[发明专利]全液压深井钻机

说明书

全液压深井钻机，包括钻塔、主液压提升装置、液压顶部驱动钻井装置、泥浆连续循环装置、液压自动排管机、液压平台钻具输运装置、综合液压站、钻机电气控制系统、液压铁钻工及储备液压能源，钻塔、主液压提升装置、液压顶部驱动钻井装置、泥浆连续循环装置、液压自动排管机、液压平台钻具输运装置、综合液压站、液压铁钻工及储备液压能源均配备随动PLC控制器，各PLC控制器及钻机电气控制系统内的主控PLC控制系统连接到总线上，相互之间进行通讯连接；本发明全液压深井钻机整机采用先进的机电液一体化技术构建，具有自动化程度高、控制精度高、运行平稳可靠，便于实现大功率集成化智能控制的优势。

技术领域

本发明涉及一种全液压深井钻机，属于石油天然气井、地热井以及深部探测井等勘探钻采施工应用领域。

背景技术

深井钻机是勘探或钻采地壳深部资源、获取深部地下信息的重要装备。深井钻机的主要应用领域涉及石油天然气钻采、地热资源开发、深部岩芯钻探等。传统的深井钻机主传动装置通常由提升绞车和转盘组成。其中提升绞车提供单股钢绳绕过天车定滑轮组和游车动滑轮组构成混穿或顺穿绳系，由此构成滑轮倍力机构，以达到提升钻柱所需钩载的要求。井下钻柱的回转作业主要由转盘驱动。常见的提升绞车多以大功率交流变频电机为主动力部件，为获得较高的钻压控制精度，需要在主电机的基础上再叠加一台小功率交流变频电机，用于调控钻压和送进速度。常见的回转驱动装置包括顶驱和井底马达，其中顶驱是可以替代转盘的地面驱动装置，而井底马达则是潜入井下，在靠近钻头处驱动其下部钻柱回转的井底动力装置，井底马达一般需要与顶驱或转盘共同使用。地面装备主要用于驱动钻柱回转，井底马达主要用于驱动钻头回转。

下放至井内的钻柱通常由钻头、各种井下作业工具如井底马达和震击器等以及各类管具如钻挺、钻杆等所组成，钻柱中数量最多的管体为钻杆，通常将独立的钻杆称作单根，单根钻杆接头处采用螺纹联接，而将多个钻杆拧紧在一起的管柱称作立根。常规钻井作业时一个立根由三根钻杆组成，故在单根钻杆有效长度为L的情况下，立根的有效长度为3×L。按照石油行业相关标准，立根长度一般约为三十米。由于钻头和井下工具在钻井作业过程中寿命有限，深井钻探工程需要经历多个回次的钻柱提升与下放，以便更换钻头方可完成。为应对复杂的地层条件，钻井工艺也需调整，这种调整往往不仅是钻进规程的改变，还需要进行钻头及井下机具组合的更换。

于是多个回次的钻柱起-下、拧-卸操作和排放成为除正常钻进以外最为频繁的作业任务。深井钻柱的起-下、拧-卸操作，以及在地面和钻台面之间的钻杆和立根运移操作，消耗了大量辅助作业时间。采用人工作业方式进行上述操作则需要地面钻工、钻台面钻工、二层台井架工、司钻房内的司钻等多位人员协同完成，这是一项作业环境恶劣、重体力、逻辑性强、高重复性、高危险度的劳动。目前各类常见的钻机通过配置自动化机具的途径来提升管具运移、钻柱拧-卸以及立根排列的自动化程度，所述的自动化机具通常包括自动猫道、自动排管机、钻台面铁钻工等，其中自动猫道可替代常规坡道实现管具在地面和钻井平台之间的自动输运，并可配合顶驱、铁钻工完成接单根操作。自动排管机用于完成立根运移和排列，与顶驱、铁钻工配合完成接卸立根操作。钻台面铁钻工则是替代了传统的液气大钳和液压猫头，可自动定位至钻柱回转中心，自动调整夹持高度，自动完成钻柱间的拧-卸操作，且能精确控制上扣力矩。此外，采用液压或气动执行元件驱动的自动卡瓦，可在钻具提升、下放和落座过程中自动卡紧或松开。