CN102383744B

CN102383744B - 一种井架排管装置

Info

Publication number: CN102383744B
Application number: CN2010102649719A
Authority: CN
Inventors: 刘�东; 胡国强; 赵卫东; 于清峰; 张树立
Original assignee: Yantai Jereh Petroleum Equipment and Technologies Co Ltd
Current assignee: Yantai Jereh Petroleum Equipment and Technologies Co Ltd
Priority date: 2010-08-28
Filing date: 2010-08-28
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2030-08-28
Also published as: CN102383744A

Abstract

本发明涉及一种安装在现有的井架二层平台之上，可以很方便进行自动抓管和自动排管的装置，包括排管装置、电控组件以及液压动力单元。该排管装置由多个分组件组成：由一个主平行四边形机构作为主载荷平台，由一个次平行四边形机构来完成将钻杆摆放到井口位置或从井口位置抓取钻杆；管子操纵机构，用于升降钻杆，包括一个动力夹钳，来夹住钻杆；一个角旋转装置，安装在移动平台上，来完成180度的旋转运动，将管子从面向二层平台转到面向井口方向或者从面向井口方向旋转至面向二层平台方向。本发明可以便捷的安装到井架上，可很大程度上提高作业的自动化程度，提高作业效率，降低操作人员的工作强度和危险性。

Description

一种井架排管装置

技术领域

本发明属于一种石油钻机和修井机辅助设备，具体用于抓取管柱和使管柱自动按照预设路线排列。

背景技术

近年以来，自动化作业、生产安全以及人身安全越来越受到油田行业的重视，如何提高作业的自动化程度和工作效率、提高作业安全条件、改善油田作业工人的劳动强度，成为油田行业的一个重点工作。正是在这种大环境下，发明了该排管装置，提高了自动化程度，并替代了井架操作工人的工作，消除了在井架工作中最危险的一个工种。该排管装置也代表了石油行业向自动化、智能化发展的趋势。

发明内容

本发明的技术难点在于提供一种自动化程度高、操作便捷灵活、易于推广应用的井架二层台排管装置。该装置能提升钻机或修井机的科技技术水平，并提高工作效率，降低劳动强度和工作危险性。

为了解决上述技术问题，本发明的设计方案如下：该发明包括两个X向主平行四边形侧支架，两个Y向滑轨马达，一个回转机构，一个Y向滑动座，一个Y向滑轨，一个Z向伸缩机构，一个液压机械臂，一个液压抓取装置，两个Y向伸缩油缸，两个啮合齿轮，自动排管控制系统，液压动力单元。X向主平行四边形侧支架与Y向滑轨用销轴铰接在一起，组成基本框架，Y向滑动座安装在Y向滑轨上，在Y向滑轨马达的驱动下滑动；回转机构固定在Y向滑动座上方，带动Z向伸缩机构180度往复旋转；Z向伸缩机构可以在Z向进行上下伸缩，液压机械臂连接在Z向伸缩机构的下方，在液压油缸的作用下可以进行X向和Z向两个方向的动作，液压抓取装置铰接在液压机械臂下面，可以抓取钻杆、套管等管柱；Y向伸缩油缸连接X向主平行四边形侧支架和井架二层台，带动所述X向主平行四边形侧支架沿X向摆动；自动排管控制系统控制排管轨迹，并对于出现的危险进行报警；液压动力单元可以放置在任何地方，给液压部件提供足够的动力。

本发明采用了稳定的四边形结构作为执行结构的骨架，保证了强度，提高了安全性；结合了机械、液压、电气等技术为一体，可按照设置的程序实现精确、自动的抓管、排管过程，并可以随时转到手动控制。排管装置安装在二层平台的上面，通过二层平台，可以很容易的到达排管装置的任何部位进行安装维修及更换零部件。

