连续起下钻钻机管具处理系统

权利要求书： 1.一种连续起下钻钻机管具处理系统，其特征在于：包括安装在井架上的滑车轨道（1），滑车轨道（1）中装配有滑车（4），滑车（4）包括安装在滑车机架（403）两端的滑车行走轮（401）和滑车导向轮（402），滑车行走轮（401）和滑车导向轮（402）装卡在滑车轨道（1）上，滑车机架（403）的两侧竖梁上安装有顶升滑移装置（2），顶升滑移装置（2）包括两个滑移顶升液压缸（203）和滑动梁（201），两个滑移顶升液压缸（203）的缸体分别固定在滑车机架（403）对称的两根竖梁的上部，滑移顶升液压缸（203）的活塞端与滑动梁（201）的一端相连接，滑动梁（201）装卡在滑车机架（403）竖梁上；滑车机架（403）的顶端与提升片架（6）的顶端相铰接，提升片架（6）的底端与支撑滑移框架（7）的前立柱顶端相铰接，连续旋转铁钻工（8）和前开口动力卡瓦（9）安装在支撑滑移框架（7）内，支撑滑移框架（7）的前立柱和滑动梁（201）之间铰接有支撑杆（3）；提升片架（6）的中部安装有提升索头（5），提升索头（5）与钻机提升系统的钢丝绳相连接。

2.根据权利要求1所述的连续起下钻钻机管具处理系统，其特征在于：所述滑动梁（201）与滑车机架（403）之间安装有耐磨板（202）。

3.根据权利要求1或2所述的连续起下钻钻机管具处理系统，其特征在于：所述连续旋转铁钻工（8）包括安装在支撑滑移框架（7）上的主钳（801）和背钳（802），背钳（802）位于主钳（801）的下方，主钳（801）包括分别通过销轴铰接在主钳移动机架（805）上的主钳右侧半体（810）和主钳左侧半体（811），主钳右侧半体（810）和主钳左侧半体（811）的壳体后端分别与两个主钳开合液压缸（806）的活塞杆端相连接，主钳开合液压缸（806）的缸体安装在主钳移动机架（805）上，主钳移动机架（805）的左右两端分别装卡在支撑滑移框架（7）的两根后立柱上，主钳右侧半体（810）和主钳左侧半体（811）的上部分别通过液压泵缸固定销轴与液压油泵缸（812）的缸体端和活塞杆端相连接，主钳右侧半体（810）和主钳左侧半体（811）的开合带动液压油泵缸（812）的伸缩；所述背钳（802）包括分别通过销轴铰接在背钳移动机架（807）上的背钳右侧半体（813）和背钳左侧半体（814），背钳右侧半体（813）和背钳左侧半体（814）的底部分别与背钳开合液压缸的缸体端和活塞杆端相连接，背钳右侧半体（813）和背钳左侧半体（814）的外缘顶部均安装有泥浆防喷溅橡胶板（808），背钳移动机架（807）的左右两端分别装卡在支撑滑移框架（7）的两根后立柱上，背钳移动机架（807）的后侧壁与悬持液压缸（803）的一端相连接，悬持液压缸（803）的另一端固定在支撑滑移框架（7）的后横梁上；背钳移动机架（807）和主钳移动机架（805）之间安装有接箍补偿液压缸（804）。

4.根据权利要求3所述的连续起下钻钻机管具处理系统，其特征在于：所述背钳左侧半体（814）和背钳右侧半体（813）的结构相对称，背钳左侧半体（814）的中部安装有背钳夹紧组件（815），背钳夹紧组件（815）的上端面安装有半圆环状的背钳钻杆密封板（816），背钳钻杆密封板（816）通过螺栓固定在位于背钳左侧半体（814）上表面的半圆环状的泥浆上盖板（817）上，背钳钻杆密封板（816）的形状与开口弧度与钻杆外壁相适配，泥浆上盖板（817）与背钳右侧半体（813）相接触的边缘安装有背钳密封胶条；背钳左侧半体（814）的背钳外壳（819）的内壁和外壁之间加工有泥浆槽（820），泥浆槽（820）的底面开设有泥浆流出孔（821），泥浆流出孔（821）的外侧与泥浆回流管的一端相连接，泥浆回流管的另一端与泥浆循环系统相连接；所述泥浆防喷溅橡胶板（808）的外侧壁顶端与数个橡胶板顶升液压缸（822）的活塞端相连接，橡胶板顶升液压缸（822）的缸体固定在背钳左侧半体（814）的外侧壁上；背钳夹紧组件（815）包括三个安装在固定座（823）上的背钳夹紧液压缸（824），背钳夹紧液压缸（824）的液压控制管线铺设在背钳夹紧组件（815）与背钳外壳（819）内壁之间的环形空间内，并通过开设于背钳外壳（819）的内壁和外壁之间的液压管线孔与系统外部液压系统连接，液压管线孔与泥浆槽（820）相互隔离；背钳夹紧液缸（824）的缸体端与背钳钳牙座（825）相连接，背钳钳牙座（825）的前端安装有背钳钳牙体（818）。

