一种高效作业钻机及方法技术

本发明专利技术公开了一种高效、作业钻机，其主要包括底座、安装在底座上的井架、铁钻工、钻台机械手、管具转运装置；安装在井架上的顶驱、多功能机械手、动力指梁，安装在地面的翻转机械手、地面管具储运装置，安装在顶驱上的吊具。本发明专利技术的钻机和配套的起钻、下钻方法在井口和立根盒区实现立根的高效竖直移运，提高起下钻的效率，降低井下安全事故发生的风险；并且提供对应的方法在钻井作业过程中，实现离线接卸立根，减少钻井过程中的准备时间，提高钻井作业效率，降低油田开发成本。

【技术实现步骤摘要】
一种高效作业钻机及方法
本专利技术涉及石油和天然气钻采设备和
，具体是一种高效、离线作业钻机及方法，特别适用于陆地石油和天然气开采的装备。
技术介绍
随着钻机技术的进步，钻机领域的设计和制造技术提到了很大的提高，研发速度也得到了提升，并朝系列化、标准化、多样化发展，钻机性能也有了长足的进步，同时，随着现场作业工艺、作业流程的复杂化，以及对于安全、效率越来越重视，钻井作业对于自动化的要求越来越高，如何保证整个钻井系统的安全、可靠和高效成为关键。现在陆地钻机主要采用下面的钻井作业和管柱处理过程：首先，专用车辆将钻具运输至井场，采用现场吊车将管具吊至管排架上；然后，工人操作动力猫道从管排架上抓取管具，通过动力猫道将管具移运至钻台面上；接着，司钻操作液压吊具抓取钻台面上的管具并通过顶驱提起，当管具下部接头离开动力猫道时，由钻工通过辅助工具或钻台扶正臂使管具下放至井口中，并在井口由钻工扶正；最后，通过钻台面上的铁钻工将新的管柱与井口的管柱连接。上述操作需要2-3名工人配合操作，同时在接卸管柱立根时占用井口，钻井作业效率低、安全性差。在井口起钻作业时，首先，由顶驱提起井口立柱至高位，将井口立柱坐在卡瓦上；接着，铁钻工伸至至井口位置将井口立柱卸开；然后，立根下端由钻工或钻台机械手排至立根盒区；最后，立根上端由顶驱交接给井架工或二层台排管机，井架工或二层台排管机将立根排到立根盒区。在立根下端从井口排至立根盒区时，立根一直占用井口位置，大大降低起下钻的效率，增加井下安全事故的发生概率。下钻过程与起钻过程相反，也存在类似的问题。在本领域的惯用术语中钻杆是单根钻杆，立根是若干个钻杆（通常为2至4根）接合在一形成的较长的杆件，立柱是由多根钻杆连接在一起放入井下的管具（或钻杆和钻铤的组合，也可能是多跟套管）（依据连接钻杆的数量，其长度可以从数十米直至数千米）。其中，立柱在脱扣后分离下来的数根连接的钻杆即为立根。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种高效、作业钻机，在井口和立根盒区实现立根的高效竖直移运，提高起下钻的效率，降低井下安全事故发生的风险；并且还提供对应的方法在钻井作业过程中，实现离线接卸立根，减少钻井过程中的准备时间，提高钻井作业效率，降低油田开发成本。本专利技术的技术方案如下：一种高效作业钻机，包括底座、安装在底座上的井架、铁钻工和管具转运装置，其中，还包括，安装在底座上的钻台机械手；安装在井架上的顶驱、多功能机械手和动力指梁；安装在所述顶驱上的吊具；安装在地面的翻转机械手和用于放置钻杆的地面管具储运装置，其中，所述顶驱配置为能够沿水平方向运动从而离开井口位置，且所述顶驱还能够沿竖直方向运动；所述多功能机械手配置为用于扶持/夹持立根的上部，并带动立根运动；所述底座上表面与动力指梁垂直对应的区域设置有立根盒区；所述钻台机械手配置为用于夹持/扶持立根的下部，并与所述多功能机械手配合带动立根在井口位置和立根盒区之间运动；所述多功能机械手和所述钻台机械手之一对立根进行夹持，而另一个对该立根扶持。本专利技术还提供了一种起钻方法，包括：第一步：将顶驱水平移动至井口位置，用吊具提井口立柱上行；第二步：顶驱到达高位后，关闭动力卡瓦，立柱坐在卡瓦上；第三步：立根上部由吊具配合，铁钻工伸出至井口卸扣，完成卸扣后，多功能机械手和钻台机械手伸至井口，多功能机械手钳头夹持/扶持立根上部，钻台机械手钳头扶持/夹持立根下部；第四步：吊具脱开立柱，多功能机械手和钻台机械手同步缩回、旋转、行走，移运立根至立根盒区，将立根放至立根盒区，移运过程中立根保持竖直，然后多功能机械手和钻台机械手同步行走、旋转、伸出至井口附近，等待抓取下一立根；在上述第四步中，顶驱平移离开井口，并下行。优选地，在上述方法中在第四步完成后，需要起钻下一根立根的情况下，在重复第一步时，所述第五步还能够与第一步和/或第二步的步骤同步进行。