CN108691513A - 一种带压作业井口起下管及运管自动化操作系统及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带压作业井口起下管及运管自动化操作系统及其装置，属于石油修井起下油管装置技术领域，用于与固定井架式不压井作业装置配合使用，包括管箍测定装置、液压钳装置、平台机械手机构、运管机、液压及电气控制系统；管箍测定装置用于将油管接箍限定到井口的预设位置；液压钳装置用于完成油管接箍的上扣或卸扣作业；平台机械手机构用于完成从液压钳装置到运管机的油管转接作业；运管机用于将油管转移到所需位置。本发明还公开了一种含有上述起下管自动化系统的带压作业装置；本发明代替了取放油管和上卸油管的全部人工操作过程，解决了诸多难题。

Description

一种带压作业井口起下管及运管自动化操作系统及其装置

技术领域

本发明涉及石油修井起下油管装置技术领域，特别是涉及一种与固定井架式不压井作业装置配套使用的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统及其装置。

背景技术

我国石油工业已经生产了几十年，各大油田总共有几十万口油井，其中报废的就有六万多口(这些井不是地下没有油了，而是由于油井内部损坏导致其无法正常使用)需要修理。目前，油田修井装置主要分为车载井架式不压井作业装置和固定井架式不压井作业装置，其中固定井架式不压井作业装置主要通过桅杆绞车系统或其他原始装备进行取放油管、上扣、卸扣等作业，全程全靠人工操作控制作业，工人作业环境差、工作效率低、危险性大。因此，迫切需要利用科技技术含量高的机械手进行改造，使以上作业流程实现全自动化智能控制，而且修井和钻井作业有相似性，将来技术一转向，也能实现钻井作业的全面智能化。

发明内容

本发明的目的是提供一种固定井架式不压井作业装置配套使用的能够实现智能自动化的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统及其装置，本发明的使用能进一步促进石油修井施工安全、高效和健康发展。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种带压作业井口起下管及运管自动化操作系统，用于与固定井架式不压井作业装置配合使用，包括管箍测定装置、液压钳装置、平台机械手机构、运管机、液压及电气控制系统；

所述的管箍测定装置用于固定在不压井作业装置井架上部的井口侧，用于将油管接箍限定到井口的预设位置，所述预设位置为油管接箍处在正确的上卸扣工作位置；

所述的液压钳装置用于设置在井架上部的井口侧，用于在所述预设位置的相对位置完成油管接箍的上扣或卸扣作业；

所述的平台机械手机构用于固定在井架上部的井口附近，用于完成从液压钳装置到所述运管机的油管转接作业；

所述运管机用于固定在井架的侧面，用于从所述的平台机械手机构处转接油管并转移到所需高度位置。

所述液压及电气控制系统作为上述各部件的动力及操控系统，所述动力及操控系统采用的是电气远程控制、PLC程序控制和液压操控相结合的控制方式；

本发明还包括操控室，上述各部件通过控制系统受控于所述操控室。

进一步地，所述管箍测定装置包括架体机构、推行机构、导向轮组和监测装置，所述架体机构用于安装在井架上，所述推行机构设置在架体机构上，所述推行机构与所述监测装置和导向轮组连接，所述推行机构用于推动监测装置和导向轮组进入和退出工作位置，所述监测装置用于朝向井口并监测油管接箍是否到达预设位置，所述导向轮组用于限定起下管过程中油管在监测区域内摆动范围。

进一步地，所述监测装置包括监测导轮和与所述监测导轮连接的限位开关，用于监测油管接箍是否到达预设位置。

进一步地，所述管箍测定装置有两套分别设置在井口两侧；其中，每套管箍测定装置中监测装置有上、下至少两组，所述导向轮组包括至少四组分为上下两层，每层至少两组，用于限定油管在监测装置的监测区域范围内。

进一步地，所述的平台机械手机构包括举升装置、水平回转装置、竖直回转装置和用于抓油管的抓管装置；所述举升装置包括支撑结构和与所述支撑结构连接的用于升降油管的升降机构；所述竖直回转装置包括能够平行于所述支撑结构在竖直面旋转的竖直旋转机构，所述举升装置通过竖直旋转机构与抓管装置连接；所述水平回转装置包括能使所述抓管装置水平旋转的水平回转机构，所述水平回转装置用于固定在井架上部的井口附近，且与所述举升装置连接。

