【技术实现步骤摘要】
钻机上处理管件的提升系统、自动机械手和方法以及管件处理系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2018年8月3日提交的中国专利申请第201810880362.2号的优先权。
技术介绍
本公开总体上涉及用于处理钻机上的管件(例如钻杆支架)的方法和设备。钻井涉及钻柱的起钻,在此期间钻柱被拉出井或下降到井中,而不钻井。通常可以发生起钻以改变底部钻具组合的全部或一部分,例如钻头。在起钻期间,多个钻杆支架与钻柱的其余部分断开并存放在钻机的立根盒中,或者从立根盒供应并连接到钻柱的其余部分。钻柱可以在钻杆支架的两个连续的断开之间或连接之间快速移动。因此,将支架存放到立根盒或从立根盒供应支架可以成为限制钻柱起钻速度的操作。传统上,起钻是由人类操作员执行的,例如起重机操作员和钻井工人。在典型的起钻操作中,使用连接到移动块的升降机将钻柱拉出井,并且钻柱放置在卡瓦中。然后,通过移动块承载“待断开的支架”的重量,并使用夹具断开支架连接。钻井工人手动将悬挂支架的下端手动定位在立根盒,并且支架的重量降低在立根盒上。最后,支架的上端与升降机脱离,并且起重机操作员将支架的上端定位在指板中。为了加速起钻,可以设计具有非常规立根盒和装架模块的钻机,例如PCT申请公开WO2017/190120中所示。上臂和下臂以及可伸缩的顶驱器可用于利用这样非常规的立根盒和装架模块并加速起钻。可以使用提升臂(例如美国申请公开号2016/0160586中显示的)或旋转工作台和管道移动器的组合(如美国专利8,550,761中显示的)来加速将支架存放到立根盒。 ...
【技术保护点】
1.一种用于钻机的提升系统,其包括:连接到钻机的井架的垂直导轨;连接到所述垂直导轨并连接到主钻绳的挂钩台车;可释放地连接到所述挂钩台车上的升降机;连接到所述挂钩台车上方的垂直导轨并连接到辅助钻绳的管道装卸台车;和连接到所述管道装卸台车的提升爪,其中所述主钻绳和所述辅助钻绳各自连接到相应的卷轴。/n
【技术特征摘要】
20180803 CN 20181088036221.一种用于钻机的提升系统,其包括:连接到钻机的井架的垂直导轨;连接到所述垂直导轨并连接到主钻绳的挂钩台车;可释放地连接到所述挂钩台车上的升降机;连接到所述挂钩台车上方的垂直导轨并连接到辅助钻绳的管道装卸台车;和连接到所述管道装卸台车的提升爪,其中所述主钻绳和所述辅助钻绳各自连接到相应的卷轴。
2.根据权利要求1所述的提升系统,其中所述挂钩台车通过连接到所述挂钩台车的移动块连接到所述主钻绳。
3.根据权利要求2所述的提升系统,其中所述移动块包括两个间隔开的臂,所述两个臂中的每一个连接到至少一个滑轮。
4.根据权利要求1所述的提升系统,其中所述管道装卸台车直接连接到所述辅助钻绳。
5.根据权利要求1所述的提升系统,其还包括控制器,所述控制器被编程为按顺序自动地在所述升降机中卡住管件的情况下升起所述挂钩台车,所述提升爪抓住所述管件,在打开所述升降机时降低所述挂钩台车,在所述提升爪中卡住所述管件的情况下升降所述管道装卸台车。
6.根据权利要求5所述的提升系统,其中所述提升爪包括气缸和一对叉头,所述叉头构造成在由所述气缸致动的情况下一致地打开或闭合。
7.根据权利要求5所述的提升系统,其中所述升降机包括气缸和多脚架,所述多脚架构造成在所述气缸的致动下打开或闭合。
8.根据权利要求1所述的提升系统,其还包括控制器,所述控制器被编程为按顺序自动地在所述提升爪中卡住管件的情况下升降所述管道装卸台车,在所述升降机卡住所述管件的同时升起所述挂钩台车,打开所述提升爪,以及在所述升降机中卡住所述管件的情况下降低挂钩台车。
9.根据权利要求8所述的提升系统,其中所述提升爪包括气缸和一对叉头,所述叉头构造成在由所述气缸致动的情况下一致地打开或闭合。
10.根据权利要求8所述的提升系统,其中所述升降机包括气缸和多脚架,所述多脚架构造成在所述气缸的致动下打开或闭合。
11.根据权利要求2所述的提升系统,其包括:连接到顶驱台车的顶驱系统,其中所述顶驱台车选择性地与所述移动块断开,以及两个门,所述两个门中的每一个连接到所述钻机井架例如以相对于所述井架旋转;以及两个轨道部分,所述两个轨道部分中的每一个连接到所述两个门中的相应的一个例如以相对于所述两个门中的所述相应的一个旋转,其中两个轨道部分中的任何一个选择性地形成所述垂直轨道的一部分,并且其中所述顶驱台车选择性地悬挂在所述两个轨道部分中的一个上。
