CN107381380B - 一种石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油机械领域，提供一种石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置及其工作方法，该装置包括吊机、储砂罐、起升机构、回转机构、变幅机构、变频程控系统、砂袋解绳装置和砂袋锁绳器，该方法通过设置变频程控系统的参数实现一键吊装就位，包括空钩一键就位和起吊大勾卸载一键就位。本发明结构简单、操作方便，自动化程度高，能够有效提高输砂效率，降低运维费。

Description

一种石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置及其工作方法

技术领域

本发明属于石油机械领域，具体涉及一种石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置及其工作方法。

背景技术

大型压裂施工工艺设计压裂段数12-20段，单段用砂50-70m³，单井输砂规模达600-1400m³，砂量大，运砂车（15m³）来回倒砂无法满足加砂要求。虽然目前形成的砂袋破砂、储罐储砂供砂系统满足了施工需求，加砂以砂袋为主，但仍然存在以下不足：加砂速率仅为0.3-0.5 m³/min，同时需要辅助设备，效率不高；需要3-4个工作人员配合作业，人工劳动强度大。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置及其工作方法，结构简单、操作方便，自动化程度高，有效提高输砂效率，降低运维费。

为了实现以上目的，本发明提供的一种石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置，包括吊机、储砂罐、起升机构、回转机构、变幅机构、变频程控系统、砂袋解绳装置和砂袋锁绳器，所述吊机包括立柱和旋臂，吊机基座与设于吊机立柱两侧的储砂罐底座刚性联接，所述旋臂和立柱之间设有回转机构，旋臂通过转轴架设于回转机构上，所述旋臂包括位于转轴两侧的起重臂和平衡臂，起重臂上设有移动小车，移动小车上设有起吊大勾，所述起吊大勾与起升机构相连，起升机构安装在平衡臂上，所述移动小车与变幅机构相连；所述砂袋解绳装置包括索钩、钢丝拉绳、碰杆，所述钢丝拉绳一端与索钩连接，另一端与碰杆连接，所述碰杆通过导向机构设于起吊大勾上；所述碰杆由水平段和竖直段连接而成，所述导向机构为与碰杆的竖直段相配合的竖直导轨，导向机构通过螺栓固定在起吊大勾上，所述碰杆的竖直段嵌于导向机构中；所述砂袋锁绳器包括锁端盖、锁座、吊环，所述锁端盖上设有位于中心的锁孔和位于锁孔两侧的绳孔，所述锁座一端设有圆台形内孔，锁座另一端与锁端盖螺纹连接，锁座中设有锁头机构，所述锁头机构包括锁头、复位弹簧及螺纹连杆，所述锁头为圆台形，与锁座一端的圆台形内孔相适，所述螺纹连杆一端与锁头连接，螺纹连杆穿过锁端盖上的锁孔后由双螺母结构固定，所述螺纹连杆的另一端与吊环焊接，所述复位弹簧设于锁头和锁端盖之间，复位弹簧套设在螺纹连杆上。

在上述技术方案中，所述立柱为圆筒式结构，分为下立柱、中间立柱、上立柱，三者均为法兰螺栓连接。

在上述技术方案中，设有吊机上部控制台、地面控制台以及地面无线移动遥控器，所有控制台内部设置有控制电路，控制台与地面无线移动遥控器之间无线链接。

在上述技术方案中，所述起重臂的根部、中间、前端、储砂罐顶部设置有线监控摄像头，摄像头与地面控制台相连，地面控制台配备记录仪和监控屏。

在上述技术方案中，所述起重臂采用三角形桁架截面型，所述平衡臂上配置连接拉杆及平衡配重。

在上述技术方案中，所述碰杆为π形或倒L形。碰杆为π形，所述碰杆的水平段的长度应大于卸砂口处的漏斗直径；碰杆为倒L形，所述碰杆的水平段的长度应大于卸砂口处的漏斗半径，使得起吊大勾下落到卸砂口处时，碰杆会抵在卸砂口处，不再与吊钩一同下落。

本发明还提供一种上述的石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置的工作方法，该方法通过设置变频程控系统的参数实现一键吊装就位，包括空钩一键就位和起吊大勾卸载一键就位，具体如下：

