CN103046881B - 一种修井用管柱自动化移运装置 - Google Patents

Abstract

一种修井用自动化管柱移运装置，主要解决现有修井作业采用人工排管工人劳动强度大、危险性高的问题。其特征在于：机体是由上下管机构、固定底座、造斜起升滑道和伸出臂送管机构组成；上下管机构通过其液缸推动上、下管拨叉完成上下管工作；造斜起升滑道通过连接在底座的液缸推动滑道来完成造斜起升工作；伸出臂依靠导轮在滑道上滚动，伸出臂液缸活塞杆完成伸缩动作；伸出臂装置通过马达带动链轮，进而带动链条上的油管。本装置采用链条传送油管，能实现管柱在操作平台和排放架之间的移送操作。该装置可以快速、精确地实现油管的上下操作，不仅缩短了修井周期，同时也减轻了修井工人的劳动强度，减少了操作工人数。

Description

一种修井用管柱自动化移运装置

技术领域

 本发明涉及一种油气田进行修井作业时的管柱机械化移运装置。

背景技术

修井作业过程中需要对抽油杆、套管及油管进行大量的起下、排放作业，特别是在起下过程中，需要多次重复管柱排放作业。在管柱排放的过程中, 要求被起出来的管柱能够整齐地排列好, 并在下管时按要求顺序放出。现有技术中完成管柱排放作业都是通过人工利用机械工具手动进行，这样不仅需要花费大量的时间，而且劳动强度大，安全风险高。

发明内容

为了解决背景技术中所给出的现有技术问题，本发明专利提出了一种修井用管柱自动化移运装置，该套装置采用链条传送油管，能实现管柱在操作平台和排放架之间的移送操作。该装置可以快速、精确地实现油管的上下操作，不仅缩短了修井周期，同时也减轻了修井工人的劳动强度，减少了操作工人数。

本发明的技术方案是：该种修井用自动化管柱移运装置，包括机体，以及为机体提供动力和控制命令的电控和液压系统，其独特之处在于：

所述机体由上下管机构、固定底座、造斜起升滑道和伸出臂送管机构组成；

其中，所述上下管机构由焊接式稳定架立板、支腿液压缸、上管拨叉、上管拨叉液压缸、带有挡销的下管拨叉、下管拨叉液压缸和上下管机构支撑座连接后构成。其中，上管拨叉的尾端为弧形结构，另一端和焊接式稳定架立板的上部铰接在一起；所述上管拨叉液压缸的活塞杆、下管拨叉液压缸的活塞杆分别通过销轴与上管拨叉和下管拨叉的靠近端部处相连，上管拨叉液压缸的底座、下管拨叉液压缸的底座通过销轴与焊接式稳定架立板相连；所述上下管机构支撑座和固定底座通过稳定架铰接轴相连；所述支腿液压缸上安装有垫片；

所述固定底座的两端与上下管机构之间通过稳定架斜拉杆连接固定，所述固定底座的上端设有起重吊耳，靠近两端处设有四个斜拉杆挂耳；所述固定底座的中间留有空隙可放置电控箱；固定底座上焊接液压缸支撑座和倾斜液缸支撑耳座。

所述造斜起升滑道由造斜起升主液压缸、动力臂伸缩液压缸缸筒、右侧辅助造斜起升液压缸、左侧辅助造斜起升液压缸和滑道构成；其中，所述造斜起升主液压缸通过销轴连接在所述固定底座上的液压缸支撑座上，右侧辅助造斜起升液压缸和左侧辅助造斜起升液压缸通过销轴连接在倾斜液缸支撑耳座上；所述动力臂伸缩液缸缸筒通过销轴连接在滑道上；滑道回落上安装自动感应开关；所述造斜起升滑道下端有滑道支撑角耳，所述滑道支撑角耳和固定底座上的滑道支撑耳座为可锁定的结构；

所述伸出臂送管机构由滑道后导轮、动力臂勾轮、前伸液缸活塞杆、张紧轮、从动链轮、与滑道配合的副滑道、动力臂锁定连杆、管子滚动挡销、链条、动力马达和动力链轮连接后组成；动力马达与动力链轮作传动连接。

本发明具有如下有益效果： 

采取上述方案后，液压缸与上管拨叉上部相连，液压缸活塞杆伸出时，由上管拨叉将油管拨起，到达挡销位置，经限制单向运动的挡销，到达链条上，马达带动链轮，链条运动输送油管。下管时，由连接在下管拨叉上部的液压缸活塞杆伸出，带动下管拨叉拨下油管，放置指定位置。首先，为避免油管下冲时，上管拨叉对液压支腿冲击较大，液压支腿上有垫片，有效减少了对其伤害；上下管拨叉采用与油管外形符合的弧形结构，有利于减少硬性碰撞带来的冲击；上下管机构中的焊接式稳定架的紧凑结构减轻了上下管机构的总体重量，各构件灵活耐用，增加了拨管时的稳定性。

