一种半拖挂一体移运无绷绳石油钻机和修井机装置

技术领域

本发明石油钻机和修井机技术领域，涉及一种半拖挂一体移运无绷绳石油钻机和修井机装置。

背景技术

常规自走式修井机配套桅形井架，这种井架需要安装多根绷绳，尤其是井架上段的多根绷绳还要在井场上挖坑、埋地锚用以拉绷绳。另外，常规自走式修井机在井口间搬迁时，修井机配套底座需要拆开单独运输到新井场再进行重新安装。

上述的常规自走式修井机及其井场间移运、安装方法，其缺点如下：

修井机拆装、运输工作量大，费时费力，经济性差，主要体现在2个方面：一是底座部件拆装需要用吊车，另外底座拆卸部件井场间运输需要用汽车进行运输，拆装、运输工作量大，人工、吊车及汽车成本高；二是井架上段的多根绷绳还要在井场上挖坑，埋地锚，拉绷绳，机械及人工成本高，也占用大量时间；

桅形井架工作状态时，井架主体向前方倾斜约3°其稳定性是通过绷绳拉紧井架来实现，井架承受载荷时，由于绷绳的弹性变形，井架主体在向前方倾斜约3°的基础上再向前倾斜，导致游吊系统难以与井口对中。这种受载变形倾斜特性影响顶驱的安全使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种半拖挂一体移运无绷绳石油钻机和修井机装置，解决现有技术中存在的拆装、运输工作量大，费时费力，经济性差，受载变形特性影响顶驱安全使用的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种半拖挂一体移运无绷绳石油钻机和修井机装置，包括底座，底座钻台面左侧装配有司钻房，底座钻台面安装有井架，井架远离底座的一端连接有天车，井架与底座之间还设置有游动系统，底座钻台面设置有转盘，井架的底部与底座钻台面铰接，底座后侧还设置有与底座平行的后台，底座靠近后台的一侧还铰接有井架起升油缸，井架起升油缸远离底座的一端铰接于井架的后侧面，所述后台的底部装配有与后台垂直的后台支撑总成，所述后台的上表面设置有绞车，游动系统与绞车之间连接有钻井绳，钻井绳穿过天车，绞车通过绞车传动装置连接有柴油机，后台底部位于底座与后台支撑总成之间还设置有轮轴，轮轴上套有轮胎，后台上表面还设置有与后台垂直的井架支架。

本发明的特点还在于：

其中底座包括在水平方向相互平行的上座与基座，基座表面设置有与基座垂直的多个立柱，上座与基座相对的一面设置有与多个立柱相对的多个立柱连接套筒，立柱嵌入立柱连接套筒内与立柱连接套筒活动连接，所述上座与基座之间还连接有多个顶升油缸，多个所述顶升油缸与立柱平行，所述井架设置于上座表面，即底座钻台面；

其中后台远离后台支撑总成的一端位于上座的下侧，上座通过两个内侧立柱和连接架与后台连接，上座与后台之间还连接有伸缩连接杆，上座的底部还设置有耳板，耳板伸出上座通过连接销轴与后台相连；

其中基座的表面端部还连接有多个伸缩撑杆，伸缩撑杆远离基座的一端连接于上座的底部，且伸缩支撑杆倾斜设置，还包括多个伸缩连接杆A，伸缩连接杆A位于相邻两个立柱之间，伸缩连接杆A一端连接于立柱，伸缩连接杆A另一端连接于相邻立柱上的立柱连接套筒上；

其中上座表面还装配有铺台；

其中后台靠近后台支撑总成的一端底部还连接有牵引座，牵引座用于配合牵引车的牵引；

其中后台支撑总成为多个平行油缸，油缸底部连接有支撑底座。

本发明的有益效果是

本发明的一种半拖挂一体移运无绷绳石油钻机和修井机装置采用无绷绳2节前开口伸缩井架及半拖挂一体移运技术，实现修井机的可靠工作及井场间快速搬迁移运与安装；其优点包括：1)采用无绷绳2节前开口伸缩井架，不需安装井架绷绳，减少了安装工作量；2)采用无绷绳2节前开口伸缩井架，井架工作状态为井架主体竖直状态，无受载变形倾斜特性，解决常规修井机受载变形倾斜特性影响顶驱的安全使用问题；3)采用半拖挂一体移运技术，实现了修井机及底座的一体运输，解决了常规修井机拆装、运输工作量大、费时费力及经济性差的问题。