进一步地，所述升降机构为能够在所述支撑结构上上下伸缩的圆柱式伸缩臂，所述伸缩臂的顶端通过连接板与所述竖直回转装置连接，所述伸缩臂由驱动油缸驱动；所述水平回转装置还包括与所述水平回转机构连接的回转减速器，所述水平回转机构与所述支撑结构连接用于完成油管水平方向的回转。

进一步地，所述抓管装置包括支撑本体和设置在支撑本体上的至少两个用于夹紧油管的夹持机构，所述支撑本体与所述竖直回转装置连接。

进一步地，所述夹持机构包括设置在支撑本体两端的上夹持机构和下夹持机构，用于分别夹持油管两端，所述上夹持机构包括扶管钳和第一夹管钳，所述扶管钳通过油缸驱动在油管上卸扣时用于扶正油管，所述第一夹管钳通过油缸驱动用于夹紧油管；所述下夹持机构包括第二夹管钳和与所述第二夹管钳连接的摆动机构，所述摆动机构通过油缸驱动用于把第二夹管钳摆动到夹油管工作位置或让开井口位置。

进一步地，所述液压钳装置包括支撑体、液压动力钳和补偿机构，所述支撑体可移动安装在井架上用于带动所述液压钳装置进出工作位置；所述液压动力钳安装在所述支撑体上，所述液压动力钳包括主动钳和被钳，所述主动钳通过油缸驱动绕油管圆周旋转来完成上扣或卸扣作业，所述被钳用于夹紧油管防止上扣或卸扣作业时油管跟着旋转；所述补偿机构包括支撑座和与所述支撑座连接的弹簧及拉杆，所述支撑座与所述支撑体连接，所述拉杆与所述液压动力钳主动钳连接，所述拉杆通过弹簧补偿油管接箍的旋入或旋出。

进一步地，所述液压钳装置还包括辅助对扣结构，所述辅助对扣结构包括固定座、两个导向块和与所述两个导向块分别连接的两个油缸，所述两个导向块相对设置且通过油缸驱动实现打开或闭合，用于在下管作业时使需要对扣的油管向所述液压动力钳主动钳对正并辅助完成对扣作业。

进一步地，所述液压动力钳上还设置有用于限定紧扣扭矩的传感器或限扭器，所述液压动力钳上还设置有用来读取大钳回转圈数的电子计数器。

进一步地，所述运管机包括支架结构、夹紧装置和能够在所述支架结构上升降所述夹紧装置的运送结构，所述支架结构用于安装在井架上；所述夹紧装置用于夹紧在起管或下管作业过程中与所述平台机械手机构进行转接的油管，所述运送结构包括导轨、推进机构和能在所述导轨上移动的滑动体，所述滑动体与所述夹紧装置连接，通过所述推进机构推送滑动体将夹紧装置转移到所需高度位置，所述导轨安装在所述支架结构上。

进一步地，所述导轨为圆柱导轨，所述推进机构包括一级推进机构和二级推进机构，所述一级推进机构包括与所述导轨连接的链条传动机构，所述滑动体通过所述链条传送机构运送；所述二级推进机构安装在支架结构上且与所述链条传动机构连接，所述二级推进机构包括伸缩油缸用于传送所述滑动体，所述一级推进结构连接在所述二级推进机构下方。

进一步地，所述运管机还包括连接在滑动体和夹紧装置之间的前后调整装置，所述前后调整装置包括箱体伸缩机构和控制箱体伸缩机构伸缩的油缸，所述箱体伸缩机构与所述夹紧装置相连接；所述夹紧装置上还设置有用于检测所述夹紧装置中有无油管的检测器。

进一步地，还包括用于设置在井场地面存放油管的管排架组立，所述油管通过所述运管机进出所述管排架组立，所述管排架组立包括用于摆放油管的两个平行的管排架。

进一步地，所述管排架包括支撑排架，所述支撑排架上方设置有前后调整机构，所述支撑排架两端设置有用于调整管排架高度的升降油缸，至少一个所述支撑排架上方设置有左右调整装置和能在左右调整装置上左右移动的定位板，所述定位板位于管排架组立外侧，用于定位油管的公扣端或对扣位置；所述前后调整机构置于所述两个支撑排架靠近运管机的前段，用于补偿在起下管作业过程中调整所述管排架前后高度时落差位移量。

