本發(fā)明涉及海洋鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種海洋鉆井平臺(tái)用管具處理系統(tǒng)及連接移運(yùn)立根的方法。

背景技術(shù)：

海洋油氣資源的勘探開發(fā)潛力巨大，是當(dāng)前和未來油氣資源戰(zhàn)略接替的重要領(lǐng)域。海洋鉆井是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，大量的先進(jìn)技術(shù)在鉆井平臺(tái)上得到廣泛體現(xiàn)，具有高技術(shù)、高投入、高風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)。為了降低海洋鉆井的作業(yè)成本，平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)采用多種措施以提高作業(yè)效率、降低能耗，增強(qiáng)設(shè)備的安全性能。

在管具處理方面，目前深水海洋平臺(tái)多采用將三根單根鉆桿或者四根單根鉆桿提前接好組成一個(gè)鉆桿柱儲(chǔ)存在指梁中，當(dāng)使用時(shí)直接用排管機(jī)取出移運(yùn)至井口中心鉆井，這樣就大大減少了鉆桿的處理時(shí)間。當(dāng)前使用的鉆桿單根長(zhǎng)度一般為31ft（9.4488m），四個(gè)單根鉆桿組成一根鉆桿柱后總長(zhǎng)度可達(dá)124ft（37.8m），這么長(zhǎng)的鉆桿豎直站立后剛度很差，極易產(chǎn)生較大變形。目前處理鉆桿柱的方法是利用鉆桿柱傾斜臂，使鉆桿柱下端受力支撐然后傾斜至井架內(nèi)，由頂驅(qū)來完成鉆桿柱的組裝和下放。這種處理方式一方面對(duì)鉆桿接頭的磨損很大，并且由于鉆桿柱會(huì)產(chǎn)生較大的變形，安全性和可靠性較差；另一方面是采用頂驅(qū)處理，頂驅(qū)重量很大，一套頂驅(qū)和支撐頂驅(qū)的游動(dòng)系統(tǒng)重量可達(dá)70多噸，頂驅(qū)頻繁地沿井架上下運(yùn)動(dòng)處理鉆桿會(huì)產(chǎn)生大量的功率損耗，生產(chǎn)成本高昂。因此，如何更安全、更可靠、更經(jīng)濟(jì)地處理鉆桿等管具，提高管具處理效率是目前石油勘探領(lǐng)域科研人員亟需解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種海洋鉆井平臺(tái)用管具處理系統(tǒng)及連接移運(yùn)立根的方法，以解決現(xiàn)有的海洋鉆井平臺(tái)連接移運(yùn)立根的操作過程中立根容易發(fā)生變形，設(shè)備運(yùn)行成本高，安全性能不高的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種海洋鉆井平臺(tái)用管具處理系統(tǒng)，它包括安裝在鉆臺(tái)上的井架、鐵鉆工、卡瓦裝置、布置在井架外側(cè)的排管裝置，鉆臺(tái)安裝在主甲板上，所述井架的內(nèi)部安裝有布置在井口中心與排管裝置之間的立根連接機(jī)械手，立根連接機(jī)械手的下方設(shè)有扶持機(jī)械手，立根連接機(jī)械手包括裝卡在固定于井架內(nèi)側(cè)壁導(dǎo)軌上的游動(dòng)滑車，游動(dòng)滑車中部的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上安裝有回轉(zhuǎn)裝置，回轉(zhuǎn)裝置的底部通過銷軸與機(jī)械臂的頂端相連接，回轉(zhuǎn)裝置的底部還與擺動(dòng)液缸的底座相連接，擺動(dòng)液缸的活塞端連接在機(jī)械臂上，機(jī)械臂的底端鉸接有夾持頭。

優(yōu)選的，所述夾持頭與機(jī)械臂之間安裝有姿態(tài)調(diào)整液缸。

優(yōu)選的，所述回轉(zhuǎn)裝置上安裝有液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)裝置能夠沿著導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)。

優(yōu)選的，所述游動(dòng)滑車的頂端安裝有鋼絲繩，鋼絲繩穿過安裝在導(dǎo)軌上方的提升組件纏繞在固定于井架外側(cè)的升降絞車上。

優(yōu)選的，所述回轉(zhuǎn)裝置與游動(dòng)滑車之間設(shè)有補(bǔ)償液缸。

優(yōu)選的，所述扶持機(jī)械手包括上導(dǎo)軌、伸縮液壓缸、固定在井架上的下導(dǎo)軌，伸縮液壓缸的缸體固定安裝在下導(dǎo)軌上，伸縮液壓缸的活塞端與上導(dǎo)軌相連接，上導(dǎo)軌上安裝有移動(dòng)扶持頭，移動(dòng)扶持頭上連接有鋼絲繩，鋼絲繩的另一端繞過固定在上導(dǎo)軌端部的導(dǎo)向輪連接到下導(dǎo)軌上。

