CN105545231B - 一种浮动式抽油杆自动上卸扣装置 - Google Patents

Abstract

一种浮动式抽油杆自动上卸扣装置，包括支架、背钳、动钳和旋转钳，支架自下而上依次同轴安装所述背钳、动钳和旋转钳；背钳用于夹紧第一抽油杆的接箍而提供上卸扣所需的反扭矩；动钳用于夹紧第二抽油杆的扳手方并实现绷扣和紧扣，所述旋转钳用于对抽油杆实现卸扣和带扣。本发明的有益效果是:填补了浮动式抽油杆自动上卸扣装置的空白，有利于钻修机全自动化、智能化发展，减少了修井作业人员数量，使操作人员远离井口，减少事故发生对人员伤害，集成程度高，便于下游装备的模块化设计。

Description

一种浮动式抽油杆自动上卸扣装置

技术领域

本发明涉及油田修井作业设备领域，尤其涉及一种用于油田修井作业的浮动式抽油杆自动上卸扣装置。

背景技术

修井作业需要将井下的管柱提出和下放，在提放的过程中对于管柱的上卸扣是最频繁的工序。目前，对管柱的上卸扣普遍采用人工操作，尤其抽油杆接箍的特殊结构，其在上卸扣过程中必须由人工完成，制约了修井设备的自动化程度，目前，世界范围内没有关于抽油杆的自动上卸扣装置，现有设备有以下不足：

①现有抽油杆的上卸扣装置，对扣，上卸扣，钳体让位全部需要人工操作，井口需要两名人员，这与油田提倡的人员少，效率高理念背道而驰；

②在智能或全自动修井机研制过程中，对于抽油杆的上卸扣还不能实现自动化，大大制约了智能或全自动修井机的发展；

③对于现有的抽油杆的上卸扣设备，卸扣扭矩具有局限性，卸不开的抽油杆需要借助其他装置完成；

④对于现有的抽油杆上卸扣设备，无法集成到井口装置上，无法进行模块化布局，集成化程度低；

⑤对于现有的抽油杆上卸扣设备，其工作原理和结构特点无法实现自动化；

⑥对于现有的抽油杆上卸扣设备，对操作人员的经验和操作技能要求高。

发明内容

针对上述的不足，本发明提供一种省时省力、安全稳定、自动化程度高浮动式抽油杆自动上卸扣装置

本发明具体技术方案是：包括支架、背钳、动钳和旋转钳，所述支架自下而上依次安装所述背钳、动钳和旋转钳，且所述背钳、动钳和旋转钳的作业工位位于同一轴线；所述背钳用于夹紧第一抽油杆的接箍而提供上卸扣所需的反扭矩；所述动钳用于夹紧第二抽油杆的扳手方并实现绷扣和紧扣，其包括基座以及其上安装的夹紧单元和旋转单元，所述夹紧单元包括旋转座以及其上安装的动钳油缸和由动钳油缸驱动相对横向移动的牙板，所述旋转座能够相对基座旋转；所述摆动单元包括摆动油缸、小齿轮以及半齿圈，所述半齿圈固定在所述旋转座上，所述摆动油缸输出端连接所述的小齿轮且所述小齿轮与所述半齿圈啮合配合；所述旋转钳用于对抽油杆实现卸扣和带扣。工作原理为：抽油杆达到合适位置后，背钳夹紧抽油杆接箍，牙板通过一定压力夹住抽油杆扳手方，通过动钳绕抽油杆扳手方旋转，识别抽油杆扳手方的位置后夹紧，夹紧时，摆动油缸处于浮动状态，以消除机械误差和测量误差，通过摆动油缸的浮动，在加紧力作用下，自适应消除微量误差；然后动钳旋转绷扣，最后旋转钳将抽油杆卸开。上扣时反向动作即可。上述动钳旋转是通过摆动油缸带动小齿轮，通过小齿轮带动半齿圈旋转，半齿圈固定在动钳上，从而带动动钳实现旋转，同时，提供足够的扭矩，实现对抽油杆的绷扣和紧扣功能。