（1）空钩一键就位，在载荷卸载完成后，控制起吊大勾前往标定好的吊装位置，依次包括空钩起升动作、上限位动作、小车变幅动作、回转动作、起升落钩就位，记录这一过程中起升机构、回转机构、变幅机构所配置的编码器的参数，根据实际记录的参数对各个机构的编码器在空钩一键就位功能下进行标定，随后启动相应空钩一键就位，即可控制起吊大勾前往标定好的吊装位置；

（2）起吊大勾卸载一键就位，在起吊大勾从运砂车上勾住砂袋后，控制起吊大勾前往储砂罐进行卸载，依次包括起吊大勾起升动作、上限位动作、小车变幅动作、回转动作、起升落钩动作、解绳动作、卸载完成，记录这一过程中起升机构、回转机构、变幅机构所配置的编码器的参数，根据实际记录的参数对各个机构的编码器在起吊大勾卸载一键就位功能下进行标定，随后启动相应起吊大勾卸载一键就位，即可控制起吊大勾前往储砂罐进行自动卸载。

本发明石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置及其工作方法，具有以下优点：

1. 吊机基座与储砂罐底座刚性联接成为一个8.7mX7.5m整体基座，减少占地面积。整套装置结构设计稳定可靠，适应各种苛刻工作环境。 采用模块化设计，各部件，均可快速拆卸，运输方便快捷。

2. 在吊装好砂包后，按下一键就位，可以实现自动定位，操作人员确认就位无误后卸砂。卸砂口精准定位，卸砂采用一键就位，自动解绳、自动卸砂。

3. 人员仅需1~2人。操作简单实用，另配备有遥控操作装置，作业人员可以站立于沙罐或装卸车旁进行精确吊装。很好的满足拆装和日常工作中的各种吊装工况。

4. 吊装效率高，加砂速率提高近2倍。

附图说明

图1是本发明中吊机和储砂罐部分的结构示意图。

图2是本发明吊机和储砂罐部分的俯视图。

图3、4是本发明中砂袋解绳装置部分的结构示意图及其解绳原理图。

图5是本发明中砂袋锁绳器部分的结构示意图。

图中，1、平衡臂，2、起重臂，3、立柱 ，4、起吊大勾，5、储砂罐，6、基座，7、起升机构，8、变幅机构，9、回转机构，10、连接撑杆，11、移动小车，12、锁座，13、锁头，14、复位弹簧 ，15、锁端盖，16、螺母，17、吊环，18、螺纹连杆，19、索钩，20、钢丝拉绳，21、碰杆，22、导向机构，23、漏斗。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置，包括吊机、储砂罐5、起升机构7、回转机构9、变幅机构8、变频程控系统、砂袋解绳装置和砂袋锁绳器，所述吊机包括立柱3和旋臂，吊机基座与设于吊机立柱两侧的储砂罐底座刚性联接成为一个8.7mX7.5m整体基座6，储砂罐5的上部与立柱3间通过连接撑杆10连接。所述旋臂和立柱3之间设有回转机构9，旋臂通过转轴架设于回转机构9上，所述旋臂包括位于转轴两侧的起重臂2和平衡臂1，起重臂2上设有移动小车11，移动小车11上设有起吊大勾4，所述起吊大勾4与起升机构7相连，起升机构7安装在平衡臂1上，所述移动小车11与变幅机构8相连；所述砂袋解绳装置包括索钩19、钢丝拉绳20、碰杆21，所述钢丝拉绳20一端与索钩19连接，另一端与碰杆21连接，所述碰杆21通过导向机构22设于起吊大勾4上；所述碰杆21为π形，由一根水平段和两根竖直段连接而成，所述导向机构22为与碰杆的竖直段相配合的竖直导轨，导向机构22通过螺栓固定在起吊大勾4上，所述碰杆的竖直段嵌于导向机构中；所述砂袋锁绳器包括锁端盖15、锁座12、吊环17，所述锁端盖15上设有位于中心的锁孔和位于锁孔两侧的绳孔，所述锁座一端设有圆台形内孔，锁座另一端与锁端盖螺纹连接，锁座中设有锁头机构，所述锁头机构包括锁头13、复位弹簧14及螺纹连杆18，所述锁头13为圆台形，与锁座12一端的圆台形内孔相适，所述螺纹连杆18一端与锁头13连接，螺纹连杆18穿过锁端盖15上的锁孔后由双螺母结构固定，所述螺纹连杆18的另一端与吊环17焊接，所述复位弹簧14设于锁头13和锁端盖15之间，复位弹簧14套设在螺纹连杆18上。

