CN103821464B - 一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机 - Google Patents
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Abstract
一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，是由车载底盘、组合式液压动力源、智能动力驱动系统、液压自动蓄能系统、离线操控盘、变幅油缸、固定支座、活动支座、绳轮增距系统、单缸提放系统、均衡天轮系统、自动游吊提管系统、管柱排放架、自动抓管系统、自动移管系统、提放支撑架、井口自动对中机构、油管长度自动测量机构、油管自动上卸扣装置、油管自动井口盘、多功能井口油管座组成的，其特征在于该机构分为五大系统：载车变幅、支撑系统，油管柱自动提放系统，油管柱自动提放系统，油管自动上卸扣系统和电液供、驱、操、控系统，该发明大幅度缩短提放油管的工作时间，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，特别是涉及一种用于油田油水井施工作业的修井机, 属于石油钻修机设备先进制造技术领域。
背景技术
国内外最常见的油田修井作业工艺，根据对油水井作业的复杂程度来区分，大致分成大修井和小修井二个类别，相应的修井机根据可提供的功能大小来区分，也大致分成大型修井机和小型修井机二个类别: 大修作业主要解决的是油田油水井复杂打捞，修复油井套管，套管内侧钻等工作，特点是工程难度大，技术要求高，所以大修机多是大型的功能完善的重型修井设备；小修作业主要是完成油田油水井的日常维护作业，其主要内容有：冲砂检泵、清蜡检泵、打捞落物、更换井下管柱或井下工具、卡堵水等，所以小修机多是小型的功能比较单一的轻型修井设备。在这两类修井作业工艺中，工作量最大，劳动强度最高，工作最危险，耗时最多的工序是起下油管及排放油管。
目前，根据起降油管的方式的不同，小修作业机主要有二种类型：一类是回转提升类，这类修井机各厂家产品结构大同小异，传动方式多为：载车发动机+机械变速器+机械换挡+绞车+游车+大钩等组成的游吊系统，其特点是结构简单，但综合性能较差，较先进的采用了载车发动机+液力传动+动力换挡+绞车+游车+大钩等组成的游吊系统，这一类修井机现场在用量很大，是市场主流产品；另一类是直线提升类：这类修井机传动方式多为：电机+液泵+液压阀组+起降油缸（或齿条）+增距绳轮组+大钩等组成的游吊系统，这一类修井机多是针对传统小修作业机的改良设计，结构差异较大，大多为试验性质，市场在用量不大，但是由于液压与电子技术相结合，使得在传统机上难以实现的功能或技术，更容易得以实施。代表了今后的发展方向。
目前，我国各主要油气田均已进入成熟期,修复油水井的工作量突出，维护作业成本在不断增加,其中小修作业的工作量很大，据有关文献统计，在油田修井作业中，小修作业施工约占整个井筒维护工作量的90%一95%，小型修井机设备是小修井下作业中的关键设备,它的性能和特点直接影响着修井作业的速度和质量，因此,改进或完善现有的修井作业工艺流程，提供技术先进、安全可靠、高度环保的新型修井设备,是十分重要的。通过对上述小型修井机市场现有产品的分析，可以发现以下问题：
①回转提升类小型修井机的动力系统采用柴油机驱动，装机功率大、耗能、噪声高。
②回转提升类小型修井机提升系统采用回转提升降机构，运动副复杂，机械效率低。
③直线提升类小型修井机提升系统结构复杂，自动化程度不高。
④回转提升类、直线提升类小型修井机均只能提放单根油管，提放油管工作时间长，劳动强度大，效率低下。
⑤回转提升类、直线提升类小型修井机均是在地面卧式排放单根油管，摆放油管工作时间长，劳动强度大，效率低下。
⑥回转提升类、直线提升类小型修井机不能实施自动控制、远距离离线操作。
发明内容
