CN100338333C - 油田修井自动作业装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的、具有环保功能的油田修井自动作业装置。主要包括下自封、动力卡瓦、上自封、多用三通、防喷器、液压链钳、套筒吊卡、机械臂、机械手、抽油杆导向机构、抽油杆装卸定位筒、抽油杆自封导轨及自动控制系统等组成。该装置可实现油管和抽油杆的自动卡紧、上卸、抓起、下放、对接油管和抽油杆的油田修井自动作业装置，并且能够防止原油和污水污染井场。既提高油井维修工作效率，又减少工人的劳动强度和危险性，对于油田修井作业具有十分重要的意义。

Description

油田修井自动作业装置

一、技术领域：本发明公开了一种用于油田修井作业中自动卡紧、上卸、抓起、下放、对接油管和抽油杆的油田修井自动作业装置。

二、背景技术：目前油田修井作业基本上是人工作业，需人工倒换油管或抽油杆吊卡、摘挂吊环、推拉液压钳、推拉小滑车、油管、抽油杆对接，工作强度大，需要人员多，工作效率低，工作环境恶劣，在油井维修作业中遇到油套管有溢流或大风雨雪天气时，不但会影响正常作业，还会造成井内液体喷洒井场、无法对接油管，形成环境、人员、设备的污染。目前还没有发现有类似的自动作业装置。

三、发明内容：本发明的目的就是针对现有油田修井作业存在的上述缺陷，提供一种新型环保的油田修井自动作业装置。

本发明的技术方案通过下列方式实现的：

本发明包括安装在井口上方的游动滑车、吊环、吊卡、支撑架组成的悬吊装置和安装在井口上的油管自封、液压钳，该装置还包括在油管下自封和液压钳之间由法兰连接的动力卡瓦、多用三通，安装在吊座一侧的机械手和机械臂，以及自动控制装置，所述机械手包括驱动机构和夹持机构，夹持机构为左右两半结构，每半包括三层法兰半环，法兰环之间有数根支撑杆穿过，相邻两层法兰间支撑杆上装有夹持滚柱座，夹持滚柱座内侧凹槽内装设夹持滚柱，夹持滚柱外形加工有多道凹凸结构，中间有夹持滚柱轴穿过，该轴两端固定于夹持滚柱座上下两端，夹持滚柱座可沿支撑杆上下滑动，夹持滚柱座下面支撑杆上套有复位弹簧，保持夹持滚柱座处于支撑杆上端，机械手后部为驱动装置，驱动器安装于固定的驱动柄上，驱动器通过推杆连接卡紧块，卡紧块的另一侧与转动驱动柄接触，驱动电机将卡紧块推至外止点，机械手卡紧，机械手闭合后，夹持滚柱外侧母线位于同一圆周上，支撑杆对称位于一锥面的母线上；机械臂包括机械臂主臂、机械臂副臂和机械臂驱动机构、机械臂刹车机构，机械臂主臂结构为中空的圆形杆，机械臂主臂内装有主臂汽缸，气缸活塞杆下端与机械臂副臂相连，机械臂下端与机械手铰接，机械臂主臂可绕机械臂上端轴转动，上端轴一端接入变速箱，另一端连接刹车装置的传动凸轮，刹车装置通过底座安装于吊座的可转支撑板上，变速箱安装在可转支撑板上与刹车装置相对的一侧，可转支撑板套在吊座下部圆柱部分外侧，可绕该圆柱外圆转动；所述动力卡瓦包括动力卡瓦箱体、卡瓦座、卡瓦、卡瓦驱动机构；多用三通上、下分别装有位移传感器，一侧设有泻流管口；自动控制装置由可编程控制器PLC和传感器、控制电路组成。

本发明的方案中还包括：液压钳为液压链钳结构，包括上下两部分，下部由弹簧支腿和连接法兰与多用三通连接，上部为液压钳主体，液压钳主体包括驱动机构、控制电路和管件卡紧机构组成；油管下自封为油管内置自封结构，由油管挂内锥面和装置在油管挂内锥面内的胶皮芯子、支撑环和密封圈组成。悬吊装置还包括连接在吊座下部的套筒吊卡主体，套筒吊卡主体是一个圆筒体，下端部设有导向斜面，在导向斜面上方径向开设两个以上凹槽，每个凹槽内插入一块卡牙，卡牙为长方体，内端面为斜面、中部自上而下开有卡牙驱动槽，其中一面为导向斜面，推杆从其中穿过，弹簧片、卡牙驱动辊分别安装于推杆上左右相对的一侧，并嵌入到卡牙驱动槽中，其中卡牙驱动辊与卡牙导向斜面滑动接触，推杆的下端从套筒下部穿出与推环连接，卡牙止动和复位机构由触柄、锁定块及压紧弹簧径向装于套筒吊卡主体的最下部。在油管套筒吊卡内安装有芯管主体，在吊座上面装有芯管驱动机构，芯管主体为一中空的管子，其下端为连接头，连接头的最下端为与油管端部孔配合的密封锥，密封锥后部为止推轴承结构，芯管向上从芯管驱动机构穿出：芯管驱动机构通过止推轴承固定于套筒吊卡顶部的承重凸缘上，主要由驱动马达、主动齿轮、从动齿轮、壳体及止动柄组成，从动轮通过止推轴承座于壳体底板上，上面由固定在壳体顶板内的导轮导向，中间设有螺纹孔，与芯管上部预制的螺纹旋转配合。动力卡瓦的驱动机构固定在卡瓦箱体的外侧，包括驱动器、推杆、螺套、螺杆、复位弹簧、齿轮、卡瓦驱动杆、辅助换牙装置，驱动器输出端与推杆连接，推杆左右两端水平推动相应螺套，螺套装于长螺杆上，长螺杆外套有复位弹簧，长螺杆后部装有齿轮，齿轮与卡瓦驱动杆上的齿条相啮合，辅助换牙装置装于箱体的两侧，辅助换牙装置由拉杆、拉杆鞘及固定螺母组成，拉杆外端固定于动力卡瓦箱体密封盖侧面，并用固定螺母上紧，拉杆由拉杆鞘固定于动力卡瓦箱体侧壁上，拉杆可在拉杆鞘内滑动，拉杆鞘起支撑和导向的作用，拉杆末端有防脱结构；密封盖和卡瓦座用螺栓相连；动力卡瓦座为半锥环结构，座于动力卡瓦箱体下部支撑面上，两侧面可沿动力卡瓦箱侧壁滑动，内侧为带燕尾槽的锥面，左右各一个，卡瓦由卡瓦体和卡瓦牙组成，卡瓦体为半锥环结构，外侧横断面为燕尾结构，与动力卡瓦座内壁的燕尾槽配合，卡瓦可沿卡瓦座内壁上下滑动，卡瓦牙嵌入卡瓦体内侧的沟槽中，为半阶梯柱环结构。该装置还包括连接在液压钳与多用三通之间的防喷器，该防喷器包括封管器、封口器和密封圈三部分，其主体通孔为圆柱形，上、下端法兰分别与液压钳和多用三通连接，封管器为两半闸板，闸板内侧为密封橡胶，密封橡胶中部为半圆形凹陷，封口器镶于封管器上部的槽中，左右各有一半小闸板，在封管器上部槽中滑动，两半小闸板后端装有弹簧，将两块闸板卡紧，密封圈为内径小于油管活动吊卡的橡胶圈，装于防喷器上端法兰的内壁，防喷器前后各装一个闸板驱动汽缸，驱动汽缸的活塞杆端部通过一螺栓与封管器问板外端侧面相连，汽缸中部装有公共进、排气管，两端侧壁装有相应侧的进、排气管，防喷器侧面用密封壳封闭，形成密闭的空间。液压钳的驱动机构包括驱动马达控制盒、驱动马达、主动齿轮、从动齿轮、从动齿轮导轮、链轮换向器、摩擦轮、链条、链轮传动轮、链轮、卡牙拉紧钢丝、摩擦轮导轮、卷轴弹簧连接板、卷轴弹簧、卡牙导向杆，驱动马达及控制盒装于液压钳壳体上部一侧，主动齿轮轴的下端与主动齿轮连接，从动齿轮与主动齿轮外啮合，从动齿轮通过轴承支撑于摩擦轮上，从动齿轮上面凹槽中嵌有许多导轮，导轮环形安装在壳体上部内壁上，摩擦轮内壁对称装有可以内外移动的卡牙座，卡牙装于卡牙座内侧，卡牙座外侧由链条围绕，卡牙座其外侧下端通过钢丝绳与复位卷轴弹簧相连，卡牙座其外侧上端装有卡牙导向杆，卡牙导向杆为内外两节结构，外节在摩擦轮中滑动，内节在外节中滑动，链条的一端与摩擦轮的内侧相连，另一端缠于链轮上，链轮传动齿轮位于从动齿轮外侧与主动齿轮相对的一端，并与从动齿轮啮合，与链轮装于同一转轴上，该轴的上端装有换向器。在液压钳的摩擦轮的外侧安装有计数器，在液压钳主体底板下部的一侧安装定位传感器。机械手还包括机械手卡紧块、机械手电机、机械手芯轴、机械手连接板、机械手止转销安装座、机械手止转销驱动汽缸、机械手止转销、机械手连接轴、夹持滚柱、夹持滚柱座、支撑杆、复位弹簧、导向片、夹持滚柱轴，机械手通过连接板、连接轴及机械手安装杆安装于与机械臂的副臂下端，机械手连接轴装有销轴止转装置，销轴止转装置由机械手止转销驱动汽缸、与汽缸联动的止转销和机械手连接轴上的孔插接配合；机械手为左右两半结构，左右两半壳体可绕芯轴转动；机械手后部的卡紧块为楔块结构，卡紧块后部与驱动器相连，夹持滚柱外壁上加工有多道凹凸结构。机械臂驱动机构和机械臂刹车机构装置在吊座的一侧可转支撑板上，机械臂驱动机构包括驱动电机和装置在变速箱体内的驱动轴轮、从动轮和机械臂轴，机械臂轴向一侧延伸后，分别与机械臂主臂和机械臂刹车机构连接；机械臂刹车机构为自反馈液压阻尼结构，包括刹车传动凸轮、下油缸、刹车柱塞、弹簧、单向阀、刹车上油缸和连接在上下油缸之间的调节阀组成，刹车传动凸轮固定在机械臂轴上。连接在上下油缸之间的调节阀是电动调节阀，连接回路上同时连接有流量传感器，与电动调节阀配合。机械手安装杆与机械臂副臂之间通过左调节螺母和右调节螺母固定，在相邻夹持滚柱座之间安装有机械手卡紧传感器。套筒吊卡装置下部还连接有抽油杆套筒吊卡，它包括上部卡紧连接端、中间接管、吊卡外体、卡牙推杆、卡牙内推弹簧片、抽油杆卡牙、卡牙止动复位机构、推杆复位弹簧、推环、推杆锁定块卡紧弹簧、推杆锁定块、触柄，上部连接端与油管接箍结构相同，可卡入油管套筒吊卡，下部吊卡部分与油管套筒吊卡下部相同，但结构尺寸与抽油秆相适应，中部为连接管。动力卡瓦箱体上部连接法兰内装有上自封和上自封顶丝。套筒吊卡上部卡入吊座，套筒吊卡可以在吊座中转动和上下滑动，吊座向上通过吊环与游动滑车相连，吊座一侧通过连接板与滑轮架连接，滑轮卡入导轨的槽内，导轨垂直固定于支撑架，导轨包括导轨底座、液压千斤顶、导轨本体、固定螺栓、导轮架、液压连杆、导轮，吊座一侧通过连接板与导轮架连接，导轮架两侧各装两个导轮，导轮卡入导轨主体工字型钢凹槽内，并可在槽内滚动。芯管顶部为倒“L”弯管结构，其外伸端部接有一阀门，阀门另一端接有一能与软管连接的短管。油管下自封由胶皮芯子与钢制支撑环制成一个整体，钢制支撑环的外壁为与油管挂内表面相配合的锥面，锥面上开密封槽，嵌入紫铜圈。动力卡瓦机构中的上自封由胶皮芯子与钢制支撑环制成一个整体，钢制支撑环的外壁为与油管挂内表面相配合的锥面，锥面上开密封槽，嵌入紫铜圈。进行抽油杆装卸时，油管套筒吊卡下部还卡入抽油杆套筒吊卡，井口法兰以上依次为抽油杆自封、动力卡瓦、抽油杆装卸定位筒、液压链钳、抽油杆导向机构。抽油杆自封由下法兰、筒体、胶皮芯子、压盖和上法兰组成，下法兰与井口法兰配合，并与筒体焊接连接，胶皮芯子装于筒体内，其上部锥面相互配合，压盖置于胶皮芯子上面，压盖上端面与上法兰接触，上法兰与筒体通过法兰连接，拧紧上法兰同时使压盖压紧胶皮芯子。抽油杆装卸定位筒上法兰与液压链钳下法兰连接，下法兰与动力卡瓦上法兰连接，定位筒中部装设抽油杆下定位传感器。液压链钳上盖上装有抽油杆导向机构，抽油杆导向机构左右各一套，每套装置由支座、汽缸、汽缸控制盒、导向块、活塞杆端连接板、导向锥组成，支座下端通过螺栓与液压链钳上盖连接，上面与汽缸连接，活塞杆穿过导向块与端部连接板相连，连接板与导向锥通过螺栓连接。