在上述实施例中，所述立柱3为圆筒式结构，分为下立柱、中间立柱、上立柱，三者均为法兰螺栓连接。

在上述实施例中，设有吊机上部控制台、地面控制台以及地面无线移动遥控器，所有控制台内部设置有控制电路，控制台与地面无线移动遥控器之间无线链接。

在上述实施例中，为方便司机在地面作业过程中可以全方位观察大臂的作业情况，实现现场施工情况监控，所述起重臂的根部、中间、前端、储砂罐顶部设置有线监控摄像头，摄像头与地面控制台相连，地面控制台配备记录仪和监控屏。

在上述实施例中，所述起重臂2采用三角形桁架截面型，所述平衡臂上配置连接拉杆及平衡配重。

在上述实施例中，所述起升机构7包括变频电机，变频电机配置编码器进行起升高度定位，来满足一键吊装就位功能。

在上述实施例中，所述回转机构9配置编码器进行回转角度定位，来满足一键吊装就位功能。

在上述实施例中，所述变幅机构8包括变频电机，变频电机配置编码器进行变幅幅度定位，来满足一键吊装就位功能。

在上述实施例中，所述起升机构7、变幅机构8和回转机构9均与变频程控系统相连。

本实施例还提供一种上述的石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置的工作方法，该方法通过设置变频程控系统的参数实现一键吊装就位，包括空钩一键就位和起吊大勾卸载一键就位，具体如下：

（1）空钩一键就位，在载荷卸载完成后，控制起吊大勾前往标定好的吊装位置，依次包括空钩起升动作、上限位动作、小车变幅动作、回转动作、起升落钩就位，记录这一过程中起升机构、回转机构、变幅机构所配置的编码器的参数，根据实际记录的参数对各个机构的编码器在空钩一键就位功能下进行标定，随后启动相应空钩一键就位，即可控制起吊大勾前往标定好的吊装位置；

（2）起吊大勾卸载一键就位，在起吊大勾从运砂车上勾住砂袋后，控制起吊大勾前往储砂罐进行卸载，依次包括起吊大勾起升动作、上限位动作、小车变幅动作、回转动作、起升落钩动作、解绳动作、卸载完成，记录这一过程中起升机构、回转机构、变幅机构所配置的编码器的参数，根据实际记录的参数对各个机构的编码器在起吊大勾卸载一键就位功能下进行标定，随后启动相应起吊大勾卸载一键就位，即可控制起吊大勾前往储砂罐进行自动卸载。

在上述实施例中，砂袋锁绳器的使用方法是，首先将砂袋扎绳一端穿过锁端盖15上的一侧绳孔，然后使用外力拉动吊环17，锁头13与锁座12上的内孔壁间的距离增大，此时将扎绳穿过锁头13与锁座12之间的间隙，从锁座12的内孔中穿出，扎绳穿过砂袋封口处的若干穿孔，拉紧后，再将扎绳的端部依次穿过锁座的内孔、锁头与锁座之间的间隙、锁端盖上的另一侧绳孔，最后去掉吊环17上的外力，在复位弹簧14的作用下，锁头13向锁座12内孔壁移动压紧扎绳，起到锁绳的作用。当需要卸砂解绳时，只需要使用外力拉动吊环17即可轻易松开砂袋扎绳，打开砂袋。

在上述实施例中，步骤（2）中所述的解绳动作的过程如下：

第一步，如图3所示，起吊大勾4从运砂车上将砂袋挂钩时，同时将解绳装置上的索勾19和砂袋锁绳器的吊环17连接。起吊大勾4吊起砂袋至设置高度并移动大勾至砂罐卸砂口位置。

