阅读说明：本技术 一种陆地钻机立柱式排管装置 (A kind of land rig column pipe racking device ) 是由 王昌荣 胡德祥 唐会兰 于 2019-08-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种陆地钻机立柱式排管装置,所述排管装置包括：基础平台；排管机,所述排管机包括调高机构、自转机构、上下移动机构、伸缩机构,所述调高机构设置在所述基础平台上,所述自转机构设置在所述调高机构上,所述上下移动机构滑动设置在所述自转机构上,所述伸缩机构连接在所述上下移动机构上；以及管子贮存装置,所述管子贮存装置包括若干朝向所述排管机的贮存槽,用来竖直存放管子。本发明的有益效果为实现管柱低位排放,排管机可在低位安装,各模块均满足陆地运输条件,具有安全可靠的安装和维修通道。(The invention discloses a kind of land rig column pipe racking device, the pipe racking device includes: basic platform；Tube drawbench, the tube drawbench includes height-regulating mechanism, free-wheeling system, reciprocating mechanism, telescoping mechanism, the height-regulating mechanism is arranged on the basic platform, the free-wheeling system is arranged on the height-regulating mechanism, the reciprocating mechanism is slidably arranged on the free-wheeling system, and the telescoping mechanism is connected on the reciprocating mechanism；And pipe storage facility, the pipe storage facility include several storagetanks towards the tube drawbench, are used to vertical storage pipe.Beneficial effects of the present invention are to realize the discharge of tubing string low level, and tube drawbench can be installed in low level, and each module is all satisfied land transport condition, have safe and reliable installation and maintenance channel.)

一种陆地钻机立柱式排管装置

技术领域

本发明属于石油钻采设备领域，具体涉及一种陆地钻机立柱式排管装置。

背景技术

管子排放机械手(以下简称排管机)分为陆地式和海洋式两类，海洋钻井平台用排管机多以立柱式为主，即整体高度为26m左右的大型柱式结构，不便于陆地运输。为适应陆地公路、铁路的运输要求，设备必须拆分成若干可以单独运输的模块。

而现有的陆地钻机排管机的模式大多为常规钻机的二层台经过加强后，在二层台下方挂装整个排管机，为了兼顾常规钻机的结构和操作习惯，排管机的操作和维护的位置非常高，对于5000m钻机来讲，这个高度已经达到离地35m之高，高空作业危险系数较高，必须配以载人维修提篮，将维修人员提升到相应高度进行高空作业，会有人员生命安全、工具掉落等风险存在，同时维修时效性不佳，也是高空作业的第二大不利因素，常常会影响整个钻井效益，也是陆地钻机上难以推广的主要原因。

为了解决上述主要矛盾，为了将排管机的工作高度降低，特发明本排管装置。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种陆地钻机立柱式排管装置，本发明能够实现管柱低位排放，排管机可在低位安装，各模块均满足陆地运输条件，具有安全可靠的安装和维修通道。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种陆地钻机立柱式排管装置，所述排管装置包括：基础平台；排管机，所述排管机包括调高机构、自转机构、上下移动机构、伸缩机构，所述调高机构设置在所述基础平台上，所述自转机构设置在所述调高机构上，所述上下移动机构滑动设置在所述自转机构上，所述伸缩机构连接在所述上下移动机构上；以及

管子贮存装置，所述管子贮存装置包括若干朝向所述排管机的贮存槽，用来竖直存放管子；其中，所述调高机构包括安装平台、支腿，所述支腿的一端铰接在所述基础平台上，所述支腿的另一端铰接在所述安装平台上，所述安装平台能够放倒，所述管子贮存装置的顶部设置有提升绞车，所述提升绞车与所述安装平台连接；所述自转机构包括立柱、回转轴承、第一驱动装置，所述立柱包括活动立柱和固定立柱，所述固定立柱固定在所述安装平台上，所述活动立柱通过所述回转支承与所述固定立柱连接，所述活动立柱与所述固定立柱之间连接所述第一驱动装置；所述上下移动机构包括上滑车、下滑车，所述上滑车、下滑车滑动设置在所述活动立柱上，所述上滑车和下滑车二者之间连接有驱动油缸。