優(yōu)選的，所述排管裝置的下端安裝在主甲板內(nèi)部的圍阱中，排管裝置底部與主甲板的上表面之間的距離為6.5-7.5m。

一種海洋鉆井平臺(tái)用管具處理系統(tǒng)連接移運(yùn)立根的方法，它包括以下步驟：

步驟一、立根連接機(jī)械手在升降絞車與提升組件的作用下沿著導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)至距離鉆臺(tái)一定高度處，夾持頭到達(dá)從貓道送來的管具位置后，姿態(tài)調(diào)整液缸動(dòng)作，調(diào)整、控制夾持頭夾緊管具的頂端，控制升降絞車?yán)瓌?dòng)游動(dòng)滑車向上行走提起管具，待游動(dòng)滑車行走至一定位置后，姿態(tài)調(diào)整液缸再次調(diào)整夾持頭的姿態(tài)，使所夾持的管具處于豎直狀態(tài)，與此同時(shí)扶持機(jī)械手的扶持頭夾持住管具的底端，使管具保持豎直狀態(tài)；

步驟二、作業(yè)人員控制擺動(dòng)液缸的活塞端逐漸收縮，同時(shí)控制伸縮液壓缸伸縮，使扶持頭與夾持頭同步向井口中心運(yùn)動(dòng)，將豎直狀態(tài)的管具送至井口中心上方；

步驟三、立根連接機(jī)械手沿井架向下運(yùn)動(dòng)下放管具，扶持機(jī)械手配合扶持管具，當(dāng)管具頂端高于鉆臺(tái)0.5-1.5m時(shí)停止管具的下放；控制卡瓦裝置卡緊管具，控制立根連接機(jī)械手、扶持機(jī)械手回復(fù)原位；

步驟四、按照步驟一、步驟二所述方法，立根連接機(jī)械手與扶持機(jī)械手將第二根管具移運(yùn)至井口中心上方，立根連接機(jī)械手下放第二根管具至第二根管具與第一根管具能夠?qū)蹠r(shí)停止下放動(dòng)作，鐵鉆工對(duì)第一根管具和第二根管具進(jìn)行上扣作業(yè)，同時(shí)補(bǔ)償液缸動(dòng)作，以抵消設(shè)備的重量，緩解管具上扣時(shí)管具上的絲扣所承受的壓力；

步驟五、當(dāng)?shù)谝桓芫吲c第二根管具上扣連接完成后，卡瓦裝置松開，接立根機(jī)械手按照步驟三的操作要求將連接好的立根繼續(xù)下放，立根下放到位后，由卡瓦裝置卡緊立根；

重復(fù)上述步驟一至步驟五的作業(yè)過程，完成整根立根的連接作業(yè)；

步驟六、作業(yè)人員控制立根連接機(jī)械手沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)提起立根，扶持機(jī)械手配合扶持立根，直至立根底端高于鉆臺(tái)的上表面；

步驟七、擺動(dòng)液缸的活塞端伸長(zhǎng)，機(jī)械臂向下運(yùn)動(dòng)，伸縮液壓缸同步回縮，使立根保持豎直狀態(tài)移運(yùn)至井架大門處；

步驟八、立根連接機(jī)械手沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)下放立根，扶持機(jī)械手扶持立根，當(dāng)立根的底端距離主甲板上表面1-2m時(shí)停止下放作業(yè)；

步驟九、作業(yè)人員控制液壓馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，扶持頭在上導(dǎo)軌上與夾持頭同步向井架外側(cè)移動(dòng)，將立根移運(yùn)至井架外側(cè)；

步驟十、立根連接機(jī)械手沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)，下放立根至排管裝置的作業(yè)空間內(nèi)，排管裝置抓取立根，并將立根排放至指梁中。

本發(fā)明的有益效果為：

（1）本發(fā)明將排管裝置設(shè)置在井架外側(cè)，利用安裝在井架內(nèi)側(cè)的立根連接機(jī)械手實(shí)現(xiàn)對(duì)管具的抓取、豎直移運(yùn)、立根的連接、管具/立根從井架外側(cè)、內(nèi)側(cè)、井口中心位置的相互移運(yùn)，并通過立根連接機(jī)械手和扶持機(jī)械手的配合，使管具/立根在移運(yùn)過程中始終處于豎直狀態(tài)，降低了管具/立根的變形，保證了管具移運(yùn)過程中作業(yè)的安全性能，不再需要頂驅(qū)提取、下放管具/立根，極大地減少了能耗，降低了設(shè)備的運(yùn)行成本；

（2）管具/立根在移運(yùn)過程中上端承受立根連接機(jī)械手的拉力，扶持機(jī)械手只起扶持作用，移運(yùn)過程管具/立根不會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，移運(yùn)過程更安全、可靠；