本专利技术还提供了一种下钻方法，包括：第一步：由钻台机械手和多功能机械手之一夹持立根，而另一个扶持立根,将立根移运至井口位置，移运过程中立根保持竖直，并且在移运立根过程中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油；第二步：多功能机械手和钻台机械手将立根放置在下方立柱的顶端，吊具提立根，多功能机械手和钻台机械手松开；第三步：，铁钻工伸出至井口上扣，完成后铁钻工复位，钻台机械手和二层台排管机移动至立根盒区为第一步做准备；第四步：吊具将立柱下放，下放到低位后，动力卡瓦关闭，吊具打开，顶驱平移让出井口位置上行在继续下钻时，从第一步开始重复，且在执行第四步时，第四步可与第一、第二步同步执行。优选地，在上述方法中，第一步中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油是在移运立根过程中对立根下部涂抹丝扣油或对立柱顶部涂抹丝扣油。本专利技术进一步的还提供了一种起钻方法，包括：第一步：将顶驱移动至井口位置，用吊具提井口立柱上行；第二步：顶驱到达高位后，关闭动力卡瓦，立柱坐在卡瓦上；第三步：多功能机械手伸出至井口，多功能机械手夹持立根上部，顶驱打开吊具，顶驱平移，让出井口位置；铁钻工伸出至井口位置，多功能机械手配合铁钻工卸扣；卸扣完成后，铁钻工缩回，钻台机械手钳头伸出至井口，扶持立根下部；第四步：多功能机械手提起井口立根一定高度，与钻台机械手同步缩回、旋转、行走，移运立根至立根盒区，移运过程中立根保持竖直；第五步：多功能机械手下放立根至立根盒区平面上，同步打开多功能机械手和钻台机械手钳头并缩回，然后多功能机械手和钻台机械手同步行走、旋转、伸出至井口附近，等待抓取下一立根；在第四步和/或第五步中顶驱平移离开井口，并下行。优选地，在上述方法中在第四步完成后，需要起钻下一根立根的情况下，在重复第一步时，所述第五步还能够与第一步和/或第二步的步骤同步进行。本专利技术进一步的提供了配套的一种下钻方法，包括：第一步：将立根从立根盒中移至井口位置，由多功能机械手和钻台机械手抓取立根并移运立根至井口位置，放置在井口立柱的顶端，移运过程中立根保持竖直，并且在移运立根过程中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油；第二步：钻台机械手松开，铁钻工伸出至井口上扣，立根上部由多功能机械手扶持，完成后铁钻工复位，钻台机械手和二层台排管机移动至立根盒区为第一步做准备；第三步：吊具提立柱，多功能机械手松开，并将立柱下放；下放到低位后，动力卡瓦关闭，吊具打开，顶驱平移让出井口位置上行在继续下钻时，从第一步开始重复，且在执行第三步时，第三步可与第一和/或第二步同步执行。本专利技术还提供了一种离线接立根的方法，包括以下步骤：第一步：由管具转运装置（例如，动力鼠洞或翻转机械手）将管具（钻杆、钻铤、套管等）竖直移运离线接立根位置（该位置在井口附近），管具接头高出钻台面；第二步：多功能机械手钳头打开夹持管具上部，多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效作业钻机，包括底座、安装在底座上的井架、铁钻工（5）和管具转运装置（7），其特征在于，还包括，/n安装在底座上的钻台机械手（6）；/n安装在井架（2）上的顶驱（8）、多功能机械手（9）和动力指梁（10）；/n安装在所述顶驱（8）上的吊具（8-1）；/n安装在地面的翻转机械手（11）和用于放置钻杆的地面管具储运装置（13），其中，/n所述顶驱（8）配置为能够沿水平方向运动从而离开井口位置，且所述顶驱还能够沿竖直方向运动；/n所述多功能机械手（9）配置为用于扶持/夹持立根的上部，并带动立根运动；/n所述底座上表面与动力指梁（10）垂直对应的区域设置有立根盒区；/n所述钻台机械手（6）配置为用于夹持/扶持立根的下部，并与所述多功能机械手（9）配合带动立根在井口位置和立根盒区区之间运动；/n所述多功能机械手（9）和所述钻台机械手（6）之一对立根进行夹持，而另一个对该立根扶持。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效作业钻机，包括底座、安装在底座上的井架、铁钻工（5）和管具转运装置（7），其特征在于，还包括，
安装在底座上的钻台机械手（6）；
安装在井架（2）上的顶驱（8）、多功能机械手（9）和动力指梁（10）；
安装在所述顶驱（8）上的吊具（8-1）；
安装在地面的翻转机械手（11）和用于放置钻杆的地面管具储运装置（13），其中，
所述顶驱（8）配置为能够沿水平方向运动从而离开井口位置，且所述顶驱还能够沿竖直方向运动；
所述多功能机械手（9）配置为用于扶持/夹持立根的上部，并带动立根运动；
所述底座上表面与动力指梁（10）垂直对应的区域设置有立根盒区；
所述钻台机械手（6）配置为用于夹持/扶持立根的下部，并与所述多功能机械手（9）配合带动立根在井口位置和立根盒区区之间运动；
所述多功能机械手（9）和所述钻台机械手（6）之一对立根进行夹持，而另一个对该立根扶持。