上述方案可进一步改进为：

优选的，所述动钳油缸上装有位移传感器。即识别抽油杆扳手方位置是通过动钳上装有位移传感器的动钳油缸推动牙板夹紧抽油杆扳手方，位移传感器记录抽油杆扳手方位置，如果抽油杆扳手方位置不是所需要夹住的位置，动钳旋转，直到找出可以夹住抽油杆扳手方位置停住，夹紧后，绷扣或紧扣。也就是说动钳对抽油杆扳手方位置的确定是通过动钳绕抽油杆扳手方旋转，牙板的位移，通过安装在动钳油缸的位移传感器记录，通过控制单元计算，确定两牙板的最小距离，即为夹紧位置。

优选的，所述支架安装在导轨上并通过导轨上安装的导轨油缸实现横向移动。即通过导轨油缸的推拉，支架以及其上背钳、动钳和旋转钳可以沿导轨移动，以让出井口位置。

优选的，所述旋转钳包括由至少三个竖向设置的旋转钳滚轮构成的旋转钳滚轮组，所述旋转钳滚轮组中的各个旋转钳滚轮通过受控相互靠拢或者远离来构成抽油杆的作业工位，且每个旋转钳滚轮均可以受控旋转。

优选的，所述旋转钳包括旋转钳夹紧油缸、连杆机构、旋转钳滚轮以及旋转钳马达；所述旋转钳滚轮以及旋转钳马达均为相互对应的三个；所述旋转钳夹紧油缸通过连杆机构控制各个旋转钳滚轮相互靠拢或者远离来构成抽油杆的作业工位；所述旋转钳滚轮通过其对应的旋转钳马达控制旋转。

优选的，所述连杆机构包括固定座、两个活动座以及连杆组，两个活动座分别通过连杆组对称安装在固定座的两侧；其中每个连杆组均包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的中部与所述固定座一侧铰接，所述第一连杆的第一端部与旋转钳夹紧油缸铰接、第二端部与所述活动座的外侧铰接，所述第二连杆的第一端部与所述固定座铰接、第二端部与所述活动座中部铰接，且上述固定座、第一连杆、活动座、第二连杆互为连接构成平行四边形机构；所述三个旋转钳滚轮中的其中一个固定在所述固定座中部、另外两个分别固定在所述两个活动座内侧。

优选的，所述第一连杆和第二连杆均为上下并排布置的两个。

优选的，所述两个活动座所分别连接的第一连杆的第一端部还分别铰接有第三连杆，两个第三连杆相对呈一定夹角后另一端通过销轴连接；所述固定座上固定有V型叉体，所述销轴位于V型叉体中能够沿其移动并对其移动位移进行限位，即可以对旋转钳夹紧油缸的移动位移进行限制，以实现旋转钳滚轮组准确夹紧或松开抽油杆。

本发明的有益效果是:填补了浮动式抽油杆自动上卸扣装置的空白，有利于钻修机全自动化、智能化发展，减少了修井作业人员数量，使操作人员远离井口，减少事故发生对人员伤害，集成程度高，便于下游装备的模块化设计。

附图说明

图1是本发明的正面结构示意图；

图2为本发明的侧面示意图；

图3为本发明的动钳剖面示意图；

图4为本发明的动钳识别扳手方位置示意图；

图5为本发明的三维立体示意图；

图6为旋转钳的结构示意图；

图中：1、导轨， 2、背钳，3、动钳，4、旋转钳， 5、抽油杆，6、位移传感器，7、抽油杆接箍，8、抽油杆扳手方，9、摆动油缸，10、导轨油缸，11、动钳油缸，12、牙板，13、半齿圈，14、小齿轮，15、旋转钳马达，16、旋转钳滚轮，17、连杆机构，18、旋转钳夹紧油缸，19、固定座，20、活动座，21、第一连杆，22、第二连杆，23、第三连杆，24、v型叉体，25、支架，26、旋转座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

