一种多功能全自动连续管钻机

摘要

一种多功能全自动连续管钻机，包括主车单元和辅车单元，所述的主车单元包括车载底盘、车载动力系统、组合式井架系统、主车车载操控系统，所述的辅车单元包括半挂车载底盘、钻杆排杆移杆系统排管部分、连续管排注系统、辅车车载操控系统，所述的组合式井架系统包括钻机平台、钻台支腿、主支架、副支架、井架变幅调姿系统、井口管柱扣处理系统、井口保护系统、齿轮齿条式提升系统、连续管注入系统和钻杆排杆移杆系统移管部分，主车单元能够单独完成常规单根钻井、超级单根钻井和斜直井钻井作业，辅车单元与主车单元结合能够完成连续油管钻井作业，主车单元、辅车单元配合实现单根钻井、斜直井钻井和连续油管钻井作业。

主权项

一种多功能全自动连续管钻机，包括主车单元（1）和辅车单元（2），其特征在于：所述的主车单元（1）包括车载底盘（1‑3）、车载动力系统（1‑1）、组合式井架系统（1‑4）、主车车载操控系统（1‑2），所述的辅车单元（2）包括半挂车载底盘（2‑2）、钻杆排杆移杆系统排管部分（2‑1）、连续油管排注系统（2‑3）、辅车车载操控系统，主车单元（1）能够单独完成常规单根钻井、超级单根钻井和斜直井钻井作业，辅车单元（2）与主车单元（1）结合能够完成连续油管钻井作业，主车单元（1）、辅车单元（2）两台车配合实现单根钻井、斜直井钻井和连续油管钻井三种钻井作业；所述的主车单元（1）上设置有连续油管注入系统和钻杆排杆移杆系统移管部分，所述的连续油管排注系统（2‑3）和钻杆排杆移杆系统排管部分（2‑1）分别设置在半挂车载底盘（2‑2）的两端，所述的连续油管注入系统、钻杆排杆移杆系统移管部分、连续油管排注系统（2‑3）和钻杆排杆移杆系统排管部分（2‑1）实现连续油管钻井作业；所述的组合式井架系统（1‑4）包括钻机平台（1‑4‑7）、钻台支腿（1‑4‑15）、主支架（1‑4‑1）、副支架（1‑4‑2）、上调姿支梁（1‑4‑6）、下调姿支梁（1‑4‑4）、支架调姿油缸（1‑4‑12）、井架变幅调姿系统、井口管柱扣处理系统、井口保护系统、齿轮齿条式提升系统、连续管注入系统和钻杆排杆移杆系统移管部分；所述的钻机平台（1‑4‑7）下端安装有四个钻台支腿（1‑4‑15），所述的钻机平台（1‑4‑7）下面设置有井口单元（1‑4‑8），所述的主支架（1‑4‑1）安装在钻机平台（1‑4‑7）的上端，所述的主支架（1‑4‑1）为门式结构，所述的主支架（1‑4‑1）两侧的中部位置均与上调姿支梁（1‑4‑6）铰接，所述的上调姿支梁（1‑4‑6）的另一端与副支架（1‑4‑2）的中部铰接在一起，所述的副支架（1‑4‑2）为门式结构且通过方钢焊接加工而成，所述的副支架（1‑4‑2）的下端两侧均与下调姿支梁（1‑4‑4）铰接在一起，所述的下调姿支梁（1‑4‑4）的另一端均与钻机平台（1‑4‑7）铰接在一起，所述的主支架（1‑4‑1）、副支架（1‑4‑2）、上调姿支梁（1‑4‑6）、下调姿支梁（1‑4‑4）形成两个平行的平行四边形结构，所述的主支架（1‑4‑1）门式结构的两侧的中部均与支架调姿油缸（1‑4‑12）的缸筒的末端铰接在一起，所述的副支架（1‑4‑2）门式结构的两侧的中部均与支架调姿油缸（1‑4‑12）的活塞杆的末端铰接在一起，两侧支架调姿油缸（1‑4‑12）活塞杆伸出时，平行四边形结构展开，所述的上调姿支梁（1‑4‑6）两端通过销轴分别与主支架（1‑4‑1）和副支架（1‑4‑2）铰接固定，所述的下调姿支梁（1‑4‑4）通过销轴分别与主支架（1‑4‑1）和副支架（1‑4‑2）铰接固定；所述的井架变幅调姿系统包括调姿斜撑（1‑4‑63）、变幅机构（1‑4‑9）、调姿导轨（1‑4‑45）、调整块（1‑4‑46）、钻机平台（1‑4‑7）、垫块（1‑4‑14）、钻台支腿（1‑4‑15）、调姿油缸（1‑4‑16）和副支架支腿（1‑4‑17），靠近主车车体