一种液力举升式连续运动钻机及其工作方法

技术领域

本发明涉及石油钻井装备技术领域，具体的是一种液力举升式连续运动钻机，还是一种液力举升式连续运动钻机及其工作方法。

背景技术

传统施工方式石油钻机在进行钻井施工时，无论自动化程度高低，在起下钻和钻进过程中都需要频繁地中断起下钻柱过程，停下来完成上卸扣操作，起下钻和钻进过程不连续，这种不连续降低了作业效率，不能满足高效钻井的需要；造成井下压力波动，不利于井壁稳定。同时，自动化程度不高的传统施工方式石油钻机钻井时，钻台面和二层台上还需要操作人员，人工劳动强度大，存在安全风险；自动化程度较高的传统施工方式石油钻机钻井时，钻台面和二层台上可以减少操作人员，降低劳动强度，但钻机钻井施工的效率没有显著提高。

发明内容

为了现有钻机起下钻柱不连续的问题，本发明提供了一种液力举升式连续运动钻机及其工作方法，该液力举升式连续运动钻机及其工作方法能实现连续不间断的起下钻，相对于传统钻机，自动化程度实现了飞跃式提升，可以显著提高钻井施工效率，减少操作人员，降低安全风险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种液力举升式连续运动钻机，包括：

底座；

井架，设置在底座上；

左右设置的两组导轨，导轨设置于井架上，导轨呈直立状态；

左右设置的两台滑车，滑车与导轨一一对应连接，滑车能够沿导轨上下移动，滑车上设置有上卸扣装置、吊卡和推移装置，上卸扣装置位于吊卡的正上方，推移装置能够使上卸扣装置和吊卡沿水平方向移动并且同步或分别地位于井口的正上方或离开井口的正上方；

二层台，设置在井架上，二层台能够存放钻柱；

左右设置的两个钻柱移运装置，钻柱移运装置能够使钻柱沿水平方向移动，钻柱移运装置还能够使钻柱沿竖直方向上下移动，钻柱移运装置能够将二层台上存放的钻柱移动至井口的正上方，钻柱移运装置还能够将井口的正上方的钻柱移动至二层台上存放；

液压升降驱动系统，含有左右设置的两个液压升降装置，液压升降装置与滑车一一对应连接，所述液压升降驱动系统能够使每一台滑车独立的上下移动。

一种液力举升式连续运动钻机的工作方法，所述液力举升式连续运动钻机的工作方法采用了上述的液力举升式连续运动钻机，所述液力举升式连续运动钻机的工作方法含有起钻过程、下钻过程和钻进过程中的一个或多个。

本发明的有益效果是：改变了传统钻机每一次接卸扣都需要在钻台上停顿、起下钻只能间断进行的传统施工方式，能实现连续不间断(且匀速或不匀速)的起下钻，相对于传统钻机，自动化程度实现了飞跃式提升，可以显著提高钻井施工效率，减少操作人员，降低安全风险。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述液力举升式连续运动钻机的主视示意图。

图2是本发明所述液力举升式连续运动钻机的左视示意图。

图3是本发明所述液力举升式连续运动钻机的俯视示意图。

图4是本发明所述液力举升式连续运动钻机的简要示意图。

图5是滑车的简要示意图。

1、底座；2、井架；3、导轨；4、滑车；5、上卸扣装置；6、吊卡；7、顶驱装置；8、推移装置；9、二层台；10、钻柱；11、钻柱移运装置；12、液压升降装置；

101、上工作面板；

201、左架柱；202、上架梁；203、右架柱；

401、车立板；

801、第一伸缩机构；802、第二伸缩机构；

1101、机械手；1102、立柱；

1201、液压缸组；1202、滑轮组；1203、游车；1204、绳索。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种液力举升式连续运动钻机，包括:

底座1；

井架2，设置在底座1上；

左右设置的两组导轨3，导轨3固定设置于井架2上，导轨3呈直立状态；

左右设置的两台滑车4，滑车4与导轨3一一对应连接，滑车4能够沿导轨3上下移动，滑车4上设置有上卸扣装置5、吊卡6和推移装置8，上卸扣装置5位于吊卡6的正上方，推移装置8能够使上卸扣装置5和吊卡6沿水平方向(即垂直于井口轴线的方向)移动并且同步或分别地位于井口的正上方或离开井口的正上方；