附图说明

图1是本发明的机构示意图，

图2是图1 的左视图，

图3是图1 的俯视图，

图4是液压抓取装置的机构示意图，

图5 是图4左视图，

图6是回转机构的机构示意图，

图7 是Y向滑动座和Y向滑轨的机构示意图，

图8是Z向伸缩机构的机构示意图，

图9是液压机械机构的机构示意图。

图中： 1—X向主平行四边形侧支架，2—Y向滑轨马达，3—回转机构，301—传感器护套，302—角度传感器，303—连接轴，304—回转油缸，305—支撑护套，306—载荷传感器，307—承重法兰，308—承重轴承，309—上连接体，4—Y向滑动座，401—定位轴，402—滚轮，403—安装座，404—减磨块，405—定位块，5—Y向滑轨，501—啮合齿条，502—衬块，503—导轨，6—Z向伸缩机构，601—油缸，602—滑动套，603—外固定套，604—定位套Ⅰ，605—下封套，606—定位套Ⅱ，607—下连接体，7—液压机械臂，701-铰接板，702-液压油缸，703-后转臂，704-前转臂，8—液压抓取装置，801—固定板Ⅰ，802—可拆卸夹持块，803—限位块，804—固定板Ⅱ，805—连接板，806—夹持座，807—浮动V型导向块，808—锁紧套，809—固定销，810—摩擦定位块，811—压紧弹簧，812—液压缸柱塞Ⅰ，813液压缸柱塞Ⅱ，814—液压缸缸体，815—滑动导轨，9—Y向伸缩油缸，10—井架二层台，11—啮合齿轮。

具体实施方式：

如图1、图2和图3所示，该排管装置本身又有多个分组件组成：由二个油缸提供动力的一个主平行四边形机构作为主载荷平台，主要来完成X 方向的运动；由一个油缸提供动力的次平行四边形机构来完成将钻杆摆放到井口位置或从井口位置抓取钻杆，其运动为X 方向；齿轮齿条移动机构，来完成Y方向的运动；管子操纵机构，完成Z方向的运动，用于升降钻杆，包括一个动力夹钳，来夹住钻杆；一个角旋转装置，安装在移动平台上，来完成180度的旋转运动，将管子从面向二层平台转到面向井口方向或者从面向井口方向旋转至面向二层平台方向。

三个坐标轴的运动定义如下：

X轴定义为二层平台中心线，

Y轴定义为沿二层平台的管子排放方向，

Z 轴定义为垂直于钻井平台的方向。

包括两个X向主平行四边形侧支架1，两个Y向滑轨马达2，一个回转机构3，一个Y向滑动座4，一个Y向滑轨5，一个Z向伸缩机构6，一个液压机械臂7，一个液压抓取装置8，两个Y向伸缩油缸9，井架二层台10，两个啮合齿轮11。X向主平行四边形侧支架1与Y向滑轨5铰接在一起，组成基本框架， Y向滑动座4安装在Y向滑轨5上，在Y向滑轨马达2的驱动下滑动；回转机构3固定在Y向滑动座4上方，带动Z向伸缩机构6做180度往复旋转； Z向伸缩机构6可以在Z向进行上下伸缩，液压机械臂7连接在所述Z向伸缩机构6的下方，在液压油缸的作用下可以进行X向和Z向两个方向的动作，液压抓取装置8铰接在液压机械臂7下面，可以抓取钻杆、套管等管柱；Y向伸缩油缸9连接X向主平行四边形侧支架1和所述井架二层台10，带动X向主平行四边形侧支架1沿X向摆动。

在管柱的抓取和排放过程中，三个坐标轴方向上的任何一个运动都是相对独立进行的。因此，没有任何复杂的复合运动需要控制，可靠性得到了很大的提高。另外，液压抓取装置在操作时抓在钻杆顶端。无论是单根还是双根或三根钻杆的重心都在液压抓取装置下面，钻杆没有任何倾斜的趋势，移动是很平稳的，不需要有另外的稳定机构。所有这些优点，都允许液压抓取装置可以很快地启动，移动及停止，因此可以提高钻井的速度。排管装置可以不受外界任何影响，无间隙地工作，尤其适合深井作业。当排管装置不能正常工作时，因为排管装置不挡住钻杆的正常移动路径。因此，可以很容易回复到用人手操作的状态而不致于影响正常的钻井过程。