12.根据权利要求11所述的提升系统,其中所述挂钩台车选择性地与所述顶驱台车断开。
13.根据权利要求11所述的提升系统,其中所述两个轨道部分中的每一个包括至少一个立销,其中所述垂直导轨的上轨道部分包括至少一个垂直孔,所述垂直孔的尺寸适于容纳所述至少一个立销,并且其中所述两个轨道部分中每一个相对于所述井架可垂直移动。
14.根据权利要求13所述的提升系统,其中所述两个轨道部分中的每一个还包括至少一个第二垂直孔,其中所述垂直导轨的下轨道部分包括至少一个第二立销,所述第二立销的尺寸适于容纳在所述至少一个第二垂直孔中,并且其中所述下轨道部分连接到所述钻机的所述井架例如以相对于所述井架选择性地垂直移动。
15.根据权利要求14所述的提升系统,其还包括致动器,所述致动器连接到所述垂直导轨的下轨道部分,构造成使所述下轨道部分相对于所述井架垂直移动。
16.根据权利要求14所述的提升系统,其还包括水平销以将所述下轨道部分固定到井架的垂直上的靠上位置。
17.根据权利要求11所述的提升机系统,其中所述钻机的所述井架包括两个间隔开的桁架,其中所述两个门中的每一个连接到所述两个桁架中的相应的一个,并且其中所述两个门中的每一个能够在第一位置和从所述第一位置旋转大约四分之一圈的第二位置之间旋转,在所述第一位置中所述门位于所述两个桁架之间的空间中。
18.根据权利要求11所述的提升系统,其中所述两个轨道部分中的每一个能够从所述两个门中的所述相应的一个的一侧的第一位置旋转大约半圈到所述门的相对侧的第二位置。
19.根据权利要求11所述的提升系统,其还包括控制器,所述控制器被编程为以第一顺序自动地使所述两个轨道部分中的第一轨道部分与所述垂直导轨的上轨道部分断开,连接到所述第一轨道部分的所述两个门中的第一门相对于所述井架旋转到所述井架旁边的外部位置,所述第一轨道部分相对于所述第一门从所述第一门的一侧旋转到所述第一门的相对侧,以及所述第一门相对于所述井架旋转到所述井架下方的内部位置。
20.根据权利要求19所述的提升系统,其中所述控制器还被编程为以在所述第一顺序中散布的第二顺序自动地使所述两个门中的第二门相对于所述井架旋转到所述井架旁边的外部位置,所述两个轨道部分中的所述第二轨道部分相对于所述第二门从所述第二门的一侧旋转到所述第二门的相对侧,所述第二门相对于所述井架旋转到所述井架下方的内部位置,以及所述第二轨道部分与所述垂直导轨的所述上轨道部分连接。
21.一种方法,其包括:提供连接到钻机的井架的垂直导轨,连接到所述垂直导轨的挂钩台车,可释放地连接到所述挂钩台车的升降机,连接到所述挂钩台车上方的垂直导轨的管道装卸台车,和连接到所述管道装卸台车的提升爪;和沿所述垂直导轨独立于所述管道装卸台车移动所述挂钩台车。
22.如权利要求21所述的方法,其还依顺序包括:在所述升降机中卡住管件的情况下升起所述挂钩台车;用所述提升爪抓住所述管件;在打开所述升降机的同时降低所述挂钩台车;以及在降低所述挂钩台车的同时将所述管件存放在立根盒。
23.根据权利要求22所述的方法,其中将所述管件存放在所述立根盒中包括在所述提升爪中卡住所述管件的情况下升降所述管道装卸台车。
24.根据权利要求21所述的方法,其还依顺序包括:升起所述挂钩台车的同时从立根盒供应管件;用所述升降机卡住所述管件的同时升起所述挂钩台车;打开所述提升爪;以及在所述升降机中卡住所述管件的情况下降低所述挂钩台车。
25.根据权利要求24所述的方法,其中从所述立根盒供应所述管件包括在所述提升爪中卡住所述管件的情况下升降所述管道装卸台车。
26.一种用于钻机的管件处理系统,包括钻台,提升系统(10),所述提升系统包括从所述钻台竖立的井架(14),位于钻台上的立根盒(90,100),以及连接到所述立根盒(90,100)上方的所述井架(14)的指板(104,106),所述管件处理系统包括:
下机械手(60),其中所述下机械手(60)位于所述钻台上方,所述下机械手(60)包括连接到铰接臂(64)的远端的腕部(66),机械接口(70)经由滚动接头(114)连接到腕部(66),以及从所述机械接口(70)突出的末端执行器(72),并且其中所述末端执行器(72)包括爪(74),所述爪(74)包括第一反馈装置,用于检测所述爪(74)中的管件(92,96)的存在;
所述提升系统(10)包括连接到所述井架(14)的垂直导轨(20),连接到所述垂直导轨(20)并连接到钻绳(44,56)的台车(46,54),连接到所述台车(46,54)的升降机(48)或提升爪(58),其中所述提升系统(10)包括用于检测提升重量的第二反馈装置和用于检测所述升降机(48)或所述提升爪(58)中的所述管件(92,96)的存在的第三反馈装置;以及