5.根据权利要求4所述的连续起下钻钻机管具处理系统，其特征在于：所述主钳右侧半体（810）和主钳左侧半体（811）的结构相对称，主钳右侧半体（810）的主钳壳体中部安装有半圆形的旋转夹持组件（826）；半齿圈（827）通过螺栓固定在旋转夹持组件（826）的外缘上，半齿圈（827）与变排量液压马达（809）的驱动齿轮相啮合，变排量液压马达（809）安装在主钳右侧半体（810）的后部；旋转夹持组件（826）的顶端通过销轴与扶管机构（828）的底部相连接，扶管机构（828）的内壁上安装有缓冲橡胶；旋转夹持组件（826）的底部中心处安装有半圆环状的泥浆下盖板和主钳钻杆密封板。

6.根据权利要求5所述的连续起下钻钻机管具处理系统，其特征在于：所述旋转夹持组件（826）包括三组安装在旋转夹持组件壳体内部的主钳夹紧液压缸（829），主钳夹紧液压缸（829）的前端安装有主钳钳牙座（830）和主钳钳牙体（831）；旋转夹持组件壳体的外缘开设有液压元件安装槽，液压元件安装槽内安装有与主钳夹紧液压缸（829）相连接的液压管线，液压管线上连接有蓄能器（832）和机械换向阀（833），机械换向阀（833）的控制杆与控制环（834）相接触，控制环（834）安装在主钳壳体的上方，控制环（834）和主钳壳体之间安装有控制液压缸（835），控制液压缸（835）的活塞端缩回带动控制环（834）向下移动。

7.根据权利要求6所述的连续起下钻钻机管具处理系统，其特征在于：所述背钳左侧半体（814）的前端安装背钳左锁紧耳座（836），背钳左锁紧耳座（836）内安装有摆动液压缸（837），摆动液压缸（837）的活塞杆端与背钳锁紧轴（838）相连接；背钳右侧半体（813）的前端安装有背钳右锁紧限位板（839），背钳右锁紧限位板（839）上开设有与背钳锁紧轴（838）相对置和形状相适配的锁紧孔；所述主钳右侧半体（810）和主钳左侧半体（811）的前端及尾端均安装有结构相同的强锁紧连接机构；主钳右侧半体（810）的强锁紧连接机构包括安装在旋转夹持组件壳体前侧壁前端的右锁紧凹槽（840）和延伸出旋转夹持组件壳体前侧壁位于其后端的右锁紧轴（841），在右锁紧凹槽（840）和右锁紧轴（841）相对位置的主钳左侧半体（811）上对称设置有左锁紧轴（843）和左锁紧凹槽；左锁紧轴（843）的前端加工有与右锁紧凹槽（840）形状相适配的棘爪（842）。

8.根据权利要求7所述的连续起下钻钻机管具处理系统，其特征在于：所述前开口动力卡瓦（9）包括前端开口的卡瓦座（902），卡瓦座（902）的前开口两侧分别设置有卡瓦左耳座（909）和卡瓦右耳座（912），卡瓦左耳座（909）与卡瓦左侧门（906）的后端通过左转轴（908）相连接，卡瓦右耳座（912）与卡瓦右侧门（901）的后端通过右转轴（914）相连接，卡瓦座（902）的中部安装有分体式补心（911），分体式补心（911）的顶端以及卡瓦座（902）的上表面通过螺栓安装有分体式盖板；卡瓦座（902）的上表面后部焊接有卡瓦提升支座（903），卡瓦提升支座（903）通过提升装置与卡瓦体（905）相连接；卡瓦座（902）的后部安装有后盖；提升装置包括L型提升臂（904）和铰接在提升臂（904）前端的提升拉杆（907），提升拉杆（907）的底端与卡瓦体（905）相连接，提升臂（904）的后端铰接在卡瓦提升支座（903）的顶端，卡瓦提升液缸（910）的缸体和活塞杆端分别铰接在卡瓦提升支座（903）和提升臂（904）上。

9.根据权利要求8所述的连续起下钻钻机管具处理系统，其特征在于：所述卡瓦体（905）为分体结构，包括中间卡瓦分体、左侧卡瓦分体和右侧卡瓦分体，中间卡瓦分体、左侧卡瓦分体和右侧卡瓦分体的顶部均设置有吊装耳板；中间卡瓦分体的两侧边上的连接耳板通过卡瓦分体连接转轴分别与左侧卡瓦分体和右侧卡瓦分体相邻侧边上的连接耳板相铰接，卡瓦分体连接转轴上安装有数个扭力弹簧。

10.根据权利要求9所述的连续起下钻钻机管具处理系统，其特征在于：所述分体式补心（911）包括右侧补心分体、中间补心分体和左侧补心分体，右侧补心分体和中间补心分体对称装配在卡瓦座（902）的内壁上，左侧补心分体安装在卡瓦左侧门（906）的内壁上，右侧补心分体、中间补心分体和左侧补心分体的外侧壁中部设置有定位凹槽（915），卡瓦座（902）的内壁和左侧门（906）的内壁上均设置有与定位凹槽（915）相适配的补心定位凸块（913）；右侧补心分体和中间补心分体的中间缝隙处安装有卡瓦体位置检测传感器。