参见图1-6，一种浮动式抽油杆自动上卸扣装置，包括支架25、导轨1、背钳2、动钳3和旋转钳4，其中支架25自下而上依次同轴安装背钳2、动钳3和旋转钳4，支架25安装在导轨1上并通过导轨1上安装的导轨油缸10实现横向移动；背钳2用于夹紧第一抽油杆的接箍而提供上卸扣所需的反扭矩；动钳3用于夹紧第二抽油杆的扳手方并实现绷扣和紧扣，其包括基座以及其上安装的夹紧单元和旋转单元，夹紧单元包括旋转座26以及其上安装的动钳油缸11和由动钳油缸11驱动相对横向移动的牙板12，动钳油缸11上装有位移传感器；摆动单元包括摆动油缸9、小齿轮14以及半齿圈13，半齿圈13固定在旋转座26上，摆动油缸9输出端连接小齿轮14且小齿轮14与半齿圈13啮合配合；旋转钳4用于对抽油杆实现卸扣和带扣，旋转钳4包括由三个竖向设置的旋转钳滚轮16构成的旋转钳滚轮组，旋转钳滚轮组中的各个旋转钳滚轮16通过受控相互靠拢或者远离来构成抽油杆的作业工位，且每个旋转钳滚轮16均可以通过旋转钳马达15驱动并控制旋转。

工作过程如下：上述装置安装顺序分为，动钳3装在背钳2之上，可以相对于背钳2和旋转钳4相对转动，旋转钳4安装于动钳3之上 ，背钳2、动钳3和旋转钳4通过支架25安装在导轨1上，可以沿导轨1移动。动钳3通过动钳油缸11带动牙板12夹紧抽油杆扳手方8，动钳油缸11上装有位移传感器6，当抽油杆5达到合适位置后，背钳2夹紧抽油杆接箍7，通过动钳3上装有位移传感器6的动钳油缸11推动牙板12夹紧抽油杆扳手方8，位移传感器6记录抽油杆扳手方8位置，如果抽油杆扳手方8位置不是所需要夹住的位置，摆动油缸9带动小齿轮14，通过小齿轮14带动半齿圈13旋转，半齿圈13固定在动钳3上，从而带动动钳3实现旋转（参见图4）。通过安装在动钳油缸的位移传感器6记录，通过控制单元计算，确定两牙板12的最小距离，即为夹紧位置，然后夹紧，夹紧时，摆动油缸9处于浮动状态，以消除机械误差和测量误差，通过摆动油缸9的浮动，在加紧力作用下，自适应消除微量误差，然后将摆动油缸9锁住，进行绷扣，然后，旋转钳4控制三个转钳滚轮16夹紧或松开抽油杆5，旋转钳管轮16通过旋转钳马达15带动滚轮旋转，对抽油杆5快速卸扣，通过导轨油缸10的推拉，可以沿导轨1移动，让出井口位置，该装置根据使用情况不同，亦可作为固定。抽油杆5自动上卸扣装置的上卸扣互为逆过程。

实施例2

参见图1-6，一种浮动式抽油杆自动上卸扣装置，在实施例1的基础上，旋转钳夹紧油缸18通过连杆机构17控制各个旋转钳滚轮相互靠拢或者远离；连杆机构17包括固定座19、两个活动座20以及连杆组，两个活动座20分别通过连杆组对称安装在固定座19的两侧；其中每个连杆组均包括第一连杆21和第二连杆22，第一连杆21和第二连杆22均为上下并排布置的两个；第一连杆21的中部与固定座19一侧铰接，第一连杆21的第一端部与旋转钳夹紧油缸18铰接、第二端部与活动座20的外侧铰接，第二连杆22的第一端部与固定座19铰接、第二端部与活动座20中部铰接，且固定座19、第一连杆21、活动座20、第二连杆22互为连接构成平行四边形机构；三个旋转钳滚轮15中的其中一个固定在固定座19中部、另外两个分别固定在两个活动座20内侧。

工作过程基本同实施例1，以下仅仅对上述增加结构的工作过程进行说明，当抽油杆进入三个转钳滚轮16构成的作业工位时，旋转钳夹紧油缸18分别向两侧伸出，其带动第一连杆21绕固定座19旋转（即图6中顺时针旋转），此时两侧的活动座20均向内侧靠拢，当两侧的活动座20和固定座19上的旋转钳滚轮15接近时互相配合夹紧抽油杆5，此时旋转钳夹紧油缸18停止动作，启动旋转钳马达15带动滚轮旋转，对抽油杆5快速卸扣。卸扣完成后，反向操作就可以使抽油杆5和旋转钳4分离；然后就可以进行下一个作业循环。

