石油钻机钻杆提升机及其钻具装载方法

1014 编辑：中冶有色技术网来源：中曼石油装备集团有限公司

2023-12-21 15:29:58

权利要求书： 1.一种石油钻机钻杆提升机，其特征在于，包括滑车总成单元模块、门型架总成，所述滑车总成单元模块安装在门型架总成上，滑车总成单元模块可相对门型架总成上下移动；

所述滑车总成单元模块包括滑车架、长连杆、夹持部，所述长连杆的两端分别活动连接滑车架和夹持部；所述门型架总成内部两侧均设有导向槽，所述滑车架可沿导向槽上下移动；所述长连杆中部连接调斜油缸，所述调斜油缸一端铰接长连杆中部下端，所述调斜油缸另外一端铰接在长连杆与夹持部活动连接处下方的夹持部上；所述夹持部包括钳连接架、扶持钳、夹持钳，所述扶持钳设置在钳连接架上端，所述夹持钳设置在钳连接架下端，所述长连杆和调斜油缸均与钳连接架铰接连接；所述扶持钳的钳口两侧分别设有两个滚轮，所述滚轮可相对扶持钳自由转动；所述滑车架的两侧均设有滚子组件，所述滚子组件可沿导向槽上下滚动。

2.根据权利要求1所述的一种石油钻机钻杆提升机，其特征在于，所述门型架总成的上端设有滑轮组件，所述门型架总成的下端一侧设有绞车，所述绞车通过穿过所述滑轮组件的牵引绳连接滑车总成单元模块，所述绞车通过牵引绳牵引滑车总成单元模块相对门型架总成上下移动。

3.根据权利要求1所述的一种石油钻机钻杆提升机，其特征在于，所述滚子组件包括至少一个滚子。

4.根据权利要求2所述的一种石油钻机钻杆提升机，其特征在于，所述长连杆一端通过轴销连接滑车架下端，所述长连杆另外一端通过轴销连接夹持部；所述滑车架一侧设有变幅油缸，所述变幅油缸一端铰接滑车架上端中部，所述长连杆与滑车架连接处下方的长连杆上铰接连接短连杆的一端，所述变幅油缸另外一端与短连杆另外一端铰接连接；所述短连杆与变幅油缸铰接处还铰接有摇杆，所述摇杆一端同时与短连杆和变幅油缸铰接，所述摇杆另外一端铰接在长连杆与滑车架铰接处上端的滑车架上。

5.根据权利要求1所述的一种石油钻机钻杆提升机，其特征在于，所述扶持钳后侧设有扶持油缸，所述夹持钳后侧设有夹持油缸。

6.一种石油钻机用钻具装载方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、将权利要求4所述的石油钻机钻杆提升机组装完成后安装在井场，将钻具放置在坡道上；

S2、滑车总成单元模块处于门型架总成上端位置，长连杆和夹持部均相对滑车架靠拢，处于收缩状态；

S3、绞车转动，滑车总成单元模块相对门型架总成向下移动，与此同时，长连杆相对滑车架伸出，夹持部相对滑车架展开至夹持部的钳连接架与钻具平行；扶持钳和夹持钳中心与钻具处于同心位置，均夹住钻具；

S4、绞车转动，滑车总成单元模块相对门型架总成向上移动，释放调斜油缸压力直至钻具下端完全脱离坡道，滑车总成单元模块向上移动至钻具下端高出钻台面，变幅油缸和调斜油缸伸出，直至钻具与鼠洞中心同心；

S5、绞车转动，滑车总成单元模块相对门型架总成向下移动，将钻具下放至鼠洞，待鼠洞的夹持装置夹住钻具后，扶持钳和夹持钳均放开对钻具的夹持；

S6、滑车总成单元模块相对门型架总成向上移动至钻台面上方且恢复至S2状态，待下一个钻具到达坡道后，重复步骤S3?S4,夹持下一个钻具；

S7、绞车转动，滑车总成单元模块相对门型架总成向下移动，使得下一个钻具与前一个钻具对接，对钻具对接处进行固定；

S8、绞车转动，滑车总成单元模块相对门型架总成向上移动至指定位置后，变幅油缸伸出同时调斜油缸收缩，将钻具送至顶驱，钻具与井眼中心同心，待顶驱吊卡抱紧钻具后，扶持钳和夹持钳放开对钻具的夹持，滑车总成单元模块恢复至S2状态。

