CN108612493A - 智能数字化连续油管注入头 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种智能数字化连续油管注入头，其特征在于包括导向架、上框架、箱体、底座、吊具和数字监控分析系统，所述箱体安装在上框架内部，底部铰接在底座上，上框架上端与吊具、导向架连接。本发明的优点如下：1)吊具通过控制液压油缸快捷方便的将注入头安装于井口上；2)夹持装置拆卸和安装时只需要拉动销轴即可，拆装方便，而且有自对中功能，节省时间，延长了油管及夹持块的寿命。3)数字监控分析系统可以实现操作数据及注入头运行数据的存储及记录，并且可以将数据处理后以曲线及表格的形式显示在显示器上；可以实现操作压力的报警提示防止误操作，可以计算出任意一段油管的疲劳次数，给更换维护油管提供了可靠地理论依据。

Description

智能数字化连续油管注入头

技术领域

本发明属于油气钻采及增产设备领域，具体涉及一种智能数字化连续油管注入头。

背景技术

连续油管注入头是连续油管设备的核心部件，广泛应用于石油和天然气开采及增产领域，其作用是带动连续油管出入井来执行各种不同的井下作业。在进行连续油管作业时，通常采用吊车吊装注入头进行作业，注入头框架顶部通常安装有钢丝绳吊索，作业时，通过吊机将注入头吊至井口上十几米的位置，注入头通过防喷盒与防喷管与井口连接，但在将注入头安装至井口顶部时，由于注入头鹅颈及油管的作用致使注入头倾斜，注入头中心线难以与井口对正，较难将注入头安装在井口上,通常需要使用拴在注入头框架上的钢丝绳将注入头拉正才能对正井口。

注入头是通过夹持装置将油管夹住并进行运动，夹持装置也是注入头上最重要的部件之一，通常是多组夹持块共同使用，它的作用是夹持连续油管并输送连续油管，将连续油管注入或者提出油气井。传统的夹持装置通常为整体的一块，与链条组装在一起，由于使用不同管径的连续油管需要更换不同尺寸的夹持块，此种传统夹持装置需要将链条拆下后方可更换夹持块，更换程序比较繁琐，费时费力。

为了解决上述问题，本领域技术人员改进了夹持块装置，将夹持装置设计成分体式，夹持块与安装至链条上的夹持块座可以分开，这样在更换夹持块时就减少了拆除链条的工序，但此类夹持装置通常采用螺栓或销轴将夹持块与夹持块座固定在一起，更换夹持块时，需要工具才可将夹持块拆卸，更换夹持块还是不够快捷；

还有的技术人员将夹持块固定在夹持块座上，并留有一定的活动余量使得夹持块在夹紧油管时根据油管直线度变化自动调整位置，这样可以避免夹持块因与油管不对中而损伤油管，但由于夹持块在夹持块座上可自由活动，在没有夹紧油管时，多组夹持块中心不在同一条直线上，较为杂乱，在夹紧油管的过程中会加速油管与夹持块的磨损，降低了油管及夹持块的寿命。

现在常规的连续油管注入头都是液压驱动及控制，注入头的驱动及控制参数靠人为调节控制，操作难度较大，对操作人员的要求较高，一旦操作失误容易引起作业事故；另一方面，常规的连续油管设备使用时，无法记录每段连续油管的起下井次数及局部疲劳次数，无法准确的判断设备与注入头之间的张力，无法准确的判断连续油管某段的疲劳寿命及发生疲劳风险位置，无法准确地确定更换油管的周期。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术连续油管注入头由于结构缺陷，安装困难，更换夹持块费时费力，夹持块和油管磨损快，操作难度大的缺陷，提供一种智能数字化连续油管注入头，其安装快捷方便，夹持装置拆装方便并且具有对中功能，油管及夹持块磨损小、寿命长，设有数字监控分析系统，实现操作压力的报警提示防止误操作，计算出任意一段油管的疲劳次数，给更换维护油管提供可靠地理论依据。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

