一种水平定向钻机钻杆托架装置和水平定向钻机的制作方法

1.本技术涉及在井眼外搬运钻杆的技术领域，具体涉及一种水平定向钻机钻杆托架装置和水平定向钻机。


背景技术：

2.水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工结合在一起的施工新技术，以其施工速度快、精度高、成本低的特点，广泛地应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管道铺设工程领域。
3.水平定向钻机的施工过程是通过动力头的旋转和推拉而使钻头穿越地层。钻头穿过后形成的连续柱状空间为钻柱。钻柱在空间上的加长，通过逐段增加钻杆而实现，钻柱在直径上的加大是通过回拖扩孔钻头而逐级实现，即需要在动力头部拆减钻杆，而实现扩孔钻头在钻柱内的逆向移动。
4.钻机需频繁的上钻杆、卸钻杆，目前水平定向钻机大都配置随车吊机或机械手来辅助上卸钻杆，在将钻杆运输至钻机上需要进行钻杆装配时，如何良好地承托钻杆以提供稳定的装配环境是需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供了一种水平定向钻机钻杆托架装置，解决了如何对钻杆稳定承托以供钻杆装配的问题。
6.第一方面，本技术提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置，包括：钻架；以及钻杆托架，安装在所述钻架上，构造为承载钻杆；其中，所述钻杆托架包括：吸引件，构造为吸引所述钻杆。
7.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，进一步包括：侧方限位体，构造为：以夹持姿态装配在所述钻杆托架上，以支撑所述钻杆的侧边。
8.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述侧方限位体包括：第一夹持板，安装在所述钻杆托架的上表面，构造为以支撑所述钻杆的一侧；以及第二夹持板，安装在所述钻杆托架上表面的相对于第一夹持板的对侧，构造为支撑所述钻杆的另一侧；其中，所述第一夹持板和所述第二夹持板互相呈夹持姿态。
9.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第一夹持板的朝向所述第二夹持板的表面为弧面，所述第一夹持板的弧面构造为支撑所述钻杆的一侧；所述第二夹持板的朝向所述第一夹持板的表面为弧面，所述第二夹持板的弧面构造为支撑所述钻杆的另一侧。
10.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述吸引件包括：第一电磁铁，安装于所述钻杆托架，构造为从下方吸引所述钻杆，或解除从下方对所述钻杆的吸引力。
11.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述吸引件进一步包括：防滑垫，安装于所述钻杆托架和/或所述侧方限位体朝向所述钻杆的表面上。
12.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述钻杆托架进一步构造为：设置有匹配所述钻杆的凹槽，所述凹槽凹陷于所述钻杆托架的上表面，所述凹槽的宽度从上向下逐渐减小。
13.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，进一步包括：升降机构，安装于所述钻架，所述升降机构的动力输出端与所述钻杆托架连接；所述钻架包括：托架容纳腔，构造为对下降后的所述钻杆托架进行收纳。
14.第二方面，本技术提供一种水平定向钻机，包括：上述的水平定向钻机钻杆托架装置；动力头，装配在所述钻架的一端，构造为：装配所述钻杆并驱动所述钻杆转动；以及底盘，装配在所述钻架底部，构造为：支撑所述钻架。
15.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，进一步包括：顶升器，安装在所述底盘上，动力输出端与所述钻架连接，构造为顶升所述钻架以调整所述钻架的倾角。