如图4和图5所示，液压抓取装置（8）包括两个固定板Ⅰ801、四个可拆卸夹持块802、两个限位块803、两个固定板Ⅱ804、一个连接板805、两个夹持座806、两个浮动V型导向块807、两个锁紧套808、两个固定销809、两个摩擦定位块810、四个压紧弹簧811、四个液压缸柱塞Ⅰ812、两个液压缸柱塞Ⅱ813、一个液压缸缸体814、两个滑动导轨815；液压缸缸体814和两个矩形截面滑动导轨815将两个夹持座806和连接板805连接在一起，构成液压抓取装置8的主体，两个液压缸柱塞Ⅱ813安装在液缸缸体814的内部，固定销809将锁紧套808固定在液压缸柱塞Ⅱ813的端部，在液压油的带动下，锁紧套808带动夹持座806向中间收缩，夹持管柱；可拆卸夹持块802和浮动V型导向块807安装在夹持座806内侧面上，起到导向和夹持管柱的作用，可根据管柱尺寸的不同进行更换；摩擦定位块810、压紧弹簧811、液压缸柱塞Ⅰ（812）安装在夹持座806内的液压腔体内，组成压紧油缸，夹持座806在滑动导轨815上滑动时，摩擦定位块810可起到定位的作用，压紧弹簧811提供预紧力，液压油加压后摩擦定位块810松开，夹持座806可移动。

如图6所示，回转机构3包括一个传感器护套301、一个角度传感器302、一个连接轴303、一个回转油缸304、一个支撑护套305、一个载荷传感器306、一个承重法兰307、一个承重轴承308、一个上连接体309；角度传感器302安装在回转机构的上部，用连接轴303连接到上连接体309上，回转油缸304安装在上部，法兰形式连接到上连接体309上；载荷传感器306将上连接体309和承重法兰307连接在一起，测量管柱的重量，上连接体309连接到所述的Z向伸缩机构6。

如图7所示，Y向滑动座4包括八个定位轴401，八个滚轮402，一个安装座403，两个减磨块404，八个定位块405；Y向滑轨5包括两组啮合齿条501，两组衬块502，一组导轨503 ；Y向滑动座4安装在Y向滑轨5上，Y向滑轨5的截面为矩形，Y向滑动座4的八个滚轮402在Y向滑轨5的上下矩形面接触滚动；Y向滑轨马达2安装在Y向滑动座4上， Y向滑轨马达2下面安装所述啮合齿轮11，与滑轨5上安装的啮合齿条501配合，在滑轨马达2驱动下做往复运动；Y向滑动座4与Y向滑轨5之间设置有减磨块404。

如图8所示， Z向伸缩机构6包括一个油缸601、一个滑动套602、一个外固定套603、一个定位套Ⅰ604、一个下封套605、一个定位套Ⅱ606、一个下连接体607；油缸601上面连接到上连接体309，下面连接到下连接体607，油缸伸缩时就带动管柱上下移动；油缸外围安装有外固定套603和滑动套602，设置定位套Ⅰ604和定位套Ⅱ606，在油缸伸缩时起到导向作用。

如图9所示，液压机械臂7包括两个铰接板701、一个液压油缸702、一个后转臂703、一个前转臂704；铰接板701、后转臂703、前转臂704和液压抓取装置8铰接组成一个四边形框架结构，液压油缸702安装到四边形框架内，推动四边形，形成的不同变形尺寸。

Claims

1.一种井架排管装置，包括一个回转机构（3），一个Y向滑轨（5），一个液压机械臂（7），一个液压抓取装置（8），自动排管控制系统，液压动力单元；其特征在于，还包括两个X向主平行四边形侧支架（1），两个Y向滑轨马达（2），一个Y向滑动座（4），一个Z向伸缩机构（6），两个Y向伸缩油缸（9），井架二层台（10），两个啮合齿轮（11）；所述X向主平行四边形侧支架（1）与所述Y向滑轨（5）用销轴铰接在一起，组成基本框架，所述Y向滑动座（4）安装在Y向滑轨（5）上，在Y向滑轨马达（2）的驱动下滑动；所述回转机构（3）固定在所述Y向滑动座（4）上方，带动所述Z向伸缩机构（6）180度往复旋转；所述Z向伸缩机构（6）可以在Z向进行上下伸缩，所述液压机械臂（7）连接在所述Z向伸缩机构（6）的下方，在液压油缸的作用下可以进行X向和Z向两个方向的动作，所述液压抓取装置（8）铰接在所述液压机械臂（7）下面，可以抓取钻杆、套管；所述Y向伸缩油缸（9）连接所述X向主平行四边形侧支架（1）和所述井架二层台（10），带动所述X向主平行四边形侧支架（1）沿X向摆动；自动排管控制系统控制排管轨迹，并对于出现的危险进行报警；液压动力单元可以放置在任何地方，给液压部件提供足够的动力。