针对上述的不足，本发明提供了一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，是由车载底盘、组合式液压动力源、智能动力驱动系统、液压自动蓄能系统、离线操控盘、变幅油缸、固定支座、活动支座、绳轮增距系统、单缸提放系统、均衡天轮系统、自动游吊提管系统、管柱排放架、自动抓管系统、自动移管系统、提放支撑架、井口自动对中机构、油管长度自动测量机构、油管自动上卸扣装置、油管自动井口盘、多功能井口油管座组成的，其特征在于该机构分为五大系统：载车变幅、支撑系统，油管柱自动提放系统，油管柱自动排放系统，油管自动上卸扣系统和电液供、驱、操、控系统，载车变幅、支撑系统由车载底盘、固定支座和变幅油缸组成，油管柱自动提放系统由绳轮增距系统、单缸提放系统、均衡天轮系统、自动游吊提管系统和提放支撑架组成，油管柱自动排放系统由提放支撑架、管柱排放架、自动抓管系统和自动移管系统组成，油管自动上卸扣系统由多功能井口油管座、油管自动井口盘和油管自动上卸扣装置组成，电液供、驱、操、控系统由组合式液压动力源、智能动力驱动系统、液压自动蓄能系统和离线操控盘组成；车载底盘与固定支座相固接，与变幅油缸的一端相铰接，同时车载底盘上面安装组合式液压动力源、智能动力驱动系统和液压自动蓄能系统，固定支座上安装有活动支座，变幅油缸另一端与提放支撑架铰接，固定支座与活动支座之间装有井口自动对中机构，绳轮增距系统、提放支撑架固定在活动支座上，单缸提放系统一端固定在提放支撑架的支座上，另一端与均衡天轮系统相连接，均衡天轮系统安装在单缸提放系统的顶端，自动游吊提管系统通过钢丝绳安装在均衡天轮系统上，管柱排放架、自动移管系统与提放支撑架的上端连接在一起，自动抓管系统安装在自动移管系统上，油管自动上卸扣装置、油管自动井口盘安装在多功能井口油管座内，离线操控盘由操作员随身携带，油管长度自动测量机构安装在活动支座上。
该发明的有益之处是：①采用“油管柱立起立放”的新施工工艺，提放管柱相对提放单根减少了油管上卸扣的数量，油管柱在井口直接立式排放相对单根油管平放运送路线简短，机构简化，带来的直接效果就是能大幅度缩短提放油管的工作时间，提高工作效率；②采用了经过特别构思后形成的“双油泵+蓄能器+插装阀组+多路阀组负载敏感控制+单出头活塞缸”智能动力驱动输出形式与机构，使得该产品装机功率小、加工制造简单、工作效率高。具有节能、环保、安全、快移等特点，能大幅降低工人劳动强度，节省修井场地，减少环境污染；③采用了经过特别构思后形成的“‘PLC程控/手控’多单元协调自动耦合控制+人机离线操控”的操控方式，使得油田小修机全自动化操作成为可能，现场可只由一人或二人操作，节省了大量的人力、物力和财力。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；图2为电液供驱系统工作原理图。
图中，1、车载底盘，2、组合式液压动力源，3、智能动力驱动系统，4、液压自动蓄能系统，5、离线操控盘，6、变幅油缸，7、固定支座，8、活动支座，9、绳轮增距系统，10、单缸提放系统，11、均衡天轮系统，12、自动游吊提管系统，13、管柱排放架，14、自动抓管系统，15、自动移管系统，16、提放支撑架，17、井口自动对中机构，18、油管长度自动测量机构，19、油管自动上卸扣装置，20、油管自动井口盘，21、多功能井口油管座。
具体实施方式
一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，是由车载底盘1、组合式液压动力源2、智能动力驱动系统3、液压自动蓄能系统4、离线操控盘5、变幅油缸6、固定支座7、活动支座8、绳轮增距系统9、单缸提放系统10、均衡天轮系统11、自动游吊提管系统12、管柱排放架13、自动抓管系统14、自动移管系统15、提放支撑架16、井口自动对中机构17、油管长度自动测量机构18、油管自动上卸扣装置19、油管自动井口盘20、多功能井口油管座21组成的，其特征在于该机构分为五大系统：载车变幅、支撑系统，油管柱自动提放系统，油管柱自动排放系统，油管自动上卸扣系统和电液供、驱、操、控系统，载车变幅、支撑系统由车载底盘1、固定支座7和变幅油缸6组成，油管柱自动提放系统由绳轮增距系统9、单缸提放系统10、均衡天轮系统11、自动游吊提管