本發(fā)明涉及石油鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種鉆機游動系統(tǒng)變繩系裝置。

背景技術(shù)：

半潛式鉆井平臺是深海油氣資源勘探開發(fā)的利器，大量的新技術(shù)在半潛式平臺上得以體現(xiàn)。就鉆機提升系統(tǒng)而言，現(xiàn)今較為普遍的半潛式鉆井平臺上提升系統(tǒng)與常規(guī)提升系統(tǒng)相似，包括絞車、游動系統(tǒng)和井架，提升系統(tǒng)中繩系恒定，效率恒定，設(shè)備冗余度較低；由于半潛式平臺受到風(fēng)浪流的影響出現(xiàn)升沉變化，為保證鉆井作業(yè)正常進行，升沉補償裝置在平臺上成為標配，目前較為普遍的方式是在游動系統(tǒng)天車定滑輪組上增加天車定滑輪組補償裝置，但該裝置位于井架頂部，會造成平臺整體重心升高，穩(wěn)定性降低。

石油鉆機游動系統(tǒng)是由天車的定滑輪和游車的動滑輪通過鋼絲繩纏繞組成的復(fù)滑輪系統(tǒng)，可變繩系式游動系統(tǒng)由一部天車和多部單滑輪游車組成，可在鉆井過程中根據(jù)不同鉆井工況通過將單滑輪游車成對對稱變換成定滑輪或者動滑輪來變換繩系，保證滾筒絞車電機始終在高效區(qū)運行，提高運行效率。在游動系統(tǒng)進行變換繩系時如果完全采用人工進行操作，工作量大，工作效率低，危險系數(shù)高。所以，變繩系裝置的自動化操作和控制就顯得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統(tǒng)及繩系變換方法，能夠快速、自動化實現(xiàn)提升系統(tǒng)繩系的變換，以提高提升效率和設(shè)備冗余度，解決人工操作工作量大，效率低的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統(tǒng)，它包括安裝在井架頂端的天車架、由數(shù)部單滑輪游車組成的動滑輪游車組、鋼絲繩、雙滾筒絞車，天車架上安裝有定滑輪組、導(dǎo)向滑輪，所述天車架底部安裝有上部鎖緊裝置，單滑輪游車內(nèi)部安裝有下部鉤鎖裝置；所述上部鎖緊裝置包括鎖緊梁，鎖緊梁的上下翼板之間均布有數(shù)塊垂直于上下翼板的筋板，將鎖緊梁內(nèi)腔分割為數(shù)個空腔，空腔內(nèi)設(shè)有固定在鎖緊梁腹板上的一對第一氣缸，每個第一氣缸的活塞端頂端安裝有鎖扣；所述下部鉤鎖裝置為一個連桿機構(gòu)，包括游車鉤、第一連桿、第二連桿、第三連桿、導(dǎo)桿，第一連桿與第二連桿的端部相互鉸接，第一連桿的前端與游車鉤相鉸接，第二連桿的后端鉸接在單滑輪游車的側(cè)板上，第三連桿的底端鉸接在第二連桿上，第三連桿的頂端與導(dǎo)桿的底端相鉸接，導(dǎo)桿的頂端設(shè)有復(fù)位彈簧，復(fù)位彈簧處于拉緊狀態(tài)；導(dǎo)桿的頂部與第二氣缸的活塞端底部相鄰并共面，數(shù)個并排布置的第二氣缸安裝在鎖緊梁的外側(cè)。

優(yōu)選的，所述第二氣缸的數(shù)量比單滑輪游車的數(shù)量少兩個。

優(yōu)選的，所述第一連桿與第二連桿連接處轉(zhuǎn)動的方向與游車鉤鉤鎖打開方向相反，第一連桿與第二連桿的連接點外側(cè)設(shè)有擋塊。

優(yōu)選的，所述筋板的底部均設(shè)有導(dǎo)向裝置。

優(yōu)選的，所述鎖緊梁由下翼板具有高度差的焊接H型鋼制備而成。

優(yōu)選的，一端固定在雙滾筒絞車其中一個滾筒上的鋼絲繩繞過安裝在天車架上的導(dǎo)向滑輪依次順序穿過定滑輪組中的定滑輪和動滑輪游車組中的單滑輪游車，再通過另兩個導(dǎo)向滑輪纏繞并固定到雙滾筒絞車的另一個滾筒上，定滑輪組、動滑輪游車組組成游動系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述鋼絲繩從定滑輪組的同側(cè)出繩。