说明书： 连续起下钻钻机管具处理系统技术领域[0001] 本发明涉及钻采设备技术领域，具体的说是一种连续起下钻钻机管具处理系统。背景技术[0002] 起下钻作业是油气开发钻井过程中非常重要的作业环节，是指在钻井过程中将钻杆单根或者立根连接到井内钻柱顶端以便用于下一阶段的钻井作业，或者在钻井结束时将

井内钻具从井眼内取出的作业过程。传统钻井方式的起钻过程为：顶驱通过连接在其吊环

下的吊卡卡持住钻柱最顶端钻杆接箍，钻机提升系统提升顶驱，将井内钻柱提升一个单根

或者立根的高度，提升系统停止继续提升，并通过转盘处卡瓦卡持住钻柱下部接头。转盘卡

瓦卡持住钻柱后，铁钻工运动到井眼中心线位置，铁钻工的主钳和背钳分别卡持住钻柱下

部连接处的钻杆接箍并进行崩扣作业。崩扣作业完毕后，主钳松开对钻杆接箍的卡持，安装

在主钳上部的旋扣装置抱紧钻杆管体并进行旋扣作。旋扣完成后，铁钻工的背钳和旋扣装

置松开对钻柱的卡持，并退出井眼中心线位置。钻杆接头完成卸扣作业后，泥浆防喷盒运动

到井眼位置并通过防喷盒的两个半体抱紧并密封钻具下部连接的上下接箍。完成接头的密

封后，顶驱提升钻柱上部已卸扣单根或者立根，此时防喷盒回收上部钻杆内残留泥浆。泥浆

回收完毕后，上部钻杆在顶驱和排管机的协作下放入钻杆盒内，至此完成一个单根或立根

的起钻作业，下钻过程为起钻过程的逆过程。

[0003] 传统钻井过程中的起下钻作业，在各操作环节之间进行转换时，上一作业环节中的作业装置在完成作业任务后，需要释放作业对象并复位以解除对作业位置的占用，而下

一作业环节的作业装置需要进行必要的工作准备及就位动作，各环节串行操作，整个作业

过程间断不连续，作业耗时长且操作程序繁杂，极易发生误操作等弊端。

[0004] 连续起下钻作业是一种新兴的钻井作业形式，能够完成钻井管具的连续、快速起、下作业，整个起下钻过程，钻柱持续移动无停顿。这种作业方式可大大提高钻井作业效率，

降低作业成本，实现钻井作业过程的全自动，无需钻台工和井架工，避免人员受伤，是未来

钻井作业的模式的发展趋势。

[0005] 连续起下钻需要相互配套的顶驱系统和连续起下钻管具处理系统同时具备进、出井口中心线位置的能力，以满足管具处理系统不间断的对钻井管具进行起出和下放作业的

需求。连续起下钻作业方式时需要管具在移动过程中在井架高度有限的空间内，实现接头

的上卸扣作业、浆回收作业以及悬持提升操作等。

发明内容[0006] 本发明针对连续起下钻作业形式，设计了一种连续起下钻钻机管具处理系统，通过连续旋转铁钻工和前开口动力卡瓦，能实现管具接头的连续上、卸扣以及泥浆回收作业，

并且能通过前开口卡瓦实现对动态管柱的悬持，能够按照作业要求进出井口中心线位置，

在提升系统的牵引下可沿着滑车轨道移动，实现管具处理装置与动态管柱位置的相对固

定，在顶驱的配合下能够实现连续起下钻的作业要求。

[0007] 为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种连续起下钻钻机管具处理系统，包括安装在井架上的滑车轨道，滑车轨道中

装配有滑车，滑车包括安装在滑车机架两端的滑车行走轮和滑车导向轮，滑车行走轮和滑

车导向轮装卡在滑车轨道上，滑车机架的两侧竖梁上安装有顶升滑移装置，顶升滑移装置

包括两个滑移顶升液压缸和滑动梁，两个滑移顶升液压缸的缸体分别固定在滑车机架对称

的两根竖梁的上部，滑移顶升液压缸的活塞端与滑动梁的一端相连接，滑动梁装卡在滑车

机架竖梁上；滑车机架的顶端与提升片架的顶端相铰接，提升片架的底端与支撑滑移框架

的前立柱顶端相铰接，连续旋转铁钻工和前开口动力卡瓦安装在支撑滑移框架内，支撑滑

移框架的前立柱和滑动梁之间铰接有支撑杆；提升片架的中部安装有提升索头，提升索头

与钻机提升系统的钢丝绳相连接。

[0008] 优选的，所述滑动梁与滑车机架之间安装有耐磨板。[0009] 优选的，所述连续旋转铁钻工包括安装在支撑滑移框架上的主钳和背钳，背钳位于主钳的下方，主钳包括分别通过销轴铰接在主钳移动机架上的主钳右侧半体和主钳左侧