第二步，如图4所示，起吊大勾4带着砂袋向下运动，碰杆21抵在卸砂口处的漏斗23上，起吊大勾4继续向下，碰杆21通过钢丝拉绳20带动砂袋锁绳器的吊环17相对向上运动，直至拉开扎绳，砂包卸砂；

第三步，卸砂完成后，起吊大勾向上运动，旋臂摆回运砂车砂包位置，继续进行下一个循环卸砂。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置，其特征是：包括吊机、储砂罐、起升机构、回转机构、变幅机构、变频程控系统、砂袋解绳装置和砂袋锁绳器，所述吊机包括立柱和旋臂，吊机基座与设于吊机立柱两侧的储砂罐底座刚性联接，所述旋臂和立柱之间设有回转机构，旋臂通过转轴架设于回转机构上，所述旋臂包括位于转轴两侧的起重臂和平衡臂，起重臂上设有移动小车，移动小车上设有起吊大勾，所述起吊大勾与起升机构相连，起升机构安装在平衡臂上，所述移动小车与变幅机构相连；所述砂袋解绳装置包括索钩、钢丝拉绳、碰杆，所述钢丝拉绳一端与索钩连接，另一端与碰杆连接，所述碰杆通过导向机构设于起吊大勾上；所述碰杆由水平段和竖直段连接而成，所述导向机构为与碰杆的竖直段相配合的竖直导轨，导向机构通过螺栓固定在起吊大勾上，所述碰杆的竖直段嵌于导向机构中；所述砂袋锁绳器包括锁端盖、锁座、吊环，所述锁端盖上设有位于中心的锁孔和位于锁孔两侧的绳孔，所述锁座一端设有圆台形内孔，锁座另一端与锁端盖螺纹连接，锁座中设有锁头机构，所述锁头机构包括锁头、复位弹簧及螺纹连杆，所述锁头为圆台形，与锁座一端的圆台形内孔相适，所述螺纹连杆一端与锁头连接，螺纹连杆穿过锁端盖上的锁孔后由双螺母结构固定，所述螺纹连杆的另一端与吊环焊接，所述复位弹簧设于锁头和锁端盖之间，复位弹簧套设在螺纹连杆上。

2.根据权利要求1所述的石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置，其特征是：所述立柱为圆筒式结构，分为下立柱、中间立柱、上立柱，三者均为法兰螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置，其特征是：设有吊机上部控制台、地面控制台以及地面无线移动遥控器，所有控制台内部设置有控制电路，所有控制台与地面无线移动遥控器之间无线链接。

4.根据权利要求1所述的石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置，其特征是：所述起重臂的根部、中间、前端、储砂罐顶部设置有线监控摄像头，摄像头与地面控制台相连，地面控制台配备记录仪和监控屏。

5.根据权利要求1所述的石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置，其特征是：所述起重臂采用三角形桁架截面型，所述平衡臂上配置连接拉杆及平衡配重。

6.根据权利要求1所述的石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置，其特征是：所述碰杆为π形或倒L形。

7.一种如权利要求1所述的石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置的工作方法，其特征是通过设置变频程控系统的参数实现一键吊装就位，包括空钩一键就位和起吊大勾卸载一键就位，具体如下：

（1）空钩一键就位，在载荷卸载完成后，控制起吊大勾前往标定好的吊装位置，依次包括空钩起升动作、上限位动作、小车变幅动作、回转动作、起升落钩就位，记录这一过程中起升机构、回转机构、变幅机构所配置的编码器的参数，根据实际记录的参数对各个机构的编码器在空钩一键就位功能下进行标定，随后启动相应空钩一键就位，即可控制起吊大勾前往标定好的吊装位置；

（2）起吊大勾卸载一键就位，在起吊大勾从运砂车上勾住砂袋后，控制起吊大勾前往储砂罐进行卸载，依次包括起吊大勾起升动作、上限位动作、小车变幅动作、回转动作、起升落钩动作、解绳动作、卸载完成，记录这一过程中起升机构、回转机构、变幅机构所配置的编码器的参数，根据实际记录的参数对各个机构的编码器在起吊大勾卸载一键就位功能下进行标定，随后启动相应起吊大勾卸载一键就位，即可控制起吊大勾前往储砂罐进行自动卸载。