2.根据权利要求1所述的高效作业钻机，其特征在于，所述吊具（8-1）包括安装在顶驱上的吊卡，或与顶驱集成一体的吊装部件。


3.根据权利要求1所述的高效作业钻机，其特征在于，在井架（2）上安装有顶驱导轨（8-4），所述顶驱（8）能够沿所述顶驱导轨（8-4）上下移动，在所述顶驱（8）上安装有用于驱动顶驱沿水平方向运动的水平伸缩机构（8-3）；在所述钻机上还安装有丝扣油涂抹装置。


4.根据权利要求1所述的高效作业钻机，其特征在于，底座（1）上靠近翻转机械手（11）的边缘开有缺口，该缺口沿竖直方向贯穿整个底座上层平台。


5.根据权利要求4所述的高效作业钻机，其特征在于，所述钻台机械手（6）的运行轨道布置在所述缺口两边或一边，所述钻台机械手（6）能够沿所述运行轨道行走。


6.一种使用权利要求1-5之一所述钻机的起钻方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将顶驱水平移动至井口位置，用吊具提井口立柱上行；
第二步：顶驱到达高位后，关闭动力卡瓦，立柱坐在卡瓦上；
第三步：立根上部由吊具配合，铁钻工伸出至井口卸扣，完成卸扣后，多功能机械手和钻台机械手伸至井口，多功能机械手钳头夹持/扶持立根上部，钻台机械手钳头扶持/夹持立根下部，吊具脱开立柱；
第四步：多功能机械手和钻台机械手同步缩回、旋转、行走，移运立根至立根盒区，将立根放至立根盒区，移运过程中立根保持竖直，然后多功能机械手和钻台机械手同步行走、旋转、伸出至井口附近，等待抓取下一立根；
在上述第四步中，顶驱平移离开井口，并下行。


7.根据权利要求6所述的起钻方法，其特征在于，包括以下步骤：
在第四步完成后，需要起钻下一根立根的情况下，在重复第一步时，所述第四步还能够与第一步和/或第二步的步骤同步进行。


8.一种使用权利要求1-5之一所述钻机的下钻方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：由钻台机械手和多功能机械手之一夹持立根，而另一个扶持立根,将立根移运至井口位置，移运过程中立根保持竖直，并且在移运立根过程中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油；
第二步：多功能机械手和钻台机械手将立根放置在下方立柱的顶端，吊具提立根，多功能机械手和钻台机械手松开；
第三步：铁钻工伸出至井口上扣，完成后铁钻工复位，钻台机械手和二层台排管机移动至立根盒区为第一步做准备；
第四步：吊具将立柱下放，下放到低位后，动力卡瓦关闭，吊具打开，顶驱平移让出井口位置上行；
在继续下钻时，从第一步开始重复，且在执行第四步时，第四步可与第一、第二步同步执行。


9.根据权利要求8所述钻机的下钻方法，其特征在于，第一步中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油是在移运立根过程中对立根下部涂抹丝扣油。


10.根据权利要求8所述钻机的下钻方法，其特征在于，第一步中使用丝扣油涂抹装置涂抹丝扣油是在移运立根过程中对，立柱顶部涂抹丝扣油。


11.一种使用权利要求1-5之一所述钻机的起钻方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将顶驱移动至井口位置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：田雨，唐爱民，陈崇，吕岩，何波，李晓虎，冯影川，马加尚，吴正华，
申请(专利权)人：四川宏华石油设备有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51