半体，主钳右侧半体和主钳左侧半体的壳体后端分别与两个主钳开合液压缸的活塞杆端相

连接，主钳开合液压缸的缸体安装在主钳移动机架上，主钳移动机架的左右两端分别装卡

在支撑滑移框架的两根后立柱上，主钳右侧半体和主钳左侧半体的上部分别通过液压泵缸

固定销轴与液压油泵缸的缸体端和活塞杆端相连接，主钳右侧半体和主钳左侧半体的开合

带动液压油泵缸的伸缩；所述背钳包括分别通过销轴铰接在背钳移动机架上的背钳右侧半

体和背钳左侧半体，背钳右侧半体和背钳左侧半体的底部分别与背钳开合液压缸的缸体端

和活塞杆端相连接，背钳右侧半体和背钳左侧半体的外缘顶部均安装有泥浆防喷溅橡胶

板，背钳移动机架的左右两端分别装卡在支撑滑移框架的两根后立柱上，背钳移动机架的

后侧壁与悬持液压缸的一端相连接，悬持液压缸的另一端固定在支撑滑移框架的后横梁

上；背钳移动机架和主钳移动机架之间安装有接箍补偿液压缸。

[0010] 优选的，所述背钳左侧半体和背钳右侧半体的结构相对称，背钳左侧半体的中部安装有背钳夹紧组件，背钳夹紧组件的上端面安装有半圆环状的背钳钻杆密封板，背钳钻

杆密封板通过螺栓固定在位于背钳左侧半体上表面的半圆环状的泥浆上盖板上，背钳钻杆

密封板的形状与开口弧度与钻杆外壁相适配，泥浆上盖板与背钳右侧半体相接触的边缘安

装有背钳密封胶条；背钳左侧半体的背钳外壳的内壁和外壁之间加工有泥浆槽，泥浆槽的

底面开设有泥浆流出孔，泥浆流出孔的外侧与泥浆回流管的一端相连接，泥浆回流管的另

一端与泥浆循环系统相连接；所述泥浆防喷溅橡胶板的外侧壁顶端与数个橡胶板顶升液压

缸的活塞端相连接，橡胶板顶升液压缸的缸体固定在背钳左侧半体的外侧壁上；背钳夹紧

组件包括三个安装在固定座上的背钳夹紧液压缸，背钳夹紧液压缸的液压控制管线铺设在

背钳夹紧组件与背钳外壳内壁之间的环形空间内，并通过开设于背钳外壳的内壁和外壁之

间的液压管线孔与系统外部液压系统连接，液压管线孔与泥浆槽相互隔离；背钳夹紧液缸

的缸体端与背钳钳牙座相连接，背钳钳牙座的前端安装有背钳钳牙体。

[0011] 优选的，所述主钳右侧半体和主钳左侧半体的结构相对称，主钳右侧半体的主钳壳体中部安装有半圆形的旋转夹持组件；半齿圈通过螺栓固定在旋转夹持组件的外缘上，

半齿圈与变排量液压马达的驱动齿轮相啮合，变排量液压马达安装在主钳右侧半体的后

部；旋转夹持组件的顶端通过销轴与扶管机构的底部相连接，扶管机构的内壁上安装有缓

冲橡胶；旋转夹持组件的底部中心处安装有半圆环状的泥浆下盖板和主钳钻杆密封板。

[0012] 优选的，所述旋转夹持组件包括三组安装在旋转夹持组件壳体内部的主钳夹紧液压缸，主钳夹紧液压缸的前端安装有主钳钳牙座和主钳钳牙体；旋转夹持组件壳体的外缘

开设有液压元件安装槽，液压元件安装槽内安装有与主钳夹紧液压缸相连接的液压管线，

液压管线上连接有蓄能器和机械换向阀，机械换向阀的控制杆与控制环相接触，控制环安

装在主钳壳体的上方，控制环和主钳壳体之间安装有控制液压缸，控制液压缸的活塞端缩

回带动控制环向下移动。

[0013] 优选的，所述背钳左侧半体的前端安装背钳左锁紧耳座，背钳左锁紧耳座内安装有摆动液压缸，摆动液压缸的活塞杆端与背钳锁紧轴相连接；背钳右侧半体的前端安装有

背钳右锁紧限位板，背钳右锁紧限位板上开设有与背钳锁紧轴相对置和形状相适配的锁紧

孔；所述主钳右侧半体和主钳左侧半体的前端及尾端均安装有结构相同的强锁紧连接机

构；主钳右侧半体的强锁紧连接机构包括安装在旋转夹持组件壳体前侧壁前端的右锁紧凹

槽和延伸出旋转夹持组件壳体前侧壁位于其后端的右锁紧轴，在右锁紧凹槽和右锁紧轴相

对位置的主钳左侧半体上对称设置有左锁紧轴和左锁紧凹槽；左锁紧轴的前端加工有与右

锁紧凹槽形状相适配的棘爪。

[0014] 优选的，所述前开口动力卡瓦包括前端开口的卡瓦座，卡瓦座的前开口两侧分别设置有卡瓦左耳座和卡瓦右耳座，卡瓦左耳座与卡瓦左侧门的后端通过左转轴相连接，卡