其次，固定底座设计强度高，具有稳定可靠的特点，与滑道之间留有空间，可放置电控箱。再次，为避免动力伸出臂送管机构收回时对机体的冲击，滑道回落上安装接近开关，当动力伸出臂送管机构运动到接近开关的感应距离内，接近开关传出信号使动力伸出臂送管机构停止运动，避免对机体的冲击破坏；造斜起升滑道下端有支撑耳座，减少滑道下降时对固定底座的伤害；运输中造斜起升滑道可以和固定底座上的耳座锁定，减少运输中的安全隐患；一主液压缸，两辅助液压缸的造斜起升结构，增加了造斜滑道起升的稳定性、可靠性及工作中的安全性，有效地提高了工作效率。

另外，伸出臂最大伸出距离大，为保证其强度可靠，不发生较大形变，伸出臂在原有基础上前端导向角钢焊接，其两侧有八块伸出支撑加强板，以保证工作安全；考虑到运输安全，本发明在滑道与动力伸出臂送管机构之间有锁定耳座，在运输过程中可锁紧，以免路途中动力臂伸出，造成人员伤害和机体受损；链条下有尼龙垫板，尼龙材料本身有润滑作用，减少与链条的摩擦，避免了采用金属产生的大噪声；链条的两端有管子滚动保护装置，限制管子的移动；动力伸出臂送管机构采用独特的链条传动，有效地解决了稠油油管的运送难题，动力伸出臂下端有液压缸活塞杆，与滑道上端的液压缸筒相连，活塞杆的伸出使得动力臂能够自如伸出，到达要求的井口位置。

最后，液压系统采用双联齿轮泵供油，把等量的油分别输入两个尺寸相同的液压缸，确保同侧的两个上、下管拨叉动作同步，其两侧有卸荷回路，以减少液压泵磨损，降低功率消耗，减小温升；造斜液缸采用主液缸两侧有两个辅助液缸的形式，确保造斜滑道起落时的平稳作业，和支撑强度；液压马达是将液压能转换为机械能的装置，可实现连续的旋转运动，此液压系统中采用液压马达驱动链轮旋转；支腿液缸，为了防止立式液缸与垂直运动的工作部件由于自重而自行下落造成事故或冲击，在立式液压缸下行时的回路上设置适当的阻力，产生一定的背压，支腿液缸采用液控单向阀的平衡回路，以阻止其下降或使其平稳地下降。

本发明能够自动完成修井作业中的管子排放的任务，有效避免了井口操作的安全隐患，减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率。

附图说明：

图1是本发明修井用自动化管柱移运装置总装图。

图2是本发明自动上下管机构示意图。

图3是本发明上下管机构工作原理示意图。

图4是本发明固定底座示意图。

图5是本发明造斜起升滑道示意图。

图6是本发明造斜滑道支撑液缸示意图。

图7是本发明动力伸出臂示意图。

图8是本发明动力伸出臂动力头示意图。

图9是本发明动力伸出臂张紧轮示意图。

图10是本发明动力伸出臂从动头示意图。

图11是本发明动力伸出臂勾轮示意图

图12是本发明中指示电控系统中控制盒安装位置的示意图。

图13是本发明合拢状态示意图。

图14是本发明支腿摆开状态示意图。

图15是本发明工作状态示意图。

图中1-上下管机构，2-固定底座，3-电控箱，4-造斜起升滑道，5-伸出臂送管机构，6-焊接式稳定架立板，7-支腿液压缸，8-上管拨叉，9-上管拨叉液压缸，10-下管拨叉，11-下管拨叉液压缸，12-上下管机构支撑座，13-垫片，14-稳定架斜拉杆，15-液压缸支撑座，16-滑道支撑耳座，17-起重吊耳， 18-稳定架铰接轴，19-斜拉杆挂耳，20-倾斜液缸支撑耳座，21-滑道支撑角耳，22-滑道前导轮，23-滑道与动力臂锁耳耳座；24-动力臂伸缩液压缸缸筒，25-辅助滑道26-自动感应开关，27-左侧辅助造斜起升液压缸；28-造斜起升主液压缸，29-右侧辅助造斜起升液压缸，30-滑道，31-滑道后导轮；32-动力臂勾轮，33-前伸液缸活塞杆， 34-张紧轮，35-从动链轮，36-动力臂锁定连杆；37-管子滚动挡销，38-链条，39-动力马达，40-动力链轮；41-副控制盒；42-主控制盒。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1至图15所示，包括机体，以及为机体提供动力和控制命令的电控和液压系统，其独特之处在于：所述机体是由上下管机构1、固定底座2、造斜起升滑道4和伸出臂送管机构5组成；