二层台9，设置在井架2上，二层台9能够存放钻柱10(钻柱10并不是所述连续运动钻机的组成部分)；

左右设置的两个钻柱移运装置11，钻柱移运装置11能够使钻柱10沿水平方向移动，钻柱移运装置11还能够使钻柱10沿竖直方向上下移动，以及钻柱移运装置11能够使钻柱10做水平方向和竖直方向的复合运动，钻柱移运装置11能够将二层台9上存放的钻柱10移动至井口的正上方，钻柱移运装置11还能够将井口的正上方的钻柱10移动至二层台9上存放，钻柱10为直立状态；

液压升降驱动系统，含有左右设置的两个液压升降装置12，液压升降装置12与滑车4一一对应连接，所述液压升降驱动系统能够使每一台滑车4独立的上下移动，如图1至图5所示。

在本实施例中，底座1含有上工作面板101，上工作面板101的中部内设置有与井口相对应的内通孔，所述内通孔位于井口的正上方。底座1具有多种复杂载荷承载能力，上工作面板101为平面，上工作面板101用于安装固定零部件。

在本实施例中，所述液力举升式连续运动钻机的左右两部分能够互为功能镜像(左右两部分功能一一对应，但几何尺寸不一定完全左右对称，上卸扣装置等不一定选同规格的可导致尺寸不对称)，所述液力举升式连续运动钻机的左右两部分能够关于井口的轴线对称或功能对应。井架2呈门框式结构，井架2含有从左向右依次连接的左架柱201、上架梁202和右架柱203，左侧的导轨3与左架柱201连接固定，右侧的导轨3与右架柱203连接连接，左架柱201和右架柱203分别对称地设置于井口(即井眼孔)的左右两侧，左架柱201和右架柱203互为镜像或互相对应，上架梁202将左架柱201的顶部和右架柱203的顶部连成一体。

在本实施例中，左右两台滑车4互为镜像，滑车4含有车立板401和车轮，推移装置8含有第一伸缩机构801，吊卡6位于上卸扣装置5的正下方，吊卡6相对于上卸扣装置5固定，上卸扣装置5和吊卡6均与第一伸缩机构801连接，第一伸缩机构801能够伸缩，当第一伸缩机构801处于伸出状态时，上卸扣装置5和吊卡6均位于井口的正上方，当第一伸缩机构801处于缩回状态时，上卸扣装置5和吊卡6均离开井口的正上方。上卸扣装置5具有自动上卸扣功能，吊卡6具有挂上和摘开钻柱10的接箍的功能，上卸扣装置5和吊卡6均为现有技术产品。

上卸扣装置5和吊卡6均通过第一伸缩机构801与车立板401连接，第一伸缩机构801含有液压缸，第一伸缩机构801能够使上卸扣装置5和吊卡6沿水平方向移动，并使上卸扣装置5和吊卡6在移动后保持水平状态不变。当第一伸缩机构801处于伸出状态时，上卸扣装置5和吊卡6均位于井口的正上方，上卸扣装置5和吊卡6的回转中心均位于井口的轴线上，上卸扣装置5和吊卡6均远离车立板401；当第一伸缩机构801处于缩回状态时，上卸扣装置5和吊卡6均离开井口的正上方，上卸扣装置5和吊卡6的回转中心均离开井口的轴线，上卸扣装置5和吊卡6均靠近车立板401。

在本实施例中，滑车4上还设置有顶驱装置7，顶驱装置7位于上卸扣装置5的正上方，推移装置8能够使顶驱装置7沿水平方向移动并使顶驱装置7位于井口的正上方或离开井口的正上方。顶驱装置7和推移装置8均可以为现有技术产品。所述液力举升式连续运动钻机的其它部件也均可以采用现有技术产品。