即一种智能数字化连续油管注入头，其特征在于包括导向架、上框架、箱体、底座、吊具和数字监控分析系统，所述箱体安装在上框架内部，底部铰接在底座上，上框架上端与吊具、导向架连接。

进一步的，本发明的箱体内设有主动链轮、链条、滑轨板、滑轨夹持板、夹紧油缸、张紧油缸、从动链轮和夹紧装置，所述链条为两条环状链条，分别安装于两组主动链轮和从动链轮上，从动链轮轴端和张紧油缸一端连接，张紧油缸的另一端安装于箱体上，两条环状链条内部均设有滑轨板，所述滑轨板通过滑轨夹持板和夹紧油缸连接，所述的夹紧油缸安装于箱体上，两条环状链条的外侧均设有夹持装置。

本发明通过给张紧油缸施加压力，张紧油缸活塞杆伸出推动从动链轮实现链条的张紧。

本发明通过给夹紧油缸施加压力，夹紧油缸两端收缩，带动油缸两端的滑轨夹持板运动，滑轨夹持板带动滑轨板夹紧两条链条，实现夹紧装置夹紧油管的功能。

进一步的，本发明的夹持装置包括夹持块、夹持块座、销轴、弹簧、挂环和夹持块垫片，夹持块顶部设有与连续油管接触的圆弧面，底部为平面，平面上有凸台，夹持块的上端面和下端面均设有销轴及弹簧组合，所述销轴外端延伸出夹持块，里端设有拉环，弹簧套装在销轴上，夹持块座上设有与夹持块上凸台对应的凹槽，并设有与夹持块上销轴对应的销轴孔，所述销轴孔是长条孔，夹持块与夹持块座之间设有夹持块垫片。

进一步的，本发明的夹持块为鞍型，底部为平面设有凸台，凸台两侧设有倒角，两侧筋板上设有销轴孔，中部凹槽为圆弧型，圆弧表面设有沟槽。

进一步的，本发明的夹持块座底部有多道筋板，顶部设有长条销轴孔，顶部平面上设有凹槽。

本发明的夹持装置工作原理如下：将夹持块安装于夹持块座上时，只需将夹持块上的拉环拉动，弹簧压缩，销轴即可回缩，将夹持块安装于夹持块座上，夹持块上的凸台与夹持块座上的凹槽对应即可，松开拉环，夹持块上的销轴在弹簧的伸张下伸出，并穿入夹持块座上的销轴孔上，将夹持块固定于夹持块座上，由于夹持块座上的销轴孔是长条孔，所以夹持块可以在夹持块座上滑动,此种设计的目的在于夹持块在接触油管的过程中可根据油管的弯曲程度自动调整位置以对正油管；拆卸夹持块时，同样拉动拉环，即可将夹持块从夹持块坐上拆下，不需要其他拆卸工具，方便快捷；

本发明的夹持块垫片，其材质为高分子材料，可以缓冲夹持块对连续油管的冲击，减小了连续油管的磨损。

进一步的，本发明的夹持块座两端各设有上下2个勾角，每个勾角上设有销轴孔及凹槽，弹性销轴安装在销轴孔内，弹性销轴将弹簧片固定于夹持块座上，弹簧片为向内侧凸出的弧形弹簧片。

本发明的弹簧片具有弹性可以被压缩。夹持块安装到夹持块座上时，会在两侧的弹簧片的作用下位于夹持块座的中心，多组夹持块共同工作时，在没有夹持连续油管时多组夹持块中心会位于同一条直线上，在夹持连续油管的过程中，会减小与连续油管的磨损，延长了夹持块与连续油管的使用寿命。

进一步的，本发明的吊具由钢丝绳索具、横梁、竖拉杆、斜拉杆、液压油缸和销轴组成，钢丝绳索具两端分别和横梁的两端通过销轴连接，横梁的两端分别设有竖拉杆，竖拉杆顶端通过销轴与横梁两端连接，竖拉杆的下端与斜拉杆的顶端通过销轴连接，斜拉杆中部设有销轴孔，液压油缸通过销轴与斜拉杆中部连接，液压油缸的下端和斜拉杆的下端通过销轴与上框架连接。