该装置的主要优点有：1)上下自封都是内置式自封，在起下大直径的井下工具时，与现自封相比省去了拆卸自封壳体的环节；2)在带溢流作业时，多用三通可疏导油管内液体流向污油池，芯管密封锥可以密封油管，防止油管内液体空中喷散，污染设备和井场，并且在发生井喷时，芯管密封头可以迅速密封油管，接上水龙带(或其它管线)放喷或压井；3)液压链钳为链条缠绕卡紧式，因此卡紧的范围比较大，可以上卸大于或小于油管直径的井下工具；4)动力卡瓦与套筒吊卡配合无需倒换吊卡和摘挂吊环；5)机械臂和机械手抓举、下放和对接油管功能，省去了推拉小滑车、人工对接油管环节；6)导轨在抵消机械臂扭矩的同时，还可以保证机械臂在大风天气准确的对接油管、套筒吊卡准确对准井口抓起油管，实现了全天候作业；7)机械臂可绕吊座下部圆柱外周转动，能充分利用井场油管排布空间；8)能够充分利用现有的主要修井设备，如通井机、井架和游动滑车等，造价低，经济效益好；结构紧凑，工作效率高，可减少工人的劳动强度和危险性。

四、附图说明：

图1是油田修井自动作业装置示意图；图2是下自封结构示意图；图3是动力卡瓦结构示意图；图4是图3中A-A剖视结构示意图；图5是图4中B-B剖视结构示意图；图6是图5中C向示意图；图7是多用三通结构示意图；图8是防喷器结构示意图；图9是图8中A-A剖视结构示意图；图10是液压链钳结构示意图；图11是图10中A-A剖视结构示意图；图12是机械手结构示意图；图13是图12中A-A剖视结构示意图；图14是图12中B-B剖视结构示意图；图15是机械臂结构示意图；图16是图15中G-G剖视结构示意图；图17是图16中H-H剖视结构示意图；图18是油管套筒吊卡结构示意图；图19是抽油杆套筒吊卡结构示意图；图20是导轨结构示意图；图21是图19中A向视图；图22是图19中F-F剖视结构示意图；图23是控制系统设备配置示意图；图24是油管作业设备配置示意图；图25是抽油杆作业设备配置示意图；图26是抽油杆自封结构示意图；图27是是抽油杆导向机构；

五、具体实施方式：

下面参照附图，作进一步描述：

依据本发明的一实施例如图1所示，其中1是下自封，2是动力卡瓦，3是多用三通，4是防喷器，5是液压链钳，6是机械手，7是机械臂，8是油管套筒吊卡，9是机械臂驱动系统，10是机械臂刹车装置，11是游动滑车，12是吊环，13是吊座，14是连接板，15是导轮，16是导轨，17是抽油杆套筒吊卡，18是抽油杆，19是机械手止转装置，20是导轨辅助调节机构，21是液压链钳连接法兰，22是防喷器上法兰，23是防喷器下法兰，24是多用三通上法兰，25是多用三通下法兰，26是动力卡瓦上法兰，27是动力卡瓦下法兰，28是井口法兰，29是油管挂座。下自封1可下入井口油管挂座29中，动力卡瓦2下法兰27与井口法兰28连接，动力卡瓦2上法兰26与多用三通3下发法兰25连接，防喷器4通过其下法兰23固定于多用三通3上法兰24上，防喷器4上法兰22与液压链钳5下部连接法兰21连接，动力卡瓦2、多用三通3、防喷器4、液压链钳5中心线为同一直线。机械手6上端与机械臂7铰接，机械臂7安装在机械臂驱动系统9的输出轴上，机械臂驱动系统9及机械臂刹车装置10分别装于吊座13一侧的可转支撑板上，油管套筒吊卡8上部卡入吊座13中，吊座13向上通过吊环12与通井机游动滑车11相连，吊座13另一侧连接板14与导轮15连接，导轮15卡入导轨16两侧的槽内，导轨16垂直固定于井口附近，并通过辅助支撑机构20支撑于井架上。

下自封1结构如图2所示，其中30是钢制支撑环，31是胶皮芯子，32是紫铜密封圈，33是顶丝，34是油管挂座内锥面。胶皮芯子31与钢制支撑环30制成一个整体，钢制支撑环30的外侧为与油管挂座内锥面34相配合的锥面，其上嵌入紫铜圈32。