16.本技术在使用时，吸引件可以装配在钻杆托架的内部或表面，钻杆放置在钻杆托架上时，钻杆托架对钻杆起到支撑作用。吸引件能够对放置在钻杆托架上的钻杆产生吸引力，从而使得钻杆能够更稳定地放置在钻杆托架上。在钻杆托架承托钻杆时，吸引件能够一定程度地防止钻杆发生转动，并且对钻杆起到固定作用以防钻杆下滑。在钻机需要与钻杆进行对接安装时，放置稳定且不发生转动的钻杆利于钻杆装配工作。机械抓手将钻杆运输至钻机上后，在钻杆与钻机的对接安装时，无需通过水平定向钻机钻杆托架装置与机械抓手共同作用才能固定钻杆，避免了可能存在的水平定向钻机钻杆托架装置与机械抓手不同心问题导致的偏载力，同时机械抓手可更早脱离钻杆，进行下一根钻杆的抓取工作，进一步提升上卸钻杆的效率。
附图说明
17.图1所示为本技术一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置的俯视结构示意图。
18.图2所示为本技术一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架的剖视结构示意图。
19.图3所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架结构示意图。
20.图4所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架结构示意图。
21.图5所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架结构示意图。
22.图6所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架的结构示意图。
23.图7所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架结构示意图。
24.图8所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架的剖视结构示意图。
25.图9所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托
架的结构示意图。
26.图10所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架的剖视结构示意图。
27.图11所示为本技术一实施例提供的一种水平定向钻机。
28.图12所示为传统技术中水平定向钻机的钻杆装配时钻杆被取放组件放置在钻架上的俯视示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.图1所示为本技术一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置的俯视结构示意图。图2所示为本技术一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架的剖视结构示意图。如图1和图2所示，包括：钻架21以及钻杆托架1；其中，钻杆托架1安装在钻架21上，构造为承载钻杆70；其中，钻杆托架1包括：吸引件2，吸引件2构造为吸引钻杆70。
31.本实施例在使用时，吸引件2可以装配在钻杆托架1的内部或表面，图2中仅示出吸引件2设置在钻杆托架1内部的实施方式，钻杆70放置在钻杆托架1上时，钻杆托架1对钻杆70起到支撑作用。吸引件2能够对放置在钻杆托架1上的钻杆70产生吸引力，从而使得钻杆70能够更稳定地放置在钻杆托架1上。并且，在钻杆托架1承托钻杆70时，吸引件2能够将钻杆70吸引住，增加钻杆70和钻杆托架1之间的作用力，以增加钻杆托架1与钻杆70之间的最大静摩擦力，进而增加对钻杆70所能施加的扭矩。从而在钻机需要与钻杆70进行对接安装时，防止钻杆70发生转动，且固定钻杆70使得钻杆70不易下滑，有利于钻杆的装配工作。
32.本实施例中，在钻杆70与钻机的对接安装时，无需通过钻杆托架1与机械臂的抓手共同作用才能固定钻杆，机械臂的抓手只需要将钻杆放入钻杆托架所在的区域后即可脱离，由钻杆托架来完成夹持钻杆的工作，避免了可能存在的钻杆托架1与抓手不同心问题导致的偏载力，同时抓手可更早脱离钻杆，进行下一根钻杆的抓取工作，进一步提升上卸钻杆的效率。
33.具体的，吸引件2可使用永磁体、电磁铁等多种类型的能够产生吸引力的部件，将吸引件2装配在钻杆托架1上，便可对钻杆70起到辅助固定的作用。