控制器(202,204,205,206)被编程为按顺序自动执行:使用所述升降机(48)或提升爪(58)使所述管件(92,96)的上端保持住,使用所述第三反馈装置检测在所述升降机(48)或所述提升爪(58)中存在的所述管件(92,96),使用所述下机械手(60)所述爪(74)保持住所述管件(92,96)的下端,使用所述第一反馈装置检测所述下机械手(60)的所述爪(74)中是否存在所述管件(92,96),使用所述提升系统(10)提升所述管件(92,96),使用所述第二反馈装置检测所述管件(92,96)的重量,使用所述下机械手(60)将所述管件(92,96)的下端定位在所述立根盒(90,100)上的预定位置,以及使用所述提升系统(10)降低所述立根盒(90,100)上的所述管件(92,96);
其中,所述管件(92,96)的下端位于所述立根盒(90,100)上的预定位置,而不用所述下机械手(60)的铰接臂(64)来提升所述管件(92,96)的重量。
27.根据权利要求26所述的管件处理系统,其中所述下机械手(60)的所述滚动接头(114)包括扭矩反馈装置,所述控制器(202,204,205,206)还被编程为选择性地致动所述铰接臂(64),以保持所述下机械手(60)的所述腕部(66)基本上水平并且选择性地最小化由所述下机械手(60)的所述滚动接头(114)施加至所述管件的下端(92,96)的扭矩。
28.根据权利要求26所述的管件处理系统,还包括:
上机械手(62),其中所述上机械手(62)位于所述指板(104,106)的上方,所述上机械手(62)包括连接到铰接臂(64)的远端的腕部(66),机械接口(70)通过滚动接头(114)连接到所述腕部(66),以及从所述机械接口(70)突出的末端执行器(72),以及其中所述末端执行器(72)包括爪(74),所述爪包括第四反馈装置,用于检测所述爪(74)中的管件(92,96)的存在;以及
所述控制器(202,204,205,206)被进一步编程为按照顺序自动执行:
使用所述第二反馈装置检查到无重量,使用所述上机械手(62)的所述爪(74)保持住所述管件(92,96)的上端,使用所述第四反馈装置检测所述上机械手(62)的所述爪(74)中的所述管件(92,96)的存在,从升降机(48)或从所述提升爪(58)释放所述管件的上端(92,96),以及使用所述上机械手(62)将所述管件(92,96)的上端定位在指板(104,106)中的预定位置处;
其中所述管件(92,96)的上端位于所述指板(104,106)中的预定位置,而不用所述上机械手(62)的铰接臂(64)提升所述管件(92,96)的重量。
29.根据权利要求28所述的管件处理系统,其中所述上机械手(62)的所述滚动接头(114)包括扭矩反馈装置,所述控制器(202,204,205,206)还被编程为致动所述铰接臂(64)以选择性地保持所述上机械手(62)的所述腕部(66)基本上水平并且选择性地最小化由所述上机械手(62)的所述滚动接头(114)施加到所述管件(92,96)的上端的扭矩。
30.根据权利要求28所述的管件处理系统:
所述下机械手(60)还包括用于检测所述下机械手(60)的所述爪(74)的打开和关闭位置的第五反馈装置,其中所述控制器(202,204,205,206)还被编程为基于由所述第五反馈装置产生的信号,致动所述下机械手(60)的所述爪(74);
所述上机械手(62)还包括用于检测所述上机械手(62)的所述爪(74)的打开和关闭位置的第六反馈装置,其中所述控制器(202,204,205,206)还被编程为基于所述第六反馈装置产生的信号,致动所述上机械手(62)的所述爪(74);以及
所述提升系统(10)还包括第七反馈装置,用于检测所述升降机(48)或所述提升爪(58)的打开和关闭位置,其中所述控制器(202,204,205,206)还被编程为基于所述第七反馈装置产生的信号,致动所述升降机(48)或所述提升爪(58)。
31.根据权利要求26所述的管件处理系统:
所述下机械手(60)的所述爪(74)包括固定的弧形指状物(76),基本上与所述下机械手(60)的所述腕部(66)成直线,并固定到所述下机械手(60)的所述机械接口(70)上;以及可移动的弧形指状物(82),铰接在所述固定的弧形指状物(76)的近端上,其中所述固定的弧形指状物(76)和所述可移动的弧形指状物(82)中的每一个在其凸起部分中都包括一层低摩擦材料。