动力卡瓦2如图3、4、5、6所示，其中35是卡瓦驱动杆末端密封，36是动力卡瓦箱体，37是卡瓦座，38是卡瓦体，39是卡瓦牙，40是上自封，41是顶丝，42是卡瓦驱动机构，43是卡瓦座连接螺栓，44是密封端盖，45是电驱动器(或气动驱动器)，46是推杆，47是螺套，48是复位弹簧，49是长螺杆，50是密封装置，51是齿轮，52是卡瓦座锁定机构，53是卡瓦驱动杆，54是燕尾槽结构，55是拉杆固定螺母，56是拉杆鞘，57是拉杆，58是油管(或抽油杆)。动力卡瓦箱体36支撑卡瓦座37和动力卡瓦(38，39)，并形成一个密封腔防止油污漏出。卡瓦座37为半锥环结构，座于动力卡瓦箱体36下部的支撑面上，两侧面可沿动力卡瓦箱36侧壁滑动，内侧为带燕尾槽54的锥面，左右各一个。卡瓦由卡瓦体38和卡瓦牙39组成，卡瓦体38为半锥环结构，由高强度钢制成，其外侧面为与卡瓦座37内壁配合的燕尾结构54，卡瓦(38，39)可沿卡瓦座37内壁上下滑动，卡瓦牙39嵌入卡瓦体38内侧的沟槽中，为半阶梯柱环结构，由铁基摩擦片制成，内壁卡紧油管(或抽油杆)58，卡瓦牙39可根据不同作业对象(油管或抽油杆)进行更换。卡瓦驱动机构42装于动力卡瓦箱体36的一侧，主要部件包括电驱动器(或气动驱动器)45、推杆46、螺套47、复位弹簧48、长螺杆49、齿轮51、卡瓦座锁定机构52、卡瓦驱动杆53，电驱动器(或气动驱动器)45端部与推杆46连接，推杆46左右两端轴向推动相应螺套47，螺套47装于长螺杆49上，长螺杆49后部装有齿轮51，齿轮51与卡瓦驱动杆53上的齿条相啮合。电驱动器(或气动驱动器)45推动螺套47外侧端面，使长螺杆49和齿轮51转动，带动卡瓦驱动杆53、卡瓦(38、39)下行卡住油管(或抽油杆)58，同时借助油管(或抽油杆)58自身重力摩擦力将其卡紧；卡瓦驱动力解除，司机上起油管，卡瓦(38、39)在复位弹簧48及与油管(或抽油杆)58的上行磨擦力作用下复位，松开油管(或抽油杆)58。卡瓦驱动杆53下端设密封装置35。动力卡瓦箱体36上部连接管内装有上自封40，上自封用顶丝41固定，用于密封油管和箱体间的环形空间，保持卡瓦清洁。辅助换牙装置由拉杆57、拉杆鞘56及固定螺母55组成，拉杆57外端固定于动力卡瓦箱体36密封盖44侧面，并用固定螺母56上紧，拉杆57由拉杆鞘56固定于动力卡瓦箱体36侧壁上，拉杆57可在拉杆鞘56内滑动，拉杆鞘56起支撑和导向的作用，拉杆57末端有防脱结构；密封盖44和卡瓦座37用螺栓相连，密封盖44拆下后，在拉杆鞘56的支撑和导向作用下，可将动力卡瓦(38、39)及卡瓦座整37体拉出，可方便地进行换牙和检修工作或让开井口便于大直径的井下工具的起下。

多用三通3如图7所示，其中59是三通本体，60是多用三通上定位器传感器，61是油管接箍，62是泻流管口，63是多用三通下定位器传感器。多用三通3内装有多用三通上定位器传感器60和多用三通下定位器传感器，通过传感器61、63可将油管接箍61定位于多用三通3的上部；三通本体59一侧设有泻流管口52，该管口可与软管连接，用于辅助放喷。

防喷器4如图8、9所示，其中64是封管器密封橡胶，65是封管器，66是封口器，67是密封圈，68是封口器弹簧，69是驱动汽缸，70是左进、排气管，71是中间公共进、排气管，72是右进、排气管，73是活塞杆，74是连接螺栓，75是密封盖。防喷器4的主体通孔为圆柱形，从下到上依次为封管器65、封口器66和密封圈67。封管器65为两半闸板，闸板内侧为带半圆形凹陷的密封橡胶64形成的，封口器66镶于封管器65上部的槽中，左右各有一半小闸板，封口器66可在封管器65上部的槽中滑动，封口器66两半小闸板后端装有弹簧68，将封口器66两块闸板卡紧；密封圈67为内径略小于油管套筒吊卡8的橡胶圈，装于防喷器4上端法兰22的内壁。防喷器4前后各装一个闸板驱动汽缸69，驱动汽缸69的活塞杆73端部通过一螺栓74与封管器65闸板外端侧面相连，汽缸中部装有公共进、排气管71，两端侧壁装有相应侧的进、排气管(70、72)，汽缸69双向作用，使封管器65和封口器的闸板反复开启、关闭；汽缸及相关部件由密封盖75封装，以实现密封。

液压链钳5如图10、11所示，其中76是弹簧支腿，77是主动齿轮，78是主动齿轮轴，79是驱动马达控制盒，80是驱动马达，81是液压链钳壳体，82是链条，83是从动齿轮轴承，84是从动齿轮，85是从动齿轮导轮，86是链轮换向器，87是链轮传动轮，88是摩擦轮，89是链轮轴，90是链轮，91是计数器，92是抽油杆定位传感器，93是卡牙，94是卡牙座，95是卡牙复位钢丝绳子，96是摩擦轮导轮，97是摩擦片，98是卷轴弹簧，99是卡牙导向杆，100是油管(或抽油杆)。液压链钳5包括上下两部分，下部由弹簧支腿76和连接法兰21组成，上部为液压链钳5主体。驱动马达80及控制盒79装于液压链钳5壳体81上部一侧，控制盒79控制液压马达80的进油压力、转换进油方向，根据要求变换油管和抽油杆的上卸扭矩和液压马达80的转动方向，以完成油管和抽油杆的上卸。液压马达80轴的下端与主动齿轮轴78的上端通过套筒式联轴器连接，主动齿轮轴78的下部安装主动齿轮77，从动齿轮84与主动齿轮77外啮合，从动齿轮84下端通过轴承83支撑于摩擦轮88上，其上端开有环形槽，安装在壳体上部内壁的多个环形排布的导轮85嵌入从动齿轮84上部的环形槽中，从动齿轮84转动时环形槽内壁(或外壁)摩擦导轮外径使导轮转动，从而对从动齿轮84起到定位和引导作用。在壳体81底面环形安装多个磨擦轮导轮96上，磨擦轮导轮96上端面用螺钉固定环形摩擦片97，磨擦轮88下部环形槽顶面支撑在环形摩擦片97上，环形槽侧面支撑于磨擦轮导轮96侧面上，并可绕磨擦轮导轮96形成的环形轨道运动，磨擦轮导轮用于支撑、定位和引导磨擦轮转动；磨擦轮88支撑装于其上的部件，在卡紧油管时通过与磨擦片97产生的磨擦力，使磨擦轮88不动，从而使链轮90缠紧链条82、收紧卡牙93，卡紧油管。卡牙93嵌在卡牙座94上，卡牙座94安装在卡牙导向杆99上，四个卡牙导向杆99以磨擦轮88圆心为中心对称的安装在磨擦轮88内侧，工作时只需要一对卡牙座94安装卡牙93，其余一对只起支撑链条82的作用，卡牙93可随上卸油管或抽油杆而进行更换。卡牙导向杆99分为两节，一节为套筒滑动安装于在磨擦轮88上部的槽中，另一节为实心杆安装在套筒内，两节都可伸缩，从而使卡牙座94沿导向杆的伸缩方向前后移动。卷轴弹簧98通过连接板安装在磨擦轮88下部，并通过卡牙复位钢丝绳95将卡牙座94拉紧。链条82一端固定在磨擦轮88内壁上，另一端沿磨擦轮88内侧从卡牙座94外侧穿过，形成一个链条圈将卡牙座94、卡牙93箍在圈内，然后与链轮90相接，链轮90的位置与链条固定端相对。链轮90通过传动轴89与链轮传动齿轮87连接，链轮传动齿轮87与从动齿轮84啮合，传动轴89上端装有换向器86；换向器86中间为压缩弹簧，两端为带有斜面的滑块，滑块和弹簧压缩装配于传动轴89上端的槽内：当液压驱动力切断后，在卷轴弹簧的拉力作用下，链条复位，并带动链轮90和传动轴89反转，使换向器斜面与传动齿轮做相对运动，形成超越离合，减少链条复位时的阻力；反之，当液压驱动力开启时，从动轮84带动传动轮87逆换向器86斜面转动，使滑块卡在传动齿轮87的键槽中，液压钳开始工作；换向器可根据上卸油管的要求，更换安装方向。液压链钳准备工作时，首先将换向器斜面调整到相应方向，驱动马达80依次带动主动齿轮77、从动齿轮84、链轮传动齿轮87、链轮90转动，同时链轮缠绕链条82，使链条82环不断收缩，并带动卡牙93、卡牙座94在导向杆99的支撑和引导下向油管收缩靠拢，最终使卡牙93卡紧油管(或抽油杆)；此时，链条82已绷紧、链轮90和链轮传动轮87已无法转动，链轮90、链轮传动轮87与从动轮84成为一体，跟随从动轮84带动链条90和磨擦轮88围绕油管转动，开始上卸油管。上卸油管完毕后，马达80关闭，卷轴弹簧98通过复位钢丝绳95拉动卡牙座94带动链条82复位。抽油杆接箍上定位传感器92安装于液压链钳壳体81底板下部一侧，可依据抽油杆接箍尺寸调节其相对于液压链钳卡牙93的高度，只须松开液压链钳上接箍定位传感器92两端的固定螺母，移动到合适高度，然后上紧。

