CN109944558B - 一种钻井油管自动吊装作业平台 - Google Patents
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Abstract
本实发明属于石油钻井设备技术领域，具体的讲涉及一种钻井油管自动吊装作业平台。其主要技术方案：主要由油管储存箱，管杆输送机，塔吊式机械手以及修井机架构成，并包括用于控制所述管杆输送机、塔吊式机械手和修井机架协同动作的PLC控制器；其中，塔吊式机械手能够将油管从油管储存箱内抓取并放置在构成所述管杆输送机的升降滑道内，管杆输送机能够将油管的端部输送至构成所述修井机架的吊装头内，修井机架能够将所述油管吊起，并将吊装的油管完成下井安装。该自动吊装作业平台具有整合油管吊装多个施工环节、维持作业现场整洁、工作效率高且智能化程度好的特点。
Description
技术领域
本实发明属于石油钻井设备技术领域，具体的讲涉及一种钻井油管自动吊装作业平台。
背景技术
石油钻井过程中需要用到多种专用设备，施工现场要求高度协调联动，因设备操作人员多且不容易统一管理，造成安全事故隐患。比如油管的吊装环节，从油管码放、起重运输、下管输送直到吊装下井，需要起重机、管杆输送、吊装设备等协调配合，目前没有很好的作业平台能有效调控上述设备，油管码放主要依靠人工现场堆砌，油管表面残留的油污对施工现场环境污染严重；起重运输主要靠轮胎起重机采用线型吊装，油管在吊装过程中易发生姿态变化，对井架绷绳造成威胁，同时也不方便下管输送；吊装下井时，油管端部和修井机架的吊装头结合部位缺乏有效衔接，需要人工固定，大大降低了生产效率。
发明内容
本实发明的目的就是提供一种整合油管吊装多个施工环节、维持作业现场整洁、工作效率高且智能化程度好的新型钻井油管自动吊装作业平台。
为实现上述目的，本实发明所采用的技术方案为：
一种钻井油管自动吊装作业平台，其特征在于：主要由油管储存箱，管杆输送机，塔吊式机械手以及修井机架构成，并包括用于控制所述管杆输送机、塔吊式机械手和修井机架协同动作的PLC控制器；其中，
所述塔吊式机械手能够将油管从油管储存箱内抓取并放置在构成所述管杆输送机的升降滑道内，
所述管杆输送机能够将油管的端部输送至构成所述修井机架的吊装头内，
所述修井机架能够将所述油管吊起，并将吊装的油管完成下井安装。
构成上述一种钻井油管自动吊装作业平台的附加技术特征还包括：
——所述油管储存箱包括供油管层叠放置的卧式箱体，所述卧式箱体的顶部为推拉式盖体，所述卧式箱体的两端分别设置有蒸汽管进口和油污排放口；
——所述塔吊式机械手包括塔吊本体，所述塔吊本体的回转平台内设置第一角度传感器，所述塔吊本体的吊装臂内设置动力行车，所述动力行车的下部设置回转支承，所述回转支承的下部安装杆式机械手，所述回转支承内设置第二角度传感器，所述第一角度传感器、第二角度传感器均与所述PLC控制器电气连接，所述PLC控制器分别与驱动所述回转平台的第一动力机构、驱动所述回转支承的第二动力机构电气连接；
——所述PLC控制器内包括用于接受所述第一角度传感器和第二角度传感器反馈信号的比较器，所述杆式机械手抓取油管后，所述回转平台和回转支承同步逆向转动，保证油管相对静止；
——所述杆式机械手包括设置于所述回转支承下部的悬梁，所述悬梁的两端分别设置剪叉式伸缩臂，所述剪叉式伸缩臂的端部设置电磁吸附头，驱动所述剪叉式伸缩臂和电磁吸附头的动力装置均与所述PLC控制器电气连接；
——所述管杆输送机包括机架，所述升降滑道设置在机架上部，所述机架下部设置与升降滑道底部转轴式连接的举升油缸，所述机架端部设置推拉所述升降滑道的伸缩油缸，所述升降滑道内设置用于感应油管的红外线传感器，所述举升油缸、伸缩油缸以及红外线传感器均与所述PLC控制器电气连接；
——所述修井机架包括由绷绳固定的井架，所述吊装头设置在所述井架内，所述吊装头的上端通过滑轮与钢绞绳连接，所述钢绞绳由卷扬机牵引，所述卷扬机与所述PLC控制器电气连接；
——所述井架底部靠近井口处设置长度测量器，用于计量油管下井长度，所述长度测量器与所述PLC控制器电气连接。