34.图3所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架结构示意图。如图3所示，该水平定向钻机钻杆托架装置进一步包括：侧方限位体4，以夹持姿态装配在钻杆托架1上，构造为：支撑钻杆70的侧边。本实施例在使用时，当钻杆70放置在钻杆托架1上时，侧方限位体4以夹持形式的姿态对钻杆70进行限位，侧方限位体4能够对钻杆70的侧边提供支撑，使得钻杆70不易从钻杆托架1上掉下。具体的，侧方限位体4可采用多种形态，例如两个夹持板、两根呈v字形布置的杆等，或多组呈v字形布置的杆，每组杆包括两根杆。当钻杆70放置在钻杆托架1上时，侧方限位体4能够将钻杆70夹持住从而将钻杆70固定住。在侧方限位体4夹持住钻杆70时，能够进一步地避免钻杆70发生转动，以及进一步提升对钻杆70的固定稳定性以避免钻杆70发生下滑，更便于钻杆70与钻机的对接安装工
作。
35.图4所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架结构示意图。如图4所示，侧方限位体包括：第一夹持板401和第二夹持板402；其中，第一夹持板401构造为安装在钻杆托架1的上表面，以支撑钻杆70的一侧；第二夹持板402构造为安装在钻杆托架1上表面的相对于第一夹持板401的对侧，以支撑钻杆70的另一侧；其中，第一夹持板401和第二夹持板402互相呈夹持姿态。
36.本实施例在使用时，钻杆70放置在钻杆托架1上后，钻杆70被第一夹持板401和第二夹持板402夹住，第一夹持板401和第二夹持板402能够对钻杆70起到固定作用，进一步使得钻杆70不易从钻杆托架1上掉下。在一些实施例中，侧方限位体可以包括多个第一夹持板401和多个第二夹持板402，所有第一夹持板401处于钻杆70的一侧，所有第二夹持板402处于钻杆70的另一侧，多个第一夹持板401和多个第二夹持板402对钻杆70进行夹持。采用第一夹持板401和第二夹持板402形成上大下小的开口，共同夹持的方案，可以利用钻杆70本身的重力，以及吸引件2对钻杆70的吸引力，使得第一夹持板401和第二夹持板402产生较大的支持力，从而可以使得第一夹持板401和第二夹持板402产生较大的静摩擦力，进一步增加了对钻杆70所能施加的扭矩。从而在钻机需要与钻杆70进行对接安装时夹住钻杆70，防止钻杆70发生转动，以及进一步提升对钻杆70的固定稳定性以避免钻杆70发生下滑。
37.图5所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架结构示意图。如图5所示，第一夹持板401的朝向第二夹持板402的表面为弧面，第一夹持板401的弧面构造为支撑钻杆70的一侧；第二夹持板402的朝向第一夹持板401的表面为弧面，第二夹持板402的弧面构造为支撑钻杆70的另一侧。
38.本实施例中，第一夹持板401构造成图5中的第一弧形体403，第二夹持板402构造成图5中的第二弧形体404；第一弧形体403构造为安装在钻杆托架1的一侧，第一弧形体403朝向钻杆70的弧形表面支撑钻杆70的一侧；第二弧形体404构造为安装在钻杆托架1的相对于第一弧形体403的对侧，第二弧形体404朝向钻杆70的弧形表面支撑钻杆70的另一侧；其中，第一弧形体403和第二弧形体404互相呈夹持姿态。
39.本实施例在使用时，钻杆70放置在钻杆托架1上后，钻杆70被第一弧形体403和第二弧形体404夹住，第一弧形体403和第二弧形体404能够对钻杆70起到固定作用，进一步使得钻杆70不易从钻杆托架1上掉下。并且，第一弧形体403和第二弧形体404与钻杆70的接触面为弧形，能够增大与钻杆70的接触面积，一方面可以起到更好的固定作用，另一方面可以防止钻杆70晃动时与第一弧形体403、第二弧形体404相互碰伤。并且，较大的接触面积能够进一步地避免钻杆70发生转动，以及提升对钻杆70的夹持稳定性以避免钻杆70发生下滑，更便于钻杆70与钻机的对接安装工作。
40.在本实施例中，可以通过各种模具制造工艺，使得第一弧形体403和第二弧形体404朝向钻杆70的弧面与钻杆70弧面相匹配，从而能够对钻杆70更好地提供支撑作用。
41.图6所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架的结构示意图。如图6所示，吸引件包括：第一电磁铁201；第一电磁铁201安装于钻杆托架1，第一电磁铁201构造为从下方吸引钻杆70，或解除从下方对钻杆70的吸引力。
42.本实施例在使用时，位于钻杆托架1的第一电磁铁201从下方对钻杆70进行吸引，可通过控制第一电磁铁201的电流通断来控制第一电磁铁201对钻杆70的吸引力的产生和