本发明可以通过调整液压油缸的长度调节注入头倾斜角度便于使注入头中心对正井口。

进一步的，本发明的数字监控分析系统包括压力变送器、载荷传感器、显示器、摄像头、双向编码器和运算控制器，多个压力变送器分别安装在夹紧油缸和张紧油缸的控制管路、驱动管路上，第一载荷传感器安装于箱体与底座之间的铰接点上，第二载荷传感器安装在导向架与上框架连接处，其中一个链轮轴上安装有双向编码器，防爆摄像头安装于注入头与防喷盒中间，压力变送器、载荷传感器和防爆摄像头均与运算控制器信号连接，运算控制器与远端的显示器信号连接。

本发明的压力变送器用于感应液压管路的压力并装换成电流信号传输给运算控制器，经过运算控制器转换后可以将数据显示在显示器上并计算生成相应图形数据；

本发明的第一载荷传感器用于感应油管施加给注入头的载荷，并将感应到的载荷转换为电流信号传输给运算控制器，运算控制器通过设计好的杠杆比例，可以计算出油管上的载荷并显示在显示器上；

本发明的第二载荷传感器用于感应导向架上的载荷，并将载荷信息传输到运算控制器并显示在显示器上，防止因油管上的张力过大而使注入头倾倒或损坏导向架；

本发明的防爆摄像头用于观察注入头链条及油管的动态，并将信号传输给运算控制器，运算控制器可将视频信号显示在显示器上；

本发明的双向编码器用于记录链轮轴转速并将转速信号传输给运算控制器，运算控制器通过计算链轮轴的转速得知链条的运行数据，并将数据显示在显示器上；

本发明的运算控制器安装于箱体上，运算控制器内部集成PLC、多个模块、闪存盘、无线信号发射装置，可实现远程传输。

本发明的运算控制器为现有技术成熟市售产品，可以采用矩形科技V80-U军用系列PLC；西门子1200；西门子1500；AB1766；AB1769控制器或与之功能相同或相近的其他控制器，

本发明的数字监控分析系统具有的功能包括：

1、根据感应到的油管载荷计算出夹紧压力及张紧压力的理论值，并将理论值显示在显示器上，当操作的实际值低于或远高于理论值时，系统会报警提示操作压力值偏离理论值，操作人员会根据提示的理论值进行调节压力。

2、根据编码器记录的油管“进井”及“出井”数据计算油管上任意一段的疲劳寿命，并将结果显示在显示器上。

3、整个作业过程中的操作数据、运行数据可进行储存和拷出，方便数据的存档及后期查询。

本发明的优点如下：

1)吊具通过控制液压油缸来调节注入头吊装姿势，快捷方便的将注入头安装于井口上；

2)夹持装置拆卸和安装时只需要拉动销轴即可，拆装方便，而且有自对中功能，节省时间，在非工作状态下，多组夹持块中心会在自对中弹簧片的作用下在同一条直线上，减少了夹持块在夹紧油管的过程中与油管的磨损，延长了油管及夹持块的寿命。

3)数字监控分析系统可以实现操作数据及注入头运行数据的存储及记录，并且可以将数据处理后以曲线及表格的形式显示在显示器上；可以实现操作压力的报警提示防止误操作，可以计算出任意一段油管的疲劳次数，给更换维护油管提供了可靠地理论依据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3是本发明箱体的剖切图；