在本实施例中，推移装置8含有第二伸缩机构802，第二伸缩机构802与第一伸缩机构801相互独立，第二伸缩机构802与第一伸缩机构801也可以通过控制程序关联，顶驱装置7与第二伸缩机构802连接，第二伸缩机构802能够伸缩。当第一伸缩机构801和第二伸缩机构802均处于伸出状态时，顶驱装置7位于井口的正上方，当第一伸缩机构801和第二伸缩机构802均处于缩回状态时，顶驱装置7离开井口的正上方(当第一伸缩机构801不缩回、第二伸缩机构802处于缩回状态时，顶驱装置7也会离开井口的正上方)。顶驱装置7可夹持和驱动钻柱10自转。

顶驱装置7通过第二伸缩机构802与车立板401连接，第二伸缩机构802含有液压缸，第二伸缩机构802能够使顶驱装置7沿水平方向移动，并使顶驱装置7在移动后保持水平状态不变。当第二伸缩机构802处于伸出状态时，顶驱装置7位于井口的正上方，顶驱装置7的回转轴线位于井口的轴线上，顶驱装置7远离车立板401，当第二伸缩机构802处于缩回状态时，顶驱装置7离开井口的正上方，顶驱装置7的回转轴线离开井口的轴线，顶驱装置7靠近车立板401。

在本实施例中，二层台9安装固定在井架2上适宜高度的位置，二层台9上设置有多根挡杆以及多条钻柱存放通道，所述多条钻柱存放通道左右对称布置；二层台9与底座1配合可以长时间稳定靠放长钻柱10，其中所述底座1可以长时间稳定放置钻柱10的底端，二层台9可以长期稳定靠放钻柱10的侧面。

在本实施例中，左右两个钻柱移运装置11能够互为镜像，钻柱移运装置11含有依次连接的机械手1101、立柱1102和立柱旋转驱动机构，立柱1102能够旋转，即所述立柱旋转驱动机构能够驱动立柱1102以立柱1102的轴线或轴线平行线为轴转动，立柱1102为直立状态。左侧的立柱1102和右侧的立柱1102分别位于井口的左右两侧，立柱1102旋转能够带动机械手1101转动，机械手1101能够抓放钻柱10，机械手1101能够使钻柱10沿水平方向移动，机械手1101还能够使钻柱10上下移动，机械手1101还能够使钻柱10做水平方向和竖直方向的复合运动。

机械手1101能够以立柱1102的轴线或轴线平行线为轴转动，机械手1101还能够上下移动。机械手1101的操作部能够从位于井口的正上方移动至二层台9的正下方，从而实现将钻柱10从井口的正上方移动至二层台9的指定位置上存放。机械手1101的操作部还能够从二层台9的正下方移动至位于井口的正上方，从而实现将二层台9的指定位置上存放的钻柱10移动至井口的正上方。

在本实施例中，所述液压升降驱动系统含有左右设置的两个液压升降装置12，液压升降装置12与滑车4一一对应连接，两个液压升降装置12互为镜像。液压升降装置12含有液压缸组1201、滑轮组1202和绳索1204，液压缸组1201呈直立状态，液压缸组1201的位置与左架柱201和右架柱203一一对应，滑轮组1202固定于液压缸组1201的顶部，绳索1204的一端固定于底座1上，绳索1204绕过滑轮组1202，绳索1204的另一端与滑车4连接。液压缸组1201能够伸缩，当液压缸组1201处于伸出状态时，液压缸组1201的总体高度变高，当液压缸组1201处于缩回状态时，液压缸组1201的总体高度变低，这样液压缸组1201伸缩能够使滑车4上下移动。

或者，液压升降装置12含有液压缸组1201、滑轮组1202、游车1203和绳索1204，液压缸组1201呈直立状态，滑轮组1202固定于液压缸组1201的顶部，游车1203位于滑车4和滑轮组1202之间，游车1203与滑车4一一对应的钩挂连接，绳索1204的一端固定于底座1上，绳索1204绕过滑轮组1202，绳索1204的另一端与游车1203连接，液压缸组1201伸缩能够使滑车4上下移动。

下面介绍一种液力举升式连续运动钻机的工作方法，所述液力举升式连续运动钻机的工作方法采用了上述的液力举升式连续运动钻机，所述液力举升式连续运动钻机的工作方法含有起钻过程、下钻过程和钻进过程中的一个过程、两个过程或三个过程；