7.根据权利要求6所述的一种石油钻机用钻具装载方法，其特征在于，所述S3中，扶持钳夹持位置靠近钻具的接头位置。

8.根据权利要求6所述的一种石油钻机用钻具装载方法，其特征在于，所述S7中，下一个钻具与前一个钻具对接后，夹持钳张开，对接处固定完成后，夹持钳夹住钻具。

说明书：一种石油钻机钻杆提升机及其钻具装载方法技术领域[0001] 本发明涉及石油钻探设备技术领域，具体涉及一种石油钻机钻杆提升机及其钻具装载方法。

背景技术[0002] 钻杆提升机是钻机管柱排放系统的一个重要组成部分，钻杆提升机是用于提升、下放、输送钻杆的装置，属于输送部分，通过相应的操作可将钻井用的钻杆、钻铤等工具从

猫道输送至井口或弹夹，井口或弹夹到猫道，井口到弹夹，弹夹到井口以完成相应的钻具输

送操作，其结构布局的合理性和操作性直接影响着钻井作业的速率、效率、稳定性及安全可

靠性。在传统的钻井作业中，陆上钻机大多采用常规配套的猫道与钻台工具组合，主要人工

手动操作，将位于猫道上的钻具转移到井口，或者从井口直接到猫道。

[0003] 目前国际上还没有大规模使用钻杆提升机，部分使用的提升机只能作单一的夹持、提升钻具的动作，在使用过程中，需要大量的辅助工具和人员，且下钻过程中需要花费

大量时间接立根，效率很低。

发明内容[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种石油钻机钻杆提升机以及钻具装载方法，本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：

[0005] 一种石油钻机钻杆提升机，包括滑车总成单元模块、门型架总成，滑车总成单元模块安装在门型架总成上，滑车总成单元模块可相对门型架总成上下移动。

[0006] 进一步地，门型架总成的上端设有滑轮组件，门型架总成的下端一侧设有绞车，绞车安装在底座上，绞车通过穿过所述滑轮组件的牵引绳连接滑车总成单元模块，牵引绳可

以为钢丝绳，绞车通过牵引绳牵引滑车总成单元模块相对门型架总成上下移动；在门型架

总成的另外一侧上端设有拉杆总成，门型架总成和拉杆总成之间通过销轴连接，门型架总

成的上端通过拉杆总成连接井架，拉杆总成和井架之间也通过销轴连接；门型架总成的下

端通过销轴与底座连接。

[0007] 进一步地，滑车总成单元模块包括滑车架、长连杆、夹持部，长连杆的两端分别活动连接滑车架和夹持部；门型架总成内部两侧均设有导向槽，滑车架可沿导向槽上下移动。

[0008] 进一步地，滑车架的两侧均设有滚子组件，滚子组件可沿导向槽上下滚动。[0009] 进一步地，滚子组件包括至少一个滚子。[0010] 进一步地，长连杆与一端通过轴销连接滑车架下端，长连杆另外一端通过轴销连接夹持部；滑车架一侧设有变幅油缸，变幅油缸一端铰接滑车架上端中部，长连杆与滑车架