一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統(tǒng)繩系變換方法，由數(shù)部單滑輪游車組成的動滑輪游車組在上部鎖緊裝置與下部鉤鎖裝置的配合下，控制不同數(shù)量的單滑輪游車位置固定在上部鎖緊裝置的底部成為動滑輪，進行提升系統(tǒng)的繩系變換，其具體過程為：

步驟一、在雙滾筒絞車的作用，所有的單滑輪游車同步向上移動共同作業(yè)提升游車支架和頂驅(qū)，除最外側(cè)的兩部單滑輪游車外，其他的單滑輪游車均與上部鎖緊裝置相接觸，第二氣缸的底端與安裝在與其相對應(yīng)單滑輪游車內(nèi)部的導(dǎo)桿的頂部相接觸；

步驟二、雙滾筒絞車繼續(xù)轉(zhuǎn)動，最外側(cè)的兩部單滑輪游車將提升游車支架和頂驅(qū)繼續(xù)上升，至兩部單滑輪游車與上部鎖緊裝置接觸后停止轉(zhuǎn)動，此時游車支架與位于中間的單滑輪游車的游車鉤脫開接觸，便于鉤鎖的打開；

步驟三、作業(yè)人員控制上部鎖緊裝置中的第一氣缸的活塞端伸出，活塞端頂部的鎖扣將中間兩部單滑輪游車扣住，這兩部單滑輪游車固定在上部鎖緊裝置的底部；作業(yè)人員控制上部鎖緊裝置位于中間的兩個第二氣缸的活塞端伸出，推動中間兩部單滑輪游車中下部鉤鎖裝置的導(dǎo)桿向下運動，在導(dǎo)桿的推動作用下，第一連桿和第二連桿圍繞其連接點轉(zhuǎn)動，通過死點后，游車鉤的鉤鎖被打開，中間兩部單滑輪游車與游車支架脫離，成為固定在上部鎖緊裝置底部的定滑輪；

步驟四、雙滾筒絞車繼續(xù)轉(zhuǎn)動，收放鋼絲繩，其他單滑輪游車開始下降，上部鎖緊裝置的第一氣缸、第二氣缸復(fù)位，中間兩部單滑輪游車中的下部鉤鎖裝置也同時復(fù)位，提升系統(tǒng)變?yōu)?2繩系；

步驟五、根據(jù)上述步驟依次類推，動滑輪游車組中的單滑輪游車由內(nèi)至外依次成對對稱與游車支架脫離，固定到上部鎖緊裝置的底部成為定滑輪，最外側(cè)的兩部單滑輪游車始終固定在游車支架上為動滑輪，即可實現(xiàn)提升系統(tǒng)的8繩系、4繩系的變換。

優(yōu)選的，所述動滑輪游車組含有8部單滑輪游車。

優(yōu)選的，所述鋼絲繩從定滑輪組的同側(cè)出繩。

本發(fā)明中，由數(shù)部單滑輪游車組成的動滑輪游車組安裝在游車支架上部，游車支架用來連接頂驅(qū)，并提升鉆井載荷。動滑輪游車組可根據(jù)鉆井參數(shù)需求對稱放置在井眼中心，根據(jù)鉆井工況進行變繩系作業(yè)。

本發(fā)明的有益效果為：

（1）本發(fā)明中，動滑輪游車組中的單滑輪游車由內(nèi)至外依次成對對稱與游車支架脫離，固定到上部鎖緊裝置的底部成為定滑輪，最外側(cè)的兩部單滑輪游車始終固定在游車支架上為動滑輪，即可實現(xiàn)提升系統(tǒng)的12繩系、8繩系、4繩系的變換；本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙、科學(xué)、實用，能夠快速、自動化實現(xiàn)提升系統(tǒng)繩系的變換；

（2）本發(fā)明通過安裝在天車架底部的上部鎖緊裝置和安裝在數(shù)部單滑輪游車內(nèi)部中的下部鉤鎖裝置的相互配合，在雙滾筒絞車的拉動作用下，通過第一氣缸推動鎖扣將中間的單滑輪游車扣住后，再控制第二氣缸活塞端伸出，推動下部鉤鎖裝置連動，打開中間單滑輪游車的鉤鎖，使得中間單滑輪游車與游車支架脫離，兩側(cè)的其他單滑輪游車開始下降，完成了游動系統(tǒng)的變繩系動作；本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎，通過遠程自動化控制即可實現(xiàn)游動系統(tǒng)的變繩系動作，省時省力，安全可靠；