实施例3

参见图1-6，一种浮动式抽油杆自动上卸扣装置，在实施例2的基础上，两个活动座20所分别连接的第一连杆21的第一端部还分别铰接有第三连杆23，两个第三连杆23相对呈一定夹角后另一端通过销轴连接；固定座19上固定有V型叉体24，销轴位于V型叉体24中能够沿其移动并限位。

工作过程基本同实施例1和2，以下仅仅对上述增加结构的工作过程进行说明，当旋转钳夹紧油缸18分别向两侧伸出时，两个第三连杆23也分别随之向外侧移动，两个第三连杆连杆23之间的夹角逐渐变大至二者成一条直线时，此时即可构成对旋转钳夹紧油缸18的外伸冲程进行限制（可以预设此时旋转钳滚轮组正好夹紧抽油杆），从而联动控制停止旋转钳夹紧油缸18的动作，防止旋转钳滚轮组过分夹紧抽油杆5，影响后续的旋扣作业。反之，当旋转钳夹紧油缸18分别向内侧缩短时，两个第三连杆连杆23之间的夹角逐渐变小，且二者铰接处逐渐向V型叉体24的窄端移动，当移动至销轴被V型叉体24窄端限位时（即销轴尺寸大于V型叉体24窄端的尺寸时），此时即可构成对旋转钳夹紧油缸18的内缩冲程进行限制（可以预设此时旋转钳滚轮组脱离抽油杆至最佳的距离），从而联动控制停止旋转钳夹紧油缸18的动作，防止旋转钳滚轮组中各个旋转钳滚轮15间距过大或过小，不利于后续作业。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，有可能对具体尺寸，或者局部结构出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种浮动式抽油杆自动上卸扣装置，其特征在于：包括支架、背钳、动钳和旋转钳，所述支架自下而上依次安装所述背钳、动钳和旋转钳，且所述背钳、动钳和旋转钳的作业工位位于同一轴线；所述背钳用于夹紧第一抽油杆的接箍而提供上卸扣所需的反扭矩；所述动钳用于夹紧第二抽油杆的扳手方并实现绷扣和紧扣，其包括基座以及其上安装的夹紧单元和旋转单元，所述夹紧单元包括旋转座以及其上安装的动钳油缸和由动钳油缸驱动相对横向移动的牙板，所述旋转座能够相对基座旋转；所述旋转单元包括摆动油缸、小齿轮以及半齿圈，所述半齿圈固定在所述旋转座上，所述摆动油缸输出端连接所述的小齿轮且所述小齿轮与所述半齿圈啮合配合；所述旋转钳用于对抽油杆实现卸扣和带扣；

所述动钳油缸上装有位移传感器；

所述旋转钳包括旋转钳夹紧油缸、连杆机构、旋转钳滚轮以及旋转钳马达；所述旋转钳滚轮以及旋转钳马达均为相互对应的三个；所述旋转钳夹紧油缸通过连杆机构控制各个旋转钳滚轮相互靠拢或者远离来构成抽油杆的作业工位；所述旋转钳滚轮通过其对应的旋转钳马达控制旋转；

所述连杆机构包括固定座、两个活动座以及连杆组，两个活动座分别通过连杆组对称安装在固定座的两侧；其中每个连杆组均包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的中部与所述固定座一侧铰接，所述第一连杆的第一端部与旋转钳夹紧油缸铰接、第二端部与所述活动座的外侧铰接，所述第二连杆的第一端部与所述固定座铰接、第二端部与所述活动座中部铰接，且上述固定座、第一连杆、活动座、第二连杆互为连接构成平行四边形机构；所述三个旋转钳滚轮中的其中一个固定在所述固定座中部、另外两个分别固定在所述两个活动座内侧；

所述支架安装在导轨上并通过导轨上安装的导轨油缸实现横向移动。

2.根据权利要求1所述的浮动式抽油杆自动上卸扣装置，其特征在于：所述第一连杆和第二连杆均为上下并排布置的两个。

3.根据权利要求1所述的浮动式抽油杆自动上卸扣装置，其特征在于：所述两个活动座所分别连接的第一连杆的第一端部还分别铰接有第三连杆，两个第三连杆相对呈一定夹角后另一端通过销轴连接；所述固定座上固定有V型叉体，所述销轴位于V型叉体中能够沿其移动并对其移动位移进行限位。