[发明专利]一种高效作业钻机及方法

说明书

本发明公开了一种高效、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。

技术领域

本发明涉及石油和天然气钻采设备和技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案如下：

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。