系统12和提放支撑架16组成，油管柱自动排放系统由提放支撑架16、管柱排放架13、自动抓管系统14和自动移管系统15组成，油管自动上卸扣系统由多功能井口油管座21、油管自动井口盘20和油管自动上卸扣装置19组成，电液供、驱、操、控系统由组合式液压动力源2、智能动力驱动系统3、液压自动蓄能系统4和离线操控盘5组成；车载底盘1与固定支座7相固接，与变幅油缸6的一端相铰接，同时车载底盘1上面安装组合式液压动力源2、智能动力驱动系统3和液压自动蓄能系统4，固定支座7上安装有活动支座8，变幅油缸6另一端与提放支撑架16铰接，固定支座7与活动支座8之间装有井口自动对中机构17，绳轮增距系统9、提放支撑架16固定在活动支座8上，单缸提放系统10一端固定在提放支撑架16的支座上，另一端与均衡天轮系统11相连接，均衡天轮系统11安装在单缸提放系统10的顶端，自动游吊提管系统12通过钢丝绳安装在均衡天轮系统11上，管柱排放架13、自动移管系统15与提放支撑架16的上端连接在一起，自动抓管系统14安装在自动移管系统15上，油管自动上卸扣装置19、油管自动井口盘20安装在多功能井口油管座21内，离线操控盘5由操作员随身携带，油管长度自动测量机构18安装在活动支座8上。
整套发明在修井提升油管时每个系统协调动作由以下顺序步骤组成：
1、对井口工序：修井机到达井口后，由车载底盘1采用后退的方式对准井口，根据车载底盘1与井口的左右偏差，调节井口自动对中机构17，使自动游吊提管系统12、多功能井口油管座21随活动支座8对正井口。
2、起升支撑架工序：变幅油缸6进油动作，提放支撑架16连带单缸提放系统10、均衡天轮系统11、自动游吊提管系统12沿旋转轴作出相应的90度变幅动作立起。
3、提油管柱工序：自动游吊提管系统12 抓住油管后，单缸提放系统10的活塞杆向上伸出，均衡天轮系统11向上运动，从而带动自动游吊提管系统12也向上运动，完成油管的提升。
4、油管柱上卸扣工序：当油管上提到达设定位置时，提放系统10停止运行，油管自动井口盘20动作，托住下部油管，油管自动上卸扣装置19动作，完成卸扣。
5、摆放油管柱工序：完成卸扣后，自动抓管系统14前出抓住油管，自动游吊提管系统12放开油管，自动移管系统15相对井口横移，将油管送到管柱排放架13相应排放栏位置，自动抓管系统14继续前出并下放，将管柱送到管柱排放架13相应排放栏内。
整套发明在修井下放油管时每个系统协调动作由以下顺序步骤组成：
1、油管柱抓取工序：自动移管系统15相对井口横移，到达相应排放栏设定位置，自动抓管系统14前出到管柱排放架13内抓住油管，随后上提并后退到设定位置，将油管移出管柱排放架13，自动移管系统15相对井口横移，返回到达井口。
2、油管柱上扣工序：油管自动井口盘20动作，托住下部油管，油管自动上卸扣装置19动作，完成上扣。
3、下放油管柱工序：单缸提放系统10的活塞杆向下回缩，均衡天轮系统11向下运动，从而带动自动游吊提管系统12也向下运动，完成管柱的下放，当油管到达设定位置时，提放系统10停止运行，油管自动井口盘20动作，托住油管柱。
修井作业完成后，可以将支架向上旋转到提放支撑架16内，随主机运输而不需拆卸。
电液供、驱、操、控系统工作过程：
组合式液压动力源2由二台电驱液压油泵提供驱动力；智能动力驱动系统3分别由大流量插装阀组+多路阀组两组集成阀组组成+负载敏感控制，液压自动蓄能系统4由一只直立式蓄液缸和一只卧式平衡气室组成，蓄能系统智能投入工作，在提升过程中起动力补偿作用，在下放过程中起吸纳油管位能的作用。
电液供、驱系统均采用PLC程序控制，可根据提放速度或提放载荷的要求，动力自动改变组合，提供出相对应的流量或压力，工作时大流量插装阀组为油管柱自动提放系统供油，多路阀组为油管柱自动排放系统供油。
组合式液压动力源2由2台变量液压油泵构成，智能动力驱动系统3由大流量插装阀组及多路阀组两组集成阀组组成，液压自动蓄能系统4由一只直立式蓄液缸和一只卧式平衡气室组成，单缸提放系统10采用常规单出头活塞液压缸。
绳轮增距系统采用双排轮结构，增距比为1：3。