图4是本发明吊具的结构示意图；

图5是本发明夹持装置的结构示意图；

图6是图5的侧视图；

图7是图5的俯视图；

图8是本发明夹持装置的爆炸视图；

图9是本发明夹持块的结构示意图；

图10是图9的侧视图；

图11是图9的俯视图；

图12是本发明夹持装置的销轴的结构示意图；

图13是本发明夹持块垫片的结构示意图；

图14是本发明夹持块座的结构示意图；

图15是图14的侧视图；

图16是本发明夹持块座的立体结构示意图；

图17本发明弹簧片的立体结构示意图；

图18是本发明夹持装置的工作示意图；

图19是本发明夹持装置的工作示意图；

图20是本发明数字监控分析系统的原理图。

如图中所示：1.夹持块；101筋板；102销轴孔；103凸台；104沟槽；2.拉环；3.弹簧；4.销轴；401孔；402台阶；5.夹持块座；501.凸台；502.凹槽；503.链条轴孔；504.长条销轴孔；505.筋板；506.勾角；507.凹槽；508.销轴孔；6.夹持块垫片；7.弹性销轴；8.弹簧片；9.链条；10.连续油管；11.吊具；111.钢丝绳索具；112.横梁；113.销轴；114.销轴；115.竖拉杆；116.斜拉杆；117.液压油缸；12.上框架；13.底座；14.箱体；15.主动链轮；16.夹紧油缸；17.滑轨夹持板；18.滑轨板；19.张紧油缸；20.从动链轮；21.压力变送器；22.双向编码器；23.摄像头；24.第一载荷传感器；25.传输线缆；26.运算控制器；27.传输线缆；28.显示器；29.导向架；30.第二载荷传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1-图20所示：吊具11安装于上框架12顶部，用于注入头起吊，吊具由钢丝绳索具111、横梁112、销轴113、销轴114、竖拉杆115、斜拉杆116、液压油缸117组成，钢丝绳索具111是由钢丝绳和两端压制的吊耳组成，用于挂吊车的吊钩，两端的吊耳分别和横梁112两端的销轴孔通过销轴113连接，横梁112的两端的另外两个销轴孔各有两个竖拉杆115通过销轴114连接，横梁的作用是用于支撑钢丝绳索具111，防止支撑钢丝绳索具111在起吊过程中重叠，竖拉杆115的作用是加长起吊点的高度，避免吊机的吊钩碰到导向架29(鹅颈)。竖拉杆115的另一端与斜拉杆116的顶端通过销轴连接，斜拉杆116底部设有销轴孔，该销轴孔用于斜拉杆116底部销轴孔通过销轴与上框架12上的两个销轴孔连接，斜拉杆116中部设有销轴孔，该销轴孔用于和液压油缸117一端连接，液压油缸117另一端与上框架12的另外两个销轴孔连接，当起吊注入头时，可以通过调整液压油缸117的长度调节注入头倾斜角度便于使注入头中心对正井口。

导向架29安装于上框架12上用于连续油管导向，导向架底部与上框架12连接处安装有载荷传感器30，用于感应导向架上的载荷，当油管的张力过大时，载荷传感器30会将电流信号传输到运算控制器26并在显示器28上显示数据并报警提示；

上框架12与底座13通过销轴连接，箱体14与底座13通过销轴及第一载荷传感器24连接；所述的链条9上装有夹持装置用于夹持连续油管，所述的链条9为两条，分别安装于两组主动链轮15和从动链轮20上，从动链轮15轴端和张紧油缸16一端连接，张紧油缸16的另一端安装于箱体14上，通过给张紧油缸16施加压力，张紧油缸活塞杆伸出推动从动链轮20实现链条9的张紧，张紧油缸16油口出安装有压力变送器21用于感应张紧压力，其中一个从动链轮20中心安装有双向编码器22，双向编码器22轴随着从动链轮20转动，用于感应链轮的转速。两条环状链条9内部设有滑轨板18，所述滑轨板18通过滑轨夹持板17和夹紧油缸16连接，所述的夹紧油缸16安装于箱体14上，通过给夹紧油缸16施加压力，夹紧油缸16两端收缩，带动油缸两端的滑轨夹持板17运动，滑轨夹持板17带动滑轨板18夹紧两条链条，实现链条总成夹紧油管的功能，夹紧油缸16油口处安装有压力变送器21用于感应夹紧压力。所述箱体14通过铰接点和载荷传感器24与底座13连接，注入头在作业时，连续油管10将载荷传递给箱体14上的载荷传感器24，载荷传感器24可以感应到箱体14上的载荷并转换成电流信号传输给运算控制器26，运算控制器26通过设计好的杠杆比例，可以计算出油管上的载荷，如图1-3所示。