2.如权利要求1所述井架排管装置，其特征在于：Y向滑动座（4）安装在Y向滑轨（5）上，Y向滑轨（5）的截面为矩形，Y向滑动座（4）的八个滚轮（402）在Y向滑轨（5）的上下矩形面接触滚动；Y向滑轨马达（2）安装在Y向滑动座（4）上， Y向滑轨马达（2）下面安装所述啮合齿轮（11），与啮合齿条（501）配合，在滑轨马达（2）驱动下做往复运动；Y向滑动座（4）与Y向滑轨（5）之间设置有减磨块（404）。

3.如权利要求1所述井架排管装置，其特征在于：所述液压抓取装置（8）包括两个固定板Ⅰ（801）、四个可拆卸夹持块（802）、两个限位块（803）、两个固定板Ⅱ（804）、一个连接板（805）、两个夹持座（806）、两个浮动V型导向块（807）、两个锁紧套（808）、两个固定销（809）、两个摩擦定位块（810）、四个压紧弹簧（811）、四个液压缸柱塞Ⅰ（812）、两个液压缸柱塞Ⅱ（813）、一个液压缸缸体（814）、两个滑动导轨（815）；所述液压缸缸体（814）和两个矩形截面滑动导轨（815）将两个夹持座（806）和连接板（805）连接在一起，构成液压抓取装置（8）的主体，两个液压缸柱塞Ⅱ（813）安装在液缸缸体（814）的内部，固定销（809）将锁紧套（808）固定在液压缸柱塞Ⅱ（813）的端部，在液压油的带动下，锁紧套（808）带动夹持座（806）向中间收缩，夹持管柱；可拆卸夹持块（802）和浮动V型导向块（807）安装在夹持座（806）内侧面上，起到导向和夹持管柱的作用，可根据管柱尺寸的不同进行更换；摩擦定位块（810）、压紧弹簧（811）、液压缸柱塞Ⅰ（812）安装在夹持座（806）内的液压腔体内，组成压紧油缸，夹持座（806）在滑动导轨（815）上滑动时，摩擦定位块（810）可起到定位的作用，压紧弹簧（811）提供预紧力。

4.如权利要求1所述井架排管装置，其特征在于：所述回转机构（3）包括一个传感器护套（301）、一个角度传感器（302）、一个连接轴（303）、一个回转油缸（304）、一个支撑护套（305）、一个载荷传感器（306）、一个承重法兰（307）、一个承重轴承（308）、一个上连接体（309）；角度传感器（302）安装在回转机构的上部，用连接轴（303）连接到上连接体（309）上，回转油缸（304）安装在回转机构的上部，以法兰形式连接到上连接体（309）上；载荷传感器（306）将上连接体（309）和承重法兰（307）连接在一起，测量管柱的重量，上连接体（309）连接到所述的Z向伸缩机构（6）。

5.如权利要求1所述井架排管装置，其特征在于：所述Z向伸缩机构（6）包括一个油缸（601）、一个滑动套（602）、一个外固定套（603）、一个定位套Ⅰ（604）、一个下封套（605）、一个定位套Ⅱ（606）、一个下连接体（607）；油缸（601）上面连接到上连接体（309），下面连接到下连接体（607），油缸伸缩时就带动管柱上下移动；油缸外围安装有外固定套（603）和滑动套（602），设置定位套Ⅰ（604）和定位套Ⅱ（606），在油缸伸缩时起到导向作用。

6.如权利要求1所述井架排管装置，其特征在于：所述液压机械臂（7）包括两个铰接板（701）、一个液压油缸（702）、一个后转臂（703）、一个前转臂（704）；铰接板（701）、后转臂（703）、前转臂（704）和液压抓取装置（8）铰接组成一个四边形框架结构，液压油缸（702）安装到四边形框架内，推动四边形，形成不同变形尺寸。