其中，所述上下管机构1由焊接式稳定架立板6、支腿液压缸7、上管拨叉8、上管拨叉液压缸9、下管拨叉10、下管拨叉液压缸11和上下管机构支撑座12构成；所述上管拨叉8和下管拨叉10的一端设计成与油管外形一致的弧形结构，另一端和焊接式稳定架立板6的上部铰接在一起；所述上管拨叉液压缸9的活塞杆、下管拨叉液压缸11的活塞杆分别通过销轴与上管拨叉8和下管拨叉10的靠近端部处相连，上管拨叉液压缸9的底座、下管拨叉液压缸11的底座通过销轴与焊接式稳定架立板6相连；所述上下管机构支撑座12和固定底座2通过稳定架铰接轴18相连；所述支腿液压缸7上安装有垫片13；

所述固定底座2是由普通型材焊接而成，固定底座2的两端与上下管机构1之间通过稳定架斜拉杆14连接固定，所述固定底座2的上端设有起重吊耳17，靠近两端处设有四个斜拉杆挂耳19；所述固定底座2的中间留有空隙可放置电控箱3；固定底座2上焊接液压缸支撑座15和倾斜液缸支撑耳座20； 

所述造斜起升滑道4由造斜起升主液压缸28、动力臂伸缩液压缸缸筒24、右侧辅助造斜起升液压缸29、左侧辅助造斜起升液压缸27和滑道30构成；其中，所述造斜起升主液压缸28通过销轴连接在所述固定底座2上的液压缸支撑座15上，右侧辅助造斜起升液压缸29和左侧辅助造斜起升液压缸27通过销轴连接在倾斜液缸支撑耳座20上；所述动力臂伸缩液缸缸筒24通过销轴连接在滑道30上；举升过程由造斜起升主液压缸28、右侧辅助造斜起升液压缸29和左侧辅助造斜起升液压缸27推动滑道30完成；所述滑道30回落上安装自动感应开关26；所述造斜起升滑道4下端有滑道支撑角耳21，所述滑道支撑角耳21和固定底座2上的滑道支撑耳座16锁定；

所述的伸出臂送管机构5由滑道后导轮31、动力臂勾轮32、前伸液缸活塞杆33、张紧轮34、从动链轮35、与滑道30配合的副滑道、动力臂锁定连杆36、管子滚动挡销37、链条38、动力马达39和动力链轮40组成；其中所述动力马达39提供动力使动力链轮40旋转，并带动链条38，上下管机构1将油管置于链条38上，前伸液缸活塞杆33与造斜起升滑道4上的动力臂伸缩液压缸缸筒24配合伸出；通过滑道前导轮22、滑道后导轮31和动力臂勾轮32在滑道上滚动减少摩擦；张紧轮34把链条38张紧，减小链条38运动过程中的震动和能量损失；动力臂勾轮32将滑道勾住，限制动力臂上下运动，使动力臂伸缩时更加稳定。

具体实现时，电控系统包括底座电控装置和控制开关；其中，所述底座电控装置设置在电控箱内，包括电控柜、阀柜、油箱、电机和双联泵。控制开关由主控制盒42、副控制盒41组成；所述副控制盒41安装在焊接式稳定架立板6外表面的顶端，副控制盒41上依次设有急停按钮，电源开、关按钮，电机正、反转旋钮和电机起、停按钮；所述主控制盒42安装在所述焊接式稳定架立板6外表面的中部，依次设有上管起、落按钮，下管起、落按钮，一键式送管起、回位按钮，一键式取管起、回位按钮，链传动起、停按钮，前伸、回位按钮，造斜起、落按钮和急停按钮。

将该装置运输到作业现场，完成接线等准备工作后，将支腿液压缸7摆开，用稳定架斜拉杆14支撑固定支腿液压缸7，然后调节机体的支腿液压缸7高度，到井口指定的工作位置。

下面给出利用本装置作业的过程：

上管过程：首先按下上管拨叉起升开关后，机体同侧的两个上管拨叉液压缸9在双联泵作用下，把等量的油分别输入两个尺寸相同的液缸，同步推动机体同侧的两个上管拨叉8将管柱拨入滑道30中间的链条38上；按下链传动启动开关，动力链轮40开始带动链条38运动，电机正反转开关可控制链条38运动的方向；按下造斜起升开关，前伸液缸活塞杆33伸出，将动力伸出臂机构造斜起升到和井口操作台同一高度；按下动力臂前伸开关，动力伸出臂液缸推动伸出臂前伸，移动至井口位置完成送管工作，若有误动作可按急停开关，以防造成机体损害或者工人受伤。

