一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置、工作方法及应用

技术领域

本发明属于石油开采及油气井维修应用技术领域，具体涉及一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置、工作方法及应用。

背景技术

钻杆是一种尾部带有螺纹的钢管，用于连接钻机地表设备和位于钻井底端钻磨设备或底孔装置。钻杆的用途是将钻探泥浆运送到钻头，并与钻头一起提高、降低或旋转底孔装置，钻杆必须能够承受巨大的内外压、扭曲、弯曲和振动。

在油气的开采和提炼过程中，钻杆可以多次使用。钻杆分为方钻杆、钻杆和加重钻杆三类，连接次序为方钻杆（1根)+钻杆(n根，由井深决定）+加重钻杆（n根，由钻具组合设计决定）。

在钻井的钻探施工过程中，钻杆需要起吊进行组装或长期使用后进行更换。当前，钻杆现场组装使用存在以下问题：1、传统设备过于庞大，重量也是难以想象，俗称“傻大笨粗自动化为零”；2、现场设备操作人员多，存在着严重的安全隐患，极易出现安全事故，同时维修时间过于漫长；3、在新旧钻杆散装运输过程中损坏严重，造成不必要的设备损坏和维修费用。

因此，基于上述问题，本发明提供一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置、工作方法及应用。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置、工作方法及应用，解决背景技术中钻杆现场组装及运输中所存在问题。

技术方案：本发明的第一方面提供一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置，包括框架部、旋转部、驱动部、固定部和旋转钻杆移动机器人；所述框架部用于安装旋转部，所述旋转部用于旋转放置钻杆，所述驱动部用于为旋转部提供旋转动力，所述固定部用于对旋转部上放置的钻杆进行固定，所述旋转钻杆移动机器人用于将钻杆取/放至旋转部上，其中，框架部为卧式水平结构，且长度尺寸大于钻杆尺寸。

本技术方案，所述框架部，包括第一底支撑横板、第二底支撑横板，及分别设置在第一底支撑横板、第二底支撑横板上的竖支撑板，及两端分别与竖支撑板四角连接的一组第一连接支撑钢架、一组第二连接支撑钢架，及分别设置在竖支撑板上部内的通槽。

本技术方案，所述旋转部，包括分别设置在竖支撑板内，且位于通槽下方的轴承座，及两端分别贯穿轴承座的转轴，及设置在转轴上的若干个钻杆储放转盘，及设置在钻杆储放转盘外层内的转杆储放凹槽，其中，钻杆储放转盘内设置有转轴通孔，钻杆储放转盘通过转轴通孔与转轴固定连接。

本技术方案，所述驱动部，包括与转轴任意一端连接的减速箱，及与减速箱连接的伺服电机，其中，减速箱可设置一组，转轴的两端分别与减速箱连接，进行双驱动。

本技术方案，所述固定部，包括分别设置在竖支撑板一面外壁，且位于通槽、轴承座之间的气缸座，及分别设置在气缸座上的横气缸，及设置在横气缸上的限位块，及与限位块接触的固定块，及设置在固定块一面内的若干个钻杆固定凹槽，及设置在固定块内，且位于钻杆固定凹槽两侧的固定通孔，及分别设置在钻杆储放转盘一面内，且位于转杆储放凹槽两侧的两组固定凸柱，其中，位于转杆储放凹槽内钻杆的两端分别卡入钻杆固定凹槽内，位于相邻转杆储放凹槽两侧的固定凸柱分别通过固定通孔贯穿固定块。

本技术方案，所述限位块为带磁性结构，所述若干个钻杆固定凹槽呈一字型设置在固定块一面内，所述固定块包括但不仅限于弧形板式结构，其中，固定块的尺寸、限位块的尺寸分别小于通槽的尺寸，所述固定凸柱包括但不仅限于圆形外螺纹结构，与锁紧螺母相配合使用。