一侧的两个钻台支腿（1‑4‑15）与主车车体铰接，所述的钻机平台（1‑4‑7）底部安装平台调姿单元，所述的平台调姿单元包括垫块（1‑4‑14）、调姿油缸（1‑4‑16）、钻台支腿（1‑4‑15），所述的调姿油缸（1‑4‑16）的活塞杆的一端安装在钻台支腿（1‑4‑15）的内部，所述的调姿油缸（1‑4‑16）的缸筒的末端与垫块（1‑4‑14）铰接在一起，四个钻台支腿（1‑4‑15）的平台调姿单元均采用这种结构，且四个调姿油缸（1‑4‑16）为单独控制伸长量；两个对称分布的调姿斜撑（1‑4‑63）一端分别与主支架（1‑4‑1）门式结构的两侧铰接在一起，另一端与对称安装在调姿导轨（1‑4‑45）上的两个调整块（1‑4‑46）铰接在一起，所述的调姿导轨（1‑4‑45）安装在主车车体上，所述的调整块（1‑4‑46）包括锁紧螺栓（1‑4‑48）、锁紧块（1‑4‑47）、档位槽（1‑4‑49）、档位块（1‑4‑50）和滑块基体（1‑4‑51），所述的档位槽（1‑4‑49）均匀设置在调姿导轨（1‑4‑45）上，所述的档位块（1‑4‑50）通过销轴安装在滑块基体（1‑4‑51）的槽内，所述的滑块基体（1‑4‑51）通过锁紧块（1‑4‑47）固定在调姿导轨（1‑4‑45）上，所述的锁紧块（1‑4‑47）通过锁紧螺栓（1‑4‑48）与滑块基体（1‑4‑51）连接；两个对称的变幅机构（1‑4‑9）一端分别与主车车体铰接在一起，另一端分别与主支架（1‑4‑1）中部门式结构的两侧铰接在一起，通过调节调整块在调姿导轨的档位槽的位置和平台调姿单元的姿态可以调整主支架和副支架的空间姿态，以适应常规钻井和斜井钻井的不同需求；所述的井口管柱扣处理系统包括动力头单元（1‑4‑11）和冲扣钳（1‑4‑20），所述的动力头单元（1‑4‑11）包括动力头驱动马达及减速器（1‑4‑38）、动力头导向轮（1‑4‑40）、主轴（1‑4‑41）、主轴驱动马达（1‑4‑42）、鹅颈管（1‑4‑43）、主支架齿轮（1‑4‑39）和动力头主体（1‑4‑44），所述的动力头主体（1‑4‑44）两侧分别对称安装四个结构相同的动力头导向轮（1‑4‑40），所述的动力头主体（1‑4‑44）两侧分别对称安装两个动力头驱动马达及减速器（1‑4‑38），所述的主支架齿轮（1‑4‑39）安装在动力头驱动马达及减速器（1‑4‑38）的轴上，所述的冲扣钳（1‑4‑20）的安装板固定安装在钻机平台（1‑4‑7）的井口位置，常规钻井和斜直井钻井时，通过冲扣钳与动力头单元的配合完成钻杆的上卸扣作业；所述的齿轮齿条式提升系统包括主支架齿条（1‑4‑10）、动力头单元（1‑4‑11）、主支架（1‑4‑1）、主支架导轨（1‑4‑18），所述的主支架（1‑4‑1）门式结构的内侧两侧均对应安装着相同结构的主支架齿条（1‑4‑10），所述的主支架导轨（1‑4‑18）安装在主支架（1‑4‑1）门式结构的内侧，且对称安装在两个主支架齿条（1‑4‑10）的两侧，所述的动力头单元（1‑4‑11）安装在主支架（1‑4‑1）门式结构的内侧，所述的动力头单元（1‑4‑11）两侧的主支架齿轮（1‑4‑39）与主支架（1‑4‑1）门式结构两侧内侧的主支架齿条（1‑4‑10）分别对应啮合，所述的动力头单元（1‑4‑11）两侧的动力头导向轮（1‑4‑40）分别对应安装在主支架（1‑4‑1）两侧的主支架导轨（1‑4‑18）上，两侧的主支架导轨（1‑4‑18）分布在对应两个动力头导向轮（1‑4‑40）的内侧，所述的鹅颈管（1‑4‑43）安装在动力头主体（1‑4‑44）上且与主轴（1‑4‑41）连通，通过鹅颈管（1‑4‑43）可以向主轴（1‑4‑41）和钻杆（1‑4‑13）通入钻井液，所述的主轴（1‑4‑41）安装在动力头主体（1‑4‑44）上，所述的主轴（1‑4‑41）末端安装钻杆（1‑4‑13），所述的主轴驱动马达（1‑4‑42）