（3）本發(fā)明所述的下部鉤鎖裝置為連桿機構(gòu)，第一連桿與第二連桿連接處轉(zhuǎn)動的方向與游車鉤鉤鎖打開方向相反，第一連桿與第二連桿的連接點外側(cè)設(shè)有起限位作用的擋塊，擋塊能夠阻止第一連桿與第二連桿反向轉(zhuǎn)動，可有效防止連桿機構(gòu)自己打開游車鉤鉤鎖，安全性能高；

（4）下部鉤鎖裝置中導(dǎo)桿的頂端安裝有處于拉緊狀態(tài)的復(fù)位彈簧，使得下部鉤鎖裝置在沒有外力的作用下，游車鉤鉤鎖無法自動打開，下部鉤鎖裝置具備自鎖功能，極大提高了設(shè)備的安全性能；

（5）本發(fā)明中雙滾筒絞車能夠提高提升系統(tǒng)的工作效率和設(shè)備冗余度，省時省力；

（6）本發(fā)明中主動補償絞車的設(shè)置，可有效降低鉆井設(shè)備的重心，提高鉆井井架的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是可變繩系的雙滾筒絞車提升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中上部鎖緊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中下部鉤鎖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是可變繩系的雙滾筒絞車提升系統(tǒng)中鋼絲繩穿繩的原理圖；

圖5是可變繩系的雙滾筒絞車提升系統(tǒng)為12繩系時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是可變繩系的雙滾筒絞車提升系統(tǒng)為8繩系時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是可變繩系的雙滾筒絞車提升系統(tǒng)為4繩系時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、上部鎖緊裝置，2、下部鉤鎖裝置，3、天車架，4、單滑輪游車，5、鎖緊梁，6、筋板，7、第一氣缸，8、鎖扣，9、導(dǎo)向裝置，10、第二氣缸，11、游車鉤，12、第一連桿，13、第二連桿，14、第三連桿，15、擋塊，16、導(dǎo)桿，17、復(fù)位彈簧，18、游車支架，19、頂驅(qū)，20、鋼絲繩，21、定滑輪組，22、導(dǎo)向滑輪，23、雙滾筒絞車。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

如圖1至圖4所示的一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統(tǒng)，它包括安裝在井架頂端的天車架3、由八部單滑輪游車4組成的動滑輪游車組、鋼絲繩20、雙滾筒絞車23，天車架3上安裝有定滑輪組21、導(dǎo)向滑輪22，天車架3底部安裝有上部鎖緊裝置1，單滑輪游車4內(nèi)部安裝有下部鉤鎖裝置2；上部鎖緊裝置1包括鎖緊梁5，鎖緊梁5由下翼板具有高度差的焊接H型鋼制備而成。鎖緊梁5的上下翼板之間均布有數(shù)塊垂直于上下翼板的筋板6，將鎖緊梁5內(nèi)腔分割為數(shù)個空腔，空腔內(nèi)設(shè)有固定在鎖緊梁5腹板上的一對第一氣缸7，每個第一氣缸7的活塞端頂端安裝有鎖扣8；下部鉤鎖裝置2為一個連桿機構(gòu)，包括游車鉤11、第一連桿12、第二連桿13、第三連桿14、導(dǎo)桿16，第一連桿12與第二連桿13的端部相互鉸接，第一連桿12與第二連桿13連接處轉(zhuǎn)動的方向與游車鉤鉤鎖打開方向相反，第一連桿12與第二連桿13的連接點外側(cè)設(shè)有擋塊15。第一連桿12的前端與游車鉤11相鉸接，第二連桿13的后端鉸接在單滑輪游車4的側(cè)板上，第三連桿14的底端鉸接在第二連桿上，第三連桿14的頂端與導(dǎo)桿16的底端相鉸接，導(dǎo)桿16的頂端設(shè)有復(fù)位彈簧17，復(fù)位彈簧17處于拉緊狀態(tài)；導(dǎo)桿16的頂部與第二氣缸10的活塞端底部相鄰并共面，六個并排布置的第二氣缸10安裝在鎖緊梁5的外側(cè)。

