适用于高寒钻机移运的九十度转向装置

315 编辑：中冶有色技术网来源：西南石油大学

2024-02-20 14:39:27

权利要求书： 1.一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置，该装置包括导轨总成(1)、X方向移运小车(2)、后支撑座(3)、前支撑座(4)和蟹式液压臂总成(5)；所述导轨总成(1)由X方向平移导轨(6)和X?Y换向导轨(7)组成；所述X方向移运小车(2)由直线排轮(14)和支撑板(15)组成；所述后支撑座(3)和前支撑座(4)均由支撑柱(16)、顶升液缸(17)、钢架外壳(18)、不完全齿轮一(19)、不完全齿轮二(22)、齿轮轴(23)、定位板(24)、耳板一(25)、耳板二(26)、螺栓螺母(27)、回转支撑外壳(28)、阶梯轴(29)、球轮(30)、防松垫片(31)、回转支撑架(32)、回转支撑轴承外圈(33)、法兰盘(34)、回转盘(35)、转动球板(36)、球体滚珠一(39)、保持架(40)、球体滚珠二(41)、圆柱滚子(42)、圆柱滚子保持架(43)、回转支撑轴承内圈(45)和挡板(46)组成；所述蟹式液压臂总成(5)由平移液缸(48)和机械爪(49)组成；

蟹式液压臂总成(5)与X方向移运小车(2)通过螺栓螺母连接，蟹式液压臂总成(5)与后支撑座(3)和前支撑座(4)通过螺栓螺母连接；蟹式液压臂总成(5)通过机械爪(49)放置在导轨总成(1)上，后支撑座(3)和前支撑座(4)通过球轮(30)放置在导轨总成(1)上，X方向移运小车(2)通过直线排轮(14)放置在导轨总成(1)上；导轨总成(1)模块化处理，X方向平移导轨(6)模块之间通过针形插销(9)连接，同时通过针形插销(9)与X?Y换向导轨(7)连接，完成导轨总成(1)的拼接；蟹式液压臂总成(5)通过螺栓螺母(27)安装在后支撑座(3)和前支撑座(4)的底部，机械爪(49)装在导轨总成(1)的凸台(13)上；X方向平移导轨(6)的轨道有供机械爪(49)工作的凹槽和球轮(30)滚动的圆弧轨道，轨道接地面中间形状为梯形凹槽，侧面有插销孔(12)；X?Y换向导轨(7)轨道表面结构特点与X方向平移导轨(6)表面结构特点基本一致，不同点在X?Y换向处有承重小凸台(11)，轨道接地面中间形状为梯形凸台与X方向平移导轨(6)的梯形凹槽相拼接；导轨总成(1)中X方向平移导轨(6)由多个活动连接板(8)通过针形插销(9)将单个X方向平移导轨(6)相互连接，再由多个活动角板(10)通过针形插销(9)与X?Y换向导轨(7)连接，对导轨总成(1)完成组装，其中针形插销(9)通过插销孔(12)固定轨道之间的相对位置；

后支撑座(3)四周装有蟹式液压臂总成(5)，四个支撑柱(16)焊接于钢架外壳(18)的四个角上，钢架外壳(18)上设置有定位板(24)、耳板一(25)、耳板二(26)、不完全齿轮一(19)、不完全齿轮二(22)，不完全齿轮一(19)与电机一(20)连接，不完全齿轮二(22)与电机二(21)连接，同时支撑柱(16)之间装有顶升液缸(17)，后支撑座(3)内部的齿轮轴(23)通过法兰盘(34)以螺栓螺母(27)进行固定，法兰盘(34)与回转支撑轴承外圈(33)通过螺栓螺母(27)连接，回转支撑架(32)焊接在回转支撑外壳(28)底部，球轮(30)与阶梯轴(29)通过防松垫片(31)和螺母装在回转支撑架(32)上；后支撑座(3)中回转盘(35)焊接于齿轮轴(23)上，转动球板(36)与回转盘(35)焊接，转动球板(36)插入挡板(46)之间，挡板(46)与回转支撑轴承内板面(44)焊接，转动球板(36)与挡板(46)之间为点接触，通过转动回转盘(35)，从而带动回转支撑架(32)一起旋转，圆柱滚子(42)与回转支撑轴承外圈(33)中的圆柱面(38)相互配合转动，回转支撑轴承内圈(45)装有大小相间的球体滚珠二(41)，球体滚珠一(39)的保持架(40)与回转支撑轴承中心面(47)通过螺栓螺母连接，球体滚珠一(39)装于保持架(40)中，球体滚珠一(39)与回转盘底面(37)点接触；前支撑座(4)与后支撑座(3)结构完全相同。

