油田钻井平台自动甩钻具装置典型结构分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇油田钻井平台自动甩钻具装置典型结构分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

[摘 要]随着油田勘探开发的不断深入，对钻井的要求也越来越高，钻杆自动化操作系统采用机械、液压、控制等技术，用机械装备代替人工操作，是实现安全、健康钻井和提高钻井效率的有效途径。本文介绍了油田内外钻杆自动化处理系统各种典型结构，对比了不同的排放和传送方式，得出它们的优缺点。

[关键词]钻杆排放 钻杆传送 典型结构

中图分类号：S776.032 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0032-01

在钻机钻杆升降过程中需要进行将钻杆送到钻台或将钻杆送下钻台的往复操作。传统的钻杆排放操作方式需要工作人员与钻杆直接接触，由司钻、钻工、井架工等人员密切配合，稍有不慎便可能造成事故。这是一个重复性高，劳动强度大，危险系数高且生产效率低的过程，需要多人合作共同完成。据国际钻井承包商协会统计，在钻井作业中30% ～52% 的伤亡事故发生在钻杆升降过程中，并因此耽误了大量的钻井时间。

钻杆自动操作系统能够代替人工完成以上过程。在钻井起下钻作业过程中，该系统承担对钻杆夹持、提升、下放、平移和回转等操作 实现钻具在钻台与地面之间的自动输送、排放、储运等；还可与动力辅助鼠洞、铁钻工配合完成单根接成立根操作， 不再需要人工直

接参与，从而让钻工远离危险区域。钻杆自动操作系统减轻了工人劳动强度、提高了安全操作水平、降低了安全风险，同时也提高了钻杆排放的自动化水平和工作效率，是实现安全、健康钻井和提高钻井效率的有效途径。据统计显示，利用钻杆自动排放装置，可节省钻杆升降时间的25%。 .

钻杆操作系统：按照功能可以分为：（1）钻杆排放.即在钻台排放架上排放钻杆套管等；（2）钻杆传送，即在水平钻杆架、钻台排放架和井口之间传送钻杆和套管等。

1 钻杆排放系统

钻杆排放通常通过钻台排放架实现，用以存储立根。排放架的分类根据排放架指梁的形式可分为星型、平行型和X―Y 型。

1.1 星型

最早的钻杆排放系统采用星型结构， 多应用于小型钻机。在该系统中，由液压系统驱动排放架旋转从而带动钻杆旋转。立柱配合排放架只需旋转一定角度便可以在井口与排放架之间移送钻杆。这种排放架不需要另外设计轨道，特殊的指梁结构不需要为每个立根设计独立的固定装置.结构紧凑，可大大节省所占空间，传送操作简单，易于控制。缺点是整体旋转，需要大的驱动功率，钻杆排放数量有限，不利于钻台平衡。故多用于小型钻机。

1.2 平行型

大型钻机广泛采用此种形式。因为它可以存放较大数量的钻杆及套管等. 而且可以与卧式钻杆操作系统实现完美的配合。其指梁可以调节，能满足不同直径管柱的要求。采用此结构后，可以在轨道上同时安装2套排放系统，并且2套系统可以独立工作，互不影响，特别适用于双井架钻机。这种排放架需要与平行导轨配合，钻杆获取位置变化，控制较星型复杂。同时需要独立的立根锁定装置，结构复杂。

1.3 X―Y 型

目前大多数钻杆排放系统采用此种结构。这种系统存放钻杆数量大，但结构及控制过程复杂。同样每根钻杆需要独立的立根锁定装置。需要更多的驱动装置，结构复杂，精度要求高。

2 钻杆传送系统

钻杆自动传送操作过程是指钻井时，钻杆起重设备将水平放置的钻杆起升、移送至钻杆传送设备上，经传送后至钻台入口处。然后，位于钻台的操作系统起升钻杆，并结合钻台上的滑轨、动力鼠洞和铁钻工，将单根钻杆接成立根， 然后由钻台操作系统将立根送入立根盒存储以备使用或直接送往井口。钻井结束后可以由上述钻杆自动操作设备按反向程序，将立根送回至地面上，至此，完成了整个钻杆的自动化操作循环过程。钻杆传送系统按照功能可分为：水平起重设备、钻杆输送设备和钻台传送系统。

2.1 水平起重设备

水平起重设备主要作用是在地面排放架与钻杆输送设备间进行钻杆传送。按结构形式可分为折臂起重机、门桥式起重机和悬臂起重机。钻杆传送中应用较多的为前两种。

（1） 折臂起重机

折臂起重机，主要由回转机构、变幅机构、折臂机构、伸缩机构和末端夹持器等组成。通过对塔身、关节臂以及末端回转装置等机构的调整，可以实现对末端夹持机构的精确定位，实现钻杆的夹取及搬运。该类型起重机塔身固定在平面上。对安装的定位精度要求相对较