附图说明

图1(a)和图1(b)分别为本发明的一种半拖挂一体移运无绷绳石油钻机和修井机装置的移运工况侧面及正面结构示意图；

图2(a)和图2(b)分别为本发明的一种半拖挂一体移运无绷绳石油钻机和修井机装置的低位工作工况侧面及正面结构示意图；

图3(a)和图3(b)分别为本发明的一种半拖挂一体移运无绷绳石油钻机和修井机装置的高位工作工况侧面及正面结构示意图；

图4为本发明的一种半拖挂一体移运无绷绳石油钻机和修井机装置的安装过程操作示意图；

图5为本发明的一种半拖挂一体移运无绷绳石油钻机和修井机装置的工作状态平面结构示意图(不含井架)。

图中，1.基座，2.连接杆，3.伸缩连接杆A，4.内侧立柱，5.轮轴，6.后台支撑总成，7.牵引车，8.后台，9.井架，10.上座，11.转盘，12.连接架，13.转盘驱动装置总成，14.井架起升油缸，15.绞车，16.井架支架，17.绞车传动装置，18.柴油机，19.前立柱，20.底座顶升油缸，21.伸缩撑杆，22.立柱连接套筒，23.铺台，24.司钻房，25.钻杆上卸扣工具，26.栏杆，27.伸缩连接杆，28.游动系统，29.天车，30.连接销轴，31.牵引座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种半拖挂一体移运无绷绳石油钻机和修井机装置，包括底座，底座钻台面左侧装配有司钻房24，底座钻台面安装有井架9，井架9远离底座的一端连接有天车29，井架9与底座之间还设置有游动系统28，底座设置有转盘11，转盘11连接有转盘驱动装置总成13，井架9的底部后腿与钻台面表面铰接，底座后侧还设置有与底座平行的后台8，底座靠近后台8的一侧还铰接有井架起升油缸14，井架起升油缸14远离底座的一端铰接于井架9的后侧面，所述后台8的底部装配有与后台8垂直的后台支撑总成6，所述后台8的上表面设置有绞车15，游动系统28与绞车15之间连接有钻井绳，钻井绳穿过天车29连接到绞车15，绞车15通过绞车传动装置17连接有柴油机18，后台8底部位于底座与后台支撑总成6之间还设置有轮轴5，轮轴5上套有轮胎，后台8上表面还设置有与后台8垂直的井架支架16，后台8靠近后台支撑总成6的一端底部还连接有牵引座31，牵引座31用于配合牵引车7的牵引，后台支撑总成6为多个平行油缸，油缸底部连接有支撑底座；

底座包括在水平方向相互平行的上座10与基座1，基座1表面设置有与基座1垂直的多个立柱19，上座10与基座1相对的一面设置有与多个立柱19相对的多个立柱连接套筒22，立柱19嵌入立柱连接套筒22内与立柱连接套筒22活动连接，所述上座10与基座1之间还连接有多个顶升油缸20，多个所述顶升油缸20与立柱19平行，所述井架9设置于上座10表面，即底座钻台面，上座10表面还装配有铺台23；

后台8远离后台支撑总成6的一端位于上座10的下侧，上座10通过两个内侧立柱4和连接架12与后台8连接；

基座1的表面端部还连接有多个伸缩撑杆21，伸缩撑杆21远离基座1的一端连接于上座10的底部，且伸缩支撑杆21倾斜设置，还包括多个伸缩连接杆A3，伸缩连接杆A3位于相邻两个立柱19之间，伸缩连接杆A3一端连接于立柱19，伸缩连接杆A3另一端连接于相邻立柱19上的立柱连接套筒22上；

参照图3(a)、图3(b)、图4，本发明钻台面低位工作工况的载荷传递路径是，钻机和修井机提升井筒中的管柱时，提升载荷通过游动系统(含钻井绳)28、天车29、井架9作用在上座10上，上座10通过4件立柱连接套筒22、4件立柱19及2件内侧立柱4将载荷传递到基座1上，基座1再将载荷传递到地面基础上，另外，在低位工作工况下，上座10通过2件内侧立柱4、连接架12及2件伸缩连接杆27与后台8相连，同时上座10通过2件连接销轴30也与后台8相连，后台8与后台支撑总成6相连，后台支撑总成6与地面基础接触，这个载荷路径也传递钻台面低位工作工况的一部分载荷；

参照图3(a)、图3(b)、图4和图5，本发明钻台面高位工作工况与钻台面低位工作工况的区别是，在低位钻台面工作高度H1的基础上，钻台面高位工作工况的工作高度增加了H2高度，即钻台面总高度为H1+H2，其载荷传递路径与钻台面低位工作工况的载荷传递路径不同之处是，2件连接销轴30连不再传递载荷，2件伸缩连接杆27长度通过其伸缩结构变长以适应钻台增加H2高度后能连接并传递载荷。