（3）本發(fā)明將排管裝置設(shè)置在井架外側(cè)，可大幅降低井架的高度、重量，減少了設(shè)備在海洋鉆井作業(yè)時(shí)的受風(fēng)面積，增強(qiáng)了設(shè)備的安全性能，減少了制造成本；

（4）本發(fā)明通過游動(dòng)滑車在豎直導(dǎo)軌上的上下運(yùn)動(dòng)，能夠滿足貓道與整個(gè)立根高度之間的行程需求；

（5）本發(fā)明在管具上、卸扣作業(yè)時(shí)，通過補(bǔ)償液缸抵消設(shè)備的重量，以緩解管具上的絲扣所承受的壓力；

（6）扶持機(jī)械手中伸縮液缸伸縮時(shí)可帶動(dòng)上導(dǎo)軌移動(dòng)，從而使扶持頭跟隨上導(dǎo)軌移動(dòng)，并且可以從上導(dǎo)軌的一端移動(dòng)到另一端，扶持頭的行程為上導(dǎo)軌行程的兩倍，增大了管具移運(yùn)配合處理的范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中立根連接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中扶持機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4至圖12是本發(fā)明用于立根連接移運(yùn)步驟一至步驟十的使用狀態(tài)圖；

圖中：1、井架，2、鐵鉆工，3、卡瓦裝置，4、立根連接機(jī)械手，41、游動(dòng)滑車，411、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，412、液壓馬達(dá)，42、回轉(zhuǎn)裝置，43、擺動(dòng)液缸，44、機(jī)械臂，45、夾持頭，5、主甲板，6、鉆臺(tái)，7、扶持機(jī)械手，71、扶持頭，72、上導(dǎo)軌，73、伸縮液壓缸，74、下導(dǎo)軌，75、導(dǎo)向輪，8、排管裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1至圖3所示的一種海洋鉆井平臺(tái)用管具處理系統(tǒng)，它包括安裝在鉆臺(tái)6上的井架1、鐵鉆工2、卡瓦裝置3、布置在井架1外側(cè)的排管裝置8，鉆臺(tái)6安裝在主甲板5上，井架1的內(nèi)部安裝有布置在井口中心與排管裝置8之間的立根連接機(jī)械手4，立根連接機(jī)械手4的下方設(shè)有扶持機(jī)械手7，立根連接機(jī)械手4包括裝卡在固定于井架1內(nèi)側(cè)壁導(dǎo)軌上的游動(dòng)滑車41，游動(dòng)滑車41中部的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)411上安裝有回轉(zhuǎn)裝置42，回轉(zhuǎn)裝置42的底部通過銷軸與機(jī)械臂44的頂端相連接，回轉(zhuǎn)裝置42的底部還與擺動(dòng)液缸43的底座相連接，擺動(dòng)液缸43的活塞端連接在機(jī)械臂44上，機(jī)械臂44的底端鉸接有夾持頭45。

夾持頭45與機(jī)械臂44之間安裝有姿態(tài)調(diào)整液缸。

回轉(zhuǎn)裝置42上安裝有液壓馬達(dá)412驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)裝置42帶動(dòng)機(jī)械臂44旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)裝置42能夠沿著導(dǎo)向機(jī)構(gòu)411上下移動(dòng)。

游動(dòng)滑車41的頂端安裝有鋼絲繩，鋼絲繩穿過安裝在導(dǎo)軌上方的提升組件纏繞在固定于井架1外側(cè)的升降絞車上。

回轉(zhuǎn)裝置42與游動(dòng)滑車41之間設(shè)有補(bǔ)償液缸。

扶持機(jī)械手7包括上導(dǎo)軌72、伸縮液壓缸73、固定在井架上的下導(dǎo)軌74，伸縮液壓缸73的缸體固定安裝在下導(dǎo)軌74上，伸縮液壓缸73的活塞端與上導(dǎo)軌72相連接，上導(dǎo)軌72上安裝有移動(dòng)扶持頭71，移動(dòng)扶持頭71上連接有鋼絲繩，鋼絲繩的另一端繞過固定在上導(dǎo)軌72端部的導(dǎo)向輪75連接到下導(dǎo)軌74上。