安装在动力头主体（1‑4‑44）上，所述的主轴驱动马达（1‑4‑42）驱动主轴（1‑4‑41）转动，实现钻杆（1‑4‑13）的旋转，通过动力头驱动马达及减速器（1‑4‑38）驱动主支架齿轮（1‑4‑39）转动实现动力头单元（1‑4‑11）沿主支架齿条（1‑4‑10）方向移动，实现钻杆的钻进和提升作业；所述的井口保护系统包括井口装置竖向导轨（1‑4‑52）、上铰接块（1‑4‑53）、竖向驱动油缸（1‑4‑54）、下铰接块（1‑4‑55）、主支架铰接块（1‑4‑62）、常规井口装置（1‑4‑56）、井口支架（1‑4‑57）、横向活动铰接块（1‑4‑58）、横向驱动油缸（1‑4‑59）、横向固定铰接块（1‑4‑60）、井口横向导轨（1‑4‑61），所述的井口保护系统安装在钻机平台（1‑4‑7）的底部，所述的常规井口装置（1‑4‑56）固定安装在井口支架（1‑4‑57）上，在井口横向导轨（1‑4‑61）方向，对称安装有两组结构相同的横向驱动油缸（1‑4‑59）、横向活动铰接块（1‑4‑58）和横向固定铰接块（1‑4‑60）实现井口支架（1‑4‑57）沿井口横向导轨（1‑4‑61）移动，所述的横向驱动油缸（1‑4‑59）一端与固定安装在井口支架（1‑4‑57）上的横向活动铰接块（1‑4‑58）铰接，另一端与固定安装在井口装置竖向导轨（1‑4‑52）上的横向固定铰接块（1‑4‑60）铰接，所述的竖向驱动油缸（1‑4‑54）的一端与固定安装在井口装置竖向导轨（1‑4‑52）上的下铰接块（1‑4‑55）铰接，另一端与固定安装在井口横向导轨（1‑4‑61）上的上铰接块（1‑4‑53）铰接在一起，所述的井口横向导轨（1‑4‑61）安装在井口装置竖向导轨（1‑4‑52）的导轨槽内，在四个井口装置竖向导轨（1‑4‑52）内分别安装有相应的上铰接块（1‑4‑53）、竖向驱动油缸（1‑4‑54）、下铰接块（1‑4‑55）和井口横向导轨（1‑4‑61），四个井口装置竖向导轨（1‑4‑52）分别固定安装在四个钻台支腿（1‑4‑15）上；所述的连续管注入系统包括复合功能单元（1‑4‑3）、连续油管注入头单元（1‑4‑19）、注入头支架（1‑4‑24）、注入头驱动油缸（1‑4‑21）、注入头导轨（1‑4‑22）和滚轮A（1‑4‑23），所述的连续油管注入头单元（1‑4‑19）的位置位于冲扣钳（1‑4‑20）的上方，所述的注入头导轨（1‑4‑22）的位置位于冲扣钳（1‑4‑20）的上方，所述的注入头支架（1‑4‑24）位于冲扣钳（1‑4‑20）的上方，所述的注入头驱动油缸（1‑4‑21）的缸筒末端铰接在钻机平台（1‑4‑7）的一端顶部，所述的注入头驱动油缸（1‑4‑21）的活塞杆的末端与注入头支架（1‑4‑24）的一端铰接在一起，所述的注入头支架（1‑4‑24）的两侧对称安装有四个滚轮A（1‑4‑23），两侧对称的四个滚轮A（1‑4‑23）对称安装在井架两侧的注入头导轨（1‑4‑22）上，所述的连续油管注入头单元（1‑4‑19）安装在注入头支架（1‑4‑24）上；所述的复合功能单元（1‑4‑3）包括小段调姿油缸（1‑4‑25）、大段调姿油缸（1‑4‑26）、导向弧大段（1‑4‑27）、导向弧小段（1‑4‑28）、连接段（1‑4‑29）、机械手调姿油缸（1‑4‑30）、机械手（1‑4‑31）、复合机构驱动马达及减速器（1‑4‑33）、副支架齿轮（1‑4‑34）、导向轮（1‑4‑35）、复合机构支架（1‑4‑37）、调整支梁（1‑4‑64）、上调整支梁铰接（1‑4‑65）、鹅颈段调整油缸（1‑4‑66）、下调整支梁铰接1‑4‑67、调整油缸（1‑4‑68）、滚轮B（1‑4‑69）、滚轮固定铰接（1‑4‑70）、鹅颈调整段（1‑4‑71），所述的复合功能单元（1‑4‑3）包括连续油管调姿功能区和移管调姿复合功能区，所述的移管调姿复合功能区包括小段调姿油缸