本发明的第二方面提供一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置的工作方法，包括以下步骤，步骤1、将固定块放置在横气缸一端的限位块上。步骤2、控制启动伺服电机，通过伺服电机驱动减速箱带动转轴旋转，转轴将联动若干个钻杆储放转盘同步旋转，其中，相邻钻杆储放转盘上的转杆储放凹槽的朝向向上一致。步骤3、控制启动旋转钻杆移动机器人，旋转钻杆移动机器人先夹取转杆，再旋转移动至钻杆储放转盘上方，最后将夹取转杆放置在转杆储放凹槽内，复位后重复上述动作。步骤4、分别控制启动横气缸，横气缸进行相对水平移动，带动限位块、固定块穿过通槽后与转杆储放凹槽内的转杆接触，其中，转杆的两端分别卡入若干个钻杆固定凹槽内，同时固定凸柱分别同步贯穿固定通孔，完成对转杆储放凹槽内转杆的限位固定。步骤5、控制启动伺服电机，通过伺服电机驱动减速箱带动转轴旋转，此时在旋转力的作用下，固定块与限位块脱离，同时将联动若干个钻杆储放转盘同步旋转，带动下一个相邻钻杆储放转盘上的转杆储放凹槽旋转朝向向上。步骤6、分别控制启动横气缸，横气缸进行相反水平移动，带动限位块、固定块通过通槽水平移出竖支撑板，并重复步骤1至步骤5的动作，完成转杆的旋转固定放置。步骤7、取转杆时，重复步骤4的动作，通过限位块将固定块移离转杆、固定凸柱，利用旋转钻杆移动机器人将钻杆夹取取出，并移动至钻井作业面。步骤8、当转杆储放凹槽内的转杆取完后，重复步骤2、步骤4、步骤7的动作。

本发明的应用一：一种自动化高效钻杆储存系统，装配有所述自动旋转加特林弹夹式储杆装置。

本发明的应用二：一种移动式自动化高效钻杆施工架设系统，装配有所述自动旋转加特林弹夹式储杆装置。

与现有技术相比，本发明的一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置、工作方法及其应用的有益效果在于：1、减少现场施工人员，增加现场施工操作安全性，缩短维修时间；2、全程自动无需人工介入，工作速度是人工5倍以上（条件允许可以实现10倍）；3、机械定位精度高，误差率为0.01%，运输简单便捷，减少运输过程中对钻杆部件的损坏。

附图说明

图1是本发明的一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置的俯视结构示意图；

图2是本发明的一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置的立视结构示意图；

图3、图4是本发明的一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置的钻杆储放转盘、转杆储放凹槽安装不同数量转杆的侧视结构示意图；

图5、图6是本发明的一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置的竖支撑板、轴承座等的局部放大结构示意图；

图7是本发明的一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置的减速箱、伺服电机、转轴等连接结构示意图；

图8是本发明的一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置的竖支撑板、钻杆储放转盘、固定凸柱、气缸座、横气缸、限位块等的主视结构示意图；

图9是本发明的一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置的竖支撑板、气缸座、通槽等的侧视结构示意图；

图10是本发明的一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置的钻杆储放转盘、转杆储放凹槽、固定凸柱、转轴通孔的侧视结构示意图；

图11是本发明的一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置的若干个钻杆固定凹槽、固定通孔、固定块的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图11所示的一种自动旋转加特林弹夹式储杆装置，包括框架部、旋转部、驱动部、固定部和旋转钻杆移动机器人19；

框架部用于安装旋转部，

旋转部用于旋转放置钻杆，

驱动部用于为旋转部提供旋转动力，

固定部用于对旋转部上放置的钻杆进行固定，

旋转钻杆移动机器人19用于将钻杆取/放至旋转部上，其中，框架部为卧式水平结构，且长度尺寸大于钻杆尺寸。

本结构自动旋转加特林弹夹式储杆装置的框架部，包括第一底支撑横板20、第二底支撑横板21，及分别设置在第一底支撑横板20、第二底支撑横板21上的竖支撑板13，及两端分别与竖支撑板13四角连接的一组第一连接支撑钢架10、一组第二连接支撑钢架11，及分别设置在竖支撑板13上部内的通槽14。

本结构自动旋转加特林弹夹式储杆装置的旋转部，包括分别设置在竖支撑板13内，且位于通槽14下方的轴承座15，及两端分别贯穿轴承座15的转轴12，及设置在转轴12上的若干个钻杆储放转盘17，及设置在钻杆储放转盘17外层内的转杆储放凹槽24，其中，钻杆储放转盘17内设置有转轴通孔23，钻杆储放转盘17通过转轴通孔23与转轴12固定连接。

