一種自動化鉆機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種油氣鉆采用鉆機，可實現自動化操作、離線作業。
【背景技術】
[0002]現役鉆機屬于半自動化，僅鉆進過程實現自動化，其他輔助作業需要工人配合機械操作，鉆機自動化程度低、危險性大、生產效率低。
[0003]例如，陸地鉆機進行鉆具移運和上鉆臺面作業過程:首先，專用車輛將鉆具運輸至井場，采用現場吊車將鉆具吊至鉆具架;然后，工人將鉆具推入貓道，由鉆臺面的氣動絞車下放鋼絲繩掛住鉆具頂部，利用索具直接把鉆具沿貓道提升至鉆臺面;最后，由2名工人用鐵鉤鉤住鉆具下部，慢慢移送到小鼠洞中，用吊卡卡住鉆具。上述操作需要3-4名工人配合，操作效率低、安全性差、對鉆具的損壞程度大。
[0004]又例如，陸地鉆機的接立根作業過程中，采用液氣大鉗以及液壓貓頭和B型鉗配合進行上、卸扣;立根盒安裝在鉆臺面上，立根存放需要井架工上二層臺拉拽管具，鉆臺面需要專人扶正管具。整個接立根、存立根過程，自動化程度低，工人勞動強度大，危險性較高。
【發明內容】
[0005]本發明在于提高鉆機的自動化水平，使得鉆機能自動輸送鉆具、二層臺無人值守、自動接卸立根、自動排放立根，從而實現離線作業。
[0006]為了達到上述目的，本發明提供了一種自動化鉆機，主要由井架、底座、貓道、頂驅、鉆臺面組成，其特征在于:在上述井架的兩側設有雙扇形指梁，在上述底座上設有兩個于前述扇形指梁相對應的下沉式立根盒;上述貓道自動翻進、翻出及前后平移置入的管具；
還包括安裝于井場地面、位于前述兩立根盒之間的翻轉機械手，夾持貓道輸送來的管具并翻轉至豎直狀態，在上、卸扣時夾緊下邊的管具施加反扭矩；
還包括安裝在井架的后大門側的接立根機械手，上、下移動管具，對扣管具，豎直移運或排放立根。
[0007]本發明中，貓道安裝在井場地面上，可自動實現管具的翻進、翻出及前后的平移動作，自動實現管具從管子堆場向翻轉機械手的移運功能。翻轉機械手的功能是自動實現管具從水平狀態到豎直狀態，并在上、卸扣時夾緊下邊的管具施加反扭矩。接立根機械手可以上下移動、旋轉、變幅及夾持，可自動實現管具的上下移動、對扣、立根排放、立根豎直方向移運。
[0008]貓道、翻轉機械手、接立根機械手相互配合，可實現管具的高自動化處理:貓道水平移運管具到既定位置，翻轉機械手夾緊管具;然后翻轉機械手帶動管具從水平狀態翻轉到豎直狀態;接立根機械手下移，抓住管具并上提管具至既定高度，此時翻轉機械手扶正管具;貓道、翻轉機械手復位，重復上一動作流程，將下一根管具運送到豎直狀態，接立根機械手下移，上下兩根管具對接；由鐵鉆工等工具對兩根管具進行上扣，此時翻轉機械手夾持管具施加反扭矩;接立根機械手抓住管具上提，至下邊一根管具高于臺面一定高度停止;貓道、翻轉機械手再次復位，輸送第三根管具至豎直狀態;接立根機械手下移，上下兩根管具對接；由鐵鉆工等工具對兩根管具進行上扣，3根管具接成I個立根;接立根機械手抓住立根上提，當管具高于鉆臺面后，接立根接機械手帶動立根回收，旋轉，行走至雙扇形指梁目標位置下放立根。卸立根作業過程與上述接立根、立根排放作業過程相反。
[0009]另外，本發明中，立根盒的安裝位置由傳統的鉆臺面上下沉至底座上，重心位置有效下移9米至14米，在井場搬家時，可滿立根整體移運，大大提高了搬家效率和降低人員勞動強度。雙扇形指梁均布于自升式井架兩側，滿載時載荷對稱分布、受力好。當一側扇形指梁用于存儲井場上來的管具接成的立根，另一側扇形指梁則可用于存儲起鉆過程中的立根。因此，接卸立根和起下鉆工作可同時進行。
[0010]該鉆機采用電液復合驅動，集成控制，司鉆在控制室操作相應的程序即可實現鉆機的鉆進和接卸立根工作，可實現真正地全自動化、離線作業、作業效率可提高到現役鉆機的3倍且安全可靠。
[0011 ]作為一種優選，本專利的一種自動化鉆機，其特征還在于:上述貓道包括對稱分布的兩對支腿、液缸驅動的成對內翻轉臂、液缸驅動的成對外翻轉臂，以及主車、小車、安裝座、減速機;支腿位于貓道的主體兩側，其外側由支腿油缸支撐到地面，內側經銷軸鉸接于安裝座；主車上設有V道;減速機設于貓道兩端，經鏈條驅動小車帶動管具在主車上前后運動。存儲在管子堆場的管具放置到貓道的支腿上;貓道同側的支腿油缸同時驅動支腿向上旋轉，支腿外側太高，管具沿著支腿方向向內滑向內翻轉臂；內翻轉臂在內內翻轉液缸的驅動下向內翻轉，將管具翻轉至主車的V道上;小車經減速機、鏈條驅動向前行駛推動管具向前平移，此時內翻轉臂已復位;管具被運退到既定位置時，交給翻轉機械手，小車停止并且后退至初始位置，等待移運下一根管具。相反，當管具下鉆臺時，翻轉機械手將管具放到貓道的主車的V道上后，小車帶動管具向后運動，至既定位置后，小車退回初始位置;外翻轉臂在外翻轉液缸的驅動下將管具向外翻轉放到支腿上。