连接处下方的长连杆上铰接连接短连杆的一端，变幅油缸另外一端与短连杆另外一端铰接

连接；短连杆与变幅油缸铰接处还铰接有摇杆，摇杆一端同时与短连杆和变幅油缸铰接，摇

杆另外一端铰接在长连杆与滑车架铰接处上端的滑车架上。

[0011] 进一步地，长连杆中部连接调斜油缸，调斜油缸一端铰接长连杆中部下端，调斜油缸另外一端铰接在长连杆与夹持部活动连接处下方的夹持部上。

[0012] 进一步地，夹持部包括钳连接架、扶持钳、夹持钳，扶持钳设置在钳连接架上端，夹持钳设置在钳连接架下端，长连杆和调斜油缸均与钳连接架铰接连接。

[0013] 进一步地，扶持钳后侧设有扶持油缸，夹持钳后侧设有夹持油缸。[0014] 进一步地，扶持钳的钳口两侧分别设有两个滚轮，滚轮可相对扶持钳自由转动，当扶持钳夹住钻具的时候，还可以转动钻具，便于钻具的装配。

[0015] 通过夹持钳、扶持钳、变幅油缸、调斜油缸和绞车相互配合工作，实现了钻具从猫道到井口、猫道到弹夹、井口到猫道、弹夹到猫道、井口到弹夹、弹夹到井口的自动输送，实

现了接钻杆的离线作业。

[0016] 一种石油钻机用钻具装载方法，该方法包括以下步骤：[0017] S1、将前述的石油钻机钻杆提升机组装完成后安装在井场，将钻具放置在坡道上；[0018] S2、滑车总成单元模块处于门型架总成上端位置，长连杆和夹持部均相对滑车架靠拢，处于伸缩状态；

[0019] S3、绞车转动，滑车总成单元模块相对门型架总成向下移动，与此同时，长连杆相对滑车架伸出，夹持部相对滑车架展开至夹持部的钳连接架与钻具平行；扶持钳和夹持钳

中心与钻具处于同心位置，均夹住钻具；

[0020] S4、绞车转动，滑车总成单元模块相对门型架总成向上移动，释放调斜油缸压力直至钻具下端完全脱离坡道，滑车总成单元模块向上移动至钻具下端高出钻台面，变幅油缸

和调斜油缸伸出，直至钻具与鼠洞中心同心；

[0021] S5、绞车转动，滑车总成单元模块相对门型架总成向下移动，将钻具下放至鼠洞，待鼠洞的夹持装置夹住钻具后，扶持钳和夹持钳均放开对钻具的夹持；

[0022] S6、滑车总成单元模块相对门型架总成向上移动至钻台面上方且恢复至S2状态，待下一个钻具到达坡道后，重复步骤S3?S4,夹持下一个钻具；

[0023] S7、绞车转动，滑车总成单元模块相对门型架总成向下移动，使得下一个钻具与前一个钻具对接，对钻具对接处进行固定；

[0024] S8、绞车转动，滑车总成单元模块相对门型架总成向上移动至指定位置后，变幅油缸伸出同时调斜油缸收缩，将钻具送至顶驱，钻具与井眼中心同心，待顶驱吊卡抱紧钻具

后，扶持钳和夹持钳放开对钻具的夹持，滑车总成单元模块恢复至S2状态；此时根据需要结

束工作或者重复步骤S3?S8进行钻具装载。

[0025] 进一步地，在S3中，扶持钳夹持位置靠近钻具的接头位置。[0026] 进一步地，在S7中，下一个钻具与前一个钻具对接后，夹持钳张开，对接处固定完成后，夹持钳夹住钻具。

[0027] 本发明的有益效果在于：[0028] (1)本发明的石油钻机钻杆提升机具有结构紧凑、自动化程度高、操作简单、效率高、安装快速、工作可靠、系统稳定性高等特点，可满足多用途，多工种作业要求。

[0029] (2)本发明的石油钻机钻杆提升机通过液压绞车、夹持油缸、扶持油缸、变幅油缸、调斜油缸相互配合工作，实现了钻具从猫道到井口的自动输送，提高了钻具的输送效率，节

约了钻具的输送成本，生产过程中故障少、效率高。

[0030] (3)本发明的石油钻机钻杆提升机采用模块化设计，方便了钻杆提升机的收纳、储存和运输，大大降低了钻杆提升机的安装、运输要求。钻具输送过程不存在碰撞死点，钻具