优选地，所述活动立柱上设置有导向面，所述导向面上滑动设置所述上滑车、下滑车。

优选地，所述伸缩机构包括伸缩臂、夹持臂，所述伸缩臂的一端固定连接在所述上滑车和下滑车上，所述伸缩臂的另一端固定连接所述夹持臂。

优选地，所述伸缩机构包括两组平行设置的第一杆和第二杆，所述第一杆、第二杆的第一端均铰接在所述上滑车上，所述第一杆、第二杆的第二端分别铰接在短杆的两端，所述短杆的一端铰接在所述夹持臂上，所述第一杆的中部铰接有第三杆的一端，所述第三杆的另一端铰接在所述下滑车上。

优选地，所述夹持臂包括处于上下两端的夹持钳、第三油缸，所述夹持臂的上部与所述伸缩臂铰接，所述夹持臂的中部与所述第三油缸的一端连接，所述第三油缸的另一端与所述短杆的另一端铰接。

优选地，所述管子贮存装置包括若干管子***，所述管子***包括钢结构框架、若干指梁卡板，所述钢结构框架形成若干所述贮存槽，每个所述贮存槽的槽口处设置所述指梁卡板。

优选地，所述指梁卡板包括气缸、卡板座和卡板，所述卡板座固定连接在所述槽口上，所述卡板铰接在所述卡板座上，所述气缸连接在所述卡板座与所述卡板之间。

优选地，所述指梁卡板包括电机、联轴器、卡板座和卡板，所述卡板座固定连接在所述槽口上，所述卡板铰接在所述卡板座上，所述电机的转子与所述联轴器的一端连接，所述联轴器的另一端与所述卡板连接。

优选地，所述管子贮存装置包括第一管子***、第二管子***、第三管子***、第四管子***，所述第一管子***、第二管子***、第三管子***、第四管子***环绕所述排管机设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、管柱低位排放，排管机可在低位安装，排除高空作业隐患；

2、各模块均满足陆地运输条件，具有安全可靠的安装和维修通道，无常规井架的高空二层台，是一种全新概念的管子排放模式；

3、每个管子***的指梁均指向排管机的回转中心，排管机沿极坐标方式搬运管子，无需排管机本身的X、Y双向移动，比X、Y坐标方式移动的排管机减少横梁和滑车，具有结构简单、运行效率高、控制程序简单等优点；

4、通过上滑车、下滑车简化了排管机模块，省去了一套滑车平移系统以及拖链装置，提供了一种新的指梁卡板结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例的整体效果示意图。

图2为装满管子之后的实施例示意图。

图3为图1的中心面剖面示意图。

图4为排管机示意图。

图5为图4的部分放大示意图。

图6为排管机低位姿态示意图。

图7为管子***模块示意图。

图8为管子***指梁卡板放大图。

图9为排管机在待机姿态示意图。

图10为排管机的排管路线示意图。

图11为排管机将管子排放到管子***指定位置的姿态示意图。

图12为伸缩臂的另外一种机构形式示意图。

图13为指梁卡板的另外一种驱动形式示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-13所示，本实施例提供一种陆地钻机立柱式排管装置，排管装置包括：基础平台1；排管机2，排管机2包括调高机构、自转机构、上下移动机构、伸缩机构，调高机构设置在基础平台1上，自转机构设置在调高机构上，上下移动机构滑动设置在自转机构上，伸缩机构连接在上下移动机构上；以及

管子贮存装置，管子贮存装置包括若干朝向排管机2的贮存槽，用来竖直存放管子；其中，调高机构包括安装平台21、支腿201，支腿201的一端铰接在基础平台1上，支腿201的另一端铰接在安装平台21上，安装平台21能够放倒，管子贮存装置的顶部设置有提升绞车202，提升绞车202与安装平台21连接；自转机构包括立柱22、回转轴承、第一驱动装置，立柱22包括活动立柱203和固定立柱204，固定立柱204固定在安装平台21上，活动立柱203通过回转支承与固定立柱204连接，活动立柱203与固定立柱204之间连接第一驱动装置；上下移动机构包括上滑车224、下滑车226、第二驱动装置，上滑车224、下滑车226滑动设置在活动立柱203上，上滑车224和下滑车226二者之间连接有驱动油缸225，第二驱动装置的一端与上滑车224和/或下滑车226和/或驱动油缸225连接，第二驱动装置的另一端与活动立柱203连接。