解除。当需要产生吸引力附住固定钻杆70时，第一电磁铁201通电即可。当需要取下钻杆70时，第一电磁铁201断电即可。在本实施例中，侧方限位体可采用金属材料制成，其能够被第一电磁铁201磁化，磁化后的侧方限位体能够从侧方对钻杆70产生吸引力，进一步提升对钻杆70的支撑及固定的稳定性，以及进一步防止钻杆70发生转动。
43.图7所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架结构示意图。该水平定向钻机钻杆托架装置进一步包括：防滑垫5，安装于钻杆托架1和/或侧方限位体4朝向钻杆70的表面上。如图7所示，防滑垫5安装于钻杆托架1和侧方限位体4朝向钻杆70的表面上。
44.本实施例在使用时，当钻杆70放置在钻杆托架1上时，防滑垫5能够增大钻杆70与钻杆托架1的摩擦系数，吸引件能够增大钻杆70与钻杆托架1的正压力，在吸引件和防滑垫5的共同作用下，使得钻杆70更不易发生转动。具体的，防滑垫5同时设置在钻杆托架1和侧方限位体4的表面上，在侧方限位体4上的防滑垫5对钻杆70的静摩擦作用下，以及侧方限位体4对钻杆70的夹持的正压力作用下，钻杆70更不易发生转动。在一些实施方式中，还可以仅仅将防滑垫5设置在钻杆托架1或侧方支撑体4上，也可以起到增加摩擦力的作用。
45.图8所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架的剖视结构示意图。如图8所示，吸引件包括第二电磁铁202，第二电磁铁202构造为安装于侧方限位体4，从侧方吸引钻杆70，或解除从侧方对钻杆70的吸引力。
46.本实施例在使用时，位于侧方限位体4的第二电磁铁202对钻杆70从侧方对钻杆70进行吸引，从而进一步加强钻杆托架1对钻杆70的固定稳定性，进一步使得钻杆70不易从钻杆托架1上掉下。当需要解除从侧方对钻杆70的吸引力时，第二电磁铁202断电即可。也可在侧方限位体4中设置永磁体而不设置第二电磁铁202，但设置永磁体时，仅能起到对钻杆70的吸引固定作用。
47.图9所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架结构示意图。如图9所示，钻杆托架1进一步构造为：设置有匹配钻杆70的凹槽101，凹槽101凹陷于钻杆托架1的上表面，凹槽101的宽度从上向下逐渐减小。
48.本实施例在使用时，在钻杆托架1上开设的凹槽101能够对钻杆起到辅助固定的作用，吸引件2和凹槽101共同作用下能够使得钻杆更加稳定地放置在钻杆托架1上，凹槽101也能够一定程度地防止钻杆脱离钻杆托架1。上大下小的凹槽101还具有引导钻杆落入凹槽101的功效，在吸引件2和凹槽101的共同作用下，钻杆被引导落入凹槽101中。本实施例中，还可以在凹槽101表面上设置防滑垫，从而进一步防止钻杆70落入凹槽101中发生转动。
49.在一些实施例中，钻杆托架1上开设有凹槽101，并且在凹槽101的两侧设置第一弧形体403和第二弧形体404，凹槽101、第一弧形体403和第二弧形体404三者的弧面相接从而构成一个完整的弧面，该弧面能够匹配钻杆70，使得钻杆70与凹槽101、第一弧形体403和第二弧形体404的相接面积更大，从而使得钻杆70放置得更稳定。本实施例中，还可以在凹槽101表面上设置防滑垫，并在第一弧形体403和第二弧形体404表面上设置防滑垫，由于在本实施例中钻杆70与凹槽101、第一弧形体403和第二弧形体404的接触面积大，钻杆70更不易发生转动，并且提升对钻杆70的夹持稳定性以进一步避免钻杆70下滑。
50.图10所示为本技术另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆托架装置中的钻杆托架的剖视结构示意图。如图10所示，吸引件还可采用负压吸附的方式，该方式一般可用于
钻杆70本体较为轻便的实施例中，采用负压吸附装置设置在钻杆托架1和侧方限位体4中，负压吸附装置构造为在钻杆托架1表面上和侧方限位体4表面上产生负压，以将钻杆70吸附在钻杆托架1表面上和侧方限位体4表面上。具体的，负压吸附装置进一步包括抽风机203、导风管道204：抽风机203用于提供吸附动力；导风管道204与抽风机203的抽风口连接；抽风嘴205设置于钻杆托架1表面上和侧方限位体4表面上，抽风嘴205与导风管道204的另一端连通，抽风嘴205构造为在钻杆托架1表面上和侧方限位体4表面上产生负压，以将钻杆70吸附在钻杆托架1表面上和侧方限位体4表面上。