瓦右耳座与卡瓦右侧门的后端通过右转轴相连接，卡瓦座的中部安装有分体式补心，分体

式补心的顶端以及卡瓦座的上表面通过螺栓安装有分体式盖板；卡瓦座的上表面后部焊接

有卡瓦提升支座，卡瓦提升支座通过提升装置与卡瓦体相连接；卡瓦座的后部安装有后盖；

提升装置包括L型提升臂和铰接在提升臂前端的提升拉杆，提升拉杆的底端与卡瓦体相连

接，提升臂的后端铰接在卡瓦提升支座的顶端，卡瓦提升液缸的缸体和活塞杆端分别铰接

在卡瓦提升支座和提升臂上。

[0015] 优选的，所述卡瓦体为分体结构，包括中间卡瓦分体、左侧卡瓦分体和右侧卡瓦分体，中间卡瓦分体、左侧卡瓦分体和右侧卡瓦分体的顶部均设置有吊装耳板；中间卡瓦分体

的两侧边上的连接耳板通过卡瓦分体连接转轴分别与左侧卡瓦分体和右侧卡瓦分体相邻

侧边上的连接耳板相铰接，卡瓦分体连接转轴上安装有数个扭力弹簧。

[0016] 优选的，所述分体式补心包括右侧补心分体、中间补心分体和左侧补心分体，右侧补心分体和中间补心分体对称装配在卡瓦座的内壁上，左侧补心分体安装在左侧门的内壁

