[发明专利]一种适用于石油钻井管柱自动化处理装置及其工作方法

权利要求书

1.一种适用于石油钻井管柱自动化处理装置，其特征在于，包括配合设置的地面管柱自动化输送单元、地面到钻台的管柱自动化输送单元、钻台立柱自动化处理单元和立柱存储单元；上述单元配合实现钻井管柱的钻井作业自动化操作；

所述地面管柱自动化输送单元包括抓管机械臂(7)、滑轨(6)和管柱定位导轨(8)，抓管机械臂在滑轨上滑动抓取单根管柱并放至管柱定位导轨上；所述地面到钻台的管柱自动化输送单元包括动力鼠洞、管柱自动处理机构和翻管机械臂(9)；所述管柱定位导轨辅助单根管柱输送给往翻管机械臂；所述钻台立柱自动化处理单元包括顶驱系统(1)、铁钻工(3)、动力卡瓦(4)、管柱自动存取机械臂(12)；管柱自动存取机械臂(12)包括钻杆扶正机械臂(19)和管柱存放机械臂(33)；所述立柱存储单元包括旋转立根存放库(10)和管柱自动存取机械臂(12)；

所述抓管机械臂(7)采用液压驱动和电驱动的复合驱动形式在滑 轨(6)上水平滑动，以此实现对地面上单根管柱的抓取递送动作；所述管柱定位导轨(8)用于单根管柱的精确定位和自动输送往下一管柱处理单元；

所述翻管机械臂(9)用于抓取单根管柱；翻管机械臂(9)由机械臂臂身(16)和夹紧机构(17)组成，在夹紧机构(17)上设置第一线性移动装置(15A)；翻管机械臂用于夹取和递送管柱或建立好的立柱；在翻管机械臂下端布置有动力鼠洞和所述管柱自动处理机构，用以实现两管柱一立柱的自动线性移动和管柱拼接；

所述钻杆扶正机械臂(19)用于实现对立柱的抓取定位及扶正工作；所述管柱存放机械臂(33)具有固定的旋转角度和抓放动作，用以实现对立柱的自动装拆及存放工作；所述顶驱系统(1)为电驱动，顶驱系统将立柱上端与顶驱系统中心管连接，连接完成后顶驱系统通过伸缩和移动实现对单根管柱及立柱的取放、进钻、起钻动作；所述铁钻工(3)具有冲扣钳和旋扣钳，其与动力卡瓦(4)配合完成立柱的装卸动作；

所述旋转立根存放库(10)包括存管圆盘(27)和旋转支柱(26)，所述存管圆盘绕旋转支柱定角度转动；存管圆盘在旋转立根存放库径向上布置，存管圆盘包括绕旋转支柱均匀间隔设置的多个槽口，在各槽口底面上设置固定柱(29)；在存管圆盘底端设置固定装置，用于保证管柱存放后的稳定性；所述管柱自动存取机械臂(12)根据管柱存取位置自动调节机械臂伸展长度，与所述旋转立根存放库和管柱自动化处理装置配合，用以实现管柱的自动存取。

2.根据权利要求1所述的一种适用于石油钻井管柱自动化处理装置，其特征在于，所述管柱存放机械臂(33)包括可旋转机械臂滑轨(18)、滑动支承座(22)、摆臂(23)和旋转臂(24)，在旋转臂上设置钻杆夹爪(25)。

3.根据权利要求1所述的一种适用于石油钻井管柱自动化处理装置，其特征在于，所述钻杆扶正机械臂(19)用于将立柱下端扶正固定，所述顶驱系统(1)通过伸缩和上下移动移走；当需要立柱与顶驱系统中心管断开连接时，则反方向操作；

所述铁钻工(3)用于立柱下端与井内管柱串母接头对接；铁钻工的冲扣钳和自动卡瓦固定管柱串上端，铁钻工旋扣钳旋转使立柱下端公接头旋入井内管柱串母接头，完成装夹后铁钻工缩回至初始位置；拆卸动作与装夹动作相反。

4.根据权利要求1所述的一种适用于石油钻井管柱自动化处理装置，其特征在于，所述管柱自动处理机构包括支撑座(34)，在支撑座上设置第一锁紧装置(13)、第二锁紧装置(14)和夹紧机构(17)；在支撑座上的夹紧机构上设置第二线性移动装置(15B)；第一锁紧装置、第二锁紧装置分别夹紧两根管柱上、下端并使其牢固连接；第一、第二线性移动装置均为滚轮件，单根管柱或建立好的立柱在滚轮件的转动下沿轴向线性移动至合适位置。

5.一种采用权利要求1-4任一所述的石油钻井管柱自动化处理装置的工作方法，其特征在于，包括由地面管柱自动化输送单元和地面到钻台的管柱自动化输送单元配合进行立柱建立和进钻的步骤、由钻台立柱自动化处理单元进行起钻及摆放立柱的步骤、以及由钻台立柱自动化处理单元和立柱存储单元配合进行管柱自动存取的步骤。