[0012]作為一種優選，本專利的一種自動化鉆機，其特征還在于:上述翻轉機械手主要由鉗體、翻轉臂及安裝架組成；安裝架固定在井場地面上，靠近鉆臺一邊與翻轉臂經銷軸鉸接，在安裝架上鉸接有驅動翻轉臂旋轉90度的翻轉液缸;鉗體安裝在翻轉臂上夾緊或松開置入的管具。初始狀態時，翻轉臂疊放在安裝架上;工作時，鉗體先打開，貓道將管具運到既定位置時，兩鉗體閉合夾緊管具;然后翻轉臂在翻轉液缸的驅動下，帶動管具從水平狀態圍繞銷軸向上翻轉到豎直狀態。第一根管具交給已待命的接立根機械手，接立根機械手上提管具至既定高度。翻轉機械手重復上一動作流程，將下一根管具運送到豎直狀態，等待鐵鉆工等工具上扣。
[0013]作為進一步優化，本專利的一種自動化鉆機，其特征還在于:上述鉗體有兩個，分別位于翻轉臂的上、下端，鉗體的鉗頭主要由沿著豎軸旋轉的至少一對滾輪組成，該對滾輪由固定在翻轉臂上的夾緊油缸驅動開合。在翻轉機械手2夾持管具上提時，成對滾輪2-8可以具有導向扶正功能;滾輪2-8不能在管具的徑向方向旋轉，在配合鐵鉆工7上、卸扣時夾緊下邊的管具施加反扭矩，具有傳統鉆機卡瓦的功能。
[0014]作為一種優選，本專利的一種自動化鉆機，其特征還在于:上述接立根機械手主要由安裝架、行走架、回轉支座、伸縮臂、夾緊鉗、起升絞車、相應的滑輪組件;安裝架的上下橫梁上設有軌道，行走架沿該軌道水平移動;安裝架在起升絞車的作用下上下移動;伸縮臂為平行四邊形結構，安裝在回轉支座與夾緊鉗之間，在油缸的驅動下平穩伸出或縮回；加緊鉗在油缸的驅動下夾緊或松開管具。接立根機械手排放立根過程如下:安裝架移至既定位置；伸縮臂帶動夾緊鉗向外伸出至管具位置，夾緊鉗打開夾住管具;然后，安裝架帶動整個接立根機械手上移，當立根下端高出鉆臺面一定高度后，伸縮臂帶動管具縮回至極限位置；回轉支座旋轉至指定角度;行走架沿安裝架上導軌水平移動至雙扇形指梁的目標列，伸縮臂帶動管具伸出至目標位置;安裝架下移將管具放置立根盒內，加緊鉗打開放置管具;接立根機械手復位，待處理下移立根。
[0015]為方便接立根機械手更加順暢、安全的上下移動，作為進一步優化，本專利的一種自動化鉆機，其特征還在于:上述井架上安裝有軌道，上述安裝架兩側四角的位置設有滾輪，在上述起升絞車的作用下安裝架沿前述井架上的軌道上下移動。
[0016]作為一種優選，本專利的一種自動化鉆機，其特征還在于:上述雙扇形指梁主要由存儲架和卡子總成組成，存儲架的每一個鉆具存放位置前都設有一個卡子總成;卡子總成主要由翻轉氣缸、連桿、指頭以及檢測指頭開合狀態的傳感器組成。傳感器可以檢測每一個卡子的開合狀態。當司鉆從控制室觀察接立根機械手運送管具到雙扇形指梁的指定列時，按下操控按鈕，相應列目標位置前的所有卡子總成開啟；當管具下發到目標位置后，卡子總成在翻轉氣缸的驅動下自動關閉，以很好的隔離和保護每一個管具，避免管具傾倒。
[0017]為方便司鉆能從控制室清楚的觀察接立根機械手運送管具到雙扇形指梁情況以及每個鉆具存放位置的情況的，從而實現遠程自動化控制，作為進一步優化，本專利的一種自動化鉆機，其特征還在于:上述井架上安裝有監控每個卡子總成存放鉆具情況的攝像頭。
[0018]為方便該鉆機的搬運和拆裝，以及實現管具處理的全自動化，作為進一步優化，本專利的一種自動化鉆機，其特征還在于:上述井架為自升式井架;該鉆機還包括液壓吊卡、鐵鉆工、動力卡瓦;鐵鉆工主要由旋扣鉗、緊扣鉗、加緊鉗組成，上扣、卸扣通過控制系統一鍵操作。
[0019]為方便貓道、翻轉機械手、接立根機械手相互配合，作為進一步優化，本專利的一種自動化鉆機，其特征還在于:上述鉆臺面的邊緣開放式設置半圓形鼠洞。這樣，接、卸立根作業時管具均在鉆臺面外邊，不僅利于操作，也減少了與鉆機其他部分的碰撞。
【附圖說明】
[0020]以下結合附圖和【具體實施方式】來進一步說明本發明。
[0021]圖1:本發明鉆機的結構不意圖；
圖2:圖1所示鉆機中貓道I的結構示意圖；
圖3:圖2所示貓道在支腿1-2移運管具時的狀態示意圖；