上，右侧补心分体、中间补心分体和左侧补心分体的外侧壁中部设置有定位凹槽，卡瓦座的

内壁和左侧门的内壁上均设置有与定位凹槽相适配的补心定位凸块；右侧补心分体和中间

补心分体的中间缝隙处安装有卡瓦体位置检测传感器。

[0017] 本发明的有益效果是：（1）本发明在滑车上安装有顶升滑移装置，在滑移顶升液压缸的作用下，通过支撑

杆可实现连续旋转铁钻工和前开口动力卡瓦按照作业需要，与顶驱系统交替进出井口中心

线位置，进行管具处理作业，并且在提升系统的牵引下可沿着滑车轨道移动，实现管具处理

装置与动态管柱位置的相对固定，为管具处理提供条件；本发明在连续旋转铁钻工和前开

口动力卡瓦等管具处理设备的作用下，实现了在一个作业位置，便可对动态管柱进行悬持

以及对动态管具接头进行连续上扣、卸扣以及泥浆回收等作业操作；

（2）本发明在支撑滑移框架上安装有连续旋转铁钻工，实现了管具的旋扣?紧扣以

及崩扣?旋扣等作业环节之间连续旋转，大大提高了作业效率；连续旋转铁钻工集泥浆回收

功能于一体，克服了传统上卸扣设备及泥浆回收设备作业时需要交替进入、退出井口位置，

工作效率低下的弊端；

（3）本发明在支撑滑移框架上安装有前开口动力卡瓦，对动态管具进行卡持，以便

实现对管柱的提升、下放，同时为连续旋转铁钻工进行动态管具上扣、卸扣作业提供条件；

（4）本发明中连续旋转铁钻工和前开口动力卡瓦都具备侧向打开的功能，以便管

柱能从连续旋转铁钻工和前开口动力卡瓦的一侧进入到系统内部，实现了在有限高度的井

架内进行管具连续处理的目的。

附图说明[0018] 图1为本发明中支撑滑移框架处于伸出状态的结构示意图；图2为图1中支撑滑移框架处于回缩状态的结构示意图；

图3为图1中滑车结构示意图；

图4为图3中滑车行走轮和滑车导向轮的结构示意图；

图5为图1中顶升滑移装置的结构示意图；

图6为连续旋转铁钻工、前开口动力卡瓦安装示意图；

图7为连续旋转铁钻工结构示意图；

图8为连续旋转铁钻工的背钳打开状态示意图；

图9为连续旋转铁钻工的背钳左侧半体示意图；

图10为连续旋转铁钻工的背钳外壳示意图；

图11为连续旋转铁钻工的背钳夹紧装置示意图；

图12为连续旋转铁钻工的主钳打开示意图；

图13为连续旋转铁钻工的主钳右侧半体示意图；

图14为连续旋转铁钻工的主钳旋转夹持组件示意图；

图15为主钳夹紧装置的局部放大图；

图16为图15中强锁紧连接机构的示意图；

图17为前开口动力卡瓦结构示意图；

图18是图17中本发明的内部结构示意图；

图19是图17中卡瓦体的结构示意图；

图20是图17中卡瓦体和分体式补心的结构示意图；

图中：1、滑车轨道，2、顶升滑移装置，201、滑动梁，202、耐磨板，203、滑移顶升液压

缸，3、支撑杆，4、滑车，401、行走轮，402、导向轮，403、滑车机架，5、提升索头，6、提升片架，

7、支撑滑移框架，8、连续旋转铁钻工，801、主钳，802、背钳，803、悬持液压缸，804、接箍补偿

液压缸，805、主钳移动机架，806、主钳开合液压缸，807、背钳移动机架，808、泥浆防喷溅橡

胶板，809、变排量液压马达，810、主钳右侧半体，811、主钳左侧半体，812、液压油泵缸，813、

背钳右侧半体，814、背钳左侧半体，815、背钳夹紧组件，816、背钳钻杆密封板，817、泥浆上

盖板，818、背钳钳牙体，819、背钳外壳，820、泥浆槽，821、泥浆流出孔，822、橡胶板顶升液压

缸，823、固定座，824、背钳夹紧液压缸，825、背钳钳牙座，826、旋转夹持组件，827、半齿圈，

828、扶管机构，829、主钳夹紧液压缸，830、主钳钳牙座，831、主钳钳牙体，832、蓄能器，833、

机械换向阀，834、控制环，835、控制液压缸，836、背钳左锁紧耳座，837、摆动液压缸，838、背

钳锁紧轴，839、背钳右锁紧限位板，840、右锁紧凹槽，841、右锁紧轴，842、棘爪，843、左锁紧

轴，9、前开口动力卡瓦，901、卡瓦右侧门，902、卡瓦座，903、卡瓦提升支座，904、提升臂，

905、卡瓦体，906、卡瓦左侧门，907、提升拉杆，908、左转轴，909、卡瓦左耳座，910、卡瓦提升

液缸，911、分体式补心，912、卡瓦右耳座，913、补心定位凸块，914、右转轴，915、定位凹槽。

具体实施方式[0019] 以下结合附图对本发明进行详细说明。[0020] 一种连续起下钻钻机管具处理系统，包括安装在井架上的滑车轨道1，滑车轨道1中装配有滑车4，滑车4包括安装在滑车机架403两端的滑车行走轮401和滑车导向轮402，滑

车行走轮401和滑车导向轮402装卡在滑车轨道1上，滑车机架403的内壁上安装有顶升滑移

装置2，顶升滑移装置2包括两个滑移顶升液压缸203和滑动梁201，两个滑移顶升液压缸203

的缸体分别固定在滑车机架403对称的两根竖梁的上部，滑移顶升液压缸203的活塞端与滑

动梁201的一端相连接，滑动梁201装卡在滑车机架403竖梁上；滑车机架403的顶端与提升

片架6的顶端相铰接，提升片架6的底端与支撑滑移框架7的前立柱顶端相铰接，连续旋转铁

钻工8和前开口动力卡瓦9安装在支撑滑移框架7内，支撑滑移框架7的前立柱和滑动梁201

之间铰接有支撑杆3；提升片架6的中部安装有提升索头5，提升索头5与钻机提升系统的钢

丝绳相连接。

[0021] 滑动梁201与滑车机架403之间安装有耐磨板202。[0022] 连续旋转铁钻工8包括安装在支撑滑移框架7上的主钳801和背钳802，背钳802位于主钳801的下方，主钳801包括分别通过销轴铰接在主钳移动机架805上的主钳右侧半体

810和主钳左侧半体811，主钳右侧半体810和主钳左侧半体811的壳体后端分别与两个主钳

开合液压缸806的活塞杆端相连接，主钳开合液压缸806的缸体安装在主钳移动机架805上，

主钳移动机架805的左右两端分别装卡在支撑滑移框架7的两根后立柱上，主钳右侧半体

810和主钳左侧半体811的上部分别通过液压泵缸固定销轴与液压油泵缸812的缸体端和活

塞杆端相连接，主钳右侧半体810和主钳左侧半体811的开合带动液压油泵缸812的伸缩；背

钳802包括分别通过销轴铰接在背钳移动机架807上的背钳右侧半体813和背钳左侧半体

814，背钳右侧半体813和背钳左侧半体814的底部分别与背钳开合液压缸的缸体端和活塞

杆端相连接，背钳右侧半体813和背钳左侧半体814的外缘顶部均安装有泥浆防喷溅橡胶板

808，背钳移动机架807的左右两端分别装卡在支撑滑移框架7的两根后立柱上，背钳移动机

架807的后侧壁与悬持液压缸803的一端相连接，悬持液压缸803的另一端固定在支撑滑移

框架7的后横梁上；背钳移动机架807和主钳移动机架805之间安装有接箍补偿液压缸804。

[0023] 背钳左侧半体814和背钳右侧半体813的结构相对称，背钳左侧半体814的中部安装有背钳夹紧组件815，背钳夹紧组件815的上端面安装有半圆环状的背钳钻杆密封板816，