进一步地，所述支撑排架的上方的两端设置有挡板，所述前后调整机构与所述挡板连接，位于挡板外侧靠近运管机，所述挡板上还连接有隔层装置，同一支撑排架两端的所述隔层装置相对设置，用于油管在所述管排架组立中分层摆放。

另一方面，提供一种带压作业装置，包括固定井架式不压井作业装置，还包括所述的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

(1)本发明与固定井架式不压井作业装置配套使用，在带压作业装置的基础上实现全自动智能控制，取缔了桅杆绞车系统和其他原始装备，代替了取放油管和上卸油管的全部人工操作过程，解决了工作环境恶劣、工人劳动强度大、安全性差、效率低的难题。

(2)本发明的平台机械手机构结构设计新颖，集抓管、对准井口、扶正油管和油管间对扣及脱离于一体，保证油管由运管机至井口之间的位置转接工作的顺利完成且故障率低。

(3)本发明的管箍测定装置用来对油管接箍位置的监测，进而限定油管接箍与井口平台的相对位置，保证油管处在准确的上卸扣工作位置。

(4)本发明的运管机通过夹紧装置固定油管并通过自身的两级推进机构将其托举到所需高度位置，提高了作业效率。

(5)本发明的管排架组立不仅可以使油管摆放四层，大大增加了油管摆放数量，而且能保证油管摆放整齐。管排架组立有前后、左右调整的装置，进而保证了油管处在准确的工作位置。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统的待工作状态立体结构示意图；

图2是图1的A处放大图；

图3是图1的B处放大图；

图4是本发明的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统的待工作状态侧面结构示意图；

图5是本发明的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统的待工作状态俯视结构示意图；

图6是本发明的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统的待工作状态右视结构示意图；

图7是本发明的管箍测定装置的侧面结构示意图；

图8是本发明的管箍测定装置的俯视工作状态变化图；

图9是本发明的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统的管箍测定装置结构示意图及侧视图，其中(A)图为结构示意图，(B)图为侧视图；

图10是图9的A处右视图；

图11是图9的B-B剖面图及侧视图，其中(A)图为剖面图，(B)图为侧视图；

图12是本发明的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统的平台机械手机构结构工作状态示意图；

图13是本发明的抓管装置水平回转180°的俯视位置变化状态图；

图14是本发明的抓管装置的下夹持结构摆动变化状态图；

图15是本发明的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统的液压钳装置的工作过程示意图；

图16是本发明的液压钳装置的辅助对扣结构的俯视结构示意图；

图17是本发明的液压钳装置的辅助对扣结构的工作状态变化图；

图18是本发明的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统的运管机结构示意图；

图19是本发明的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统的运管机左视结构示意图；

图20是本发明的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统的运管机结构工作过程示意图。

图21是本发明的发明的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统的管排架组立结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种带压作业井口起下管及运管自动化操作系统的一个实施例，用于与固定井架式不压井作业装置配合使用，如图1至图21所示，包括管箍测定装置2、液压钳装置3、平台机械手机构1、运管机4、液压及电气控制系统；

管箍测定装置2用于固定在不压井作业装置的井架上部的井口侧，用于将油管接箍限定到井口的预设位置，预设位置为油管接箍处在正确的上卸扣工作位置；

液压钳装置3用于设置在井架上部的井口侧，用于在预设位置的相对位置完成油管接箍的上扣或卸扣作业；

平台机械手机构1用于固定在井架上部的井口附近，用于完成从液压钳装置到运管机的油管转接作业；

运管机4用于固定在井架的侧面，用于从平台机械手机构处转接油管并转移到所需高度位置。

液压及电气控制系统作为上述各部件的动力及操控系统，其中，动力及操控系统采用的是电气远程控制、PLC程序控制和液压操控相结合的控制方式；

本发明还包括操控室6，上述各部件通过液压及电气控制系统受控于操控室6。本发明的操控室将不压井作业装置操控台、机械手操控台、电气系统操控台以及摄像监控显示器集中置于其内，可以由一个人集中操作完成起下管作业，减少了作业人员数量，大大改善了工人的工作环境。