说明书：一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置技术领域[0001] 本发明一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置，属于高寒地区油气钻井勘探领域。

背景技术[0002] 随着易开采油气藏的逐年减少，高寒地区油气藏开采已逐渐成为油气藏开采发展的主流，据美国地质调查局估计:(1)未被发现的油气资源中，13％的石油和30％的天然气

分布在高寒地区；(2)已探明的油气资源中，22％的油气资源在高寒地区。而中国石油进口

量约占20％，天然气占80％。因此，加快高寒地区油气资源开发，提升油气资源供给能力，是

保障中国能源安全的重大举措。

[0003] 高寒钻机作为高寒地区油气资源开发的关键设备之一，其目前主要存在的问题为搬迁移运非钻井时间过长，钻采成本高等问题。这就要求高寒钻机减少非钻井作业时间、提

高钻井效率、降低钻井开发成本，就必须实现钻机的高效移运。然而，目前的钻机移运技术

只能实现单向列车式移动和单排井作业，多排井时仍然需要拆卸钻机，移运较为困难，运输

车次多，效率低，使钻机搬迁运移时间占到非钻井作业时间70％以上，严重影响了油田开发

效率、增大了油田开发成本。

[0004] 因此，为改变传统单排直列轨道式的钻机移运模式，解决传统列车式移动钻机打多排井就必须拆卸安装的问题，提高油田有效工作时间占比，降低油田开发成本，实现钻机

高效、快速的移运，提出了一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置。

发明内容[0005] 本发明的目的在于提高高寒钻机的搬迁效率和油田有效工作时间占比，提出了一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置。

[0006] 本发明实现其目的所采用的技术方案是：[0007] 本发明一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置，主要由导轨总成、X方向移运小车、支撑座和蟹式液压臂总成组成。导轨总成由X方向平移导轨、X?Y换向导轨组成；X方向

平移导轨由千斤顶、顶升油缸、连接板、活动角板、活动连接板、凸台和针形插销组成；X?Y换

向导轨由活动角板、活动连接板、凸台、承重凸台和针形插销组成；X方向移运小车由直线排

轮、支撑板组成；支撑座由蟹式液压臂总成、支撑柱、顶升液缸、钢架外壳、不完全齿轮一、电

机一、电机二、不完全齿轮二、齿轮轴、定位板、耳板一、耳板二、螺栓螺母、阶梯轴、球轮、防

松垫片、回转支撑架、法兰盘、球体滚珠一、球体滚珠保持架、回转支撑轴承外圈、球体滚珠

二、圆柱滚子、圆柱滚子保持架、挡板、回转盘和转动球板组成；蟹式液压臂总成由机械爪和

平移油缸组成。

[0008] 导轨总成模块化处理，X方向平移导轨模块之间通过针形插销连接，同时通过针形插销与X?Y换向导轨连接完成轨道之间的拼接；X方向移运小车通过直线排轮在X方向平移

导轨上滑动，通过平移液缸伸长和收缩推动X方向移运小车而进行移运固控模块、泵房模

块、动力模块和主机模块，自此完成X方向平移；支撑座通过球轮在导轨总成上滚动，在电机

驱动下，通过不完全齿轮机构之间的转动进行X?Y位置的换向，蟹式液压臂总成通过螺栓螺

母安装在支撑座底部，机械爪装在轨道总成的凸台上，通过平移液缸伸长和收缩推动，实现

移动搬迁。

[0009] 所述轨道总成中X方向平移导轨由多个活动连接板通过针形插销将单个X方向平移导轨相互连接，由多个活动角板通过针形插销与X?Y换向导轨连接。

[0010] 所述X方向移运小车的支撑板通过螺栓螺母与直线排轮相连接，最后一个小车装有蟹式液压臂总成，从而推动小车移动。

[0011] 所述支撑座四周装有蟹式液压臂总成，四个支撑柱焊接于钢架外壳的四个角上，同时支撑柱之间装有顶升液缸，用于对于整个装置的抬升，支撑座内部的齿轮轴与回转盘