低工作时不需要沿平面作水平移动，因此产生的动载荷相对较小。同样起重过程中载荷有塔身承担， 对塔身有较高的强度要求。另外还需考虑整体的抗倾覆稳定性。

（2） 门桥式起重机

门桥式起重机，起重机的两腿上安装有滚轮和齿轮，水平面上装有滑轨，可以通过液压马达驸动腿上的齿轮与轨道上的齿条啮合来实现起重机的整体移动。起重机通过大车行走机构的平面移动、小车行走机构的平面移动、提升机构的垂直上下直线运动，来实现 x、y、Z三坐标定位功能。该起重机的机械结构简单，容易实现自动定位，工作范同较大，稳定性好。但缺点是尺寸较大，占据空间大，受轨道行程和起重机跨度的限制。

2.2 钻杆输送设备

钻杆输送设备的作用是将由起重机移动的钻杆传送到钻台人口， 常用的设备有自动化猫道机和带式钻杆输送机。

（1） 自动化猫道机

自动化猫道机，南猫道机本体、锁车机构、尾部起升机构等组成。它以镶嵌在猫道中的V型槽作为钻具的运动轨道. 靠设置在猫道下的动力装置。推动钻具沿着猫道的v 型槽滑动，最后，尾部起升机构升起配合将钻杆从猫道机上移出， 实现钻杆在猫道和钻台之间的相互传递 。它的优点是结构较为简单，易于实现自动控制.传送过程快速、安全、平稳。缺点是钻具与V 型槽之间的摩擦大，对钻具的保护不够。

（2）带式钻杆输送机

带式钻杆输送机，其功能与猫道机相似。该系统使用一种防油污的多层橡胶带来实现钻

杆的水平传送，在输送机的尾部安装有一个驱动滚筒，另一端安装有一个张紧筒。通过液压马达带动驱动滚筒旋转，从而使传送带运行，以实现钻杆的传送。该设备优点是结构简单，可以快速连续地传递钻杆，并且输送带在工作过程中会对钻杆起到很好的保护作用。不需要安装钻杆护丝。缺点是会出现钻杆从传送带滚落的现象，安全性低，对工作环境要求较高。

3 钻台传送系统

钻台传送系统承担对钻杆进行夹持、提升、下放、平移和回转等操作，实现钻杆在钻井平台、立根盒及井口之间的自动传送，还可与动力辅助鼠洞、铁钻工配合完成单根接成立根操作。按结构可分为立柱式排放系统、桥式排放系统和机械手式排放系统。

3.1 立柱式排放系统

立柱式排放系统，主要由立柱、2个机械手臂及2个小车机构组成。小车机构可以带动系统实现沿水平导轨的直线运动和绕立柱自身轴线在180°范围内的旋转。2个机械手臂上下安装在立柱上.同样具有2个自由度，机械手臂末端装有夹持器.可以抓住钻杆（立根），同步实现上下和前后的传送。它的优点是结构相对简单，占据空间小，工作范围广，易于自动化控制。缺点是需要在钻台上安装导轨。小车驱动系统功率要求大，除此之外还需考虑整体的抗倾覆稳定性。

3.2 桥式排放系统

桥式排放系统，横梁的两端可以在支撑架的轨道上平行移动，中间垂直柱形结构可以随着小车在横梁上作直线移动，柱形结构可以绕自身轴线作回转运动，机械手可以沿柱形结构上下移动。这种系统的优点是动作易于实现，操作过程简单，结构稳定。缺点是系统尺寸较大，占据空间大，同时不易于实现接立根的功能。

3.3 机械手式排放系统

机械手式排放系统，安装在排放架上，用机器人控制原理实现机械手运动的精确控制。系统易于实现排放操作，占据空间小，质量轻，但工作半径小.控制复杂，通常需要与钻台其它排放系统配合使用。

4 结束语

钻杆自动操作代替了传统的用钢丝绳提吊和甩下钻杆的钻杆上、下钻台的高危险操作，并结合液、气、电和微机控制，实现钻具在钻台与地面之间的自动输送、排放、储运等。同时，通过远程监控系统，可实时显示和记录作业工序、设备状况以及对钻具的定位和系统化管理。它的应用能够使人员远离恶劣的工作环境.并且使控制过程更精确，对提高钻井安全性、经济性等方面都具有重大的意义。

参考文献

[1] 蔡文军.钻柱自动化排放技术发展现状[J].石油机械，2008，36（12）：7l一74.