本发明通过电气远程控制、PLC程序控制和液压控制相结合的方式，将修井作业中的取放油管、上扣、卸扣等作业流程实现自动控制。

由于本发明可以实现全自动控制，因此在作业之前，需将各部件调整到满足工作要求的初始状态，然后启动设备，设备将在PLC程序系统的控制下，控制各部件的执行机构进行作业。下面具体介绍本设备的作业流程，由于起管和下管的作业流程为互反流程，因此只具体介绍两者其中之一的起管作业流程，具体作业流程如下。

管箍测定装置2进入工作位置，不压井作业装置在不压井作业装置操控台的控制下起出油管，管箍测定装置2监测到油管管箍时，不压井作业装置停止上提油管并调整进入预设位置，然后液压钳装置3进行接箍的上扣或卸扣作业，当上扣或卸扣圈数达到设定圈数后，平台机械手机构1夹紧油管，液压钳装置缩回，缩回到位后平台机械手机构1里带动油管上升，脱离液压钳装置3；当上升到预定位置后，平台机械手机构1水平回转，到位后，平台机械手机构1里的回转装置带动油管旋转90°到水平方向(如图2和图4所示)；水平到位后，平台机械手机构1带动油管下降到预定位置，同时运管机4转接并夹紧油管，平台机械手机构1松开油管；运管机4下行将油管存放到相应位置，然后二级推进机构上升至到待接管位置等待，起一根油管的全部作业流程完成。按下相应按钮，将进入下一根油管作业流程。

进一步地，所述的操控室将不压井作业装置操控台、机械手操控台、电气系统操控台以及摄像监控显示器集中置于其内，可以由一个人集中操作完成起下管作业，减少了作业人员数量，改善了工人的工作环境。

本发明采用电气远程控制、PLC程序控制和液压控制相结合的方式，将修井作业中的取放油管、上扣、卸扣等作业流程实现自动控制，并在设备重要工作和易出现问题位置处安装摄像头，便于观察并及时发现工作中出现的问题。

为了准确监测油管管箍，如图3、7、8所示，管箍测定装置2包括架体机构、推行机构、导向轮组2-1.2(或2-2.2)和监测装置，架体机构用于安装在井架上，推行机构设置在架体机构上，推行机构与监测装置和导向轮组2-1.2(或2-2.2)连接，推行机构用于推动监测装置和导向轮组2-1.2(或2-2.2)进入和退出工作位置，监测装置用于朝向井口并监测油管接箍是否到达预设位置，导向轮组2-1.2(或2-2.2)用于限定起下管过程中油管在监测区域内摆动范围。推行机构可以由油缸2-1.4(或2-2.4)推动。

作为一种改进，监测装置包括监测导轮2-1.3(或2-2.3)和监测导轮2-1.3(或2-2.3)连接的限位开关2-1.1(或2-2.1)，用于监测油管接箍是否到达预设位置。

为了防止漏检，管箍测定装置2有两套，分别为管箍测定装置2-1和管箍测定装置2-2，分别设置在井口两侧，其中，每套管箍测定装置2中监测装置有上、下至少两组，导向轮组2-1.2(或2-2.2)包括至少四组分为上下两层，每层至少两组，用于限定油管在监测装置的监测区域范围内。因管箍测定装置2包括四组监测装置，其中有三组以上(包含三组)监测到管箍时即是管箍到达预定位置、导向轮组2-1.2(或2-2.2)在井口两侧上下各四组，用于限定在起下管过程中油管在监测装置监测区域内摆动范围，防止漏检。

优选地，如图3所示管箍测定装置2-1和管箍测定装置2-2，用于分别设置在井口的两侧，液压钳装置3设置在另一侧，靠近井架的侧边缘。

为了更好的完成转接工作，如图9至图14所示，平台机械手机构1包括举升装置1-1、水平回转装置1-2、竖直回转装置1-3、和用于抓油管的抓管装置1-4；举升装置1-1可以包括支撑结构和与支撑结构连接的用于升降油管的升降机构1-1.1；竖直回转装置1-3可以包括能够平行于支撑结构在竖直面旋转的竖直旋转机构，举升装置1-1通过竖直旋转机构与抓管装置1-4连接，水平回转装置1-2可以包括能使抓管装置1-4水平旋转的水平回转机构，水平回转装置1-2用于固定在井架上部的井口附近，且与举升装置1-1连接。

