CN101985873B - 油井起下油管机械化作业装置 - Google Patents

Abstract

一种油井起下油管机械化作业装置，包括吊卡、与吊卡配套的支撑架和起下机构、地卡和液压钳、油管输送机构，以及由液压泵与液压缸连接组成液压驱动机构和由控制吊卡的电动升降、控制液压泵和液压缸的电控机构构成。其特征是构成本装置的主体结构还包括：一个与井口连接的框架结构，框架结构的主平台外底部设置井口法兰；在主平台的上部固定有地卡；在地卡的上部的框架结构的两侧设有吊卡座平台和液压钳平台；吊卡座被固定在吊卡座平台上与吊卡形成配合，液压钳被固定在液压钳平台上。本装置采用机械化操作取代了传统的人工吊挂油管和输送油管，能够实现全过程机械化作业，极大改善了作业工人的工作环境，劳动强度大幅降低，劳动效率得以明显提升。

Description

油井起下油管机械化作业装置

技术领域：

本发明涉及石油工程机械领域中的一种替代人工作业的油井起下油管机械化作业装置。 

背景技术：

油井起下油管是油田井上生产和维修的常规作业。目前的作业方式主要是由游动吊卡进行油管的提升和下放，由液压钳进行油管之间的松动和紧固，其它环节完全依靠人工现场操作进行。这就造成了作业工人的工作环境艰苦，劳动强度大，劳动效率低。特别是操作吊卡和液压钳的施工人员，还面临着机械伤害、油污侵蚀、风吹雨淋等恶劣工作环境的威胁。 

发明内容：

本发明的目的就是针对现有作业方式存在的诸多问题，提供一种劳动效能高、现场施工安全可靠、减少工人劳动强度和机械化程度高的油井起下油管机械化作业装置。 

实现上述发明目的的技术方案是： 

油井起下油管机械化作业装置，包括吊卡、与吊卡配套的支撑架和起下机构、地卡和液压钳、油管输送机构，以及由液压泵与液压缸连接组成液压驱动机构和由控制吊卡的电动升降、控制液压泵和液压缸的电控机构构成。其特征是构成本装置的主体结构还包括：一个与井口连接的框架结构6，框架结构6的主平台4.1外底部设置井口法兰7，并预留有与井口法兰7同轴的通孔；在主平台4.1的上部固定有地卡3，地卡是由左右对称的左卡3.1、右卡3.2、滑杠3.3、大弹簧3.4、液压缸8组成，其两端分别由压板3.6固定在主平台4.1内底部，并与井口法兰7保持同轴线；在地卡的上部的框架结构6内的一侧设有吊卡座平台4.2、另一侧设有液压钳平台4.4；吊卡座2被固定在吊卡座平台4.2上，吊卡座平台4.2通过固定在框架结构6的水平铰链轴连接，其两侧由液压缸连接在主平台4.1内底部，构成沿铰链轴由水平状态转动垂直状态的运转机构；液压钳平台4.4的底部通过铰链轴、摆杆和液压缸连接在主平台内底部，液压钳被固定在液压钳平台4.4上；吊卡是由左吊卡1.1、右吊卡1.2通过吊卡销1.3连接构成对合结构，在两个吊卡的上部和侧部分别设有吊耳1.4和导向块1.13，两个吊卡的对合面为凹凸配合，在其对合面设有定位销1.6和定位弹簧1.5配合组成的吊卡定位机构；吊卡座2是由左吊卡座2.1、右吊卡座2.2通过轴承销2.12铰链后与3只液压缸8连接构成，在左吊卡座2.1、右吊卡座2.2的外周边分别设有与吊卡2和导向块1.13配合的凸沿2.3和凹槽2.4，两个凹槽2.4的同侧分别设有导向坡2.6，导向坡内贯穿液压缸8的插销2.5，插销2.5与导向块1.13的导向孔1.12构成插接配合。

上述方案还包括： 

在框架结构6的上部和侧部设有拨架机构，拨架机构由拨架4.9、齿条4.8、齿轮4.7、齿轮轴4.6、主槽钢4.5和液压缸8组成，主槽钢4.5垂直固定在主平台4.1上部，主槽钢4.5底部固定着液压缸8，液压缸8顶部固定着齿条4.8，在主槽钢4.5的上部安装着齿条4.8与齿轮轴4.6，齿条4.8与齿轮4.7形成齿合，在齿轮轴4.6的内端固定连接拨架4.9。 