本实发明所提供的一种钻井油管自动吊装作业平台同现有技术相比，具有以下优点：其一，由于该自动吊装作业平台包括相互连贯作业的油管储存箱，塔吊式机械手，管杆输送机以及修井机架等设备，并通过PLC控制器统一调控上述设备，从而整合了油管码放、起重运输、下管输送直到吊装下井一系列施工环节，自动化程度高，节省劳动力，作业现场整洁有序；其二，采用油管储存箱统一盛放、运输油管，避免油污破坏现场环境，同时储存箱两端设置蒸汽管进口和油污排放口，便于油杆密封清洗，油污统一回收，符合节能减排的要求；其三，塔吊式机械手的回转平台内设置第一角度传感器，回转支承内设置第二角度传感器，PLC控制器内包括用于接受第一角度传感器和第二角度传感器反馈信号的比较器，在杆式机械手抓取油管后，回转平台和回转支承同步逆向转动，保证油管相对静止，吊装过程安全平稳。
附图说明
图1为本实发明一种钻井油管自动吊装作业平台的工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实发明所提供的钻井油管自动吊装作业平台的结构和工作原理作进一步的详细说明。
参见图1，为本实发明所提供的一种钻井油管自动吊装作业平台的结构示意图。构成该钻井油管自动吊装作业平台的结构主要由油管储存箱1，管杆输送机2，塔吊式机械手3以及修井机架4构成，塔吊式机械手3将油管从油管储存箱1内抓取并放置在管杆输送机2的升降滑道21内，管杆输送机2将油管的端部输送至修井机架4的吊装头41内，修井机架4吊装油管完成下井安装，其中，还包括PLC控制器5，用于控制管杆输送机2、塔吊式机械手3和修井机架4协同动作。
其工作原理为：将该自动作业平台设置于钻井区域，油井6上方设置修井机架4、修井机架4侧部为管杆输送机2，使管杆输送机2的升降滑道21与修井机架4内的吊装头41位置对接，将油管储存箱1放置于管杆输送机2的侧部，塔吊式机械手3的抓取半径范围符合油管储存箱1和管杆输送机2的距离，将PLC控制器5分别与管杆输送机2、塔吊式机械手3和修井机架4电气连接，根据上述设备的空间布局，预先设置塔吊式机械手3的回转角度，PLC控制器5启动塔吊式机械手3将油管储存箱1内的油管抓取并移动至管杆输送机2的升降滑道21内，PLC控制器5启动管杆输送机2的升降滑道21将油管的端部传送至修井机架4的吊装头41固定，PLC控制器5启动修井机架4的吊装头41，完成油管的下井安装；油管的下管过程与上管过程相反，也由PLC控制器5自动调控作业。
在构成上述钻井油管自动吊装作业平台的结构中，
——为了便于油管的码放吊装，钻井用油管统一放置在上述油管储存箱1内，其包括供油管层叠放置的卧式箱体11，卧式箱体11的顶部为推拉式盖体12，拉开盖体12后，卧式箱体11的顶部开口供塔吊机式械手3抓取油管，卧式箱体11的两端分别设置于蒸汽管进口13和油污排放口14，卧式箱体11接近全封闭，能够保持蒸汽热量，其内部侧壁设置喷淋管网，清洁油管更干净、更节能，按照卧式箱体11的外观尺寸为2.3米*1.6米*10.3米的设计标准，清洁一次油管的蒸汽使用量可以节省1.28吨；卧式箱体11的顶部设置多个吊钩15，可以整箱吊装，避免油管散放吊装时有可能滑落事故，增加安全性；图1仅仅表示了一种结构布局，只要满足塔吊式机械手3的抓取半径范围符合油管储存箱1和管杆输送机2的距离，还可以多方位放置油管储存箱1，与塔吊式机械手3、管杆输送机2和修井机架4多种布置方式，满足不同油井工作条件；
——上述塔吊式机械手3包括塔吊本体31，塔吊本体31的回转平台32内设置第一角度传感器321，塔吊本体31的吊装臂33内设置动力行车331，动力行车331的下部设置回转支承34，回转支承34的下部安装杆式机械手，回转支承34内设置第二角度传感器，第一角度传感器321、第二角度传感器均与PLC控制器5电气连接，PLC控制器5分别与驱动回转平台32的第一动力机构、驱动所述回转支承34的第二动力机构电气连接，第一动力机构、第二动力机构可以为减速电机；
将塔吊本体31固定设置在作业地基内，第一动力机构驱动回转平台32转动，使吊装臂33置于油管储存箱1上方，动力行车331在吊装臂33内运动，其下部的回转支承34上安装的杆式机械手30到达待吊装油管的上方，第二机构驱动回转支承34转动，使杆式机械手30与油管平行，即抓取角度与油管的特定姿态一致，由于回转平台32、回转支承34内分别设置与PLC控制器5连接的第一角度传感器321、第二角度传感器，实现了吊装过程自动控制，即为第一角度传感器321预先设置回转平台32转动角度，根据油管的姿态角度预先设置回转支承34的转动角度，使该塔吊式机械手3具有智能化作业的工作，特别适用于批量油管，多次定位吊装；
——优选的，为了保证油管在吊装过程中保持姿态角度不变，上述PLC控制器5内包括用于接受第一角度传感器321和第二角度传感器反馈信号的比较器，吊装过程中第一角度传感器321记录的回转平台32转动的角度，则通过第二角度传感器反馈PLC控制器5控制回转支承34反向转动相应的角度，即杆式机械手30抓取油管后，回转平台32和回转支承34同步逆向转动，保证油管相对静止，使吊装过程更加安全平稳；
