第1根鉆桿卸至自動貓道機1的弧形跑道19，自動貓道機1動作，將第1根鉆桿輸送至地面鉆桿臺架13；其次，頂驅7繼續(xù)下行，下行至第2根鉆桿的上端接頭靠近自動貓道機1弧形跑道出口20，鐵鉆工15動作、卸扣，將第2根鉆桿卸至自動貓道機1的弧形跑道19，自動貓道機1動作，將第2根鉆桿輸送至地面鉆桿臺架13；再次，頂驅7繼續(xù)下行，動力吊卡8打開，將第3根鉆桿送至自動貓道機1的弧形跑道19，自動貓道機1動作，將第3根鉆桿輸送至地面鉆桿臺架13，完成甩1柱立根的操作。重復上述過程完成所需立根的卸扣、甩至地面鉆桿臺架13的作業(yè)。

3.接單根

司鉆集成控制系統(tǒng)3發(fā)出接單根指令，首先自動貓道機1動作，將鉆桿從地面鉆桿臺架13通過弧形跑道18輸送到動力鼠洞2的前方，頂驅7停止轉動，動力卡瓦16卡緊、懸掛井口中的鉆井管柱；頂驅8自動卸扣；動力吊卡8打開，扣合自動貓道機1弧形跑道出口20上的鉆桿，動力吊卡8閉合，頂驅7上提鉆桿，上升到預定高度后，對準井口中的鉆具；鐵鉆工15配合頂驅7完成鉆具的上扣、緊扣；動力卡瓦16松開，釋放鉆具，頂驅7繼續(xù)正常鉆進作業(yè)。

4.甩單根

司鉆集成控制系統(tǒng)3發(fā)出甩單根1指令，頂驅7停止轉動，動力卡瓦16卡緊、懸掛井口中的鉆井管柱；鐵鉆工15前移配合頂驅7完成井口中的鉆具卸扣；動力吊卡8閉合，頂驅7提起單根鉆桿，鉆臺機械手12夾持鉆桿的下端，將鉆桿的下端由井口中心送至自動貓道機1弧形跑道出口20的正上方，頂驅7下行，下行至鉆桿的上端接頭靠近自動貓道機1弧形跑道出口20，自動貓道機1動作，將鉆桿輸送至地面鉆桿臺架13；

5.自動鉆進

絞車9帶有自動送鉆功能，司鉆集成控制系統(tǒng)3通過控制絞車9的自動送鉆單元，實現恒鉆壓或恒鉆速自動鉆進。

6.起鉆時存立根

司鉆集成控制系統(tǒng)3發(fā)出起鉆指令，頂驅7端部過度接頭與井口鉆具卸扣，動力吊卡8扣合，懸掛井中鉆柱，頂驅7提升1柱鉆桿后，動力卡瓦16卡緊、懸掛井中鉆柱；鐵鉆工15前移完成鉆具卸扣；鉆臺機械手12夾持鉆柱的下端，將鉆柱下端送至鉆臺10面的預定位置；二層臺排管機械手9夾持鉆柱的上端，動力吊卡8打開，二層臺排管機械手9將鉆柱的上端送至二層臺5的預定位置，完成1柱鉆桿的存放。重復上述過程完成所有鉆柱的存放。

7.下鉆時取立根

司鉆集成控制系統(tǒng)3發(fā)出下鉆指令，二層臺排管機械手9夾持鉆柱的上端，將鉆柱上端由二層臺5的預定位置送至井口上方的動力吊卡8內，動力吊卡8扣合，鉆臺機械手12夾持鉆柱的下端，將鉆柱下端由鉆臺10面的預定位置送至井口中心；鉆柱的下端對準井口中鉆具的上端，鐵鉆工15前移完成鉆具的上扣、緊扣；動力卡瓦16松開，釋放鉆具，頂驅7下放鉆柱，完成1柱鉆桿的取、下。重復上述過程完成所有鉆柱的取、下。

上述操作過程可通過司鉆操作司鉆集成控制系統(tǒng)單工步完成，也可以通過編制的預定程序實現全自動控制完成。

以上給出了本發(fā)明操作鉆桿的具體實施方式，利用該系統(tǒng)完成的其他鉆井管柱的操作也屬于本專利范圍之內。