活动立柱203上设置有导向面，导向面上滑动设置上滑车224、下滑车226，第二驱动装置为第一油缸207、齿轮齿条装置、卷扬机中的任一种。

伸缩机构包括伸缩臂23、夹持臂24，伸缩臂23的一端固定连接在上滑车224和下滑车226上，伸缩臂23的另一端固定连接夹持臂24。

伸缩机构包括两组平行设置的第一杆221和第二杆222，第一杆221、第二杆222的第一端均铰接在上滑车224上，第一杆221、第二杆222的第二端分别铰接在短杆227的两端，短杆227的一端铰接在夹持臂24上，第一杆221的中部铰接有第三杆223的一端，第三杆223的另一端铰接在下滑车226上。伸缩臂23，如图12所示。当油缸225缩短时，上滑车224与下滑车226的距离变近，第一杆221、第二杆222组成的平行四边形机构以及第三杆223组成的机构可将夹持臂24推离立柱22，从而带动管柱进行伸缩。

夹持臂24包括处于上下两端的夹持钳211、第三油缸210，夹持臂24的上部与伸缩臂23铰接，夹持臂24的中部与第三油缸210的一端连接，第三油缸210的另一端与短杆227的另一端铰接。

管子贮存装置包括若干管子***，管子***包括钢结构框架、若干指梁卡板213，钢结构框架形成若干贮存槽，每个贮存槽的槽口处设置指梁卡板213。

指梁卡板213包括气缸214、卡板座215和卡板216，卡板座215固定连接在槽口上，卡板216铰接在卡板座215上，气缸214连接在卡板座215与卡板216之间。

指梁卡板213还可以设计为电机驱动的形式或类似结构，如图13所示。图中卡板216、电机231安装在卡板座215上，电机231与卡板216之间设置有联轴器232，用于保护电机不受附加冲击。整体形成一个组件，安装在所有指梁的前端。卡板216可在电机231的驱动下旋转至打开或关闭状态。同样实现了防止管子自由滑出指梁的功能。指梁卡板213包括电机231、联轴器232、卡板座215和卡板216，卡板座215固定连接在槽口上，卡板216铰接在卡板座215上，电机231的转子与联轴器232的一端连接，联轴器232的另一端与卡板216连接。

管子贮存装置包括第一管子***3、第二管子***4、第三管子***5、第四管子***6，第一管子***3、第二管子***4、第三管子***5、第四管子***6环绕排管机2设置。

另一实施例中，提供一种陆地钻机立柱式排管装置，具体包括：

基础平台1，是钻机底座的基座部分，整个排管机及各个管子***模块均安装在这个基础平台上。

排管机2，安装在基础平台1上，主要包含：安装平台21，立柱22，伸缩臂23，夹持臂24等。

安装平台21，作为整个排管机的支承部分。其下部有4根支腿201，支腿一端与基础平台1铰接，另一端与安装平台21铰接，所有支腿长度一致，形成平行四边形机构。整个平台可以放倒，放倒之后放在猫道7之上或直接将支腿支承在地面上，如附图6所示。两台提升绞车202可以是电动绞车、也可以是气动或液压绞车，安装在两侧的管子***边缘，钢丝绳与安装平台21连接，提升绞车202负责安装平台21的提升及下放。

立柱22，安装在安装平台21上，是整个排管机的支承，立柱分为活动立柱203和固定立柱204，两立柱中间安装有回转支承及相应的第一驱动装置205，具体的一种驱动方案，回转支承的外圈连接活动立柱，内圈则连接在固定立柱上，活动立柱203相对于固定立柱204可绕竖直轴转动，第一驱动装置可以是电机、也可以是液压、气动马达，马达安装在回转支承的外圈上，即可驱动回转支承内圈相对于外圈转动，从而带动整个活动立柱203转动，活动立柱转动角度接近280度。

活动立柱上有导向面25，伸缩臂23的小车206可以沿此面上下滑动。小车206与活动立柱203之间通过第一油缸207连接。在第一油缸207的作用下，小车206可上下滑动。当然，此处第一油缸的作用也可以用齿轮齿条、提升卷扬机等实现同样的功能。沿着固定立柱204、活动立柱203可设置爬梯(图中未示出)，沿爬梯工作人员可以到达排管机的高度，便于设备检修和维护。