所述的油管输送机构是在钢架6.4的两端下部安装可以调节高度的四条腿6.3，两端上部安装一个主摆架6.2和一个副摆架6.6，在主辅摆架顶端安装油管滑槽6.1，液压缸的底部安装在轴6.5上，杆部安装在主摆架6.2上。 

在两个吊卡的对合面上还设有锁止机构，该锁止机构由贯穿于左右吊卡的通孔和设置在通孔内的内锁销1.8、外锁销1.9、推杆1.10和锁销簧组成。 

在液压钳平台上设有液压钳专用钳框，钳框由底板5.2、中板5.3、上板5.4、弹性限位杆5.5、中板喇叭口5.6和油管滑坡5.7构成。 

本发明的油井起下油管机械化作业装置具有以下特点：采用机械化操作取代了传统的人工吊挂油管和输送油管，能够实现全过程机械化作业，极大改善了作业工人的工作环境，劳动强度大幅降低，劳动效率得以明显提升。特别是解决了操作吊卡和液压钳的施工人员面临着机械伤害、油污侵蚀、风吹雨淋等恶劣工作环境的威胁。 

附图说明

附图1是本装置的主体结构示意图； 

附图2是图1中框架结构部分的放大示意图； 

附图3是吊卡部分的放大示意图； 

附图4是吊卡部分的左右吊卡对合面的截面图； 

附图5是吊卡座部分的放大示意图； 

附图6是地卡部分的放大示意图； 

附图7是液压钳和液压钳平台部分的放大示意图； 

附图8是油管输送装置部分的放大示意图； 

附图9-14是起油管过程中的典型位置参考示意图； 

附图15-17是下油管过程中的典型位参考置示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明： 

参照附图1，本装置的总体构成是：在一个框架结构6的外底部设置井口法兰7与井口11实现对接。框架结构6的内底部沿井口法兰左右两侧对称设置有两组地卡3。地卡3上部是吊卡座2，吊卡座2被固定转轴固定在井口法兰7的一侧，并由驱动缸8分别连接在框架结构6的底部和吊卡座2主体上。吊卡19与提升吊机(可以采用现有作业吊机，图中未画出)的驱动链条9连接后，向下与吊卡座2形成配合。液压钳装置10被固定在框架结构6内底部井口法兰的另一侧的液压钳平台4。油管输送装置5设置在液压钳机构的外侧，该装置除了吊卡采用链条驱动外，其余部分均采用液压驱动和配套电控。 

参照附图2，框架结构6的主平台4.1外底部设置井口法兰7，并预留有与井口法兰7同轴的通孔。在主平台4.1的上部固定有地卡3，在地卡的上部的框架结构6内的一侧设有吊卡座平台4.2、另一侧设有液压钳平台4.4。吊卡座2被固定在吊卡座平台4.2上，吊卡座平台4.2用轴承与主平台4.1固定连接，又通过三个螺栓与吊卡座2连接，在液压缸的驱动下绕轴承旋转，可以将固定在吊卡座平台上的吊卡座旋转0至90度。液压钳平台4.4的底部有四根摆杆和两只液压缸与框架机构主平台销接，液压缸工作时可以使平台上的液压钳保持水平状态，在左上与右下0至75度内移动。在框架结构6的上部和侧部设有拨架机构和液压缸，拨架机构由拨架4.9、齿条4.8、齿轮4.7、齿轮轴4.6、主槽钢4.5和液压缸8组成，主槽钢4.5垂直固定在主平台4.1上部，主槽钢4.5底部固定着液压缸8，液压缸8顶部固定着齿条4.8，在主槽钢4.5的上部安装着齿轮4.7与齿轮轴4.6，齿条4.8与齿轮4.7形成齿合，在齿轮轴4.6的内端固定连接拨架4.9。当液压缸工作时，齿条4.8的上下移动，带动齿轮4.7也相应的正反方向转动，同时与之连接的齿轮轴4.6和拨架4.9也随着转动。 