所述起钻过程含有以下步骤：

步骤1a、钻柱10的轴线与井口的轴线基本重合，左侧的滑车4移动至滑车下极限位，左侧的滑车4上的上卸扣装置5和吊卡6移动至井口的正上方，随后左侧的吊卡6挂上钻柱10上端的接箍，左侧的滑车4从滑车下极限位向井架2的上部移动，钻柱10随左侧的滑车4向上移动；

步骤2a、右侧的滑车4移动至滑车下极限位，左侧的钻柱移运装置11的机械手1101移动至机械手低工位，右侧的滑车4上的上卸扣装置5和吊卡6移动至井口的正上方，随后右侧的吊卡6挂上钻柱10下端的接箍，右侧的吊卡6承受钻柱10的载荷，完成荷载转移；同时，左侧的钻柱移运装置11的机械手1101移动至井口的正上方，右侧的滑车4上的吊卡6和左侧的钻柱移运装置11的机械手1101继续不停顿地向上移动，同时右侧的上卸扣装置5对钻柱10卸扣，将钻柱10从卸扣处断开；卸扣完成后或卸扣的同时，左侧的吊卡6打开，左侧的滑车4上的上卸扣装置5和吊卡6移动离开井口的正上方，左侧的滑车4减速上行至滑车上极限位后向下移动，同时左侧的钻柱移运装置11的机械手1101抓牢被卸下的钻柱10，并将被卸下的钻柱10从井口的正上方移动至二层台9上存放；同时，右侧的滑车4继续不停顿地向井架2的上部方向移动；

步骤3a、左侧的滑车4移动至滑车下极限位，右侧的钻柱移运装置11的机械手1101移动至机械手低工位，左侧的滑车4上的上卸扣装置5和吊卡6移动至井口的正上方，随后左侧的吊卡6挂上钻柱10下端的接箍，左侧的吊卡6承受钻柱10的载荷，完成荷载转移；同时，右侧的钻柱移运装置11的机械手1101移动至井口的正上方，左侧的滑车4上的吊卡6和右侧的钻柱移运装置11的机械手1101继续不停顿地向上移动，同时左侧的上卸扣装置5对钻柱10卸扣，将钻柱10从卸扣处断开；卸扣完成后或卸扣的同时，右侧的吊卡6打开，右侧的滑车4上的上卸扣装置5和吊卡6移动离开井口的正上方，右侧的滑车4减速上行至滑车上极限位后向下移动，同时右侧的钻柱移运装置11的机械手1101抓牢被卸下的钻柱10，并将被卸下的钻柱10从井口的正上方移动至二层台9上存放；同时，左侧的滑车4继续不停顿地向井架2的上部方向移动；

步骤4a、依次重复步骤2a和步骤3a，直至完成整个起钻过程。

由于左侧的滑车4和右侧的滑车4在步骤2a和步骤3a中配合能使钻柱10始终持续不断地向上移动，该液力举升式连续运动钻机及其工作方法能实现连续不间断且匀速的起钻(钻柱10)。

所述下钻过程含有以下步骤：

步骤1b、左侧的滑车4移动至井架2的上部位置，右侧的钻柱移运装置11的机械手1101将二层台9上存放的钻柱10移动至井口的正上方，左侧的滑车4上的上卸扣装置5和吊卡6移动至井口的正上方，左侧的吊卡6挂上钻柱10上端的接箍，然后右侧的钻柱移运装置11的机械手1101放开抓取的钻柱10并离开井口的正上方；左侧的滑车4向下移动，钻柱10下入井口，钻柱10的轴线与井口的轴线基本重合；