夹持装置包括夹持块1、拉环2、弹簧3；销轴4、夹持块座5、夹持块垫片6

如图9-图11所示，夹持块1为鞍型，底部为平面设有凸台103，两侧筋板101上设有销轴孔102，中部凹槽为圆弧型，圆弧表面设有沟槽104；

如图14-图16所示，夹持块座5底部有3道筋板505，筋板505上设有链条轴孔503，顶部有2个与凸台501，凸台501上设有长条销轴孔504，顶部平面上设有凹槽502；

如图12所示，销轴4上设有台阶402，另一端设有孔401；

如图5、图8所示，正常工作时，夹持块1安装于夹持块座5上，夹持块1上的凸台103安装于夹持块座5上的凹槽502内，销轴4安装于夹持块1的销轴孔102内，销轴上带有弹簧3，弹簧的一端与夹持块1销轴孔102的端面接触，另一端与销轴4上的台阶402接触，销轴4的一端插入夹持块座5上的长条销轴孔504内，且销轴4可以在长条销轴孔504内活动，这样就可以实现夹持块1在夹持块5上水平滑动一定距离且不脱落，夹持块1在夹紧连续油管10的过程中可以根据连续油管10的直线度或弯曲变化自由调整位置以适应连续油管10，避免夹持块1中心与连续油管10中心不同心而损伤油管。夹持块1与夹持块座5之间安装有夹持块垫片6，材质为高分子材质，可以缓冲夹持块1与夹持块座5之间的冲击。

拆卸夹持块1时，拉动拉环2，弹簧3压缩，销轴4一端从长条销轴孔504内脱出，即可将夹持块1从夹持块5内取出。

另外，夹持块座5两端设有4个勾角506，勾角上设有销轴孔508及凹槽507(如图12所示)，弹簧片8安装在凹槽507内，弹性销轴7安装在销轴孔508内，弹性销轴7将弹簧片8固定于夹持块座5上，每个夹持块座5上安装有2个弹簧片8，弹簧片8具有弹性可以被压缩。夹持块1底部凸台103两侧设有倒角105，将夹持块1安装在夹持块座5上时，夹持块1底部的倒角105先切入弹簧片8，将2个弹簧片8压缩，夹持块1安装到夹持块座5上时，会在2侧的弹簧片8的作用下位于夹持块座5的中心(如图3所示)，多组夹持块1共同工作时，在没有夹持连续油管10时多组夹持块1中心会位于同一条直线上(如图18所示)，在夹持连续油管10的过程中，会减小与连续油管的磨损，延长了夹持块1与连续油管10的使用寿命。

所述的数字监控分析系统(如图20)包括压力变送器21、第一载荷传感器24、第二载荷传感器30、显示器28、摄像头23、双向编码器22、运算控制器26、传输线缆25、传输线缆27组成，运算控制器26内集成PLC、多个模块、刻录机、闪存盘等，压力变送器21用于感应液压管路的压力并装换成电流信号传输给运算控制器，经过运算控制器转换后可以将数据显示在显示器28上同时将数据实时记录储存于运算控制器内的闪存盘里；第一载荷传感器24用于感应油管施加给注入头箱体14的载荷，第二载荷传感器30用于感应导向架29上的载荷，并将感应到的载荷转换为电流信号传输给运算控制器26，经过运算控制器26转换后将载荷数据显示在显示器28上；防爆摄像头23安装于注入头与防喷盒中间，用于观察链条9及连续油管10的动态，并将信号传输给运算控制器26，运算控制器26可将视频信号显示在显示器28上；双向编码器22安装于注入头的从动链轮20轴上，并随着从动链轮20的旋转而旋转，用于记录链轮轴转速并将转速信号传输给运算控制器26，运算控制器26通过计算链轮轴的转速得知链条的运行速度及深度，并将数据显示在显示器28上，同时将数据记录在运算控制器26的闪存盘内，运算控制器26安装于注入头箱体上(如图1、图2所示)，运算控制器26内部设备有无线信号发射装置可实现远程传输，所有的传感器、编码器、摄像头信号传输到运算控制器26里面，数据经过运算控制器26运算处理通过无线或有线方式传输给显示器28。