参照附图3和4，吊卡是由左吊卡1.1、右吊卡1.2通过吊卡销1.3连接构成对合结构，吊卡销1.3由螺杆1.11固定在左吊卡1.1上。在两个吊卡的上部和侧部分别设有吊耳1.4和导向块1.13和导向孔1.12，两个吊卡的对合面为凹凸配合，在其对合面设有定位销1.6和定位弹簧1.5配合组成的吊卡定位机构。当吊卡关闭时定位销1.6在弹簧1.5预紧力的作用下，顶在左吊卡孔上，在吊卡开、合过程中起到定位作用。为了确保吊卡离开吊卡座后的安全与稳定，在吊卡内安装了锁止机构。该锁止机构由贯穿于左、右吊卡的通孔和设置在通孔内的外锁销1.9、内锁销1.8、推杆1.10和锁销簧组成。当吊卡离开吊卡座时，外锁销1.9受到推杆1.10向上作用力向上顶入左吊卡孔内，并将左吊卡孔内的内锁销1.8向上顶入右吊卡孔1.7内，此时就完成了锁住吊卡的任务，确保吊卡在离开吊卡座的整个过程中不会自动打开，相反当吊卡进入吊卡座时，外锁销1.9受到推杆1.10向下作用力向下回位，内锁销1.8在弹簧力作用下也向下同时回位，此时吊卡在吊卡座地驱动下可以地自由开合 

参照附图5，吊卡座主要由左吊卡座2.1、右吊卡座2.2和3只液压缸8等机件组成。吊卡座用一只组合轴承销2.12和两只固定螺栓2.8与框架6上的吊卡座平台4.2固定连接，与吊卡的连接是通过卡座周边的凸沿2.3、凹槽2.4和导向坡2.6与吊卡的底部和导向块1.13配合，并通过插销2.5插入和抽出吊卡导向孔1.12来完成连接和分离。吊卡座的左卡和右卡用组合轴承销2.12固定连接，且左右吊卡座能够绕轴承销2.12旋转，开合液压缸用两只销2.9固定在固定架2.7上，液压缸工作时左右吊卡座也随之绕组合轴承销2.12旋转，即吊卡座张开。另两只液压缸分别用四个螺栓固定在吊卡座固定板2.10上，液压缸的活塞杆顶端固定着插销2.5，当液压缸工作时，插销2.5也随之左右移动。 

参照附图6，地卡主要由左卡3.1、右卡3.2、滑杠3.3、大弹簧3.4、液压缸8等机件组成。它的作用是在液压缸和弹簧的共同驱动下，完成夹紧卡住和放松油管两个过程。地卡机构经压板用4只螺栓与框架6的主平台4.1固定连接。两只滑杠3.3与两只压板3.6用四个螺帽固定成两对平行体，四只大弹簧3.4、八只弹簧座3.5和左右卡按照规定的配合间隙空套在滑杠上，四只弹簧预紧力调节帽3.7通过螺纹与滑杠配合，通过旋动调节帽可以调节大弹簧的预紧力，液压缸的底部与压板用四个螺栓连接，顶部与连接套3.8连接，连接套又与左(右)卡连接，左右卡在液压缸的驱动下只能在滑杠上左右滑动。 

参照附图7，液压钳装置10由当前通用的液压钳5.1和专用钳框组成，钳框分为底板5.2、中板5.3、上板5.4、弹性限位杆5.5、中板喇叭口5.6和油管滑坡5.7等构件。整个液压钳装置10通过底板5.2与框架6上的液压钳工作台4.4连接，并随工作台平面一起移动。液压钳装置的主要作用是旋紧连接油管和旋开连接油管，另一个作用是在油井下油管作业时，弹性限位杆5.5给左移的油管一定的限位力限制油管左移，喇叭口5.6限制油管右移，并在液压装置向井口移动的过程中，自动定位油管下行的轨迹，使待下油管与井口下的油管丝扣对正。 

参照附图8，油管输送机构是在钢架6.4的两端下部安装可以调节高度的四条腿6.3，两端上部安装一个主摆架6.2和一个副摆架6.6，在主辅摆架顶端安装油管滑槽6.1，液压缸的底部安装在轴6.5上，杆部安装在主摆架6.2上。油管输送装置工作过程是液压缸8做伸缩移动时，带动主辅摆架绕固定轴转动，迫使油管滑槽左右移动，即完成运送油管工作。 

