CN102654040B - 石油钻柱仓储自动化装置 - Google Patents

Abstract

一种石油钻柱仓储自动化装置。主要解决现有的井上钻柱排放施工时采用人工操作，劳动强度大、安全性差的问题。其特征在于：装置由钻柱仓储单元、安装底座单元和支架单元组成；钻柱仓储单元由仓储框体和拨管机构两部分连接后构成；拨管机构中的1号导向轮和2号导向轮与仓储框体中的导轨H型钢为滑动配合连接；钻柱仓储单元的轴承座与底座安装单元的转动支承座通过转动轴相连，以实现在手动液压泵的作用下，通过液压缸使钻柱仓储单元完成顺逆旋转；通过定位销将框体铰支座与底座铰支座相连接，以实现装置稳定；钻柱仓储单元与安装底座单元为铰链配合，钻柱仓储单元和支架单元为螺纹连接。该装置可以实现修井作业起下钻柱排放工作的机械自动化。

Description

石油钻柱仓储自动化装置

技术领域

 本发明涉及一种用于油田钻井作业施工过程中对钻柱进行自动取送和排放的装置。

背景技术

在石油钻井作业过程中，需要频繁的进行钻柱的连接，因此在钻井井场上排放有大量的钻柱，需要对钻柱进行排放作业。特别是在起、下钻过程中，需多次重复进行钻柱排放作业。传统的操作方式中，需要工人将待连接或更换下来的钻柱进行排放整齐，故钻柱排放作业不仅要花费作业工人大量的时间，而且劳动强度大，安全风险高。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种石油钻柱仓储自动化装置，该种装置可以实现修井作业起下钻柱排放工作的机械化，大大减轻了作业工的劳动强度，提高了生产效率。

本发明的技术方案是：该种石油钻柱仓储自动化装置，分为三部分，分别称为钻柱仓储单元、安装底座单元和支架单元；

所述钻柱仓储单元由仓储框体和拨管机构两部分连接后构成；

其中，所述仓储框体包括外侧横梁工字钢、横梁工字钢、支撑横梁工字钢、支脚、挡梁矩形钢、杆支座、钻柱分层梁、框体铰支座、轴承座、导轨H型钢、齿条和矩形钢撑架；外侧横梁工字钢、横梁工字钢、支撑横梁工字钢、支脚和挡梁矩形钢通过焊接连接，杆支座和挡梁矩形钢通过螺栓连接，钻柱分层梁平放于杆支座上，框体铰支座和挡梁矩形钢通过螺栓连接，轴承座和横梁工字钢通过螺栓连接，导轨H型钢和外侧横梁工字钢通过焊接连接，导轨H型钢和矩形钢撑架通过焊接连接，齿条和矩形钢撑架通过焊接连接。

所述拨管机构包括壳体、驱动液缸、拨叉、拨管滑块、拨管机构铰支座、2号导向轮、1号导向轮、1号导向轮安装轴、拨管滑块驱动液缸、起升马达、蜗杆、蜗轮、小锥齿轮、大锥齿轮、轴、联轴器和圆柱齿轮；其中，驱动液缸通过拨管机构铰支座分别与拨叉和拨管机构的壳体相连，1号导向轮和2号导向轮通过拨管机构铰支座与壳体相连，拨管滑块和拨管滑块驱动液缸安装于壳体内的滑轨上，起升马达、蜗杆、蜗轮、小锥齿轮、大锥齿轮和圆柱齿轮分别通过对应的轴承座安装于壳体内，起升马达通过轴承座与蜗杆相连；1号导向轮安装轴通过螺纹连接于墙板上，1号导向轮与1号导向轮安装轴通过内六角螺钉固定，2号导向轮通过轴与拨管机构铰支座相连接；驱动液缸通过拨管机构铰支座与拨叉相连；