油管自动上卸扣装置19、油管自动井口盘20安装在多功能井口油管座21内，二者皆采用液压驱动。
组合式液压动力源2、智能动力驱动系统3、液压自动蓄能系统4、单缸提放系统10通过PLC协调，组成动力与负载（升降速度或钩载）自动匹配跟随系统，其工况流程为：当钩载轻时，组合式液压动力源2双泵投入工作，液压自动蓄能系统4自动接入，单缸提放系统10中的活塞液压缸自动换成差动连接，以获取较大提放速度；当钩载由轻变重时，自动匹配跟随系统会根据具体情况，自动采取以下措施：或组合式液压动力源2单泵投入工作，或液压自动蓄能系统4自动切断，或单缸提放系统10中的活塞液压缸自动转换成常规连接，以获取较大提升载荷。
管柱排放架13位于提放支撑架16上端朝井口方向，管柱排放架13内各排放栏上设有管柱安全卡，工作时与提放支撑架16垂直安装，修井机移运时相对提放支撑架16可以呈90°旋转和90°翻转。
固定支座7与活动支座8之间通过井口自动对中机构17相关联，调节井口自动对中机构17，可使活动支座8相对车载底盘1的轴线进行左右相对移动，井口对中后可相对固定连接；活动支座8上装有油管长度自动测量机构18 。
自动移管系统15由平行移动机构和垂直移动机构组成，平行移动机构的移动滚轮安装在提放支撑架16上的两平行轨道之间，沿此轨道可以平行移动，移动的同时垂直移动机构可相对提放支撑架16作进退垂直移动。
自动抓管系统14由上下两只机械手及升降机构组成，两机械手采用电力或液力驱动，下机械手可随升降机构升降，升降机构除了可作升降动作之外，也可相对自动移管系统15作垂直向的摆动。
自动游吊提管系统12由带缓冲的定轮组与套头式提管机构组成，采用电液驱动，握放动作可线控或手控。
多功能井口油管座21由管座体与四只升缩式支腿组成，吊挂在提放支撑架16上，与提放支撑架16、活动支座8之间用拉杆铰连接，可相对提放支撑架16摆动、升缩式支腿相对管座体可作上下升降动作。
“‘PLC程控/手控’多单元协调自动耦合控制+人机离线操控”的操控方式：智能动力驱动系统3上设有全套操作程控指令，离线操控盘5与智能动力驱动系统3之间采用无线通讯方式，在离线操控盘5上可手动参与调控，亦可全置手动操控。
Claims (11)
1.一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，是由车载底盘、组合式液压动力源、智能动力驱动系统、液压自动蓄能系统、离线操控盘、变幅油缸、固定支座、活动支座、绳轮增距系统、单缸提放系统、均衡天轮系统、自动游吊提管系统、管柱排放架、自动抓管系统、自动移管系统、提放支撑架、井口自动对中机构、油管长度自动测量机构、油管自动上卸扣装置、油管自动井口盘、多功能井口油管座组成的，其特征在于油管柱立放车载全自动智能液压修井机分为五大系统：车载变幅、支撑系统，油管柱自动提放系统，油管柱自动排放系统，油管自动上卸扣系统和电液供、驱、操、控系统，车载变幅、支撑系统由车载底盘、固定支座和变幅油缸组成，油管柱自动提放系统由绳轮增距系统、单缸提放系统、均衡天轮系统、自动游吊提管系统和提放支撑架组成，油管柱自动排放系统由提放支撑架、管柱排放架、自动抓管系统和自动移管系统组成，油管自动上卸扣系统由多功能井口油管座、油管自动井口盘和油管自动上卸扣装置组成，电液供、驱、操、控系统由组合式液压动力源、智能动力驱动系统、液压自动蓄能系统和离线操控盘组成；车载底盘与固定支座相固接，与变幅油缸的一端相铰接，同时车载底盘上面安装组合式液压动力源、智能动力驱动系统和液压自动蓄能系统，固定支座上安装有活动支座，变幅油缸另一端与提放支撑架铰接，固定支座与活动支座之间装有井口自动对中机构，绳轮增距系统、提放支撑架固定在活动支座上，单缸提放系统一端固定在提放支撑架的支座上，另一端与均衡天轮系统相连接，均衡天轮系统安装在单缸提放系统的顶端，自动游吊提管系统通过钢丝绳安装在均衡天轮系统上，管柱排放架、自动移管系统与提放支撑架的上端连接在一起，自动抓管系统安装在自动移管系统上，油管自动上卸扣装置、油管自动井口盘安装在多功能井口油管座内，离线操控盘由操作员随身携带，油管长度自动测量机构安装在活动支座上。