机械手6是抓举油管和抽油杆的装置，如图12、13、14所示，其中101是机械手卡紧块，102是机械手驱动器，103是机械手芯轴，104是机械手连接板，105是机械手安装杆，106为左调节螺母，107为右调节螺母，108是机械臂副臂，109是机械手止转销安装座，110是机械手止转销驱动汽缸，111是机械手止转销，112是机械手连接轴，113是机械手卡紧传感器，114机械手壳体，115是夹持滚柱，116夹持滚柱座，117是支撑杆，118是复位弹簧，119是导向片，120是油管(或抽油杆)，121是夹持滚柱轴。机械手6为左右两半的钳形结构，包括驱动机构和夹持机构。驱动机构包括驱动器(电动或气动)102、卡紧块101、驱动柄和复位弹簧等部件，驱动器(电动或气动)102安装于固定驱动柄的中间部位，机械手卡紧传感器113安装在机械手芯轴103的中间部位上，驱动器102通过推杆连接卡紧块101，卡紧块的另一侧与转动驱动柄接触，驱动器将卡紧块推向下止点，转动驱动臂外转，机械手卡紧；自由状态下，驱动器复位，在弹簧作用下机械手张开，机械手处于常开状态。夹持机构为左右两半，每半包括三层法兰半环114，法兰半环114之间有数根支撑杆117穿过，相邻两层法兰间支撑杆117上装有夹持滚柱座116，夹持滚柱座116内侧凹槽内装设夹持滚柱115，夹持滚柱115为外壁带螺纹沟槽的圆柱体，通过夹持滚柱轴121嵌在夹持滚柱座116内侧的槽中，可以围绕自身轴121转动，夹持滚柱座116下端的支撑杆117上套有复位弹簧118，夹持滚柱座116可压缩复位弹簧118沿支撑杆117向下滑动。夹持滚柱115外壁的螺纹沟槽是增加与油管的磨擦力，防止油管在机械手6中下滑，而且由于夹持滚柱115可以在夹持滚座116中转动，所以机械手6可以抓着油管进行上卸扣作业，防止大风吹偏油管，影响正常油管对接、上卸扣作业，有效的起到扶正作用。机械手安装杆105一端插到机械臂副臂108下端的安装孔中，用调节螺母106、107固定，另一端带有机械手连接轴孔，该轴孔中有机械手连接轴112穿过，轴孔的上方开有止转销孔，连接轴112上开有止转销槽，机械手6与机械臂108平行时，槽口对准止转销111，实现止转，正常情况下止转销111仅穿过安装杆105连接轴孔上的止转销孔。机械手连接轴112两端与机械手连接板104连接，连接板104为刀形，连接板104下部与固定驱动柄焊接连接。止转销111通过止转驱动汽缸110安装在止转销安装座109上，机械手止转销安装座109固定在机械手6与机械臂副臂108之间的安装杆105上；止转装置109主要是为了抵消机械手6的偏心力，使机械手6与机械臂108保持平行，防止大风天气和机械手6到达下止点时，油管带动机械手连接轴112发生摆动。如图13所示，机械手的显著特征是机械手6闭合后，夹持滚柱115外侧母线位于同一圆周上，支撑杆117分别对称位于一锥面的母线上，夹持滚柱座116沿支撑杆117越向下滑动，夹持滚柱88外侧母线所形成的圆越小，从而可以卡紧油管(或抽油杆)，并具有自紧作用。当机械手夹持滚柱115夹住油管上行时，在油管的重力和磨擦力作用下，夹持滚柱115和夹持滚柱座116会随油管沿支撑杆117压缩复位弹簧118下行，使夹持滚柱115向内收缩，达到自紧功能，当机械手6松开油管120后，夹持滚柱座116在复位弹簧118的作用下，带动夹持滚柱115复位。机械手连接轴112和止转装置109用于保持机械手中线与机械臂中心线平行，当机械手6下行从地面油管(抽油杆)架上抓油管(抽油杆)时，机械手6的前端接触油管时，机械手6不能下行，但机械臂带动机械手后端继续下行，使机械手6围绕连接轴112向上转动，当油管完全卡入机械手中时，压缩机械手卡紧传感器113，指示驱动器102动作，推动机械手卡紧块101，使转动驱动臂外张，带动夹持机构抓住油管，此时，机械手6与油管(抽油杆)平行，与机械臂108有一定的角度；当吊座带动机械臂7上行时，机械臂7仍刹住车不能自由向下转动，但机械手6在重力作用下要向下转动，当油管转到与机械臂108平行位置时，止转销汽缸110充汽，止转装置109的止转销111穿过机械手连接杆105的止转孔卡入机械手连接轴112上的止转槽中，机械手6不能发生摆动。

机械臂7结构如图15、16、17所示，其中122是机械臂缓冲弹簧，123是机械臂主臂，124是机械臂主汽缸，125是机械臂主汽缸控制盒，126是可转支撑板，127机械臂旋转定位传感器，128为变速箱，9为驱动装置，10为机械臂刹车装置，129为套筒吊卡卡牙顶出传感器，130是套筒吊卡开启推盘，131是套筒吊卡开启开关，132是机械臂轴，133是套筒吊卡承重凸缘，134是刹车传动凸轮，135为刹车柱塞，136为流量传感器，137为电动调节阀，138为刹车上油缸，139为单向阀，140为弹簧，141为下油缸，142是刹车装置壳体。机械臂主臂123为中空的圆柱体，主臂123中部装有主臂汽缸124，主臂123下部装有缓冲弹簧122，汽缸124活塞杆下端与副臂108相连，副臂108可随主臂汽缸124活塞杆上下运动，副臂108下端与机械手6铰接。主臂123装于主臂轴132上，并可绕主臂轴132转动，主臂轴132与变速箱128相联，另一侧与机械臂刹车装置10相连，变速箱128、机械臂刹车装置10装于可转支撑板126上，可转支撑板126一侧有圆孔，配套穿座在吊座13下方的圆柱体上，机械臂可绕吊座13转动。机械臂刹车装置10为自反馈液压阻尼系统，柱塞135在油缸141内运动，油从下油缸141流动上油缸138，流量传感器136的信号使电动调节阀137的开度自动调节，保持机械臂7转速恒定。机械臂7在驱动装置9的作用下可从竖制直位置向外转动，机械臂旋转定位传感器127可给出信号使机械臂7止转，止转由刹车装置10来完成，通过刹车装置10的液压阻尼是机械臂7回转转速保持恒定。在下油管时，当机械手6从地面排管架上抓住油管时，吊座13带动机械臂7与套筒吊卡8成一定夹角上行，此时机械臂7并没有在重力的作用下下落，而是在机械臂刹车机构10和机械手止转装置109的作用下，挑着油管上行离开地面，当达到适当高度后，机械臂刹车机构10松开，机械臂7在重力和扭力的作用下，围绕变速箱轴旋转下行，当旋转到与套筒吊卡8平行且油管处在套筒吊卡8与液压链钳5之间的中心线时，汽缸124充汽，活塞杆上行，带动机械臂副臂108和机械手6使油管节箍顶开套筒吊卡卡牙162，将油管节箍推入套筒吊卡8之中，使套筒吊卡8卡住油管节箍，并辅助套筒吊卡8将油管与井内油管对接，防止油管摆动，当液压链钳5将油管上紧完后机械手6才松开油管，当机械手6松开油管后，机械臂驱动机构带动机械臂7、机械手6外摆，让开套筒吊卡8下行的位置，并做好抓举下一根油管的准备。在起油管时，套筒吊卡8在卡住井内油管上行的同时，机械臂刹车机构10松开，机械臂7下旋并使汽缸充汽，做好接放油管的准备，当机械手6抓住已卸完的油管后，套筒吊卡8的开启装置130、131和汽缸124的放汽开关打开，卡牙162松开油管，机械手6抓住油管一起下落，使油管脱离开套筒吊卡8，当副臂108下落到下置点时，油管和机械臂副臂108下落停止，油管仍被机械手6抓着不能下落。此时，机械臂7带动油管外摆一定角度并刹住车，让开套筒吊卡8下行的位置，套筒吊卡8下行，机械臂7也挑着油管下行，最后油管的尾部先触及离井口最远的油管架，机械臂7继续下行，机械手6以油管为力臂以机械手连接轴112为轴上旋，最终将油管平放到油管架上。机械臂7挑着油管上行或下行，目的是不让油管下端与油管架和地面接触，防止碰坏油管丝扣和污染丝扣，替代了现在起下油管用推拉小滑车办法来保护油管丝扣的环节。