32.根据权利要求28所述的管件处理系统:
所述上机械手(62)的所述爪(74)包括固定的弧形指状物(76),基本上与所述机械手(62)的所述(66)成直线,并且固定至所述上机械手(62)的所述机械接口(70)上;以及可移动的弧形指状物(82)铰接在所述固定的弧形指状物(76)的近端上,其中所述固定的弧形指状物(76)和所述可移动的弧形指状物(82)中的每一个在其凸起部分中都包括一层低摩擦材料。
33.一种方法,包括:
在钻机上提供管件处理系统,钻机包括钻台,提升系统(10),所述提升系统包括从所述钻台竖立的井架(14),位于钻台上的立根盒(90,100),以及指板(104,106)连接到所述立根盒(90,100)上方的所述井架(14),所述管件处理系统包括:下机械手(60),其中所述下机械手(60)位于所述钻台上方,所述下机械手(60)包括连接到所述铰接臂(64)的远端的腕部(66),机械接口(70)经由滚动接头(114)连接到所述腕部(66),以及从所述机械接口(70)突出的末端执行器(72),并且其中所述末端执行器(72)包括爪(74),所述爪(74)包括第一反馈装置,用于检测所述爪(74)中的管件(92,96)的存在,所述提升系统(10)包括连接到所述井架(14)的垂直导轨(20),连接到所述垂直导轨(20)并连接到钻绳(44,56)的台车(46,54),以及连接到所述台车(46,54)的升降机(48)或提升爪(58),其中所述提升系统(10)包括用于检测提升重量的第二反馈装置和用于检测所述升降机(48)或所述提升爪(58)中的所述管件(92,96)的存在的第三反馈装置;
使用所述升降机(48)或所述提升爪(58)保持所述管件(92,96)的上端;
使用所述第三反馈装置检测在所述升降机(48)或所述提升爪(58)中所述管件(92,96)的存在;
使用所述下机械手(60)的所述爪(74)保持所述管件(92,96)的下端;
使用所述第一反馈装置检测所述下机械手(60)的所述爪(74)中是否存在所述管件(92,96);
使用所述提升系统(10)提升所述管件(92,96);
使用所述第二反馈装置检测所述管件(92,96)的重量;
使用所述下机械手(60)将所述管件(92,96)的下端定位在所述立根盒(90,100)上的预定位置;以及
使用所述提升系统(10)降低所述立根盒(90,100)上的所述管件(92,96),
其中,所述管件(92,96)的下端位于所述立根盒(90,100)上的所述预定位置,而不用所述下机械手(60)的所述铰接臂(64)来提升所述管件(92,96)的重量。
34.根据权利要求33所述的方法,还包括:
选择性地致动所述铰接臂(64),以保持所述下机械手(60)的所述腕部(66)基本上水平;以及
选择性地最小化由所述下机械手(60)的所述滚动接头(114)施加至所述管件(92,96)的下端的扭矩。
35.根据权利要求33所述的方法,还包括:
提供上机械手(62),其中所述上机械手(62)位于所述指板(104,106)的上方,所述上机械手(62)包括连接到铰接臂(64)的远端的腕部(66),机械接口(70)通过滚动接头(114)连接到所述腕部(66),以及从所述机械接口(70)突出的末端执行器(72),以及其中所述末端执行器(72)包括爪(74),所述爪包括第四反馈装置,用于检测所述爪(74)中的管件(92,96)的存在;以及
使用所述第二反馈装置检查到无重量;
使用所述上机械手(62)的所述爪(74)保持所述管件(92,96)的上端;
使用所述第四反馈装置检测所述上机械手(62)的所述爪(74)中的所述管件(92,96)的存在;
从所述升降机(48)或从所述提升爪(58)释放所述管件(92,96)的上端;以及
使用所述上机械手(62)将所述管件(92,96)的上端定位在指板(104,106)中的预定位置处;
其中所述管件(92,96)的...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘喜林,罗伯特·本杰明·唐纳利,安德鲁·伊恩·麦肯齐,格雷厄姆·亚历山大·卡内基,杰伊·约翰·蒂森,
申请(专利权)人:国民油井华高有限公司,
类型:发明
国别省市:美国;US
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