背钳钻杆密封板816通过螺栓固定在位于背钳左侧半体814上表面的半圆环状的泥浆上盖

板817上，背钳钻杆密封板816的形状与开口弧度与钻杆外壁相适配，泥浆上盖板817与背钳

右侧半体813相接触的边缘安装有背钳密封胶条；背钳左侧半体814的背钳外壳819的内壁

和外壁之间加工有泥浆槽820，泥浆槽820的底面开设有泥浆流出孔821，泥浆流出孔821的

外侧与泥浆回流管的一端相连接，泥浆回流管的另一端与泥浆循环系统相连接；泥浆防喷

溅橡胶板808的外侧壁顶端与数个橡胶板顶升液压缸822的活塞端相连接，橡胶板顶升液压

缸822的缸体固定在背钳左侧半体814的外侧壁上；背钳夹紧组件815包括三个安装在固定

座823上的背钳夹紧液压缸824，背钳夹紧液压缸824的液压控制管线铺设在背钳夹紧组件

815与背钳外壳819内壁之间的环形空间内，并通过开设于背钳外壳819的内壁和外壁之间

的液压管线孔与系统外部液压系统连接，液压管线孔与泥浆槽820相互隔离；背钳夹紧液缸

824的缸体端与背钳钳牙座825相连接，背钳钳牙座825的前端安装有背钳钳牙体818。

[0024] 主钳右侧半体810和主钳左侧半体811的结构相对称，主钳右侧半体810的主钳壳体中部安装有半圆形的旋转夹持组件826；半齿圈827通过螺栓固定在旋转夹持组件826的

外缘上，半齿圈827与变排量液压马达809的驱动齿轮相啮合，变排量液压马达809安装在主

钳右侧半体810的后部；旋转夹持组件826的顶端通过销轴与扶管机构828的底部相连接，扶

管机构828的内壁上安装有缓冲橡胶；旋转夹持组件826的底部中心处安装有半圆环状的泥

浆下盖板和主钳钻杆密封板。

[0025] 旋转夹持组件826包括三组安装在旋转夹持组件壳体内部的主钳夹紧液压缸829，主钳夹紧液压缸829的前端安装有主钳钳牙座830和主钳钳牙体831；旋转夹持组件壳体的

外缘开设有液压元件安装槽，液压元件安装槽内安装有与主钳夹紧液压缸829相连接的液

压管线，液压管线上连接有蓄能器832和机械换向阀833，机械换向阀833的控制杆与控制环

834相接触，控制环834安装在主钳壳体的上方，控制环834和主钳壳体之间安装有控制液压

缸835，控制液压缸835的活塞端缩回带动控制环834向下移动。

[0026] 背钳左侧半体814的前端安装背钳左锁紧耳座8，背钳左锁紧耳座836内安装有摆动液压缸837，摆动液压缸837的活塞杆端与背钳锁紧轴838相连接；背钳右侧半体813的前

端安装有背钳右锁紧限位板839，背钳右锁紧限位板839上开设有与背钳锁紧轴838相对置

和形状相适配的锁紧孔；主钳右侧半体810和主钳左侧半体811的前端及尾端均安装有结构

相同的强锁紧连接机构；主钳右侧半体810的强锁紧连接机构包括安装在旋转夹持组件壳

体前侧壁前端的右锁紧凹槽840和延伸出旋转夹持组件壳体前侧壁位于其后端的右锁紧轴

841，在右锁紧凹槽840和右锁紧轴841相对位置的主钳左侧半体811上对称设置有左锁紧轴

843和左锁紧凹槽；左锁紧轴843的前端加工有与右锁紧凹槽840形状相适配的棘爪842。

[0027] 前开口动力卡瓦9包括前端开口的卡瓦座902，卡瓦座902的前开口两侧分别设置有左耳座909和右耳座912，左耳座909与左侧门906的后端通过左转轴908相连接，右耳座

912与右侧门901的后端通过右转轴914相连接，卡瓦座902的中部安装有分体式补心911，分

体式补心911的顶端以及卡瓦座902的上表面通过螺栓安装有分体式盖板；卡瓦座902的上

表面后部焊接有卡瓦提升支座903，卡瓦提升支座903通过提升装置与卡瓦体905相连接；卡

瓦座902的后部安装有后盖；提升装置包括L型提升臂904和铰接在提升臂904前端的提升拉

杆907，提升拉杆907的底端与卡瓦体905相连接，提升臂904的后端铰接在卡瓦提升支座903

的顶端，卡瓦提升液缸910的缸体和活塞杆端分别铰接在卡瓦提升支座903和提升臂904上。

[0028] 卡瓦体905为分体结构，包括中间卡瓦分体、左侧卡瓦分体和右侧卡瓦分体，中间卡瓦分体、左侧卡瓦分体和右侧卡瓦分体的顶部均设置有吊装耳板；中间卡瓦分体的两侧

边上的连接耳板通过卡瓦分体连接转轴分别与左侧卡瓦分体和右侧卡瓦分体相邻侧边上

的连接耳板相铰接，卡瓦分体连接转轴上安装有数个扭力弹簧。

[0029] 分体式补心911包括右侧补心分体、中间补心分体和左侧补心分体，右侧补心分体和中间补心分体对称装配在卡瓦座902的内壁上，左侧补心分体安装在卡瓦左侧门906的内