本结构自动旋转加特林弹夹式储杆装置的驱动部，包括与转轴12任意一端连接的减速箱18，及与减速箱18连接的伺服电机25，其中，减速箱18可设置一组，转轴12的两端分别与减速箱18连接，进行双驱动，提高旋转控制的精度度，实现安全和稳定的旋转控制。

本结构自动旋转加特林弹夹式储杆装置的固定部，包括分别设置在竖支撑板13一面外壁，且位于通槽14、轴承座15之间的气缸座29，及分别设置在气缸座29上的横气缸16，及设置在横气缸16上的限位块24，及与限位块24接触的固定块26，及设置在固定块26一面内的若干个钻杆固定凹槽27，及设置在固定块26内，且位于钻杆固定凹槽27两侧的固定通孔22，及分别设置在钻杆储放转盘17一面内，且位于转杆储放凹槽30两侧的两组固定凸柱28，其中，位于转杆储放凹槽30内钻杆的两端分别卡入钻杆固定凹槽27内，位于相邻转杆储放凹槽30两侧的固定凸柱28分别通过固定通孔22贯穿固定块26。

此外，限位块24为带磁性结构，若干个钻杆固定凹槽27呈一字型设置在固定块26一面内，固定块26包括但不仅限于弧形板式结构，其中，固定块26的尺寸、限位块24的尺寸分别小于通槽14的尺寸，固定凸柱28包括但不仅限于圆形外螺纹结构，与锁紧螺母相配合使用（锁紧螺母图8中未标出）。

实施例

本发明的自动旋转加特林弹夹式储杆装置的工作方法，包括以下步骤，

步骤1、将固定块26放置在横气缸16一端的限位块24上。

步骤2、控制启动伺服电机25，通过伺服电机25驱动减速箱18带动转轴12旋转，转轴12将联动若干个钻杆储放转盘17同步旋转，其中，相邻钻杆储放转盘17上的转杆储放凹槽30的朝向向上一致。

步骤3、控制启动旋转钻杆移动机器人19，旋转钻杆移动机器人19先夹取转杆，再旋转移动至钻杆储放转盘17上方，最后将夹取转杆放置在转杆储放凹槽30内，复位后重复上述动作。

步骤4、分别控制启动横气缸16，横气缸16进行相对水平移动，带动限位块24、固定块26穿过通槽14后与转杆储放凹槽30内的转杆接触，其中，转杆的两端分别卡入若干个钻杆固定凹槽27内，同时固定凸柱28分别同步贯穿固定通孔22，完成对转杆储放凹槽30内转杆的限位固定。

步骤5、控制启动伺服电机25，通过伺服电机25驱动减速箱18带动转轴12旋转，此时在旋转力的作用下，固定块26与限位块24脱离，同时将联动若干个钻杆储放转盘17同步旋转，带动下一个相邻钻杆储放转盘17上的转杆储放凹槽30旋转朝向向上。

步骤6、分别控制启动横气缸16，横气缸16进行相反水平移动，带动限位块24、固定块26通过通槽14水平移出竖支撑板13，并重复步骤1至步骤5的动作，完成转杆的旋转固定放置。

步骤7、取转杆时，重复步骤4的动作，通过限位块24将固定块26移离转杆、固定凸柱28，利用旋转钻杆移动机器人19将钻杆夹取取出，并移动至钻井作业面。

步骤8、当转杆储放凹槽30内的转杆取完后，重复步骤2、步骤4、步骤7的动作。

本发明的应用一：一种自动化高效钻杆储存系统，装配有所述自动旋转加特林弹夹式储杆装置，适应性场区的钻杆（管）的储存。

本发明的应用二：一种移动式自动化高效钻杆施工架设系统，装配有所述自动旋转加特林弹夹式储杆装置，整体结构（装置）安装在运输车上，在对钻杆（管）进行快速、安全的储放的同时，可快速的转运移动至钻机平台作业面，实现自动化的钻杆组装作业。

此外，本发明上述的装置、装置工作方法、应用一和应用二中的控制，均采用智能控制系统完成自动化控制如PLC系统，其中，旋转钻杆移动机器人19为现有市场采购产品，本申请不做限定，其能完成旋转取/放和将钻杆（管）倾斜竖起即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。