上述实施例中，竖直旋转机构通过回转油缸1-3.1驱动，竖直旋转机构与抓管装置1-4连接，用于完成油管在竖直方向的回转；

上述实施例中，升降机构1-1.1为能够在支撑结构上上下伸缩的圆柱式伸缩臂，伸缩臂的顶端通过连接板与竖直旋转机构连接，所述伸缩臂由驱动油缸驱动。伸缩臂通过一定的行程来满足油管间对扣及脱离的位置要求。上述实施例中，水平回转装置1-2还可以包括与水平回转机构连接的回转减速器1-2.1，水平回转机构与支撑结构连接用于完成油管在水平方向的回转。

进一步地，抓管装置1-4可以包括支撑本体和设置在支撑本体上的至少两个用于夹紧油管的夹持机构，支撑本体与竖直旋转机构连接。支撑本体可以为长柱型结构，例如圆柱或方柱。

进一步地，夹持机构包括设置在支撑本体两端的上夹持机构1-4-1和下夹持机构1-4-2，用于分别夹持油管两端，上夹持机构包括扶管钳1-4-1.1和第一夹管钳1-4-1.2，扶管钳1-4-1.1通过油缸驱动在上卸扣时用于扶正油管，第一夹管钳1-4-1.2通过油缸驱动用于夹紧油管，第一夹管钳1-4-1.2具有两个管钳体，下夹持机构包括第二夹管钳1-4-2.1和与第二夹管钳1-4-2.1连接的摆动机构1-4-2.2，摆动机构通过油缸驱动把用于把第二夹管钳摆摆到夹油管工作位置或让开井口位置。

进一步地，如图1、图15-17所示，液压钳装置3包括支撑体、液压动力钳3-1和补偿机构3-2，支撑体可移动安装在井架上用于带动液压钳装置3进出工作位置；液压动力钳3-1安装在支撑体上，包括主动钳和被钳，主动钳通过油缸驱动绕油管圆周旋转来完成上扣或卸扣作业，被钳用于夹紧要起油管防止上扣或卸扣作业时油管跟着旋转；液压动力钳3-1通过液压油缸3.1推动液压动力钳3-1至上卸扣工作位置或让开井口位置；

补偿机构3-2包括支撑座和与支撑座连接的弹簧和拉杆，支撑座与支撑体连接，拉杆与液压动力钳主动钳连接；拉杆通过弹簧补偿油管接箍的旋入或旋出。

进一步地，液压钳装置3还包括辅助对扣结构3-3，辅助对扣结,3-3包括固定座、两个导向块3-3.2和与两个导向块分别连接的两个油缸3-3.1，两个导向块3-3.2相对设置通过油缸3-3.1驱动实现打开或闭合，用于在下管作业时使需要对扣的油管向液压动力钳主动钳对正并辅助完成对扣作业。导向块优选为锥形，用于在下管作业时对扣过程中起导向作用，使需要对扣的上下管柱中心对正辅助完成对扣作业，油缸3-3.1驱动锥形导向块打开或闭合，如图17所示，在对扣时闭合，在上扣作业完成后打开，在液压钳装置3退出工作位置时让开油管。

进一步地，液压动力钳3-1上还设置有用于限定紧扣扭矩的传感器或限扭器，液压动力钳3-1上还设置有用来读取大钳回转圈数的电子计数器，使液压动力钳上、卸扣，并在完成后自动复位，保证了液压动力钳工作的稳定性和可靠性。

为了将油管放到指定位置，如图1、图18-图20所示运管机4包括支架结构、夹紧装置4-1和能够在支架结构上升降夹紧装置4-1的运送结构4-2，用于完成平台机械手机构1和管排架组立5之间转接油管的运送工作，支架结构用于安装在井架上；夹紧装置4-1用于夹紧在起管或下管作业过程中与平台机械手机构1进行转接的油管，运送结构4-2包括导轨、推进机构和能在导轨上移动的滑动体，滑动体与夹紧装置4-1连接，通过推进机构推送滑动体将夹紧装置4-1转移到所需高度位置，导轨安装在支架结构上。