油管套筒吊卡8如图18所示，其中11为游动滑车，12为吊环，13为吊座，126为可转支撑板，133为套筒吊卡承重凸缘，143是卡牙复位触柄，144是锁定块压紧弹簧，145是卡牙推杆锁定块，146是油管接箍，147芯管止推轴承结构，148是芯管压紧装置支撑轴承结构，149是芯管压紧装置止转挡板，150是压紧装置主动齿轮，151是压紧装置从动齿轮，152是驱动马达控制盒，153是驱动马达，154是芯管阀，155是芯管软管接头，156是卸载传感机构，157是吊座耳挂，158是芯管密封，159是芯管，160是芯管下端密封锥，161是卡牙内推弹簧片，162是套筒吊卡卡牙，163是卡牙推杆，164是卡牙止动和复位装置组件，165是复位弹簧，166是推环。油管套筒吊卡顶部承重凸缘133卡入吊座13，吊座耳挂157通过吊环12与通井机游动滑车11相连。油管套筒吊卡8主体外形为圆柱形，内部为通孔结构，下端设有导向斜面，卡牙162装于吊卡主体8下部的凹槽中，卡牙162上部一端距离的油管套筒吊卡8主体筒壁处装有一定数量的卸载传感器201。卡牙162为长方体，内端面为斜面、中部自上而下开有卡牙驱动槽，其中一面为导向斜面，推杆163从其中穿过，弹簧片161、卡牙驱动辊左右对称的安装在推杆163上，并嵌入到卡牙驱动槽中，其中卡牙驱动辊与卡牙导向斜面滑动连接，推杆的下端从套筒下部穿出连接推环，卡牙止动和复位机构由触柄143、锁定块145及压紧弹簧144径向装于套筒吊卡8主体的最下部。推杆163、卡牙162、弹簧片161共4套。油管接箍146碰撞卡牙162下部斜面，迫使卡牙162外移，使接箍146进入套筒吊卡内，卡牙162在弹簧片161的作用下复位，油管接箍146卡在卡牙162的上部平面上。套筒吊卡的开启装置130、131推动推环166、推杆163推动卡牙驱动辊驱动卡牙导向斜面，使吊卡牙162外移，可释放油管。卡牙止动和复位机构164有二套，以套筒吊卡的轴线为中心，对称的安装在套筒吊卡8的下部槽中，由触柄143、锁定块145及复位弹簧144组成，触柄143的半球形端伸向内周，触柄143杆部套有触柄复位弹簧144，触柄143的另一端与锁定块145相连，锁定块145中部有通槽，通槽内壁外端设有齿形卡牙，通槽中间有推杆163穿过，推杆163下部亦设有齿形卡牙，在复位弹簧144的作用下，锁定块145卡紧推杆163，卡牙相互啮合即可锁住推杆163。在下油管时，当套筒吊卡8卡住油管下行到多用三通3内时，油管被动力卡瓦2卡住，套筒吊卡8继续下行，到达上自封上端面时，推环166被挡住不能下行，套筒吊卡8压缩推杆复位弹簧144，推杆163上行，通过卡牙驱动辊推动套筒吊卡卡牙162后移，同时推杆163上齿形卡牙与锁定块145的齿形卡牙啮合，推杆163被卡住，吊卡牙162无法复位，这时套筒吊卡8上行，油管节箍从套筒吊卡8中脱出，油管接箍下端触动触柄143的半球端，推动锁定块145外移，推杆163在推杆复位弹簧165推动下下行，套筒吊卡8卡牙162复位。芯管159安装于油管套筒吊卡8的上部，芯管159主体为一中空的管子，其下端为连接头，连接头的最下端为与油管接箍146孔配合的密封锥160，密封锥后部为止推轴承结构147；芯管146向上从套筒吊卡8上部穿出，并穿过芯管驱动机构的支撑轴承148和从动齿轮151；芯管驱动机构壳体通过止推轴承148固定于套筒吊卡8顶部的承重凸缘133上，信号传给控制盒152，驱动马达153转动，使主动齿轮150带动从动齿轮151转动，止转挡板149使压紧装置不整体转动，而使芯管159旋转，芯管159上部的螺纹与从动齿轮151的螺纹配合，向下压紧芯管159，使芯管159下端密封锥160与油管接箍146孔配合，以实现冲砂作业；芯管159顶部为倒“L”弯管结构，其外伸端部接有一阀门154，阀门另一端接有一能与软管连接的短管155。

抽油杆套筒吊卡17如图19所示，其中167是上部卡紧连接端，168是中间接管，169是吊卡部分，170卡牙推杆，171是卡牙内推弹簧片，172是抽油杆卡牙，173是卡牙止动复位机构，174推杆复位弹簧，175推环，176是推杆锁定块卡紧弹簧，177是推杆锁定块，178是触柄，179是抽油杆卸载传递器。上部连接端167与油管接箍结构相同，可卡入油管套筒吊卡8中，如图1中所示；下部吊卡部分169与油管套筒吊卡8下部相同，但结构尺寸与抽油杆相适应；中部为连接管168。抽油杆套筒吊卡17与油管套筒吊卡8的工作原理相同，套筒吊卡17筒壁上距卡牙一段距离处装设抽油杆卸载传递器179，在此不赘述。但是当起下抽油杆时，吊卡开启汽缸130要沿中轴旋转180°，卡牙伸出传感器129和动力卡瓦卡紧传感器201要下移至相应位置，如图25所示。

导轨16如图20、21、22所示，其中180是液压千斤顶，181是导轨底座，182是固定螺栓，183是导轮架，184是导轨液压连接杆，185是导轮，186是井架，187是液压缸左右油口，188是连接螺栓。连接板14一端打有长圆孔，并通过螺栓与吊座13一端连接，连接板14另一端与导轮架183连接，导轮架183两侧各装两个导轮185，导轮185卡入导轨16主体工字型钢凹槽内，并可在槽内滚动，导轨16通过底座181垂直固定于一液压千斤顶上180，并通过连接螺栓182与辅助支撑双向液压缸184的缸端孔连接，辅助支撑双向液压缸184的活塞杆端孔用连接螺栓188连接于井架186一侧，辅助支撑双向液压缸184两端均为铰接。通过连接板14上的长圆孔可以调节导轨与吊座13的距离，当吊座13与导轨16距离不合适时，松开连接螺栓，使连接板14沿长圆孔滑动动，达到调节长度的目的；也可调节导轨16与吊座13的角度，当吊座16与导轨13的角度不合适时，松开螺栓以螺杆为轴调整吊座与导轨的角度，然后再上紧螺栓。导轨16通过上下二个辅助支撑双向液压缸184和固定螺栓182、188与井架连接，辅助支撑双向液压缸184的油口187、188以及底部液压千斤顶180的油口都与液压钳的供油装置连接，可在地面进行导轨16高度和相对井架186距离的调整。通过液压缸184活塞杆的伸缩可调节辅助支撑距离，分别调整上、下导轨辅助支撑双向液压缸184活塞杆的伸出长度，可始终保持导轨16与地面垂直。导轨16可长期安装在井架186上，当作业完后，井架186放倒准备转移井场时，导轨16在重力的作用下，使辅助支撑双向液压缸184绕螺杆188的光杆部分转动，使辅助支撑双向液压缸184、导轨16与井架186平行，并被井架车背走；在立井架时，同样也可在重力下随井架186立起而打开。导轨16对套筒吊卡(8、17)起导向和定位作用，并用来抵消机械臂7和机械手6在抓举油管时所产生的扭矩，并防止大风吹偏套筒吊卡(8、17)而造成的无法对接油管(抽油杆)现象。

自动控制系统采用标准可编程控制器和相应传感器组成，如图23所示，可编程控制器和传感器的原理与现有通用设备的原理相同，在此不赘述。其中，79是液压马达控制盒，45是动力卡瓦驱动器，63是三通下定位传感器，60是三通上定位传感器，69是封管器闸板驱动气缸，92是液压钳抽油杆接箍上定位传感器(或防喷器开闭传感器)，91是液压钳圈数记数器，102是机械手电机，113是油管(抽油杆)卡紧传感器，189是机械手止转汽缸控制盒，190是活动吊卡开启汽缸控制盒，125是机械臂主臂汽缸控制盒，129是活动吊卡卡牙顶出传感器，127机械臂转动定位传感器，9是机械臂驱动装置，136是机械臂刹车电动调节阀，137是机械臂刹车流量传感器，152是芯管压紧装置液压马达控制盒，201是卸载传感器，191是操作手控制面板，192是操作柄传感器，193是PLC可编程控制器，194是指示灯a，195是指示灯b，208是抽油杆下定位传感器，213是抽油杆导向机构汽缸控制盒。各传感器与PLC193控制器之间有信号传递，PLC193根据所设定程序要求执行指令，控制各装置动作的完成。