所述拨管机构中的1号导向轮和2号导向轮与所述仓储框体中的导轨H型钢为滑动配合连接；

所述安装底座单元包括手动液压泵支座、转动支承座、底座铰支座和底板；所述手动液压泵支座、转动支承座以及底座铰支座分别通过螺钉安装于底板上；

所述支架单元包括托架、支板、滑动导轨、1号液压缸支板、轻型拉杆液压缸、2号液压缸支板、移动底座、滚动导轨、活动支腿、滚轮、过渡连接、驱动马达、1号丝杆安装底座、丝杆和2号丝杆安装底座；其中，所述滚动导轨和安装底座单元中的底板通过螺纹连接；托架在支板上，托架与支板为螺栓连接，支板下端与过渡连接通过螺纹相连，过渡连接与轻型拉杆液压缸相连，从而实现托架的上下运动；支板通过滑柱与滑动导轨滑动配合连接，1号液压缸支板和2号液压缸支板通过螺钉固定于滑动导轨上，轻型拉杆液压缸通过螺栓固定于1号液压缸支板和2号液压缸支板上，移动底座与滑动导轨通过螺栓固定连接，活动支腿和移动底座通过螺栓固定连接，滚轮安装于活动支腿两侧，支板、过渡连接与轻型拉杆液压缸的上端连接法兰分别通过螺栓依次连接，1号丝杆安装底座和2号丝杆安装底座与所述底板分别通过螺栓固接，丝杆通过轴承连接于1号丝杆安装底座和2号丝杆安装底座之间；

所述钻柱仓储单元的轴承座与底座安装单元的转动支承座通过转动轴相连，以实现在手动液压泵的作用下，通过液压缸使钻柱仓储单元完成顺逆旋转；通过定位销将框体铰支座与底座铰支座相连接，以实现装置稳定；

所述钻柱仓储单元与安装底座单元为铰链配合，钻柱仓储单元和支架单元为螺纹连接。

本发明具有如下有益效果：该种石油钻柱仓储自动化装置采用机械、液压、控制等技术,用机械装备代替人工操作设计合理，工作可靠，利用它可以实现修井作业起下钻柱排放工作的机械化，大大减轻了作业工的劳动强度，提高了生产效率。另外，该装置占地面积小，可适应井场越来越小的要求, 对于实现安全、健康钻井和提高钻井效率起到有效的促进作用。

附图说明：

图1是石油钻柱仓储自动化装置的整体结构示意图；

图2是本发明安装底座单元的结构示意图；

图3是本发明仓储单元的结构示意图；

图4是本发明仓储框体的钻柱摆放架的结构示意图；

图5是本发明仓储框体的仓储滑动轨道的结构示意图；

图6是本发明拨管机构的结构示意图一；

图7是本发明拨管机构的结构示意图二；

图8是本发明拨管装置的起升驱动系统的结构示意图；

图9是本发明支架单元的结构示意图一；

图10是本发明支架单元的结构示意图二；

图11是本发明支架单元起驱动作用部分的结构示意图；

图12是本发明支架单元的支架主体的移动底座的结构示意图；

图13是本发明支架单元的移动装置的活动支腿的结构示意图；

图14是本发明支架单元的移动装置的滚轮的结构示意图；

图15是本发明支架单元的移动装置的滚动导轨的结构示意图；

图16是本发明支架单元的支架主体的1号液压缸支板的结构示意图；

图17是本发明支架单元的支架主体的2号液压缸支板的结构示意图；

图18是本发明支架单元的支架主体的过渡连接的结构示意图；

图19是本发明支架单元的支架主体的托架的结构示意图；

图20是本发明支架单元的支架主体的滑动导轨的结构示意图。

图中1-钻柱仓储单元，2-安装底座单元，3-支架单元，4-手动液压泵支座，5-转动支承座，6-底座铰支座，7-底板，8-仓储框体，9-拨管机构，10-外侧横梁工字钢，11-横梁工字钢，12-支撑横梁工字钢，13-支脚，14-挡梁矩形钢，15-杆支座，16-钻柱分层梁，17-框架铰支座，18-轴承座，19-导轨H型钢，20-齿条，21-矩形钢撑架，22-驱动液缸，23-拨叉，24-拨管滑块，25-拨管机构铰支座，26-2号导向轮，27-1号导向轮，28-1号导向轮安装轴，29-拨管滑块驱动液缸，30-起升马达，31-蜗杆，32-蜗轮，33-小锥齿轮，34-大锥齿轮，35-轴，36-联轴器，37-圆柱齿轮，38-托架，39-支板，40-滑动导轨，41-1号液压缸支板，42-轻型拉杆液压缸，43-2号液压缸支板，44-移动底座，45-滚动导轨，46-活动支腿，47-滚轮，48-过渡连接，49-驱动马达，50-1号丝杆安装底座,51-丝杆，52-2号丝杆安装底座。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至20所示，该种石油钻柱仓储自动化装置，分为三部分，分别称为钻柱仓储单元1、安装底座单元2和支架单元3。