步骤2b、右侧的滑车4移动至滑车上极限位，左侧的钻柱移运装置11的机械手1101将二层台9上存放的钻柱10移动至井口的正上方，右侧的滑车4上的上卸扣装置5和吊卡6移动至井口的正上方，右侧的吊卡6挂上钻柱10上端的接箍；左侧的钻柱移运装置11的机械手1101和右侧的吊卡6都加速向下移动，同时左侧的钻柱移运装置11的机械手1101释放夹持状态(夹紧机构松开)，右侧的吊卡6所挂的钻柱10与左侧的吊卡6所挂的钻柱10上下对扣，随后右侧的吊卡6随左侧的吊卡6同步向下移动，同时左侧的钻柱移运装置11的机械手1101放开抓取的钻柱10并离开井口的正上方，同时左侧的上卸扣装置5上扣，将上下两根钻柱10连成一体；随后左侧的吊卡6加速向下移动脱离钻柱10的接箍，右侧的吊卡6承受载荷，完成荷载转移，随后左侧的吊卡6打开，并继续向下移动，同时左侧的滑车4上的上卸扣装置5和吊卡6移动离开井口的正上方，左侧的滑车4减速下行至滑车下极限位后向上移动；同时，右侧的吊卡6继续不停顿地带着钻柱10向井架2的下部方向移动；

步骤3b、左侧的滑车4移动至滑车上极限位，右侧的钻柱移运装置11的机械手1101将二层台9上存放的钻柱10移动至井口的正上方，左侧的滑车4上的上卸扣装置5和吊卡6移动至井口的正上方，左侧的吊卡6挂上钻柱10上端的接箍；右侧的钻柱移运装置11的机械手1101和左侧的吊卡6都加速向下移动，同时右侧的钻柱移运装置11的机械手1101释放夹持状态(夹紧机构松开)，左侧的吊卡6所挂的钻柱10与右侧的吊卡6所挂的钻柱10上下对扣，随后左侧的吊卡6随右侧的吊卡6同步向下移动，同时右侧的钻柱移运装置11的机械手1101放开抓取的钻柱10并离开井口的正上方，同时右侧的上卸扣装置5上扣，将上下两根钻柱10连成一体；随后右侧的吊卡6加速向下移动脱离钻柱10的接箍，左侧的吊卡6承受载荷，完成荷载转移，随后右侧的吊卡6打开，并继续向下移动，同时右侧的滑车4上的上卸扣装置5和吊卡6移动离开井口的正上方，右侧的滑车4减速下行至滑车下极限位后向上移动；同时，左侧的吊卡6继续不停顿地带着钻柱10向井架2的下部方向移动；

步骤4b、依次重复步骤2b和步骤3b，直至完成整个下钻过程。

由于左侧的滑车4和右侧的滑车4在步骤2b和步骤3b中配合能使钻柱10始终持续不断地向下移动，该液力举升式连续运动钻机及其工作方法能实现连续不间断且匀速的下钻(钻柱10)。

所述液力举升式连续运动钻机的工作方法还含有钻进过程，所述钻进过程含有以下步骤：

待完成下钻后，右侧的滑车4上的顶驱装置7伸出，顶驱装置7移动至位于井口的正上方，顶驱装置7与钻柱10上方丝扣完成接扣，然后向下钻进。待完成一根钻柱10的钻进深度后，右侧的滑车4上的顶驱装置7卸扣，并缩回，右侧的吊卡6挂上井口处的钻柱10的上端接箍承受钻柱10的重量。左侧的钻柱移运装置11抓取下一根钻柱10，移动至井口中心并与井口中心的钻柱10对扣，右侧的上卸扣装置5完成上扣。左侧的滑车4上的上卸扣装置5和吊卡6伸出，左侧的吊卡6挂上井口处钻柱10的上端接箍承受钻柱10的重量，左侧的滑车4上的顶驱装置7伸出与井口处的钻柱10接扣，然后继续向下钻进。在左侧的滑车4上的吊卡6承受钻柱10的重量后，右侧的滑车4上的顶驱装置7、上卸扣装置5和吊卡6均缩回，离开井口的正上方，然后右侧的滑车4沿导轨3向上移动到指定高度，准备下一根钻柱10的钻进。

在钻进过程中，仅在接钻柱10上卸扣时，需要有很短时间的钻进停顿，在其它过程中，由于均有两组滑车4、顶驱装置7、吊卡6、上卸扣装置5、钻柱移运装置11和液压升降装置12等的交替工作和相互配合，使得整个石油钻机基本处于连续的运动状态，钻机从停钻到继续钻进消耗的时间较常规钻机大幅度减小。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。