（1‑4‑25）、大段调姿油缸（1‑4‑26）、导向弧大段（1‑4‑27）、导向弧小段（1‑4‑28）、连接段（1‑4‑29）、机械手调姿油缸（1‑4‑30）、机械手（1‑4‑31）、复合机构驱动马达及减速器（1‑4‑33）、副支架齿轮（1‑4‑34）、导向轮（1‑4‑35）、复合机构支架（1‑4‑37），所述的导向轮（1‑4‑35）安装在复合机构支架（1‑4‑37）上，且导向轮（1‑4‑35）成对安装，在复合机构支架（1‑4‑37）的两侧分别对称安装有六对导向轮（1‑4‑35），所述的导向弧小段（1‑4‑28）铰接在复合机构支架（1‑4‑37）的上端，所述的连接段（1‑4‑29）固定安装在复合机构支架（1‑4‑37）上端，所述的小段调姿油缸（1‑4‑25）一端铰接在复合机构支架（1‑4‑37）的中部，另一端铰接在导向弧小段（1‑4‑28）的中部，所述的导向弧大段（1‑4‑27）铰接在复合机构支架（1‑4‑37）的上端，所述的大段调姿油缸（1‑4‑26）一端铰接在复合机构支架（1‑4‑37）的中部，另一端铰接在导向弧大段（1‑4‑27）的中部，所述的导向弧大段（1‑4‑27）和导向弧小段（1‑4‑28）分别铰接在复合机构支架（1‑4‑37）的两侧，所述的复合机构驱动马达及减速器（1‑4‑33）、副支架齿轮（1‑4‑34）组成爬升驱动机构，所述的副支架齿轮（1‑4‑34）安装在复合机构驱动马达及减速器（1‑4‑33）的轴上，所述的复合机构驱动马达及减速器（1‑4‑33）安装在复合机构支架（1‑4‑37）上，所述的连接段（1‑4‑29）的两侧分别对称安装有爬升驱动机构，所述的机械手（1‑4‑31）末端下部铰接在复合机构支架（1‑4‑37）的下部，所述的机械手（1‑4‑31）末端上部与机械手调姿油缸（1‑4‑30）的一端铰接，所述的机械手调姿油缸（1‑4‑30）的另一端铰接在复合机构支架（1‑4‑37）的中部；所述的连续油管调姿功能区包括调整支梁（1‑4‑64）、上调整支梁铰接（1‑4‑65）、鹅颈段调整油缸（1‑4‑66）、下调整支梁铰接（1‑4‑67）、调整油缸（1‑4‑68）、滚轮B（1‑4‑69）、滚轮固定铰接（1‑4‑70）、鹅颈调整段（1‑4‑71），所述的调整支梁（1‑4‑64）固定安装在主支架（1‑4‑1）上，所述的上调整支梁铰接（1‑4‑65）安装在调整支梁（1‑4‑64）的上部且与鹅颈段调整油缸（1‑4‑66）的缸筒末端铰接在一起，所述的鹅颈段调整油缸（1‑4‑66）的缸筒的中部与调整油缸（1‑4‑68）的一端铰接在一起，所述的鹅颈段调整油缸（1‑4‑66）的活塞杆的顶端固定在鹅颈调整段（1‑4‑71）上，所述的调整油缸（1‑4‑68）通过下调整支梁铰接（1‑4‑67）与调整支梁（1‑4‑64）铰接在一起，所述的下调整支梁铰接（1‑4‑67）固定安装在调整支梁（1‑4‑68）的下部，所述的鹅颈调整段（1‑4‑71）的末端沿鹅颈调整段（1‑4‑71）的轨道弧线方向分别铰接两个滚轮B（1‑4‑69），所述的两个滚轮B（1‑4‑69）之间留有间距，所述的滚轮B（1‑4‑69）固定铰接在鹅颈调整段（1‑4‑71）的轨道的两侧，所述的鹅颈调整段（1‑4‑71）与滚轮B（1‑4‑69）之间的鹅颈调整段轨道内设置有连续油管（2‑3‑3），通过调整鹅颈段调整油缸（1‑4‑66）、调整油缸（1‑4‑68）的伸出长度调整鹅颈调整段（1‑4‑71）的姿态；所述的机械手（1‑4‑31）的末端安装有横梁（1‑4‑32），所述的横梁（1‑4‑32）的两端分别安装有抓手（1‑4‑36），所述的机械手（1‑4‑31）与横梁（1‑4‑32）之间安装有机械手短杆（1‑4‑72）和机械手长杆（1‑4‑73）；钻杆排杆移杆系统移管部分包括复合功能单元（1‑4‑3）、副支架（1‑4‑2）、抓手（1‑4‑36）、副支架齿条（1‑4‑5）。