正常起下油管和抽油杆作业的部件配置如图24、25所示，其中196是芯管压紧装置，197是上部油管，198是机械手抓住的油管，199是油管接箍，200是下部的油管，202机械手抓住的抽油杆，203是上面的抽油杆，204是抽油杆接箍，205是下面的抽油杆，206是抽油杆导向机构，207是抽油杆装卸定位筒，208是抽油杆下定位传感器，209是抽油杆吊卡顶开器，210是抽油杆自封，211是油管挂，212是油管。进行抽油杆装卸时，油管套筒吊卡8下部卡入抽油杆套筒吊卡17，井口法兰28以上依次为抽油杆自封210、动力卡瓦2、抽油杆装卸定位筒207、液压链钳3、抽油杆导向机构206，以上各部件通过法兰连接。抽油杆活动吊卡顶开器209外形与动力卡瓦2上自封40相同。抽油杆装卸下定位筒207上法兰与液压链钳连接法兰21连接，下法兰与动力卡瓦2上法兰连接，定位筒207中部装设抽油杆下定位传感器208。液压链钳3上盖上装有抽油杆导向机构206，抽油杆导向机构206左右各一套，安装于与液压马达80所处直径垂直的直径位置上。

抽油杆自封210如图26所示，图中214是下法兰，215是筒体，216是上法兰，217是压盖，218是抽油杆，219是胶皮芯子。下法兰214与井口法兰28配合，并与筒体215焊接连接，胶皮芯子219装于筒体215内，其上部锥面相互配合，压盖217置于胶皮芯子219上面，压盖217上端面与上法兰216接触，上法兰216与筒体215通过法兰连接，拧紧上法兰216同时使压盖217压紧胶皮芯子219。

抽油杆导向机构206如图27所示，其中213是驱动汽缸控制盒，220是支座，221是驱动汽缸，222是导向块，223是活塞杆，224是活塞杆端连接板，225是导向锥体，226是抽油杆，227是另一套导向机构。支座220下端通过螺栓与液压链钳3上盖81连接，支座220上面与驱动汽缸221连接，活塞杆223穿过导向块222与端部连接板224相连，连接板224与导向锥体225通过螺栓连接。

正常操作程序如下述：

一、起油管作业

1.按下辅助控制面板191上的″起油管″键。

2.PLC193可编程控制器193初始化起油管程序及相关设备，并给出指示，辅助控制面板上“起油管键”亮，相关设备处于起油管状态。

3.司机操作使游动滑车下降，操作柄传感器192给出信号，可编程控制器193给出指令机械臂7外展，展至与油管套筒吊卡中心线成70°，机械臂转动定位传感器127给可编程控制器PLC193信号：①机械臂刹车装置10动作，机械臂驱动装置9停；②机械手止转汽缸110放气，止转销退出，机械手6可在一定角度内转动。

4.油管套筒吊卡8到达液压链钳下部防喷器开闭传感器92，信号传到PLC193，PLC193发出指令，防喷器4闸板完全打开。

5.游动滑车11继续下落，套筒吊卡8到达三通下定位传感器63，信号传到PLC193，表明接箍卡入套筒吊卡8，机械手6中油管198触及油管支架，PLC193同时发出指令：(1)动力卡瓦动力源关闭；(2)机械手打开，油管下落。

6.随后套筒吊卡8卡住油管上升，当下一根油管接箍199到达三通下部定位传感器63，PLC193发出指令：①刹车指示灯a亮，提示司机准备刹车；②主臂汽缸、机械手止转销汽缸充汽，做好接放油管的准备。

7.接箍199到达三通上定位传感器60，a指示灯灭，司机刹住车，下放油管，当油管节箍再次到达上定位传感器时，b指示灯亮，PLC193发出指令：①动力卡瓦39开启卡住下面油管200，油管下行停止；②防喷器关闭。

8.套筒吊卡继续下行，当套筒吊卡内的卸载传感器201被油管节箍顶开时，PLC193接到信号，发出指令：①a指示灯亮，表明套筒吊卡已卸载，司机刹住车；②液压链钳5动力源开通，开始卸油管197。此时机械臂7同时回转到竖直位，抓住正在卸扣的油管。

9.当计数器91值大于一定值后，给PLC193信号，表明油管197已卸下，司机操作游动滑车11将油管提出井口装置。

10.手动柄传感器接给PLC193信号，主臂汽缸124放气，同时，套筒吊卡8开启气缸131上行，推动推杆顶开卡牙162，此时油管197和机械手副臂同时下落，油管离开套筒吊卡8，但仍被机械手抓住。

11.操作柄动(司机操作)套筒吊卡下降，同时操作柄传感器192给出信号，机械臂7外展。

12.重复步骤3～11。

二、下油管作业。

1.按下辅助控制面板191上的″下油管″键。

2.PLC193 193初始化下油管程序及相关设备，并给出指示，辅助控制面板191上的“下油管键”亮，相关设备处于下油管状态。

3.操作柄动(司机操作)套筒吊卡下行，同时操作柄传感器192给出信号，机械臂7松开已上好的油管外展，展至与套筒吊卡8成70°转动限位器127给出信号，机械臂驱动装置9停，并刹车；机械手止转汽缸110放气，止转销111退出，机械手6可在一定角度内转动，做好抓举下一根油管的准备。

4.套筒吊卡8到达液压链钳下部防喷器开闭传感器92，信号传到PLC193，PLC193发出指令，防喷器4闸板(65、66)打开。

5.继续下行，套筒吊卡8到达三通下定位传感器63，信号传到PLC193，返回指令，使动力卡瓦39动力源开启，卡紧油管200；此时，机械手6中卡入油管架上的油管

6.199，并触动后部的传感器113，信号传到PLC193，给出指令，机械手6闭合。

7.套筒吊卡8继续下行，压缩推杆预开卡牙，锁定机构锁住推杆，使卡牙不能复位，然后套筒吊卡8上升，油管节箍199从套筒吊卡中脱出并触动锁定机构，使卡牙复位。

8.套筒吊卡8继续上升，当通过防喷器开闭传感器92时，PLC193接到信号发出关闭防喷器的指令，防喷器关闭。当机械臂达到一定高度时，机械臂刹车阀136开，机械臂7带动机械手抓着油管回转到与套筒吊卡8中心保持同一直线时，位置传感器129给PLC193信号，返回指令，使主气缸124充气，使油管198顶开卡牙进入套筒吊卡内，同时卡牙伸出套筒吊卡外壁，触动传感器129，返回指令，使主臂汽缸124放气，机械手抓着油管197同时下落，油管节箍落在卡牙162面上，油管被套筒吊卡卡住。

9.游动滑车11下落，油管197下降，当油管未端到达液压链钳下的防喷器开闭传感器92时，防喷器闸板(65、66)打开，在导轨16的引导下油管未端对中下部油管接箍199中，游动滑车11继续下落，套筒吊卡内的节箍顶开卸载传感机构156给PLC193信号，①a指示灯194亮，说明油管节箍已离开卡牙，卡牙卸载，可以上接油管，司机刹车，套筒吊卡停止下行；②液压链钳5开始转动，上紧油管197。

10.上完油管后(记数器91给PLC193信号)：①关闭液压链钳；②机械手6松开油管，机械臂7外展；③动力卡瓦关闭；

11.司机操纵套筒吊卡卡着已接好的油管上行，同时带动动力卡瓦的卡瓦牙上行，卡瓦打开，司机刹住车。此时，机械臂7展达到转动限位器127位置，PLC193发出批令，机械手止转汽缸110放气，止转销111退出，机械手6可在一定范围内转动。

12.司机松开刹车油管下行，当套筒吊卡8卡着油管到达液压链钳下部防喷器开闭传感器92时，PLC193发出指令，防喷器闸板(65、66)完全打开，套筒吊卡8卡着油管继续下行，到达三通下定位传感器63时，PLC193发出指令，动力卡瓦39开启，卡紧油管198；此时，机械手中卡入油管架上的油管，并触动后部的传感器113，信号传到PLC193，给出指令，机械手6闭合。

13.重复步骤6～11。

三、起抽油杆作业

1.按下辅助控制面板191上的″手动优先″键，手动操作将抽油杆套筒吊卡17卡入油管套筒吊卡8，并通过芯管压紧机构196，将抽油杆套筒吊卡17卡紧。

2.按下辅助控制面板191上的″起抽油杆″键，PLC193初始化起抽油杆程序及相关设备，并给出指示，辅助控制面板191上的“起抽油杆键”亮。相关设备处于起抽油杆状态，抽油杆导向机构206始终处于全开位置。

3.操作柄动(司机操作)游动滑车下降，同时操作柄传感器192给出信号，机械臂7外展，展至与套筒吊卡成70°限位器127给出信号，机械臂驱动装置9停，并刹车；机械手6止转汽缸110放气，止转销111退出，机械手6可在一定范围内转动，做好放抽油杆的准备。

4.继续下落，套筒吊卡17到达抽油杆装卸定位筒207中的定位传感器208，信号传到PLC193，表明接箍卡入套筒吊卡17。同时机械手6中抽油杆202触及抽油杆支架，PLC193给出指令：①动力卡瓦动力源关闭；②机械手止转销充汽；③机械手6打开抽油杆202落下。