进一步地，导轨为圆柱导轨，所述推进机构包括一级推进机构4-2-1和二级推进机构4-2-2，一级推进机构4-2-1包括与导轨连接的链条传动机构，滑动体通过链条传送机构运送，进而上下传送油管；二级推进机构4-2-2安装在支架结构上且与链条传动机构连接，二级推进机构4-2-2包括伸缩油缸用于传送滑动体，一级推进结构4-2-1连接在二级推进机构4-2-2下方。一级推进机构4-2-1为包括推进油缸4-2-1.1和链条传动机构的倍速运送机构，夹紧装置4-1通过滑动体与一级推进机构4-2-1相连接，用于运送所夹持的油管，二级推进机构4-2-2通过推进油缸4-2-2.1与一级推进机构4-2-1相连接，并通过一级推进机构4-2-1与夹紧装置4-1相连接。将推进机构设置为一级推进机构和二级推进机构，可以解决行程长的问题架体机构短，拆装运输方便。

为了补偿上下结构的位置落差，运管机4还包括连接在滑动体和夹紧装置4-1之间的前后调整装置4-3，前后调整装置4-3包括箱体伸缩机构和控制箱体伸缩的油缸4-3.1，箱体伸缩机构与夹紧装置相连接。通过前后调整可以补偿平台机械手1与管排架组立5之间的位置落差；夹紧装置上还设置有用于检测夹紧装置中有无油管的检测器。

优选地，夹紧装置4-1包括用于夹紧油管的夹紧块夹紧块4-1.2和用于驱动夹紧块的液压油缸4-1.1。

进一步地，还包括用于设置在井场地面存放油管的管排架组立5，油管通过运管机4进出管排架组立5，管排架组立5包括用于摆放油管的两个平行的管排架5-1(5-2)。

进一步地，如图3和图21所示，管排架5-1(5-2)包括支撑排架，支撑排架上方设置有前后调整机构5.5，支撑排架两端设置有用于调整管排架高度的升降油缸5.1，至少一个支撑排架(例如图21的管排架5-1)上方设置有左右调整装置5.2和能在左右调整装置5.2上左右移动的定位板5.3，定位板5.3位于管排架组立5外侧，用于定位油管的公扣端或对扣位置；前后调整机构5.5置于两个支撑排架靠近运管机4的前段，用于补偿在起下管作业过程中调整管排架前后高度时落差位移量。

其中，升降油缸5.1用于调整两个管排架离地面的高度，并且在起管作业是把管排架5-1(5-2)调整为前高后低或在下管作业时把管排架5-1(5-2)调整为前低后高，利用重力作用油管在管排架上自主的前后滚动以实现自动排放油管，左右调整装置5.2设置在管排架5-2上与定位板5.3相连接，用于左右调整定位板的位置，用于定位油管公扣端位置，在下管作业时能准确定位对扣位置；前后调整机构5.5置于两个管排架的前段并与油管挡板连接，用来补偿在起下管作业过程中调整管排架前后高度时落差位移量，并限定管排架组立最前油管的位置以便运管机4在准确位置取放油管。

进一步地，支撑排架的上方的两端设置有挡板，前后调整机构5.5与挡板连接，位于挡板外侧靠近运管机4。

进一步地，挡板上还连接有隔层装置5.4，同一支撑排架两端的隔层装置5.4相对设置。隔层装置5.4用于油管在管排架组立中分层摆放，以增大管排架组立的容管量。

进一步地，以上所述箍测定装置2、液压钳装置3、平台机械手机构1和运管机4的各个动作的终始点均设有位置传感器或限位开关，用于监测各个动作是否到位以便于整备自动化运行。