2.根据权利要求1所述的一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，其特征在于：固定支座与活动支座之间通过井口自动对中机构相关联，调节井口自动对中机构，使活动支座相对车载底盘的轴线进行左右相对移动，井口对中后相对固定连接；活动支座上装有油管长度自动测量机构。
3.根据权利要求1所述的一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，其特征在于：自动移管系统由平行移动机构和垂直移动机构组成，平行移动机构的移动滚轮安装在提放支撑架上的两平行轨道之间，沿此轨道可以平行移动，移动的同时垂直移动机构可相对提放支撑架作进退垂直移动。
4.根据权利要求1所述的一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，其特征在于：自动抓管系统由上下两只机械手及升降机构组成，两机械手采用电力或液力驱动，下机械手可随升降机构升降，升降机构除了可作升降动作之外，也可相对自动移管系统作垂直向的摆动。
5.根据权利要求1所述的一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，其特征在于：管柱排放架位于提放支撑架上端朝井口方向，管柱排放架内各排放栏上设有管柱安全卡，工作时与提放支撑架垂直安装，修井机移运时相对提放支撑架呈90°旋转和90°翻转。
6.根据权利要求1所述的一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，其特征在于：绳轮增距系统采用双排轮结构，增距比是1：3。
7.根据权利要求1所述的一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，其特征在于：自动游吊提管系统由带缓冲的定轮组与套头式提管机构组成，采用电液驱动，握放动作线控或手控。
8.根据权利要求1所述的一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，其特征在于：多功能井口油管座由管座体与四只升缩式支腿组成，吊挂在提放支撑架上，与提放支撑架、活动支座之间用拉杆铰连接，可相对提放支撑架摆动，升缩式支腿相对管座体可作上下升降动作。
9.根据权利要求1所述的一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，其特征在于：油管自动井口盘、油管自动上卸扣装置固定安装在多功能井口油管座内，二者皆采用液压驱动。
10.一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，其特征在于：组合式液压动力源、智能动力驱动系统、液压自动蓄能系统、单缸提放系统通过PLC协调，组成动力与负载自动匹配跟随系统，其工况流程为：当钩载轻时，组合式液压动力源双泵投入工作，液压自动蓄能系统自动接入，单缸提放系统中的活塞液压缸自动换成差动连接；当钩载由轻变重时，自动匹配跟随系统会根据具体情况，自动采取以下措施：或组合式液压动力源单泵投入工作，或液压自动蓄能系统自动切断，或单缸提放系统中的活塞液压缸自动转换成常规连接，组合式液压动力源由2台变量液压油泵构成，智能动力驱动系统由大流量插装阀组及多路阀组两组集成阀组组成，液压自动蓄能系统由一只直立式蓄液缸和一只卧式平衡气室组成，单缸提放系统采用常规单出头活塞液压缸。
11.根据权利要求10所述的一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机，其特征在于：智能动力驱动系统采用PLC程序控制，其上设有全套操作程控指令，修井工作时实施“‘PLC程控/手控’多单元协调自动耦合控制+人机离线操控”的操作模式，离线操控盘与智能动力驱动系统之间采用无线通讯方式，在离线操控盘上可手动参与调控，亦可全手动操控。
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