筋板6的底部均設(shè)有導(dǎo)向裝置9。

一端固定在雙滾筒絞車23其中一個滾筒上的鋼絲繩20繞過安裝在天車架3上的導(dǎo)向滑輪7依次順序穿過定滑輪組21中的定滑輪和動滑輪游車組中的單滑輪游車4，再通過另兩個導(dǎo)向滑輪7纏繞并固定到雙滾筒絞車23的另一個滾筒上，定滑輪組21、動滑輪游車組組成游動系統(tǒng)。鋼絲繩20從定滑輪組21的同側(cè)出繩。

實施例1

如圖5所示，一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統(tǒng)12繩系變換方法，由八部單滑輪游車4組成的動滑輪游車組在上部鎖緊裝置1與下部鉤鎖裝置2的配合下，控制居中的兩部單滑輪游車4位置固定在上部鎖緊裝置1的底部成為動滑輪，進行提升系統(tǒng)的繩系變換，其具體過程為：

步驟一、在雙滾筒絞車23的作用，所有的單滑輪游車4同步向上移動共同作業(yè)提升游車支架18和頂驅(qū)19，除最外側(cè)的兩部單滑輪游車4外，其他的單滑輪游車4均與上部鎖緊裝置1相接觸，第二氣缸10的底端與安裝在與其相對應(yīng)單滑輪游車4內(nèi)部的導(dǎo)桿16的頂部相接觸；

步驟二、雙滾筒絞車繼續(xù)轉(zhuǎn)動，最外側(cè)的兩部單滑輪游車4將提升游車支架18和頂驅(qū)19繼續(xù)上升，至兩部單滑輪游車4與上部鎖緊裝置1接觸后停止轉(zhuǎn)動，此時游車支架18與位于中間的單滑輪游車4的游車鉤11脫開接觸，便于鉤鎖的打開；

步驟三、作業(yè)人員控制上部鎖緊裝置1中居中的兩組第一氣缸7的活塞端伸出，活塞端頂部的鎖扣8將中間兩部單滑輪游車4扣住，這兩部單滑輪游車4固定在上部鎖緊裝置1的底部；作業(yè)人員控制上部鎖緊裝置1位于中間的兩個第二氣缸10的活塞端伸出，推動中間兩部單滑輪游車4中下部鉤鎖裝置2的導(dǎo)桿16向下運動，在導(dǎo)桿16的推動作用下，第一連桿12和第二連桿13圍繞其連接點轉(zhuǎn)動，通過死點后，游車鉤11的鉤鎖被打開，中間兩部單滑輪游車4與游車支架18脫離，成為固定在上部鎖緊裝置1底部的定滑輪；

步驟四、雙滾筒絞車23繼續(xù)轉(zhuǎn)動，收放鋼絲繩20，其他單滑輪游車4開始下降，上部鎖緊裝置1的第一氣缸7、第二氣缸10復(fù)位，中間兩部單滑輪游車4中的下部鉤鎖裝置2也同時復(fù)位，提升系統(tǒng)變?yōu)?2繩系。

實施例2

如圖6所示，一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統(tǒng)8繩系變換方法，由八部單滑輪游車4組成的動滑輪游車組在上部鎖緊裝置1與下部鉤鎖裝置2的配合下，控制居中的四部單滑輪游車4位置固定在上部鎖緊裝置1的底部成為動滑輪，進行提升系統(tǒng)的繩系變換，其具體過程為：

步驟一、在雙滾筒絞車23的作用，所有的單滑輪游車4同步向上移動共同作業(yè)提升游車支架18和頂驅(qū)19，除最外側(cè)的兩部單滑輪游車4外，其他的單滑輪游車4均與上部鎖緊裝置1相接觸，第二氣缸10的底端與安裝在與其相對應(yīng)單滑輪游車4內(nèi)部的導(dǎo)桿16的頂部相接觸；

步驟二、雙滾筒絞車繼續(xù)轉(zhuǎn)動，最外側(cè)的兩部單滑輪游車4將提升游車支架18和頂驅(qū)19繼續(xù)上升，至兩部單滑輪游車4與上部鎖緊裝置1接觸后停止轉(zhuǎn)動，此時游車支架18與位于中間的單滑輪游車4的游車鉤11脫開接觸，便于鉤鎖的打開；