本发明使用时，1、根据感应到的油管载荷计算出应该施加的夹紧压力及张紧压力的理论值，并将理论值显示在显示器上，当操作的实际值低于或远高于理论值时，系统会报警提示操作压力值偏离理论值，操作人员会根据提示的理论值进行调节压力。2、根据双向编码器记录的油管“进井”及“出井”长度及次数计算油管上任意一段的疲劳寿命，并将结果显示在显示器上。3、整个作业过程中的操作数据、运行数据可进行储存和拷出，方便数据的存档及后期查询。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种智能数字化连续油管注入头，其特征在于包括导向架、上框架、箱体、底座、吊具和数字监控分析系统，所述箱体安装在上框架内部，底部铰接在底座上，上框架上端与吊具、导向架连接。

2.根据权利要求1所述的智能数字化连续油管注入头，其特征在于箱体内设有主动链轮、链条、滑轨板、滑轨夹持板、夹紧油缸、张紧油缸、从动链轮和夹紧装置，所述链条为两条环状链条，分别安装于两组主动链轮和从动链轮上，从动链轮轴端和张紧油缸一端连接，张紧油缸的另一端安装于箱体上，两条环状链条内部均设有滑轨板，所述滑轨板通过滑轨夹持板和夹紧油缸连接，所述的夹紧油缸安装于箱体上，两条环状链条的外侧均设有夹持装置。

3.根据权利要求1所述的智能数字化连续油管注入头，其特征在于夹持装置包括夹持块、夹持块座、销轴、弹簧、挂环和夹持块垫片，夹持块顶部设有与连续油管接触的圆弧面，底部为平面，平面上有凸台，夹持块的上端面和下端面均设有销轴及弹簧组合，所述销轴外端延伸出夹持块，里端设有拉环，弹簧套装在销轴上，夹持块座上设有与夹持块上凸台对应的凹槽，并设有与夹持块上销轴对应的销轴孔，所述销轴孔是长条孔，夹持块与夹持块座之间设有夹持块垫片。

4.根据权利要求3所述的智能数字化连续油管注入头，其特征在于夹持块为鞍型，底部为平面设有凸台，凸台两侧设有倒角，两侧筋板上设有销轴孔，中部凹槽为圆弧型，圆弧表面设有沟槽。

5.根据权利要求3所述的智能数字化连续油管注入头，其特征在于夹持块座底部有多道筋板，顶部设有长条销轴孔，顶部平面上设有凹槽。

6.根据权利要求3所述的智能数字化连续油管注入头，其特征在于夹持块座两端各设有上下2个勾角，每个勾角上设有销轴孔及凹槽，弹性销轴安装在销轴孔内，弹性销轴将弹簧片固定于夹持块座上，弹簧片为向内侧凸出的弧形弹簧片。

7.根据权利要求1所述的智能数字化连续油管注入头，其特征在于吊具由钢丝绳索具、横梁、竖拉杆、斜拉杆、液压油缸和销轴组成，钢丝绳索具两端分别和横梁的两端通过销轴连接，横梁的两端分别设有竖拉杆，竖拉杆顶端通过销轴与横梁两端连接，竖拉杆的下端与斜拉杆的顶端通过销轴连接，斜拉杆中部设有销轴孔，液压油缸通过销轴与斜拉杆中部连接，液压油缸的下端和斜拉杆的下端通过销轴与上框架连接。

8.根据权利要求1所述的智能数字化连续油管注入头，其特征在于数字监控分析系统包括压力变送器、载荷传感器、显示器、摄像头、双向编码器和运算控制器，多个压力变送器分别安装在注入头的夹紧油缸控制管路、张紧油缸控制管路、驱动管路上，第一载荷传感器安装于注入头箱体与注入头底座之间，第二载荷传感器安装在导向架与上框架连接处，其中一个链轮轴上安装有双向编码器，防爆摄像头安装于注入头与防喷盒中间，压力变送器、载荷传感器和防爆摄像头均与运算控制器信号连接，运算控制器与远端的显示器信号连接。