壁上，右侧补心分体、中间补心分体和左侧补心分体的外侧壁中部设置有定位凹槽915，卡

瓦座902的内壁和左侧门906的内壁上均设置有与定位凹槽915相适配的补心定位凸块913；

右侧补心分体和中间补心分体的中间缝隙处安装有卡瓦体位置检测传感器。

[0030] 本发明用于连续起出管具的作业过程为：连续起下钻钻机配备一套本发明设备和一套顶驱系统，两套系统各通过一套连续

起下钻提升系统和顶驱提升系统连接到井架内部，并相对布置。当顶驱系统通过吊卡从井

眼里提升管具时，本发明通过顶升滑移装置2的滑移顶升液压缸203缩回，带动滑动梁201在

耐磨块202的导向下向上滑动，进而带动支撑杆3转动，使安装在提升片架6上的支撑滑移框

架7带动连续旋转铁钻工8和前开口动力卡瓦9缩回，让开井口中心线位置，防止本发明装置

与井口内管具的产生干涉；

当顶驱系统提升管具到需要进行卸扣操作高度时，连续起下钻提升系统通过提升

索头5带动本发明随着管具同步向上移动。与此同时，安装在支撑滑移框架7上的悬持液压

缸803活塞杆缩回，带动连续旋转铁钻工8向上移动，为卡瓦体905提出卡瓦座902让出空间；

连续旋转铁钻工8的主钳801在主钳开合液压缸806的作用下绕着主钳移动机架805上的铰

接点转动打开一定角度，背钳802在背钳开合液压缸的作用下绕着背钳移动机架807上的铰

接点转动，打开一定角度，前开口动力卡瓦9的提升臂904通过卡瓦提升液缸910将卡瓦体

905提出卡瓦座902，前开口动力卡瓦9的卡瓦右侧门901和卡瓦左侧门906随之打开；滑移顶

升液压缸203活塞端向下伸出，带动滑动梁201沿着耐磨板202向下滑动，推动支撑杆3转动，

将支撑滑移框架7推向井眼中心线位置；此时，管具通过连续旋转铁钻工8和前开口动力卡

瓦9前部开口进入到连续旋转铁钻工8和前开口动力卡瓦9内腔中；

连续旋转铁钻工8定位到需卸扣操作的管具柱接头处后，关闭卡瓦右侧门901和卡

瓦左侧门906，卡瓦提升液缸910缩回并将卡瓦体905放入卡瓦座902内部，卡瓦体905卡持住

接头下部管具的管体，连续旋转铁钻工8的主钳801和背钳802的左右半体均闭合并锁紧，并

夹紧管具连接处的上下钻杆接箍；启动变排量液压马达809带动主钳801内部的半齿圈827

转动，使上部管具接头松扣，完成管具接头崩口?旋扣过程的连续转动，卸扣过程中接箍补

偿液压缸804的伸缩对管具螺纹长度进行补偿；钻杆接头断开过程中，残留在上部钻杆内腔

里的泥浆在连续旋转铁钻工8的泥浆防喷溅橡胶板808、泥浆下盖板、主钳钻杆密封板、背钳

钻杆密封板816、泥浆上盖板817以及密封胶条的作用下，通过泥浆槽820流入泥浆回收系

统。

[0031] 随后，作业人员控制主钳801与背钳802的左右半体打开，悬持液压缸803的活塞杆伸出，连续旋转铁钻工8和前开口动力卡瓦9沿着支撑滑移框架7向下移动，让开管具接头接

箍位置，排管机系统将管具上部已经卸开的单根管具移走；然后顶驱提升系统将顶驱系统

下放，通过顶驱吊环连接的吊卡与管具柱上端接头的连接，将井内管具柱重量传递到顶驱

系统，卡瓦提升液缸910将卡瓦体905提出卡瓦座902，卡瓦右侧门901和卡瓦左侧门906再次

打开；顶升滑移装置2将支撑滑移框架7连带连续旋转铁钻工8和前开口动力卡瓦9缩回，让

开井口中心线位置。顶驱提升系统通过下部吊环携带吊卡继续提升井眼内剩余管柱，连续

起下钻提升系统则将本发明再次下放到需卸扣处理的管具接头处，进行下一个卸扣作业，

直至完成起钻作业全过程。整个管具的上扣、卸扣、泥浆回收、管柱卡持过程都是在动态状

态下进行的。

[0032] 本发明用于下钻作业过程与起钻作业过程互为逆过程。[0033] 本发明在滑车上安装有顶升滑移装置，在滑移顶升液压缸的作用下，通过支撑杆可实现连续旋转铁钻工和前开口动力卡瓦按照作业需要，与顶驱系统交替进出井口中心线

位置，进行管具处理作业，并且在提升系统的牵引下可沿着滑车轨道移动，实现管具处理装

置与动态管柱位置的相对固定，为管具处理提供条件；本发明在连续旋转铁钻工和前开口

动力卡瓦等管具处理设备的作用下，实现了在一个作业位置，便可对动态管柱进行悬持以

及对动态管具接头进行连续上扣、卸扣以及泥浆回收等作业操作。