下管过程：当管柱的大部分已落入滑道30链条38上，按下动力臂回位开关，伸出臂送管机构5的液缸拉动前伸动力臂装置收到初始位置，然后按下造斜回位开关，造斜起升机构液缸收缩到初始位置，最后按下一键送管开关，由机体同侧的两个下管拨叉10将管柱拨出到对应的两个上管拨叉8，继而管柱将从上管拨叉8落回到管排架上，完成下管过程。

手动控制：设备使用前进行调试、试运行或系统控制中心设备PLC出故障、控制操作出现故障的情况下，可以将功能转化开关拨到自动位置，通过控制箱的按钮实现本发明的所有操作。

学习功能：能够学习修井工人操作和准确的控制时间，并将该学习结果存储，学习结束后，自动运行，可重复执行人工操作的详细过程。学习过程过程可以通过控制箱操作按钮完成，也可以通过遥控器相应操作完成。

自动功能：在学习过程结束后，将功能转换开关拨到自动位置，通过按控制箱的相关按键即可自动运行，实现一键操作。

保护功能：当自动执行程序运行时，如果现场出现紧急情况，可以通过拨动控制箱切换旋钮，切断自动执行过程，使机器停止运行，然后，手动操作到需要位置，或将机器复位。

升降机控制系统、液压系统已经集成为一体。因此现场只需接入电源即可。升降机安放在管桥架垂直方向，与管杆平行，和作业井口正对；管桥架搭设尽量水平，这样下油管便于油管滚动；

合上总电源开关（电源指示和控制电源指示灯灯亮）；转动电机正转按钮，启动液压系统电机，仔细观察电机旋转方向（顺时针方向为正确方向）；若不正确，立即停止电机。然后，转动电机反转旋钮，启动液压系统电机。

操作前首先将功能旋转开关拨到“手动”位置，进行设备调试使用，注意检验设备所有动作是否灵活好用。

手动操作正常以后，将该开关拨到“学习”位置，进行标准起下动作学习。此时的所有操作将被记录，可以依次按下“上管拨叉升”、“造斜起”、“滑道进”、“滑道退”、“造斜落”、“下管拨叉升”按钮完成学习过程。

Claims (1)

1.一种修井用管柱自动化移运装置，包括机体，以及为机体提供动力和控制命令的电控和液压系统，其特征在于：

所述机体由上下管机构（1）、固定底座（2）、造斜起升滑道（4）和伸出臂送管机构（5）组成；

其中，所述上下管机构（1）由焊接式稳定架立板（6）、支腿液压缸（7）、上管拨叉（8）、上管拨叉液压缸（9）、带有挡销的下管拨叉（10）、下管拨叉液压缸（11）和上下管机构支撑座（12）连接后构成；其中，上管拨叉（8）的尾端为弧形结构，另一端和焊接式稳定架立板（6）的上部铰接在一起；所述上管拨叉液压缸（9）的活塞杆、下管拨叉液压缸（11）的活塞杆分别通过销轴与上管拨叉（8）和下管拨叉（10）的靠近端部处相连，上管拨叉液压缸（9）的底座、下管拨叉液压缸（11）的底座通过销轴与焊接式稳定架立板（6）相连；所述上下管机构支撑座（12）和固定底座（2）通过稳定架铰接轴（18）相连；所述支腿液压缸（7）上安装有垫片（13）；

所述固定底座（2）的两端与上下管机构（1）之间通过稳定架斜拉杆（14）连接固定，所述固定底座（2）的上端设有起重吊耳（17），靠近两端处设有四个斜拉杆挂耳（19）；所述固定底座（2）的中间留有空隙可放置电控箱（3）；固定底座（2）上焊接液压缸支撑座（15）和倾斜液缸支撑耳座（20）； 

所述造斜起升滑道（4）由造斜起升主液压缸（28）、动力臂伸缩液压缸缸筒（24）、右侧辅助造斜起升液压缸（29）、左侧辅助造斜起升液压缸（27）和滑道（30）构成；其中，所述造斜起升主液压缸（28）通过销轴连接在所述固定底座（2）上的液压缸支撑座（15）上，右侧辅助造斜起升液压缸（29）和左侧辅助造斜起升液压缸（27）通过销轴连接在倾斜液缸支撑耳座（20）上；所述动力臂伸缩液缸缸筒（24）通过销轴连接在滑道（30）上；滑道（30）回落上安装自动感应开关（26）；所述造斜起升滑道（4）下端有滑道支撑角耳（21），所述滑道支撑角耳（21）和固定底座（2）上的滑道支撑耳座（16）为可锁定的结构；

所述伸出臂送管机构（5）由滑道后导轮（31）、动力臂勾轮（32）、前伸液缸活塞杆（33）、张紧轮（34）、从动链轮（35）、与滑道（30）配合的副滑道、动力臂锁定连杆（36）、管子滚动挡销（37）、链条（38）、动力马达（39）和动力链轮（40）连接后组成；动力马达（39）与动力链轮（40）作传动连接。