参照图1(a)、图1(b)、图2(a)、图2(b)、图3(a)、图3(b)和图4，本发明移运工况的工作原理是，4件底座顶升油缸20及后台支撑总成6上的2件油缸缸杆缩回，油缸长度缩短，使轮轴5上的轮胎与地面接触，待牵引座31高度降低到适合与牵引车7相连的高度时，牵引车7与牵引座31相连，继续操作4件底座顶升油缸20及后台支撑总成6上的2件油缸缸杆缩回，钻机和修井机整体重量由轮轴5及牵引车7承担，底座顶升油缸20下端将基座1提升离开地面基础，后台支撑总成6上的2件油缸也将支撑底座提升离开地面基础，直至提升至图示高度。

本发明的石油钻机和修井机移运安装方法，即四个工况之间的转换操作过程，按照以下步骤实施：

1)从移运工况到低位工作工况安装方法，参照图1(a)、图1(b)、图2(a)、图2(b)、图3(a)、图3(b)和图4进行说明：

步骤1，本发明装置到达指定井口对正位置后，操作后台支撑总成6上的2件油缸缸杆伸出，直至后台支撑总成6上支撑底座降落到地面基础上，继续操作油缸缸杆伸出，后台载荷逐渐从牵引车上转移到后台支撑总成6上的支撑底座上；

步骤2，继续操作后台支撑总成6上的2件油缸缸杆伸出，调节后台8的高度，待高度升高到适合牵引车7与牵引座31分离的高度时，牵引车前进使牵引车7与牵引座31脱离；

步骤3，继续操作后台支撑总成6上的2件使油缸缸杆伸出，安装后台支撑总成6上的机械支撑销轴；

步骤4，操作4件底座顶升油缸20使油缸缸杆伸出，基座1被油缸下放到地面基础上；

步骤5，继续操作4件底座顶升油缸20使油缸缸杆伸出，使基座1逐渐承载，轮轴5上的轮胎逐渐离开地面，直至基座1完全承载；

步骤6，安装基座1与4件立柱19及2件内侧立柱4的连接销轴；

步骤7，安装4件伸缩撑杆21、2件伸缩撑杆3及2件伸缩撑杆27的伸缩段连接固定销轴；

步骤8，起升井架，利用井架起升油缸14将井架9从井架移运卧装位置起升到竖直工作位置；

步骤9，上段井架伸出，当井架9为伸缩井架时，将井架的伸缩段伸出。

至此，本发明装置移运工况到低位工作工况安装到位。

2)从低位工作工况到高位工作工况安装方法，参照图3(a)、图3(b)和图4、图5进行说明：

步骤1，拆除1)中步骤6所打入的4件伸缩撑杆21、2件伸缩撑杆3及2件伸缩撑杆27的伸缩段连接固定销轴；

步骤2，操作4件底座顶升油缸20使上座10上的所有载荷由原来的4件立柱19及2件内侧立柱4承载变为油缸承载；

步骤3，拆除4件立柱连接套筒22与4件立柱19及上座10与2件内侧立柱4的连接销轴；

步骤4，拆除上座10与后台8之间的连接销轴30；

步骤5，继续操作操作4件底座顶升油缸20使钻台面高度增加H2高度；

步骤6，安装4件立柱连接套筒22与4件立柱19及上座10与2件内侧立柱4的连接销轴；

步骤7，安装4件伸缩撑杆21、2件伸缩撑杆3及2件伸缩撑杆27的伸缩段连接固定销轴；

至此，本发明装置高位工作工况安装到位。

3)从高位工作工况到低位工作工况安装方法，参照图3(a)、图3(b)和图4、图5进行说明：(与第2)步顺序相反)