轨迹定位准确，装置自动化程度高、工作效率高。

[0031] (4)本发明的钻杆提升机装置使用广泛，能够举升多种类型的不同尺寸的钻杆，通用性强。

附图说明[0032] 图1是本发明的石油钻机钻杆提升机整体结构示意图；[0033] 图2是本发明中的滑车总成单元模块正面结构示意图。[0034] 图3是本发明中的滑车总成单元模块背面结构示意图。[0035] 图4是本发明中的滑车总成单元模块的侧面示意图。[0036] 图5是本发明中扶持钳结构示意图。[0037] 图中，1、滑车总成单元模块；2、门型架总成；3、拉杆总成；4、钢丝绳；5、滑轮组件；6、绞车；7、钻杆；1?1、滑车架；1?2、滚子；1?3、长连杆；1?4、夹持油缸；1?5、夹持钳；1?6、钳连

接架；1?7、扶持钳；1?8、扶持油缸；1?9、变幅油缸；1?10摇杆；1?11、短连杆；1?12、调斜油缸；

2?1、导向槽；1?71、滚轮。

具体实施方式[0038] 下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述：[0039] 一种石油钻机钻杆提升机，包括滑车总成单元模块1和门型架总成2，滑车总成单元模块1安装在门型架总成2上，如图1所示，门型架总成2的上端设有滑轮组件5，门型架总

成2的下端设有绞车6，绞车6为液压绞车，绞车6和门型架总成2均安装在底座上，绞车6位于

门型架总成2一侧的下端，在门型架总成2另外一侧的上端设有拉杆总成3，拉杆总成3和门

型架总成2之间通过销轴连接，门型架总成2点下端通过销轴连接在底座上，门型架总成2和

井架之间通过拉杆总成3连接，拉杆总成3和井架之间也通过销轴连接；滑车总成单元模块1

和绞车6之间通过钢丝绳4连接，钢丝绳4的一端连接绞车6，另外一端穿过滑轮组件5后与滑

车总成单元模块1连接，通过绞车6卷动钢丝绳4来实现滑车总成单元模块1相对门型架总成

2上下移动。

[0040] 如图2?4所示，滑车总成单元模块包括滑车架1?1、长连杆1?3、夹持部，长连杆1?3的两端分别铰接连接滑车架1?1和夹持部；滑车架1?1的两侧均设有滚子组件1?2，每个滚子

组件1?2至少包括一个滚子，本实施例中选取3个滚子，滑车架1?1的两侧分别设有两组滚子

组件1?2，同时，在门型架总成2的两侧的内侧，分别设有一个矩形导向槽2?1，滑车架1?1两

侧的滚子组件1?2可以沿导向槽2?1滚动。长连杆1?3的一端连接在滑车架1?1的中部，另外

一侧连接在夹持部的后侧，在滑车架1?1的一侧设有变幅油缸1?9，变幅油缸1?9的一端铰接

在滑车架1?1上端中部，长连杆1?3与滑车架1?1连接处下方的长连杆1?3上铰接连接短连杆

1?11的一端，变幅油缸1?9的另外一端和短连杆1?11的另外一端铰接连接。短连杆1?11与变

幅油缸1?9铰接处还设有摇杆1?10，摇杆1?10的一端同时与短连杆1?11和变幅油缸1?9铰

接，摇杆1?10的另外一端铰接在长连杆1?3与滑车架1?1铰接处上端的滑车架1?1上。

[0041] 在长连杆1?3的中部设有调斜油缸1?12，调斜油缸1?12的一端铰接在长连杆1?3的中部下端，调斜油缸1?12的另外一端铰接在长连杆1?3与夹持部连接处下方的夹持部上。

[0042] 夹持部包括钳连接架1?6、扶持钳1?7、夹持钳1?5，扶持钳1?7设置在钳连接架1?6的上端，夹持钳1?5设置在钳连接架1?6的下端，长连杆1?3和调斜油缸1?12均与钳连接架1?