本发明采用全液压系统，其动力来源可以是其独立的泵站部分，也可以借用固定井架式不压井作业装置的泵站部分。

管箍测定装置2进入工作位置，不压井作业装置在不压井作业装置操控台的控制下起出油管，管箍测定装置2的推进机构通过油缸驱动在架体机构上移动，将监测装置推入到工作位置，限位开关2-1.1(或2-2.1)限制推行的程度，当监测装置的监测导轮2-1.3(或2-2.3)触碰到油管管箍时，不压井作业装置停止上提油管，导向轮组2-1.2(或2-2.2)限定油管在区域内摆动范围，然后液压钳装置3中通过油缸将液压动力钳被油缸推出，其到位后，液压动力钳开始卸扣，被钳夹紧油管，主动钳通过油缸驱动绕油管圆周旋转进行卸扣，补偿机构的拉杆通过弹簧补偿油管接箍的旋入或旋出，当卸扣圈数达到设定圈数后，平台机械手机构1通过下夹持机构的摆动机构使下夹持机构摆正到位后将油管夹紧；当夹紧油管后，液压动力钳钳马达和被钳同时反向动作(液压动力钳对正)，当液压动力钳对正后液压动力钳缩回，缩回到位后，平台机械手机构1里的举升装置1-1带动油管上升，脱离液压钳装置3；当上升到位后，平台机械手机构1的水平回转装置1-2回转外摆到井架侧，到位后，平台机械手机构1里的竖直旋转机构通过油缸驱动油管旋转90°到水平方向(如图2、图4、图12所示)；水平到位后，平台机械手机构1带动油管下降，同时运管机4的二级推进装置上升，当前两者都到位后，运管机4夹紧装置4-1夹紧油管，同时运管机4上的检测器检测加紧装置上是否有油管，检测到油管后，平台机械手机构1的扶正器和夹紧装置相继打开；运管机4的二级推进装置下行，当下行到位后，运管机4里的前后伸缩油缸伸出；运管机4向前伸缩到位后，推进装置一级推进下行，当碰到提升机升降过程位置检测开关时，运管机4下降停止，运管机4夹紧装置打开，当运管机4夹紧装置打开到位后，推进装置继续下下行直至推进装置一级升降下降到位后，同时检测夹紧装置是否有油管，未检测到油管，说明油管已放置到管排架组立5上，运管机4的前后伸缩油缸缩回，缩回到位后，运管机4一级推进上升到待接管位置等待，起一根油管的全部作业流程完成。按下相应按钮，将进入下一根油管作业流程。

另一方面，提供一种带压作业装置，包括固定井架式不压井作业装置，还包括的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统。

上述的带压作业是指在保持井筒内一定压力，不压井、不放压的情况下进行起下管柱的一种先进井下作业技术。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带压作业井口起下管及运管自动化操作系统，用于与固定井架式不压井作业装置配合使用，其特征在于，包括管箍测定装置、液压钳装置、平台机械手机构、运管机、液压及电气控制系统；

所述的管箍测定装置用于固定在不压井作业装置井架上部的井口侧，用于将油管接箍限定到井口的预设位置，所述预设位置为油管接箍处在正确的上卸扣工作位置；

所述的液压钳装置用于设置在井架上部的井口侧，用于在所述预设位置的相对位置完成油管接箍的上扣或卸扣作业；

所述的平台机械手机构用于固定在井架上部的井口附近，用于完成从液压钳装置到所述运管机的油管转接作业；

所述运管机用于固定在井架的侧面，用于从所述的平台机械手机构处转接油管并转移到所需高度位置；

所述液压及电气控制系统作为上述各部件的动力及操控系统，所述动力及操控系统采用的是电气远程控制、PLC程序控制和液压操控相结合的控制方式。

2.根据权利要求1所述的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统，其特征在于，所述管箍测定装置包括架体机构、推行机构、导向轮组和监测装置，所述架体机构用于安装在井架上，所述推行机构设置在架体机构上，所述推行机构与所述监测装置和导向轮组连接，所述推行机构用于推动监测装置和导向轮组进入和退出工作位置，所述监测装置用于朝向井口并监测油管接箍是否到达预设位置，所述导向轮组用于限定起下管过程中油管在监测区域内摆动范围。

3.根据权利要求2所述的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统，其特征在于，所述监测装置包括监测导轮和与所述监测导轮连接的限位开关，用于监测油管接箍是否到达预设位置；

所述管箍测定装置有两套分别设置在井口两侧；其中，每套管箍测定装置中监测装置有上、下至少两组，所述导向轮组包括至少四组分为上下两层，每层至少两组，用于限定油管在监测装置的监测区域范围内。

4.根据权利要求1所述的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统，其特征在于，所述的平台机械手机构包括举升装置、水平回转装置、竖直回转装置和用于抓油管的抓管装置；