5.随后套筒吊卡17和抽油杆上升，当抽油杆下部节箍204通过液压链钳下部接箍定位器92时，a指示灯194亮，通过后灯灭，然后司机刹住车，慢放抽油杆，当节箍再次到达节箍定位器时，发出指令：动力卡瓦开启，卡住抽油杆；机械臂刹车阀136开，机械臂7旋转复位，机械手6抓住抽油杆。

6.游动滑车11下落，套筒吊卡17下降，吊卡内的节箍顶开卸载传感器201，表明吊卡卸载，PLC193发出指令：①a指示灯亮，司机刹车；②液压钳钳开启，卸抽油杆203。

7.抽油杆节箍离开卡牙，套筒吊卡17卸载，动力卡瓦卡紧传感器201给PLC193信号，反馈给信号使司机刹车，液压链钳5转动，卸抽油杆203。

8.计数器91达到一定圈数后，给PLC193信号，液压钳关闭。司机将抽油杆提出井口装置，手柄传感器开启，主臂汽缸124放气，套筒吊卡17开启气缸130上行，顶开卡牙，抽油杆203和机械手6下落，机械手6仍抓着抽油杆。

9.重复3～7步。

四、下抽油杆作业

1.按下辅助控制面板191上的″手动优先″键，手动操作将抽油杆套筒吊卡17卡入油管套筒吊卡8，并通过芯管压紧机构196，将抽油杆套筒吊卡17卡紧。

2.按下辅助控制面板191上的″下抽油杆″键，PLC193初始化下抽油杆程序及相关设备，并给出指示，辅助控制面板191上的“下抽油杆键”亮。相关设备处于下抽油杆状态，抽油杆导向机构206始终处于关闭位置。

3.操作柄动(司机操作)套筒吊卡卡着抽油杆下行，同时操作柄传感器192给出信号，抽油杆导向机构206充汽，机械臂7外展，展至与套筒吊卡17成70°限位器127给出信号，机械臂驱动装置9停，并刹车；机械手止转汽缸110放气，止转销111退出，机械手6可在一定范围内转动，做好抓抽油杆的准备。

4.当抽油杆接箍经导向机构206导向与下面接箍对接，抽油杆停，套筒吊卡继续下行，吊卡内的节箍顶开卸载传感器201，表明吊卡卸载，PLC193发出批令：①指示灯亮，司机刹住车；②液压链钳5启动上紧该油管。

5.当计数器91达到一定圈数后，PLC193发出指令：①液压链钳关闭；②抽油杆导向机构206全开；③动力卡瓦动力源关闭。

6.司机上提抽油杆，卡瓦打开，司机松开刹车，抽油杆下行。当套筒吊卡17到达抽油杆装卸定位筒207中的定位传感器208，信号传到PLC193，返回指令使动力卡瓦39卡紧抽油杆205。

7.套筒吊卡17和机械臂7继续下行，并压缩推杆顶开卡牙172，同时推杆170被锁定块177卡住。此时，机械手6接触抽油杆202，下降的同时抽油杆202卡入机械手6内，抽油杆202触及机械手内的传感器113，PLC193返回指令使机械手6闭合。

8.随后套筒吊卡17上升，机械手6抓着地面杆架上抽油杆上升，同时已下入井内的抽油杆205的节箍204从套筒吊卡中脱离，并撞动止动块触柄使卡牙172复位。

9.套筒吊卡17继续上升，一段距离后，机械臂刹车阀136开，机械臂7回转，机械手止转汽缸110充气，机械手6锁住，其夹持中心线与套筒吊卡17中心一致；竖直时，位置传感器129给PLC193信号，返回指令，使主气缸124充气，使抽油杆203卡入套筒吊卡17，卡牙未端从壳体内伸出，触动传感器129，返回指令，使主臂汽缸124放气抽油杆203落在卡牙172面上，同时机械手6下落，机械手6只起辅助定位作用。

10.重复步骤3～9步。

五、冲砂(或压井)及其他作业

在下放油管过程中的步骤11后，增加冲砂工序，即按下图23中辅助控制面板191上的“冲砂按钮”，芯管驱动机构196将芯管159压下，其下端密封锥160卡入油管接箍，并密封，高压水经接管155、阀154、芯管159到达油管，进行冲砂作业，冲洗完毕，驱动机构196抬起。进行后续步骤。

对于特殊工况，可以按下图23中辅助控制面板191上的的“手动优先”按钮，进行手动操作。

Claims (22)

1、一种油田修井自动作业装置，包括安装在井口上方的游动滑车、吊环、吊卡、支撑架组成的悬吊装置和安装在井口上的油管自封、液压钳，其特征是：该装置还包括在油管下自封和液压钳之间由法兰连接的动力卡瓦、多用三通，安装在吊座一侧的机械手和机械臂，以及自动控制装置，所述机械手包括驱动机构和夹持机构，夹持机构为左右两半结构，每半包括三层法兰半环，法兰环之间有数根支撑杆穿过，相邻两层法兰间支撑杆上装有夹持滚柱座，夹持滚柱座内侧凹槽内装设夹持滚柱，夹持滚柱外形加工有多道凹凸结构，中间有夹持滚柱轴穿过，该轴两端固定于夹持滚柱座上下两端，夹持滚柱座可沿支撑杆上下滑动，夹持滚柱座下面支撑杆上套有复位弹簧，保持夹持滚柱座处于支撑杆上端，机械手后部为驱动装置，驱动器安装于固定的驱动柄上，驱动器通过推杆连接卡紧块，卡紧块的另一侧与转动驱动柄接触，驱动电机将卡紧块推至外止点，机械手卡紧，机械手闭合后，夹持滚柱外侧母线位于同一圆周上，支撑杆对称位于一锥面的母线上；机械臂包括机械臂主臂、机械臂副臂和机械臂驱动机构、机械臂刹车机构，机械臂主臂结构为中空的圆形杆，机械臂主臂内装有主臂汽缸，气缸活塞杆下端与机械臂副臂相连，机械臂下端与机械手铰接，机械臂主臂可绕机械臂上端轴转动，上端轴一端接入变速箱，另一端连接刹车装置的传动凸轮，刹车装置通过底座安装于吊座的可转支撑板上，变速箱安装在可转支撑板上与刹车装置相对的一侧，可转支撑板套在吊座下部圆柱部分外侧，可绕该圆柱外圆转动；所述动力卡瓦包括动力卡瓦箱体、卡瓦座、卡瓦、卡瓦驱动机构；多用三通上、下分别装有位移传感器，一侧设有泻流管口；自动控制装置由可编程控制器PLC和传感器、控制电路组成。

2、根据权利要求1所述的油田修井自动作业装置，其特征是：液压钳为液压链钳结构，包括上下两部分，下部由弹簧支腿和连接法兰与多用三通连接，上部为液压钳主体，液压钳主体包括驱动机构、控制电路和管件卡紧机构组成；油管下自封为油管内置自封结构，由油管挂内锥面和装置在油管挂内锥面内的胶皮芯子、支撑环和密封圈组成。

3、根据权利要求1所述的油田修井自动作业装置，其特征是：悬吊装置还包括连接在吊座下部的套筒吊卡主体，套筒吊卡主体是一个圆筒体，下端部设有导向斜面，在导向斜面上方径向开设两个以上凹槽，每个凹槽内插入一块卡牙，卡牙为长方体，内端面为斜面、中部自上而下开有卡牙驱动槽，其中一面为导向斜面，推杆从其中穿过，弹簧片、卡牙驱动辊分别安装于推杆上左右相对的一侧，并嵌入到卡牙驱动槽中，其中卡牙驱动辊与卡牙导向斜面滑动接触，推杆的下端从套筒下部穿出与推环连接，卡牙止动和复位机构由触柄、锁定块及压紧弹簧径向装于套筒吊卡主体的最下部。

4、根据权利要求3所述的油田修井自动作业装置，其特征是：在油管套筒吊卡内安装有芯管主体，在吊座上面装有芯管驱动机构，芯管主体为一中空的管子，其下端为连接头，连接头的最下端为与油管端部孔配合的密封锥，密封锥后部为止推轴承结构，芯管向上从芯管驱动机构穿出：芯管驱动机构通过止推轴承固定于套筒吊卡顶部的承重凸缘上，主要由驱动马达、主动齿轮、从动齿轮、壳体及止动柄组成，从动轮通过止推轴承座于壳体底板上，上面由固定在壳体顶板内的导轮导向，中间设有螺纹孔，与芯管上部预制的螺纹旋转配合。