步驟三、作業(yè)人員控制上部鎖緊裝置1中的居中的四組第一氣缸7的活塞端伸出，活塞端頂部的鎖扣8將中間四部單滑輪游車4扣住，這四部單滑輪游車4固定在上部鎖緊裝置1的底部；作業(yè)人員控制上部鎖緊裝置1位于中間的四個第二氣缸10的活塞端伸出，推動中間四部單滑輪游車4中下部鉤鎖裝置2的導(dǎo)桿16向下運動，在導(dǎo)桿16的推動作用下，第一連桿12和第二連桿13圍繞其連接點轉(zhuǎn)動，通過死點后，游車鉤11的鉤鎖被打開，中間四部單滑輪游車4與游車支架18脫離，成為固定在上部鎖緊裝置1底部的定滑輪；

步驟四、雙滾筒絞車23繼續(xù)轉(zhuǎn)動，收放鋼絲繩20，其他單滑輪游車4開始下降，上部鎖緊裝置1的第一氣缸7、第二氣缸10復(fù)位，中間四部單滑輪游車4中的下部鉤鎖裝置2也同時復(fù)位，提升系統(tǒng)變?yōu)?繩系。

實施例3

如圖7所示，一種可變繩系的雙滾筒絞車提升系統(tǒng)4繩系變換方法，由八部單滑輪游車4組成的動滑輪游車組在上部鎖緊裝置1與下部鉤鎖裝置2的配合下，控制居中的六部單滑輪游車4位置固定在上部鎖緊裝置1的底部成為動滑輪，進行提升系統(tǒng)的繩系變換，其具體過程為：

步驟一、在雙滾筒絞車23的作用，所有的單滑輪游車4同步向上移動共同作業(yè)提升游車支架18和頂驅(qū)19，除最外側(cè)的兩部單滑輪游車4外，其他的單滑輪游車4均與上部鎖緊裝置1相接觸，第二氣缸10的底端與安裝在與其相對應(yīng)單滑輪游車4內(nèi)部的導(dǎo)桿16的頂部相接觸；

步驟二、雙滾筒絞車繼續(xù)轉(zhuǎn)動，最外側(cè)的兩部單滑輪游車4將提升游車支架18和頂驅(qū)19繼續(xù)上升，至兩部單滑輪游車4與上部鎖緊裝置1接觸后停止轉(zhuǎn)動，此時游車支架18與位于中間的單滑輪游車4的游車鉤11脫開接觸，便于鉤鎖的打開；

步驟三、作業(yè)人員控制上部鎖緊裝置1中的六組第一氣缸7的活塞端伸出，活塞端頂部的鎖扣8將中間六部單滑輪游車4扣住，這六部單滑輪游車4固定在上部鎖緊裝置1的底部；作業(yè)人員控制上部鎖緊裝置1中六個第二氣缸10的活塞端伸出，推動中間六部單滑輪游車4中下部鉤鎖裝置2的導(dǎo)桿16向下運動，在導(dǎo)桿16的推動作用下，第一連桿12和第二連桿13圍繞其連接點轉(zhuǎn)動，通過死點后，游車鉤11的鉤鎖被打開，中間六部單滑輪游車4與游車支架18脫離，成為固定在上部鎖緊裝置1底部的定滑輪；

步驟四、雙滾筒絞車23繼續(xù)轉(zhuǎn)動，收放鋼絲繩20，外側(cè)的兩部單滑輪游車4開始下降，上部鎖緊裝置1的第一氣缸7、第二氣缸10復(fù)位，中間六部單滑輪游車4中的下部鉤鎖裝置2也同時復(fù)位，提升系統(tǒng)變?yōu)?繩系。

根據(jù)上述步驟依次類推，動滑輪游車組中的單滑輪游車4由內(nèi)至外依次成對對稱與游車支架18脫離，固定到上部鎖緊裝置1的底部成為定滑輪，最外側(cè)的兩部單滑輪游車4始終固定在游車支架18上為動滑輪，即可實現(xiàn)提升系統(tǒng)的12繩系、8繩系、4繩系的變換。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙、科學(xué)、實用，能夠快速、自動化實現(xiàn)提升系統(tǒng)繩系的變換；本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎，通過遠程自動化控制即可實現(xiàn)游動系統(tǒng)的變繩系動作，省時省力，安全可靠；可有效防止連桿機構(gòu)自己打開游車鉤鉤鎖，安全性能高；下部鉤鎖裝置具備自鎖功能，極大提高了設(shè)備的安全性能；能夠提高提升系統(tǒng)的工作效率和設(shè)備冗余度，省時省力；可有效降低鉆井設(shè)備的重心，提高鉆井井架的穩(wěn)定性。