所述钻柱仓储单元1由仓储框体8和拨管机构9两部分连接后构成。

其中，所述仓储框体8包括外侧横梁工字钢10、横梁工字钢11、支撑横梁工字钢12、支脚13、挡梁矩形钢14、杆支座15、钻柱分层梁16、框体铰支座17、轴承座18、导轨H型钢19、齿条20和矩形钢撑架21；外侧横梁工字钢10、横梁工字钢11、支撑横梁工字钢12、支脚13和挡梁矩形钢14通过焊接连接，杆支座15和挡梁矩形钢14通过螺栓连接，钻柱分层梁16平放于杆支座15上，框体铰支座17和挡梁矩形钢14通过螺栓连接，轴承座18和横梁工字钢11通过螺栓连接，导轨H型钢19和外侧横梁工字钢10通过焊接连接，导轨H型钢19和矩形钢撑架21通过焊接连接，齿条20和矩形钢撑架21通过焊接连接。

所述拨管机构9包括壳体、驱动液缸22、拨叉23、拨管滑块24、拨管机构铰支座25、2号导向轮26、1号导向轮27、1号导向轮安装轴28、拨管滑块驱动液缸29、起升马达30、蜗杆31、蜗轮32、小锥齿轮33、大锥齿轮34、轴35、联轴器36和圆柱齿轮37；其中，驱动液缸22通过拨管机构铰支座分别与拨叉23和拨管机构的壳体相连，1号导向轮27和2号导向轮26通过拨管机构铰支座25与壳体相连，拨管滑块24和拨管滑块驱动液缸29安装于壳体内的滑轨上，起升马达30、蜗杆31、蜗轮32、小锥齿轮33、大锥齿轮34和圆柱齿轮37分别通过对应的轴承座安装于壳体内，起升马达30通过轴承座与蜗杆31相连；1号导向轮安装轴28通过螺纹连接于墙板上，1号导向轮27与1号导向轮安装轴28通过内六角螺钉固定，2号导向轮26通过轴与拨管机构铰支座25相连接；驱动液缸22通过拨管机构铰支座25与拨叉23相连。

所述拨管机构9中的1号导向轮27和2号导向轮26与所述仓储框体8中的导轨H型钢19为滑动配合连接；

所述安装底座单元2包括手动液压泵支座4、转动支承座5、底座铰支座6和底板7；所述手动液压泵支座4、转动支承座5以及底座铰支座6分别通过螺钉安装于底板7上。

所述支架单元3包括托架38、支板39、滑动导轨40、1号液压缸支板41、轻型拉杆液压缸42、2号液压缸支板43、移动底座44、滚动导轨45、活动支腿46、滚轮47、过渡连接48、驱动马达49、1号丝杆安装底座50、丝杆51和2号丝杆安装底座52。其中，所述滚动导轨45和安装底座单元2中的底板7通过螺纹连接；托架38在支板39上，托架38与支板39为螺栓连接，支板39下端与过渡连接48通过螺纹相连，过渡连接48与轻型拉杆液压缸42相连，从而实现托架38的上下运动；支板39通过滑柱与滑动导轨40滑动配合连接，1号液压缸支板41和2号液压缸支板43通过螺钉固定于滑动导轨40上，轻型拉杆液压缸42通过螺栓固定于1号液压缸支板41和2号液压缸支板43上，移动底座44与滑动导轨40通过螺栓固定连接，活动支腿46和移动底座44通过螺栓固定连接，滚轮47安装于活动支腿46两侧，支板39、过渡连接48与轻型拉杆液压缸42的上端连接法兰分别通过螺栓依次连接，1号丝杆安装底座50和2号丝杆安装底座52与所述底板7分别通过螺栓固接，丝杆51通过轴承连接于1号丝杆安装底座50和2号丝杆安装底座52之间；

所述钻柱仓储单元1的轴承座18与底座安装单元2的转动支承座5通过转动轴相连，以实现在手动液压泵的作用下，通过液压缸使钻柱仓储单元完成顺逆旋转；通过定位销将框体铰支座17与底座铰支座6相连接，以实现装置稳定；