所述举升装置包括支撑结构和与所述支撑结构连接的用于升降油管的升降机构；

所述竖直回转装置包括能够平行于所述支撑结构在竖直面旋转的竖直旋转机构，所述举升装置通过竖直旋转机构与抓管装置连接；

所述水平回转装置包括能使所述抓管装置水平旋转的水平回转机构，所述水平回转装置用于固定在井架上部的井口附近，且与所述举升装置连接。

5.根据权利要求4所述的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统，其特征在于，所述升降机构为能够在所述支撑结构上上下伸缩的圆柱式伸缩臂，所述伸缩臂的顶端通过连接板与所述竖直回转装置连接，所述伸缩臂由驱动油缸驱动；

所述水平回转装置还包括与所述水平回转机构连接的回转减速器，所述水平回转机构与所述支撑结构连接用于完成油管水平方向的回转；

所述抓管装置包括支撑本体和设置在支撑本体上的至少两个用于夹紧油管的夹持机构，所述支撑本体与所述竖直回转装置连接；

所述夹持机构包括设置在支撑本体两端的上夹持机构和下夹持机构，用于分别夹持油管两端，所述上夹持机构包括扶管钳和第一夹管钳，所述扶管钳通过油缸驱动在油管上卸扣时用于扶正油管，所述第一夹管钳通过油缸驱动用于夹紧油管；

所述下夹持机构包括第二夹管钳和与所述第二夹管钳连接的摆动机构，所述摆动机构通过油缸驱动用于把第二夹管钳摆动到夹油管工作位置或让开井口位置。

6.根据权利要求1至5任一所述的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统，其特征在于，所述液压钳装置包括支撑体、液压动力钳和补偿机构，所述支撑体可移动安装在井架上用于带动所述液压钳装置进出工作位置；

所述液压动力钳安装在所述支撑体上，所述液压动力钳包括主动钳和被钳，所述主动钳通过油缸驱动绕油管圆周旋转来完成上扣或卸扣作业，所述被钳用于夹紧油管防止上扣或卸扣作业时油管跟着旋转；

所述补偿机构包括支撑座和与所述支撑座连接的弹簧及拉杆，所述支撑座与所述支撑体连接，所述拉杆与所述液压动力钳主动钳连接，所述拉杆通过弹簧补偿油管接箍的旋入或旋出。

7.根据权利要求6所述的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统，其特征在于，所述液压钳装置还包括辅助对扣结构，所述辅助对扣结构包括固定座、两个导向块和与所述两个导向块分别连接的两个油缸，所述两个导向块相对设置且通过油缸驱动实现打开或闭合，用于在下管作业时使需要对扣的油管向所述液压动力钳主动钳对正并辅助完成对扣作业；

所述液压动力钳上还设置有用于限定紧扣扭矩的传感器或限扭器，所述液压动力钳上还设置有用来读取大钳回转圈数的电子计数器。

8.根据权利要求1至7任一所述的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统，其特征在于，所述运管机包括支架结构、夹紧装置和能够在所述支架结构上升降所述夹紧装置的运送结构，所述支架结构用于安装在井架上；

所述夹紧装置用于夹紧在起管或下管作业过程中与所述平台机械手机构进行转接的油管，所述运送结构包括导轨、推进机构和能在所述导轨上移动的滑动体，所述滑动体与所述夹紧装置连接，通过所述推进机构推送滑动体将夹紧装置转移到所需高度位置，所述导轨安装在所述支架结构上。

9.根据权利要求8所述的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统，其特征在于，所述导轨为圆柱导轨，所述推进机构包括一级推进机构和二级推进机构，所述一级推进机构包括与所述导轨连接的链条传动机构，所述滑动体通过所述链条传送机构运送；所述二级推进机构安装在支架结构上且与所述链条传动机构连接，所述二级推进机构包括伸缩油缸用于传送所述滑动体，所述一级推进结构连接在所述二级推进机构下方；

所述运管机还包括连接在滑动体和夹紧装置之间的前后调整装置，所述前后调整装置包括箱体伸缩机构和控制箱体伸缩机构伸缩的油缸，所述箱体伸缩机构与所述夹紧装置相连接；

所述夹紧装置上还设置有用于检测所述夹紧装置中有无油管的检测器。

10.一种带压作业装置，包括固定井架式不压井作业装置，其特征在于，还包括权利要求1至9任一所述的带压作业井口起下管及运管自动化操作系统。