6铰接连接，在扶持钳1?7的后侧设有扶持油缸1?8，在夹持钳1?5的后侧设有夹持油缸1?4，

通过扶持油缸1?8和夹持油缸1?4分别控制扶持钳1?7和夹持钳1?5的夹紧和张开；在扶持钳

1?7的钳口两侧，分别设有两个可自由转动的滚轮1?71，如图5所示，滚轮1?71的设置可以保

证扶持钳1?7夹住钻具的同时钻具还可以在扶持钳1?7内转动。

[0043] 一种石油钻机用钻具装载方法，该方法包括以下步骤：[0044] S1、将滑车总成单元模块1、门型架总成2、拉杆总成3、钢丝绳4、滑轮组件5、绞车6进行安装，在井场摆放到位，将钻具也即钻杆由猫道运送至坡道。

[0045] S2、滑车总成单元模块1在初始位置待命，此时滑车总成单元模块1处于门型架总成2的最上端(高出钻台面约26?27m)，变幅油缸1?9完全缩回，调斜油缸1?12完全伸出，扶持

油缸1?8、夹持油缸1?4完全缩回。

[0046] S3、绞车6转动，滑车总成单元模块1向下运动，同时变幅油缸1?9伸出，调斜油缸1?12收缩，最终使得钳连接架1?6与坡道上的钻杆7平行，扶持钳1?7的中心和夹持钳1?5的中

心均与钻杆7处于同心位置，通过超声波传感器判定位置是否处于同心位置，扶持钳1?7和

夹持钳1?5均夹住钻杆7，通过压力传感器检测扶持钳1?7和夹持钳1?5是否夹紧钻杆7，扶持

钳1?7夹持位置靠近钻杆7的接头位置。

[0047] S4、绞车6转动，滑车总成单元模块1相对门型架总成2向上移动，同时释放调斜油缸1?12的压力，待钻杆7下端离开坡道时调斜油缸1?12恢复压力，滑车总成单元模块1向上

移动至钻杆7的下端高出钻台面，变幅油缸1?9伸出，调斜油缸1?12伸出，保证钻杆7与鼠洞

中心同心并锁定变幅油缸1?9和调斜油缸1?12。

[0048] S5、绞车6转动，滑车总成单元模块1相对门型架总成2向下移动，将钻杆7下放到鼠洞指定位置后，待动力鼠洞两个夹持钳夹住并悬持住钻杆7时，提升机扶持油缸1?8和夹持

油缸1?4完全缩回，也即扶持钳1?7和夹持钳1?5均放开对钻杆7的夹持。

[0049] S6、滑车总成单元模块1相对门型架总成2向上移动至钻台面上方(高出钻台3?4m)且恢复至S2状态；待下一个钻杆7到达坡道后，重复步骤S3?S4，夹持下一个钻杆7；

[0050] S7、绞车6转动，滑车总成单元模块1相对门型架总成单元模块2向下移动，使上下两个钻杆7对接后，待铁钻工伸出到位后，夹持油缸1?4完全缩回，待铁钻工完成上扣后，夹

持油缸1?4伸出，夹持钳1?5夹紧钻杆7。

[0051] S8、待铁钻工退出一定的距离、动力鼠洞松开夹持后，绞车6转动，滑车总成单元模块1相对门型架总成2向上移动至指定位置(高出钻台面约26?27m)，变幅油缸1?9伸出同时

调斜油缸1?12缩回，把钻杆7送到顶驱，保证钻杆7与井眼中心同心，待顶驱吊卡抱紧钻杆7

后，夹持油缸1?4、扶持油缸1?8缩回，扶持钳1?7和夹持钳1?5均打开，滑车总成单元模块恢

复至S2状态。

[0052] 结束整个装载工作或者重复步骤S2?S8进行直至完整装载工作。[0053] 本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明

的权利要求范围内都受到专利法的保护。