所述钻柱仓储单元1与安装底座单元2为铰链配合，钻柱仓储单元1和支架单元3为螺纹连接。

在上述结构中，钻柱仓储单元的轴承座与底座安装单元的转动支承座通过转动轴相连，在手动液压泵的作用下，液压缸使钻柱仓储单元实现顺逆旋转，通过定位销将仓储单元的铰支座与安装底座的铰支座相连。

另外，可以将所述拨管机构概括为由起升驱动结构、起升导向结构和拨管结构联合而构成；其中，拨管机构在仓储滑动轨道上上下移动，靠液缸驱动拨叉从而实现钻柱从支架上的取放过程，拨管滑块驱动液缸驱动拨管滑块实现钻柱从仓储单元的分层横梁的取放。可以说起升驱动结构由起升马达、蜗杆、蜗轮、锥齿轮、联轴器以及圆柱齿轮构成；其中，起升马达通过轴承座与蜗杆相连，其余结构与该结构一致；所述起升导向结构由导向轮安装轴、两个导向轮、相应铰支座构成；其中，1号导向轮安装轴通过螺纹连接于墙板上，1号导向轮与导向轮安装轴通过内六角螺钉固定，2号导向轮通过轴与铰支座相连。拨管结构由拨管滑块、拨叉、驱动液缸构成，其中，驱动液缸通过铰支座与拔叉相连。 

对于支架单元来说，可以将其概括为由支架移动装置和支架主体构成。其中，驱动马达带动丝杆与移动底座上的螺母配合实现支架单元沿滑动导轨的双向滑动；托架在支板上，支板下端与过渡连接通过螺纹相连，过渡连接与轻型拉杆液压缸相连，从而实现托架的上下运动；所述支架移动装置由滚动导轨、活动支腿和滚轮构成；其中，滚动导轨通过螺纹连接于底座上：所述支架主体由移动底座、驱动马达、传动丝杆、轻型拉杆液压缸、1号液压缸支板、2号液压缸支板、滑动导轨、滑杆、支板以及托架等构成；其中，传动丝杆通过与移动底座上的螺母配合，轻型拉杆液压缸通过螺纹连接于液压缸支板上，液压缸支板通过螺纹连接于滑动导轨上，滑杆能相对于滑动导轨上下移动，托架通过螺纹连接与支板上，过渡连接通过螺纹连接将支板和轻型拉杆液压缸相连。

本发明按照如下步骤完成操作：

在钻井钻柱下放的过程中，手动液压泵驱动液压缸将钻柱仓储单元逆时针旋转，用定位销将钻柱仓储单元固定，钻柱在分层梁上滚至外侧横梁工字钢上，拨管机构在仓储滑动轨道上移至有钻柱的顶层，拨管滑块伸出将单根油管分离，拨管机构移至仓储滑动轨道的顶端，钻柱滚至拨叉处，拨管机构下移至支架单元的托架处，驱动液缸使拨叉转平将钻柱放到支架单元的托架上，机械手将钻柱从支架单元的托架上取走，完成下管过程。

在钻井钻柱上拉的过程中，手动液压泵驱动液压缸将钻柱仓储单元顺时针旋转，用定位销将钻柱仓储单元固定，机械手将钻柱放到支架单元的托架上，支架单元在传动丝杆的作用下向仓储单元移动到位，拨管机构在仓储滑动轨道上滑动轨道上从下向上移动，到达支架单元托架处，拨叉接触钻柱，驱动液缸将拨叉和钻柱向上举起，拨管机构向上运动至仓储滑动导轨的顶端，拨管滑块伸出，钻柱滚至仓储滑动导轨和拨管滑块之间，拨管装置向下运动至钻柱排放层处，拨管滑块缩回，钻柱沿分层梁滚动到位，完成上管过程。

Claims (1)