通过螺栓螺母连接，法兰盘与回转支撑轴承外圈通过螺栓螺母连接，回转盘与转动球板焊

接，转动球板插入挡板之间，挡板与回转支撑轴承内板焊接，转动球板与挡板之间为点接

触，通过转动回转盘，带动回转支撑架一起旋转，回转支撑轴承内圈装有大小相间的球体滚

珠二，回转支撑轴承内板与球体滚珠保持架通过螺栓螺母连接，球体滚珠一装于球体滚珠

保持架中，球体滚珠一与回转盘内部面接触，变面接触为点接触，用以减小旋转换向过程中

的摩擦，球轮与阶梯轴通过防松垫片和螺母装在回转支撑架上。

[0012] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：[0013] 1.与传统钻机移运技术相比，安装工作量小，极大减少钻机搬迁时间；[0014] 2.支撑座在电机作用下，通过不完全齿轮机构90°换向，实现X?Y方向移运搬迁且不用拆卸钻机；

[0015] 3.导轨总成的模块化组装实现钻机在凸凹不平地基上的平稳安全运移,避免局部对地比压大、轨道严重变形等现象。

附图说明[0016] 图1为本发明一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置的三维立体图；[0017] 图2为本发明一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置的导轨总成三维立体图；

[0018] 图3为本发明一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置的X方向移运小车的三维立体图；

[0019] 图4为本发明一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置的支撑座的外部三维立体图；

[0020] 图5～图7为本发明一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置的支撑座的内部三维立体图；

[0021] 图8为本发明一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置的蟹式液压臂总成示意图；

[0022] 图9为本发明一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置的搬迁原理示意图；[0023] 图中：1.导轨总成；2.X方向移运小车；3.后支撑座；4.前支撑座；5.蟹式液压臂总成；6.X方向平移导轨；7.X?Y换向导轨；8.活动连接板；9.针形插销；10.活动角板；11.承重

小凸台；12.插销孔；13.凸台；14.直线排轮；15.支撑板；16.支撑柱；17.顶升液缸；18.钢架

外壳；19.不完全齿轮一；20.电机一；21.电机二；22.不完全齿轮二；23.齿轮轴；24.定位板；

25.耳板一；26.耳板二；27.螺栓螺母；28.回转支撑外壳；29.阶梯轴；30.球轮；31.防松垫

片；32.回转支撑架；33.回转支撑轴承外圈；34.法兰盘；35.回转盘；36.转动球板；37.回转

盘底面；38.圆柱面；39.球体滚珠一；40.保持架；41.球体滚珠二；42.圆柱滚子；43.圆柱滚

子保持架；44.回转支撑轴承内板面；45.回转支撑轴承内圈；46.挡板；47.回转支撑轴承中

心面；48.平移液缸；49.机械爪。

具体实施方式[0024] 下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：[0025] 如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，本发明一种适用于高寒钻机移运的九十度转向装置，该装置主要由导轨总成1、X方向移运小车2、后支撑座3、前支撑座4和蟹式