——上述杆式机械手30包括设置于回转支承34下部的悬梁35，悬梁35的两端分别设置剪叉式伸缩臂36，剪叉式伸缩臂36的端部设置电磁吸附头37，驱动剪叉式伸缩臂36和电磁吸附头37的动力装置均与PLC控制器5电气连接，电磁吸附油管，安全稳定，电磁吸附头37最好设置为断电抓取、通电卸放；
——上述管杆输送机2包括机架22，升降滑道21设置在机架22上部，机架22下部设置与升降滑道21底部转轴式连接的举升油缸23，机架22端部设置推拉升降滑道21的伸缩油缸24，机架22两端部外侧设有支撑脚以增强机架的稳定性，升降滑道21内设置用于感应油管的红外线传感器25，举升油缸23、伸缩油缸24以及红外线传感器25均与PLC控制器5电气连接；
当塔吊式机械手3将油管吊装至升降滑道21内，红外线传感器25将信号发送给PLC控制器5，PLC控制器5依次向举升油缸23、伸缩油缸24发出动作指令，先由举升油缸23经升降滑道21抬高预定高度，然后伸缩油缸24将升降滑道21推出，使油管的端部与修井机架4的吊装头41固定；
——上述修井机架4包括由绷绳固定的井架42，吊装头41设置在井架42内，吊装头41的上端通过滑轮与钢绞绳连接，钢绞绳由卷扬机43牵引，卷扬机与PLC控制器5电气连接；
当油管端部与修井机架4的吊装头41固定后，PLC控制器5向卷扬机43发送动作指令，钢绞绳带动吊装头41将油管放入油井口6内；
——优选地，上述井架底部靠近井口6处设置长度测量器61，用于计量油管下井长度，长度测量器与PLC控制器5电气连接，为PLC控制器5实时反馈油井内油管实际长度信息；
上述仅仅记载了油管的上管过程，油管的下管作业与上管过程相反，也由PLC控制器5统一协调控制。
Claims (4)
1.一种钻井油管自动吊装作业平台，其特征在于：主要由油管储存箱，管杆输送机，塔吊式机械手以及修井机架构成，并包括用于控制所述管杆输送机、塔吊式机械手和修井机架协同动作的PLC控制器；其中，
所述塔吊式机械手能够将油管从油管储存箱内抓取并放置在构成所述管杆输送机的升降滑道内，
所述管杆输送机能够将油管的端部输送至构成所述修井机架的吊装头内，
所述修井机架能够将所述油管吊起，并将吊装的油管完成下井安装；其中：
所述油管储存箱包括供油管层叠放置的卧式箱体，所述卧式箱体的顶部为推拉式盖体，所述卧式箱体的两端分别设置于蒸汽管进口和油污排放口；
所述塔吊式机械手包括塔吊本体，所述塔吊本体的回转平台内设置第一角度传感器，所述塔吊本体的吊装臂内设置动力行车，所述动力行车的下部设置回转支承，所述回转支承的下部安装杆式机械手，所述回转支承内设置第二角度传感器，所述第一角度传感器、第二角度传感器均与所述PLC控制器电气连接，所述PLC控制器分别与驱动所述回转平台的第一动力机构、驱动所述回转支承的第二动力机构电气连接；
所述PLC控制器内包括用于接受所述第一角度传感器和第二角度传感器反馈信号的比较器，所述杆式机械手抓取油管后，所述回转平台和回转支承同步逆向转动，保证油管相对静止；
所述杆式机械手包括设置于所述回转支承下部的悬梁，所述悬梁的两端分别设置剪叉式伸缩臂，所述剪叉式伸缩臂的端部设置电磁吸附头，驱动所述剪叉式伸缩臂和电磁吸附头的动力装置均与所述PLC控制器电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种钻井油管自动吊装作业平台，其特征在于：所述管杆输送机包括机架，所述升降滑道设置在机架上部，所述机架下部设置与升降滑道底部转轴式连接的举升油缸，所述机架端部设置推拉所述升降滑道的伸缩油缸，所述升降滑道内设置用于感应油管的红外线传感器，所述举升油缸、伸缩油缸以及红外线传感器均与所述PLC控制器电气连接。
3.根据权利要求1所述的一种钻井油管自动吊装作业平台，其特征在于：所述修井机架包括由绷绳固定的井架，所述吊装头设置在所述井架内，所述吊装头的上端通过滑轮与钢绞绳连接，所述钢绞绳由卷扬机牵引，所述卷扬机与所述PLC控制器电气连接。
4.根据权利要求3所述的一种钻井油管自动吊装作业平台，其特征在于：所述井架底部靠近井口处设置长度测量器，用于计量油管下井长度，所述长度测量器与所述PLC控制器电气连接。
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