1.一种石油钻柱仓储自动化装置，分为三部分，分别称为钻柱仓储单元（1）、安装底座单元（2）和支架单元（3）；

所述钻柱仓储单元（1）由仓储框体（8）和拨管机构（9）两部分连接后构成；

其中，所述仓储框体（8）包括外侧横梁工字钢（10）、横梁工字钢（11）、支撑横梁工字钢（12）、支脚（13）、挡梁矩形钢（14）、杆支座（15）、钻柱分层梁（16）、框体铰支座（17）、轴承座（18）、导轨H型钢（19）、齿条（20）和矩形钢撑架（21）；外侧横梁工字钢（10）、横梁工字钢（11）、支撑横梁工字钢（12）、支脚（13）和挡梁矩形钢（14）通过焊接连接，杆支座（15）和挡梁矩形钢（14）通过螺栓连接，钻柱分层梁（16）平放于杆支座（15）上，框体铰支座（17）和挡梁矩形钢（14）通过螺栓连接，轴承座（18）和横梁工字钢（11）通过螺栓连接，导轨H型钢（19）和外侧横梁工字钢（10）通过焊接连接，导轨H型钢（19）和矩形钢撑架（21）通过焊接连接，齿条（20）和矩形钢撑架（21）通过焊接连接；所述拨管机构（9）包括壳体、驱动液缸（22）、拨叉（23）、拨管滑块（24）、拨管机构铰支座（25）、2号导向轮（26）、1号导向轮（27）、1号导向轮安装轴（28）、拨管滑块驱动液缸（29）、起升马达（30）、蜗杆（31）、蜗轮（32）、小锥齿轮（33）、大锥齿轮（34）、轴（35）、联轴器（36）和圆柱齿轮（37）；其中，驱动液缸（22）通过拨管机构铰支座分别与拨叉（23）和拨管机构的壳体相连，1号导向轮（27）和2号导向轮（26）通过拨管机构铰支座（25）与壳体相连，拨管滑块（24）和拨管滑块驱动液缸（29）安装于壳体内的滑轨上，起升马达（30）、蜗杆（31）、蜗轮（32）、小锥齿轮（33）、大锥齿轮（34）和圆柱齿轮（37）分别通过对应的轴承座安装于壳体内，起升马达（30）通过轴承座与蜗杆（31）相连；1号导向轮安装轴（28）通过螺纹连接于墙板上，1号导向轮（27）与1号导向轮安装轴（28）通过内六角螺钉固定，2号导向轮（26）通过轴与拨管机构铰支座（25）相连接；驱动液缸（22）通过拨管机构铰支座（25）与拨叉（23）相连；

所述拨管机构（9）中的1号导向轮（27）和2号导向轮（26）与所述仓储框体（8）中的导轨H型钢（19）为滑动配合连接；

所述安装底座单元（2）包括手动液压泵支座（4）、转动支承座（5）、底座铰支座（6）和底板（7）；所述手动液压泵支座（4）、转动支承座（5）以及底座铰支座（6）分别通过螺钉安装于底板（7）上；

所述支架单元（3）包括托架（38）、支板（39）、滑动导轨（40）、1号液压缸支板（41）、轻型拉杆液压缸（42）、2号液压缸支板（43）、移动底座（44）、滚动导轨（45）、活动支腿（46）、滚轮（47）、过渡连接（48）、驱动马达（49）、1号丝杆安装底座（50）、丝杆（51）和2号丝杆安装底座（52）；其中，所述滚动导轨（45）和安装底座单元（2）中的底板（7）通过螺纹连接；托架（38）在支板（39）上，托架（38）与支板（39）为螺栓连接，支板（39）下端与过渡连接（48）通过螺纹相连，过渡连接（48）与轻型拉杆液压缸（42）相连，从而实现托架（38）的上下运动；支板（39）通过滑柱与滑动导轨（40）滑动配合连接，1号液压缸支板（41）和2号液压缸支板（43）通过螺钉固定于滑动导轨（40）上，轻型拉杆液压缸（42）通过螺栓固定于1号液压缸支板（41）和2号液压缸支板（43）上，移动底座（44）与滑动导轨（40）通过螺栓固定连接，活动支腿（46）和移动底座（44）通过螺栓固定连接，滚轮（47）安装于活动支腿（46）两侧，支板（39）、过渡连接（48）与轻型拉杆液压缸（42）的上端连接法兰分别通过螺栓依次连接，1号丝杆安装底座（50）和2号丝杆安装底座（52）与所述底板（7）分别通过螺栓固接，丝杆（51）通过轴承连接于1号丝杆安装底座（50）和2号丝杆安装底座（52）之间；

所述钻柱仓储单元（1）的轴承座（18）与底座安装单元（2）的转动支承座（5）通过转动轴相连，以实现在手动液压泵的作用下，通过液压缸使钻柱仓储单元完成顺逆旋转；通过定位销将框体铰支座（17）与底座铰支座（6）相连接，以实现装置稳定；

所述钻柱仓储单元（1）与安装底座单元（2）为铰链配合，钻柱仓储单元（1）和支架单元（3）为螺纹连接。

Images