51.本实施例在使用时，抽风机203工作时进行抽风，抽风动力通过导风管道204传导至抽风嘴205，抽风嘴205在钻杆托架1和侧方限位体4表面形成负压，从而对钻杆70产生吸附力，当钻杆70放置在钻杆托架1上时，整个负压吸附装置对钻杆70产生吸力，从而起到辅助固定的作用。
52.图11所示为本技术一实施例提供的一种水平定向钻机。在一些实施例中，如图11所示该水平定向钻机钻杆托架装置进一步包括：升降机构12，安装于钻架21，升降机构12的动力输出端与钻杆托架1连接；钻架21包括：托架容纳腔(图中未示出)，构造为对下降后的钻杆托架1进行收纳。
53.本实施例在使用时，不需要使用钻杆托架1时，升降机构12下降，以钻杆托架1收纳在托架容纳腔中。需要使用钻杆托架1时，升降机构12抬升以将钻杆托架1升至工作位置。升降机构12可以装配在钻架21的托架容纳腔内，升降机构12升降过程中可带动钻杆托架1进入或离开钻架21内的托架容纳腔。
54.图11本技术还提供一种水平定向钻机，如图11所示，该水平定向钻机包括上述水平定向钻机钻杆托架装置、动力头92和底盘99；其中，水平定向钻机钻杆托架装置用于承托钻杆抓取装置运输的钻杆70；动力头92装配在钻架21的一端，构造为装配钻杆并驱动钻杆70转动；底盘99装配在钻架21底部，构造为支撑钻架21。
55.本实施例在使用时，动力头92处于钻架21的被抬起的一端，用于连接刚刚放置在水平定向钻机钻杆托架装置上的钻杆70，并将其连接到已经钻入地面的钻杆中，并带动这些钻杆旋转。
56.在一些实施例中，如图11所示，进一步包括：顶升器98，安装在所述底盘99上，顶升器98的动力输出端与所述钻架21连接，构造为顶升所述钻架21以调整所述钻架21的倾角。
57.本实施例在使用时，底盘99上设置的顶升器98能够将钻架21的一端抬起从而调整钻杆的角度，顶升器98可采用升降液压缸；其中，当钻杆托架1的数量为两个或大于时，需要将钻杆70与这些钻杆托架1的承托区域的中心的连线对齐。
58.在水平定向钻机的实施例中，需要在钻机上装配钻杆70时，升降机构12将钻杆托架1上升至工作位置。机械臂80带动取放组件30，取放组件30带动钻杆70离开钻杆70存放的位置，并移动到钻架21的钻杆托架1上方。机械臂80带动钻杆70与至少两个钻杆托架1的开口中心的连线对齐。然后机械臂80带动取放组件30下降，将钻杆70放入到钻杆托架1中，取放组件30释放钻杆70并远离钻杆70，之后动力头92与钻杆70对接。
59.在传统技术中，如图12所示，水平定向钻机的动力头92进行装配钻杆70时，钻杆70需处于稳定状态，需要取放组件30与钻杆托架1共同固定钻杆70，钻杆托架1用于承托钻杆70，取放组件30用来握紧钻杆70防止钻杆70在装配过程中发生转动。这个过程中，如果取放
组件30握持钻杆70的方向，与两个钻杆托架1连线的方向不重合，可能存在钻杆70上产生偏载力。图12所示为传统技术中水平定向钻机的钻杆装配时钻杆被取放组件放置在钻架上的俯视示意图。图12中竖直方向的点划线表示两个钻杆托架1的连线，偏离竖直方向的点划线表示取放组件30握持钻杆70的方向。而钻杆托架1、取放组件30和钻杆70都要承担这个偏载力，可能会对钻杆70、钻杆托架1、机械抓手或动力头92发生损坏。
60.而本技术的该钻杆托架1在稳定承托钻杆70的同时，其吸引力能够防止钻杆70发生转动，避免了这类问题。而且，采用钻杆托架1来承担钻杆70在与动力头92连接时的固定功能，也可以有利于取放组件30尽早释放钻杆70，使得取放组件30可以及早进行下一根钻杆70的取放工作，提高了钻杆70的取放效率。
61.当需要拆卸钻杆时，采用与上述流程相反的动作流程，在此不再赘述。
62.以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
63.本技术中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
64.还需要指出的是，在本技术的装置和设备中，各部件是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方案。
65.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此实用新型的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
66.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本技术的保护范围之内。