5、根据权利要求1所述的油田修井自动作业装置，其特征是：动力卡瓦的驱动机构固定在卡瓦箱体的外侧，包括驱动器、推杆、螺套、螺杆、复位弹簧、齿轮、卡瓦驱动杆、辅助换牙装置，驱动器输出端与推杆连接，推杆左右两端水平推动相应螺套，螺套装于长螺杆上，长螺杆外套有复位弹簧，长螺杆后部装有齿轮，齿轮与卡瓦驱动杆上的齿条相啮合，辅助换牙装置装于箱体的两侧，辅助换牙装置由拉杆、拉杆鞘及固定螺母组成，拉杆外端固定于动力卡瓦箱体密封盖侧面，并用固定螺母上紧，拉杆由拉杆鞘固定于动力卡瓦箱体侧壁上，拉杆可在拉杆鞘内滑动，拉杆鞘起支撑和导向的作用，拉杆末端有防脱结构；密封盖和卡瓦座用螺栓相连；动力卡瓦座为半锥环结构，座于动力卡瓦箱体下部支撑面上，两侧面可沿动力卡瓦箱侧壁滑动，内侧为带燕尾槽的锥面，左右各一个，卡瓦由卡瓦体和卡瓦牙组成，卡瓦体为半锥环结构，外侧横断面为燕尾结构，与动力卡瓦座内壁的燕尾槽配合，卡瓦可沿卡瓦座内壁上下滑动，卡瓦牙嵌入卡瓦体内侧的沟槽中，为半阶梯柱环结构。

6、根据权利要求1或2、3、4、5所述的油田修井自动作业装置，其特征是：该装置还包括连接在液压钳与多用三通之间的防喷器，该防喷器包括封管器、封口器和密封圈三部分，其主体通孔为圆柱形，上、下端法兰分别与液压钳和多用三通连接，封管器为两半闸板，闸板内侧为密封橡胶，密封橡胶中部为半圆形凹陷，封口器镶于封管器上部的槽中，左右各有一半小闸板，在封管器上部槽中滑动，两半小闸板后端装有弹簧，将两块闸板卡紧，密封圈为内径小于油管活动吊卡的橡胶圈，装于防喷器上端法兰的内壁，防喷器前后各装一个闸板驱动汽缸，驱动汽缸的活塞杆端部通过一螺栓与封管器闸板外端侧面相连，汽缸中部装有公共进、排气管，两端侧壁装有相应侧的进、排气管，防喷器侧面用密封壳封闭，形成密闭的空间。

7、根据权利要求2所述油田修井自动作业装置，其特征是：液压钳的驱动机构包括驱动马达控制盒、驱动马达、主动齿轮、从动齿轮、从动齿轮导轮、链轮换向器、摩擦轮、链条、链轮传动轮、链轮、卡牙拉紧钢丝、摩擦轮导轮、卷轴弹簧连接板、卷轴弹簧、卡牙导向杆，驱动马达及控制盒装于液压钳壳体上部一侧，主动齿轮轴的下端与主动齿轮连接，从动齿轮与主动齿轮外啮合，从动齿轮通过轴承支撑于摩擦轮上，从动齿轮上面凹槽中嵌有许多导轮，导轮环形安装在壳体上部内壁上，摩擦轮内壁对称装有可以内外移动的卡牙座，卡牙装于卡牙座内侧，卡牙座外侧由链条围绕，卡牙座其外侧下端通过钢丝绳与复位卷轴弹簧相连，卡牙座其外侧上端装有卡牙导向杆，卡牙导向杆为内外两节结构，外节在摩擦轮中滑动，内节在外节中滑动，链条的一端与摩擦轮的内侧相连，另一端缠于链轮上，链轮传动齿轮位于从动齿轮外侧与主动齿轮相对的一端，并与从动齿轮啮合，与链轮装于同一转轴上，该轴的上端装有换向器。

8、根据权利要求7所述的油田修井自动作业装置，其特征是：在液压钳的摩擦轮的外侧安装有计数器，在液压钳主体底板下部的一侧安装定位传感器。

9、根据权利要求1所述的油田修井自动作业装置，其特征是：机械手还包括机械手卡紧块、机械手电机、机械手芯轴、机械手连接板、机械手止转销安装座、机械手止转销驱动汽缸、机械手止转销、机械手连接轴、夹持滚柱、夹持滚柱座、支撑杆、复位弹簧、导向片、夹持滚柱轴，机械手通过连接板、连接轴及机械手安装杆安装于与机械臂的副臂下端，机械手连接轴装有销轴止转装置，销轴止转装置由机械手止转销驱动汽缸、与汽缸联动的止转销和机械手连接轴上的孔插接配合；机械手为左右两半结构，左右两半壳体可绕芯轴转动；机械手后部的卡紧块为楔块结构，卡紧块后部与驱动器相连，夹持滚柱外壁上加工有多道凹凸结构。

10、根据权利要求1或9所述的油田修井自动作业装置，其特征是；机械臂驱动机构和机械臂刹车机构装置在吊座的一侧可转支撑板上，机械臂驱动机构包括驱动电机和装置在变速箱体内的驱动轴轮、从动轮和机械臂轴，机械臂轴向一侧延伸后，分别与机械臂主臂和机械臂刹车机构连接；机械臂刹车机构为自反馈液压阻尼结构，包括刹车传动凸轮、下油缸、刹车柱塞、弹簧、单向阀、刹车上油缸和连接在上下油缸之间的调节阀组成，刹车传动凸轮固定在机械臂轴上。

11、根据权利要求10所述的油田修井自动作业装置，其特征是：连接在上下油缸之间的调节阀是电动调节阀，连接回路上同时连接有流量传感器，与电动调节阀配合。

12、根据权利要求9所述的油田修井自动作业装置，其特征是：机械手安装杆与机械臂副臂之间通过左调节螺母和右调节螺母固定，在相邻夹持滚柱座之间安装有机械手卡紧传感器。

13、根据权利要求3或4所述的油田修井自动作业装置，其特征是：套筒吊卡装置下部还连接有抽油杆套筒吊卡，它包括上部卡紧连接端、中间接管、吊卡外体、卡牙推杆、卡牙内推弹簧片、抽油杆卡牙、卡牙止动复位机构、推杆复位弹簧、推环、推杆锁定块卡紧弹簧、推杆锁定块、触柄，上部连接端与油管接箍结构相同，可卡入油管套筒吊卡，下部吊卡部分与油管套筒吊卡下部相同，但结构尺寸与抽油秆相适应，中部为连接管。

14、根据权利要求5所述的油田修井自动作业装置，其特征是：动力卡瓦箱体上部连接法兰内装有上自封和上自封顶丝。

15、根据权利要求3所述的油田修井自动作业装置，其特征是：套筒吊卡上部卡入吊座，套筒吊卡可以在吊座中转动和上下滑动，吊座向上通过吊环与游动滑车相连，吊座一侧通过连接板与滑轮架连接，滑轮卡入导轨的槽内，导轨垂直固定于支撑架，导轨包括导轨底座、液压千斤顶、导轨本体、固定螺栓、导轮架、液压连杆、导轮，吊座一侧通过连接板与导轮架连接，导轮架两侧各装两个导轮，导轮卡入导轨主体工字型钢凹槽内，并可在槽内滚动。

16、根据权利要求4所述的油田修井自动作业装置，其特征是：芯管顶部为倒“L”弯管结构，其外伸端部接有一阀门，阀门另一端接有一能与软管连接的短管。

17、根据权利要求2所述的油田修井自动作业装置，其特征是：油管下自封由胶皮芯子与钢制支撑环制成一个整体，钢制支撑环的外壁为与油管挂内表面相配合的锥面，锥面上开密封槽，嵌入紫铜圈。

18、根据权利要求14所述的油田修井自动作业装置，其特征是：动力卡瓦机构中的上自封由胶皮芯子与钢制支撑环制成一个整体，钢制支撑环的外壁为与油管挂内表面相配合的锥面，锥面上开密封槽，嵌入紫铜圈。

19、根据权利要求15所述的油田修井自动作业装置，其特征是：进行抽油杆装卸时，油管套筒吊卡下部还卡入抽油杆套筒吊卡，井口法兰以上依次为抽油杆自封、动力卡瓦、抽油杆装卸定位筒、液压链钳、抽油杆导向机构。

20、根据权利要求19所述的油田修井自动作业装置，其特征是：抽油杆自封由下法兰、筒体、胶皮芯子、压盖和上法兰组成，下法兰与井口法兰配合，并与筒体焊接连接，胶皮芯子装于筒体内，其上部锥面相互配合，压盖置于胶皮芯子上面，压盖上端面与上法兰接触，上法兰与筒体通过法兰连接，拧紧上法兰同时使压盖压紧胶皮芯子。

21、根据权利要求19所述的油田修井自动作业装置，其特征是：抽油杆装卸定位筒上法兰与液压链钳下法兰连接，下法兰与动力卡瓦上法兰连接，定位筒中部装设抽油杆下定位传感器。

22、根据权利要求19所述的油田修井自动作业装置，其特征是：液压链钳上盖上装有抽油杆导向机构，抽油杆导向机构左右各一套，每套装置由支座、汽缸、汽缸控制盒、导向块、活塞杆端连接板、导向锥组成，支座下端通过螺栓与液压链钳上盖连接，上面与汽缸连接，活塞杆穿过导向块与端部连接板相连，连接板与导向锥通过螺栓连接。

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