本装置的工作原理(参考附图9-17，以便更好理解本发明的工作过程)。 

起油管过程：如图9所示，在吊卡座2的两只液压缸地驱动下插销2.5左移，打开了吊卡1与吊卡座2之间的连接，当吊卡与吊卡座处于断开状态后，游动滑车通过链条9，连着吊卡1的吊耳1.4卡着油管上行(见图10所示)，当吊卡上升到一定位置时，吊卡座在液压缸的驱动下逆时针旋转至图10所示位置时，地卡座在地卡座液压缸的驱动下也打开至图10所示位置，当吊卡上行至顶点时，地卡(3.1，3.2)在地卡液压缸的驱动下夹住刚刚露出井口的油管大头后，游动滑车连同吊卡吊着油管开始缓慢下行至地卡(3.1，3.2)卡住油管时止，这时液压钳座平台的液压缸的活塞杆做收缩移动，带动液压钳装置10向左上方移动到图11所示后，液压钳5.1开始工作拧下油管，当油管被旋下后，液压缸的活塞杆做伸展移动，带动液压钳装置10向右下方移动回位到图12所示位置，同时吊卡带着被拧下的油管上行30厘米左右后，框架6上的拨架液压缸开始工作，活塞杆上行带着齿条4.8也上行，迫使齿轮4.7齿轮轴4.6顺时针转动，拨架4.9绕齿轮轴4.6顺时针转到靠上油管后再推着油管行至图12位置，吊卡下行，油管尾部沿着油管输送装置架滑槽6.1滑行，当油管离开拨架4.9后，拨架4.9再逆时针转至图13位置等待吊卡下来落座，当吊卡落到拨架4.9后，游动滑车继续缓慢下行，同时拨架带着吊卡连着油管逆时针下转至吊卡1落到吊卡座2上，当吊卡落稳后，油管呈水平位置时，吊卡座插销2.5在液压缸活塞杆的推动下向上插入吊卡导向块1.12孔中，锁住吊卡完成吊卡1与吊卡座2的连接(如图13所示)。如图14所示，当吊卡打开后，油管输送架5在输送架液压缸的驱动下，主辅摆架6.2、6.6顺时针旋转将油管移开，当各部机件回到图8位置后，此时就完成了将一根油管从井口提起到卸开，再通过油管输送架运走的整个过程。 

下油管过程与起油管过程正好相反。参见附图15，吊卡1打开油管油管输送架将油管送至吊卡内，液压缸工作吊卡与吊卡座关闭，吊卡卡住油管，吊卡座插销2.5在吊卡液压缸地驱动下打开，此时吊卡与吊卡座脱开后，游动滑车带着链条9连着吊卡卡着油管头部上行，油管底部也顺着油管输送架滑槽6.1向左移动，当吊卡上升到图16所示位置时，油管底部被液压钳装置10上的弹性限位杆5.5挡住(见图6所示)，并被液压钳装置的弹性限位杆5.5、喇叭口5.6和油管滑坡5.7限制住，此时液压钳装置在液压缸地驱动下向左移动，同时油管也随着液压钳装置移动到图17所示位置时，液压钳5.1开始工作将上下两根油管上紧，上紧后工作台4在液压缸地驱动下带着台上的液压装置10向右离开油管至右下方指定位置止，此时游动滑车带着吊卡卡着油管先上行，待地卡(3.1，3.2)打开后再下行，当下行到距离井口3米左右时，先等地卡(3.1，3.2)关上夹住油管，再等吊卡座按顺时针方向转至水平方向到位后，再继续下行直到底，当吊卡带着油管下行到位后，油管被地卡(3.1，3.2)顶住和卡住，这时吊卡座插销2.5在液压缸的驱动下右移插入吊卡导向块1.12孔内锁住吊卡与吊卡座后，吊卡座开合液压缸开始驱动吊卡座打开，当然吊卡也同时被打开，当吊卡完全打开后，吊卡座连同吊卡被液压缸驱动按逆时针方向旋转90°后到位(回到图14所示位置)，等待油管架将下一根油管送来。综上所述完成了一个下油管过程。 