排管裝置8的下端安裝在主甲板5內(nèi)部的圍阱中，排管裝置8底部與主甲板5的上表面之間的距離為6.5-7.5m。

一種海洋鉆井平臺(tái)用管具處理系統(tǒng)連接移運(yùn)立根的方法，它包括以下步驟：

步驟一、如圖1、圖4所示，立根連接機(jī)械手4在升降絞車與提升組件的作用下沿著導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)至距離鉆臺(tái)6一定高度處，夾持頭45到達(dá)從貓道送來的管具位置后，姿態(tài)調(diào)整液缸動(dòng)作，調(diào)整、控制夾持頭45夾緊管具的頂端，控制升降絞車?yán)瓌?dòng)游動(dòng)滑車41向上行走提起管具，待游動(dòng)滑車41行走至一定位置后，姿態(tài)調(diào)整液缸再次調(diào)整夾持頭45的姿態(tài)，使所夾持的管具處于豎直狀態(tài)，與此同時(shí)扶持機(jī)械手7的扶持頭71夾持住管具的底端，使管具保持豎直狀態(tài)；

步驟二、如圖5所示，作業(yè)人員控制擺動(dòng)液缸43的活塞端逐漸收縮，同時(shí)控制伸縮液壓缸73伸縮，使扶持頭71與夾持頭45同步向井口中心運(yùn)動(dòng)，將豎直狀態(tài)的管具送至井口中心上方；

步驟三、如圖6所示，立根連接機(jī)械手4沿井架1向下運(yùn)動(dòng)下放管具，扶持機(jī)械手7配合扶持管具，當(dāng)管具頂端高于鉆臺(tái)60.5-1.5m時(shí)停止管具的下放；控制卡瓦裝置3卡緊管具，控制立根連接機(jī)械手4、扶持機(jī)械手7回復(fù)原位；

步驟四、如圖7所示，按照步驟一、步驟二方法，立根連接機(jī)械手4與扶持機(jī)械手7將第二根管具移運(yùn)至井口中心上方，立根連接機(jī)械手4下放第二根管具至第二根管具與第一根管具能夠?qū)蹠r(shí)停止下放動(dòng)作，鐵鉆工2對(duì)第一根管具和第二根管具進(jìn)行上扣作業(yè)，同時(shí)補(bǔ)償液缸動(dòng)作，以抵消設(shè)備的重量，緩解管具上扣時(shí)管具上的絲扣所承受的壓力；

步驟五、當(dāng)?shù)谝桓芫吲c第二根管具上扣連接完成后，卡瓦裝置3松開，接立根機(jī)械手4按照步驟三的操作要求將連接好的立根繼續(xù)下放，立根下放到位后，由卡瓦裝置3卡緊立根；

重復(fù)上述步驟一至步驟五的作業(yè)過程，完成整根立根的連接作業(yè)；

步驟六、如圖8所示，作業(yè)人員控制立根連接機(jī)械手4沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)提起立根，扶持機(jī)械手7配合扶持立根，直至立根底端高于鉆臺(tái)6的上表面；

步驟七、如圖9所示，擺動(dòng)液缸43的活塞端伸長(zhǎng)，機(jī)械臂44向下運(yùn)動(dòng)，伸縮液壓缸73同步回縮，使立根保持豎直狀態(tài)移運(yùn)至井架1大門處；

步驟八、如圖10所示，立根連接機(jī)械手4沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)下放立根，扶持機(jī)械手7扶持立根，當(dāng)立根的底端距離主甲板5上表面1-2m時(shí)停止下放作業(yè)；

步驟九、如圖11所示，作業(yè)人員控制液壓馬達(dá)412運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)裝置42帶動(dòng)機(jī)械臂44旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，扶持頭71在上導(dǎo)軌72上與夾持頭45同步向井架外側(cè)移動(dòng)，將立根移運(yùn)至井架1外側(cè)；

步驟十、如圖12所示，立根連接機(jī)械手4沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)，下放立根至排管裝置8的作業(yè)空間內(nèi)，排管裝置8抓取立根，并將立根排放至指梁中。

本發(fā)明將排管裝置設(shè)置在井架外側(cè)，利用安裝在井架內(nèi)側(cè)的立根連接機(jī)械手實(shí)現(xiàn)對(duì)管具的抓取、豎直移運(yùn)、立根的連接、管具/立根從井架外側(cè)、內(nèi)側(cè)、井口中心位置的相互移運(yùn)，并通過立根連接機(jī)械手和扶持機(jī)械手的配合，使管具/立根在移運(yùn)過程中始終處于豎直狀態(tài)，降低了管具/立根的變形，保證了管具移運(yùn)過程中作業(yè)的安全性能，不再需要頂驅(qū)提取、下放管具/立根，極大地減少了能耗，降低了設(shè)備的運(yùn)行成本；管具/立根在移運(yùn)過程中上端承受立根連接機(jī)械手的拉力，扶持機(jī)械手只起扶持作用，移運(yùn)過程管具/立根不會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，移運(yùn)過程更安全、可靠；本發(fā)明將排管裝置設(shè)置在井架外側(cè)，可大幅降低井架的高度、重量，減少了設(shè)備在海洋鉆井作業(yè)時(shí)的受風(fēng)面積，增強(qiáng)了設(shè)備的安全性能，減少了制造成本。