伸缩臂23，通过小车206安装在立柱22上，伸缩臂由两组平面四杆机构208组成，具体的，采用平行四边形的四杆机构，由第二油缸209驱动，实现整体伸出或缩回，具体的，第二油缸的主体连接在小车上，第二油缸的移动部连接在四杆机构的一根杆件上。

夹持臂24，上部有连接孔与伸缩臂通过销轴铰接，中部设有第三油缸210，第三油缸210一端与伸缩臂铰接，另一端与夹持臂24铰接，通过油缸的伸缩，可实现夹持臂24的倾斜度控制和调节。上端和下端设有两组夹持钳211，与夹持臂固定安装，夹持钳211内设有钳牙或高摩擦系数的摩擦块，用于夹持并悬持一柱管子。夹持钳211内可设置用于探测管子是否达到既定位置的传感器(图中未示出)。

第一管子***3，由一个钢结构框架212、若干个指梁卡板213组成。整体安装在基础平台1上，中部设有与排管机安装平台21的连接结构，用于排管机2提升到位后的固定。指梁卡板213为气缸驱动的可翻转卡板，由气缸214、卡板座215和卡板216等组成，是管子进出指梁的开关，防止管子自由滑出指梁。整个管子***可以整体吊装，也可以在底部设置耳板和销子，采用旋转提升的方式安装。如道路条件许可的话，还可以卧倒并附带全部管子一体化运输。指梁即钢结构框架顶部的手指状结构。

第二管子***4、第三管子***5、第四管子***6结构与第一管子***类似，整体安装后，每个管子***的指梁均指向排管机的回转中心，排管机沿极坐标方式搬运管子，无需排管机本身的X、Y双向移动。比X、Y坐标方式移动的排管机减少横梁和滑车，具有结构简单、运行效率高、控制程序简单等优点。

安装过程

主要包含如下步骤：

1)基础平台1吊装到位(对应钻机的底座部分)、猫道7吊装到位(如有的话)；

2)安装第一管子***、第二管子***、第三管子***、第四管子***；

3)安装4根支腿201，下端与基础平台1连接，穿好销子；

4)安装平台21与支腿201另一端连接，穿好销子；

5)将排管机的22、23、24整体安装到安装平台21上，然后将相关的管线、电缆连接好；

6)将两台提升绞车202的钢丝绳与安装平台21连接，穿好销子，连接好管线；

7)两台提升绞车202同时动作将钢丝绳拉动，安装平台21将会慢慢旋升至既定高度，穿好与两侧管子***连接的销子。

安装完毕。

排管过程(即从目标位置接过管子并排放在管子***的过程)

主要包含如下步骤：

1)目标位置的一柱管子已经就位，等待排管机抓管，排管机回到待机姿态，如图9所示；

2)第二油缸209动作，伸缩臂23伸出，将夹持臂24移送到目标管子的位置；

3)夹持臂24上的两组夹持钳211同时动作，将目标位置的管子夹持住；

4)第一油缸207动作，整个排管机将目标管子提高离开地面；

5)第二油缸209动作，伸缩臂23缩回一定距离；

6)第一驱动装置205动作，夹持臂24和管子一起绕竖直轴做回转运动，当夹持臂24对准排放的指梁后，停止运动；

7)第二油缸209动作，伸缩臂23伸出，管子到达管子***中指定位置后停止；

8)第一油缸207动作，整个排管机将目标管子下放，至管子下端接触管子***底面后停止；

至此一个管子的排放过程完成。

取管过程(即从管子***取出管子并送至目标位置的过程)与排管过程相反，此处不再赘述。

本排管装置，能够满足管柱低位排放，降低了整个钻机的重心。排管机可单独在低位安装，各模块均满足陆地运输条件，具有安全可靠的安装和维修通道，无常规井架的高空二层台，无高空作业的风险。排管机走极坐标的运动方式，比常规XY笛卡尔坐标运动方式的排管机具有运行效率高、结构简单、控制程序简单等优点，是一种安全可靠的全新概念的管子排放模式。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。