步骤1，拆除4件伸缩撑杆21、2件伸缩撑杆3及2件伸缩撑杆27的伸缩段连接固定销轴；

步骤2，操作4件底座顶升油缸20使上座10上的所有载荷由原来的4件立柱19及2件内侧立柱4承载变为油缸承载；

步骤3，拆除4件立柱连接套筒22与4件立柱19及上座10与2件内侧立柱4的连接销轴；

步骤4，继续操作4件底座顶升油缸20使钻台面高度降低H2高度；

步骤5，安装4件立柱连接套筒22与4件立柱19及上座10与2件内侧立柱4的连接销轴；

步骤6，安装上座10与后台8之间的连接销轴30；

步骤7，安装4件伸缩撑杆21、2件伸缩撑杆3及2件伸缩撑杆27的伸缩段连接固定销轴；

至此，本发明装置高位工作工况到低位工作工况安装到位。

4)从低位工作工况到移运工况的安装方法，参照图5、图1(a)、图1(b)、图2(a)、图2(b)进行说明：

步骤1，上段井架缩回，当井架9为伸缩井架时，将井架的伸缩段缩回；

步骤2，下放井架，利用井架起升油缸14将井架9从井架竖直位置下放到低位移运位置；

步骤3，拆除4件伸缩撑杆21、2件伸缩撑杆3及2件伸缩撑杆27的伸缩段连接固定销轴；

步骤4，操作4件底座顶升油缸20使上座10上的所有载荷由原来的4件立柱19及2件内侧立柱4承载变为油缸承载；

步骤5，拆除基座1与4件立柱19及2件内侧立柱4的连接销轴；

步骤6，继续操作4件底座顶升油缸20使油缸缸杆缩回，使轮轴5上的轮胎与地面接触直至轮胎完全承载；

步骤7，继续操作4件底座顶升油缸20使油缸缸杆缩回，基座1被油缸提升离开地面基础，直至将基座1提升到移运位置；

步骤8，操作后台支撑总成6上的2件使油缸缸杆伸出，拆除后台支撑总成6上的机械支撑销轴；

步骤9，继续操作后台支撑总成6上的2件使油缸缸杆伸出，调节后台8的高度，待高度升高到适合牵引车7与牵引座31安装的高度时，牵引车倒车使牵引车7与牵引座31安装到位；

步骤10，操作后台支撑总成6上的2件使油缸缸杆缩回，缸杆缩回过程中，后台载荷逐渐转移到牵引车上，继续使油缸缸杆缩回，直至后台支撑总成6上支撑底座离开地面至移运位置。

至此，本发明装置从低位工作工况到移运工况的安装到位。

本发明针对常规自走式修井机配套桅形绷绳井架及不能实现修井机底座一体移运的不足之处，通过采用运载能力大的半拖挂车代替自走式修井机运载车及无绷绳井架代替桅形绷绳井架的方式，实现了无绷绳井架石油钻机和修井机半拖挂一体移运，同时克服了修井机桅形绷绳井架不足，提高了性能，具体工作原理是：

1)低位工作工况，载荷传递路径是，钻机和修井机提升井筒中的管柱时，提升载荷通过游动系统(含钻井绳)28、天车29、井架9作用在上座10上，上座10通过立柱连接套筒22、立柱19及内侧立柱4将载荷传递到基座1上，基座1再将载荷传递到地面基础上，另外，在低位工作工况下，上座10通过2件内侧立柱4、连接架12及2件伸缩连接杆27与后台8相连，同时上座10通过2件连接销轴30也与后台8相连，后台8与后台支撑总成6相连，后台支撑总成6与地面基础接触，这个载荷路径也传递钻台面低位工作工况的一部分载荷。

2)高位工作工况，载荷传递路径是，钻机和修井机提升井筒中的管柱时，提升载荷通过游动系统(含钻井绳)28、天车29、井架9作用在上座10上，上座10通过立柱连接套筒22、立柱19及内侧立柱4将载荷传递到基座1上，基座1再将载荷传递到地面基础上，另外，在高位工作工况下，上座10通过内侧立柱4、连接架12及伸缩连接杆27与后台8相连，后台8与后台支撑总成6相连，后台支撑总成6与地面基础接触，这个载荷路径也传递钻台面高位工作工况的一部分载荷。

3)移运工作工况，载荷传递路径是，钻机和修井机底座、井架9、绞车15等所有设备重量全部作用到底座后台8上，底座后台8其结构为半拖挂车，后台8再把其上设备重量及其本身重量传递到轮轴5及牵引车7上，实现钻机和修井机半拖挂一体移运。

4)工况之间的转换过程，本发明装置的钻台面低位工作工况、钻台面高位工作工况及半拖挂一体移运工况通过4件底座顶升油缸20及后台支撑总成6上的2件油缸及其上座10、立柱连接套筒22、内侧立柱4、立柱19及后台支撑总成6上的机械连接固定装置的配合实现工况转换，其转换顺序是，移运工况至低位工作工况至高位工作工况至低位工作工况至移运工况。

本发明的井架9可以使用现有的所有形式的无绷绳井架，如K型井架、塔形井架等，绞车可以使用现有的所有形式的绞车，如直流电驱动绞车、变频驱动绞车、机械驱动绞车等，本发明的装置及移运安装方法适用于各种规格的石油钻机和修井机。