液压臂总成5组成；所述导轨总成1由X方向平移导轨6和X?Y换向导轨7组成；所述X方向移运

小车2由直线排轮14和支撑板15组成；所述后支撑座3和前支撑座4均由支撑柱16、顶升液缸

17、钢架外壳18、不完全齿轮一19、不完全齿轮二22、齿轮轴23、定位板24、耳板一25、耳板二

26、螺栓螺母27、回转支撑外壳28、阶梯轴29、球轮30、防松垫片31、回转支撑架32、回转支撑

轴承外圈33、法兰盘34、回转盘35、转动球板36、球体滚珠一39、保持架40、球体滚珠二41、圆

柱滚子42、圆柱滚子保持架43、回转支撑轴承内圈45、挡板46组成；所述蟹式液压臂总成5由

平移液缸48和机械爪49组成。蟹式液压臂总成5与X方向移运小车2通过螺栓螺母连接，蟹式

液压臂总成5与后支撑座3和前支撑座4通过螺栓螺母连接；蟹式液压臂总成5通过机械爪49

放置在导轨总成1上，后支撑座3和前支撑座4通过球轮30放置在导轨总成1上，X方向移运小

车2通过直线排轮14放置在导轨总成1上；导轨总成1模块化处理，X方向平移导轨6模块之间

通过针形插销9连接，同时通过针形插销9与X?Y换向导轨7连接，完成导轨总成1的拼接；蟹

式液压臂总成5通过螺栓螺母27分别安装在后支撑座3和前支撑座4的底部，机械爪49装在

导轨总成1的凸台13上。

[0026] 如图2所示，所述X方向平移导轨6的轨道有供机械爪49工作的凹槽和球轮30滚动的圆弧轨道，轨道接地面中间形状为梯形凹槽，侧面有插销孔12；X?Y换向导轨7轨道表面结

构特点与X方向平移导轨6表面结构特点基本一致，不同点在X?Y换向处有承重小凸台11，轨

道接地面中间形状为梯形凸台与X方向平移导轨6的梯形凹槽相拼接；所述整体导轨总成1

中X方向平移导轨6由多个活动连接板8通过针形插销9将单个X方向平移导轨6相互连接，再

由多个活动角板10通过针形插销9与X?Y换向导轨7连接，对导轨总成1完成组装，其中针形

插销9通过插销孔12进行固定轨道之间的相对位置。

[0027] 如图3所示，所述X方向移运小车2的支撑板15通过螺栓螺母与直线排轮14相连接。[0028] 如图4、图5所示，所述后支撑座3四周装有蟹式液压臂总成5，四个支撑柱16焊接于钢架外壳18的四个角上，同时支撑柱16之间装有顶升液缸17，后支撑座3内部的齿轮轴23通

过法兰盘34以螺栓螺母27进行固定，法兰盘34与回转支撑轴承外圈33通过螺栓螺母27连

接，回转支撑架32焊接在回转支撑外壳28底部，球轮30与阶梯轴29通过防松垫片31和螺母

装在回转支撑架32上；前支撑座4与后支撑座3结构完全相同。

[0029] 如图6、图7所示，所述后支撑座3中回转盘35焊接于齿轮轴23上，转动球板36与回转盘35焊接，转动球板36插入挡板46之间，挡板46与回转支撑轴承内板面44焊接，转动球板

36与挡板46之间为点接触，通过转动回转盘35，从而带动回转支撑架32一起旋转，圆柱滚子

42与回转支撑轴承外圈33中的圆柱面38相互配合转动，回转支撑轴承内圈45装有大小相间

的球体滚珠二41，球体滚珠一39的保持架40与回转支撑轴承中心面47通过螺栓螺母连接，

球体滚珠一39装于保持架40中，球体滚珠一39与回转盘底面37点接触；前支撑座4与后支撑

座3结构完全相同。

[0030] 其工作原理为:[0031] 钻机单排井作业时，机械爪49抓住导轨总成1结构中的凸台13，通过平移液缸48伸长推动钻机沿导轨方向平移1个油缸行程，机械爪49松开，到位后油缸后座随活塞杆缩回而

向靠近钻机方向移动1个油缸行程，至此完成1个步进动作，上述过程循环反复直到将钻机

移动至新井位。其中固控模块、泵房模块、动力模块和主机模块通过平移液缸48伸长和收缩

推动X方向移运小车2进行移运。

[0032] 钻机多排井作业时，在电机一20、电机二21的驱动下，通过不完全齿轮机构之间的转动进行X?Y位置的换向，在Y方向上通过X?Y换向导轨7，于安装在支撑座Y方向上的蟹式液

压臂总成5与钻机单排井作业时的同样原理推动钻机至Y方向上井位。

[0033] 如图9所示，1～9为钻井井口，①～⑩为移运先后顺序，四个支撑座对井架和主机模块进行搬运到井口1的位置进行钻井，结束后到井口2进行钻井，再到井口3，之后又回到

井口1向前到井口4，重复以上步骤。整个过程中，Y方向钻井时，仅对井架和主机模块移运至

钻井位置，其余模块不进行搬迁，Y方向结束后，又回到X方向继续前进。