本装置不仅适合油管起下作业，同样适合钻杆等起下作业使用。 

Claims (5)

1.油井起下油管机械化作业装置，包括吊卡、与吊卡配套的支撑架和起下机构、地卡和液压钳、油管输送机构，以及由液压泵与液压缸连接组成液压驱动机构和由控制吊卡的电动升降、控制液压泵和液压缸的电控机构构成，其特征是构成本装置的主体结构还包括：一个与井口连接的框架结构(6)，框架结构(6)的主平台(4.1)外底部设置井口法兰(7)，并预留有与井口法兰(7)同轴的通孔；在主平台(4.1)的上部固定有地卡(3)，地卡是由左右对称的左卡(3.1)、右卡(3.2)、滑杠(3.3)、大弹簧(3.4)、液压缸(8)组成，其两端分别由压板(3.6)固定在主平台(4.1)内底部，并与井口法兰(7)保持同轴线；在地卡的上部的框架结构(6)内的一侧设有吊卡座平台(4.2)、另一侧设有液压钳平台(4.4)；吊卡座(2)被固定在吊卡座平台(4.2)上，吊卡座平台(4.2)通过固定在框架结构(6)的水平铰链轴连接，其两侧由液压缸连接在主平台(4.1)内底部，构成沿铰链轴由水平状态转动垂直状态的运转机构；液压钳平台(4.4)的底部通过铰链轴、摆杆和液压缸连接在主平台内底部，液压钳被固定在液压钳平台(4.4)上；吊卡是由左吊卡(1.1)、右吊卡(1.2)通过吊卡销(1.3)连接构成对合结构，在两个吊卡的上部和侧部分别设有吊耳(1.4)和导向块(1.13)，两个吊卡的对合面为凹凸配合，在其对合面设有定位销(1.6)和定位弹簧(1.5)配合组成的吊卡定位机构；吊卡座(2)是由左吊卡座(2.1)、右吊卡座(2.2)通过轴承销(2.12)铰链后与3只液压缸(8)连接构成，在左吊卡座(2.1)和右吊卡座(2.2)的外周边分别设有与吊卡和导向块(1.13)配合的凸沿(2.3)和凹槽(2.4)，两个凹槽(2.4)的同侧分别设有导向坡(2.6)，导向坡内贯穿液压缸(8)的插销(2.5)，插销(2.5)与导向块(1.13)的导向孔(1.12)构成插接配合。 

2.根据权利要求1所述的油井起下油管机械化作业装置，其特征是在框架结构(6)的上部和侧部设有拨架机构，拨架机构由拨架(4.9)、齿条(4.8)、齿轮(4.7)、齿轮轴(4.6)、主槽钢(4.5)和液压缸(8)组成，主槽钢(4.5)垂直固定在主平台(4.1)上部，主槽钢(4.5)底部固定着液压缸(8)，液压缸(8)顶部固定着齿条(4.8)，在主槽钢(4.5)的上部安装着齿轮(4.7)与齿轮轴(4.6)，齿条(4.7)与齿轮(4.7)形成齿合，在齿轮轴(4.6)的内端固定连接拨架(4.9)。

3.根据权利要求1或2所述的油井起下油管机械化作业装置，其特征是：所述的油管输送机构是在钢架(6.4)的两端下部安装可以调节高度的四条腿(6.3)，两端上部安装一个主摆架(6.2)和一个副摆架(6.6)，在主辅摆架顶端安装油管滑槽(6.1)，液压缸的底部安装在轴(6.5)上，杆部安装在主摆架(6.2)上。

4.根据权利要求1或2所述的油井起下油管机械化作业装置，其特征是：在两个吊卡的对合面上还设有锁止机构，该锁止机构由贯穿于左右吊卡的通孔和设置在通孔内的内锁销(1.8)、外锁销(1.9)、推杆(1.10)和锁销簧组成。

5.根据权利要求1或2所述的油井起下油管机械化作业装置，其特征是：在液压钳平台上设有液压钳专用钳框，钳框由底板(5.2)、中板(5.3)、上板(5.4)、弹性限位杆(5.5)、中板喇叭口(5.6)和油管滑坡(5.7)构成。 

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