CN111042749A - 一种扩展式排管装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扩展式排管装置及方法，装置包括底座、移动支撑、扩展横担、扩展传送装置；所述移动支撑设置两套，对称式设置在底座前后两端，所述扩展横担两端连接在两套移动支撑之间，所述扩展传送装置横向围绕在扩展横担周围。还包括单根分离装置，所述单根分离装置靠在扩展横担一侧。该装置运输时处于折叠状态，满足目前的车辆运输尺寸要求，到达现场后实现机械化扩展，满足现场排管容量的要求。这种排管装置及方法可作业时实现排管的机械化，大大减轻工人的劳动强度，减少现场安全隐患，在方便运输的同时又能满足现场排管容量的需求。

Description

一种扩展式排管装置及方法

技术领域

本发明涉及油田油水井机械化修井作业技术，具体地说是一种扩展式排管装置及方法。

背景技术

目前常规油水井作业采用水平排管方式，油水井修井作业排放油管时，需要人工排放油管，工人需要在油管排及油管凳子之间搬抬油管，并在油管排上滚油管，油管排放不整齐时还需要抽拉油管，这种作业方式劳动强度大，工作效率低，且易造成人身伤害。

为了实现油管的自动排放，国内外进行了相关技术研究。排管方式可采用立式排管及水平排管。由于立式排管易实现机械化，但需要配备特殊的起升系统及作业井架，目前常规油水井作业设备(井架)无法实现油管的立式排放，若要采用该方式需要改造设备，投入费用大。而目前常规油水井作业采用水平排管方式，为了适应油管目前水平排放的模式，辽河油田的戴长生等设计了一种油管机械化拉排装置(油气井测试，2007年，第16卷，增刊)，该装置采用钢丝绳拖动油管，虽然实现了油管的机械化排放，但该装置现场安装繁琐，且整体尺寸较大，移动不方便，并未得到广泛应用。大庆石油学院的谭云等分析了修井起下作业中的油管机械化排放问题(石油机械，1997年，第25卷，第3期)，介绍了一种通过油管接送装置和倾斜的管排进行油管排放的装置；2006年中国石油大学(华东)王路林的硕士论文《自动化起下油管作业控制系统研究》中也涉及一种管排倾斜进行油管排放的装置；专利号为ZL201420018526.8、ZL201420018597.8分写介绍了依靠管排的倾斜进行排管的装置，其具体实施形式有所区别；专利号为US4604724、US7736119均介绍了一种油管输送装置及依靠液压缸举升管排，利用重力进行排管的装置。如上所述，这种依靠重力进行排管的装置，存在如下问题：①现场安装繁琐；②采用重力排放，由于无外力干预，油管排放的可控性差，易出现意外事故。另外专利号为ZL201520289020.5介绍的油管自动化排放装置采用机械抓手抓取排放油管，虽占地面积相对减小，自动化程度较高，但装置工作高度较高，存在一定安全隐患。

为此，为降低作业工人劳动强度，提高作业效率，提高作业安全性，发明了一种扩展式排管装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扩展式排管装置及方法，该装置运输时处于折叠状态，满足目前的车辆运输尺寸要求，到达现场后实现机械化扩展，满足现场排管容量的要求。这种排管装置及方法可作业时实现排管的机械化，大大减轻工人的劳动强度，减少现场安全隐患，在方便运输的同时又能满足现场排管容量的需求。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种扩展式排管装置，包括底座、移动支撑、扩展横担、扩展传送装置；所述移动支撑设置两套，对称式设置在底座前后两端，所述扩展横担两端连接在两套移动支撑之间，所述扩展传送装置横向围绕在扩展横担周围。

还包括单根分离装置，所述单根分离装置靠在扩展横担一侧。

所述底座包括固定底座、折叠底座、折叠驱动件、轨道，所述固定底座左端与折叠底座右端铰接，且在铰接处安装折叠驱动件，所述固定底座、折叠底座同时开设相贯通的轨道。

所述折叠驱动件为齿轮驱动装置或者蜗轮蜗杆驱动装置。

所述移动支撑包括移动支撑柱、滚轮、横担槽、横担堵头、直线驱动件、支撑柱变距机构，所述移动支撑柱至少设置两根，移动支撑柱底端通过滚轮运行在底座的轨道内，所述移动支撑柱内侧面至少开设一层横担槽，把扩展横担的长连接杆的两端插入横担槽内，横担槽两侧面开口用横担堵头封堵，所述移动支撑柱两两之间用支撑柱变距机构连接，所述变距连杆机构包括变距连杆、连杆滑块和滑块轨道，其中变距连杆其中一端铰接在其中一根移动支撑柱外侧面，另一端铰接在连杆滑块上，滑块滑轨固定在另一根移动支撑柱外侧面，最左方的移动支撑柱还与直线驱动件左端铰接，直线驱动件右端铰接在底座上。

所述直线驱动件为多级双作用液压缸或丝杠。

所述扩展横担包括长连接杆、横担变距机构、横担支撑杆、横担滑块、滑块导轨、伸缩横担，所述扩展横担至少设置一层，所述长连接杆两端插入两套移动支撑的移动支撑柱内侧面的横担槽中，扩展横担其中一层中的长连接杆的数量与其中一套移动支撑柱的数量相等且一一对应连接，所述长连接杆两两之间用横担变距机构连接，横担变距机构包括横担支撑杆、横担滑块、滑块导轨，所述横担支撑杆其中一端铰接其中一根长连接杆，横担支撑杆另一端通过横担滑块滑行于滑块导轨中，滑块导轨固定在另一根长连接杆上，所述横担支撑杆上端面固定有伸缩杆作为伸缩横担。

所述伸缩横担拉伸后的总长度大于横担支撑杆的长度，即要保证完整横跨过相邻的两根长连接杆。

所述扩展传送装置包括油管排送机构、驱动轴、电磁离合器、传动装置、旋转驱动装置，每一层扩展横担至少配合两套所述油管排送机构，油管排送机构通过驱动轴连接电磁离合器，所述旋转驱动装置通过传动装置连接电磁离合器。

所述油管排送机构包括传动轮、传送带、油管传递齿，所述传动轮分为主动轮和从动轮，分别置于扩展横担左右两侧，主动轮和从动轮缠绕连接有传送带，所述传送带上均匀设置油管传递齿，运行在扩展横担上方的传送带高于扩展横担的长连接杆上表面，同时低于扩展横担的伸缩横担上表面。

所述传动轮为带轮或链轮，传送带为同步带或链条；所述传动装置为带传动装置或者链传动装置，所述旋转驱动装置为电机。

所述单根分离装置包括升降轨道、升降驱动装置、升降小车、水平升降杆、导向托钩、导向液压伸缩杆；所述升降轨道及升降驱动装置分别设置前后两套且对称分布，所述升降小车安装在升降轨道内，在升降轨道内上下移动，并由升降驱动装置驱动实现升降，两端升降小车同步升降，所述水平升降杆连接两端的升降小车，通过升降小车实现升降；所述导向托钩中部铰接于水平升降杆上，所述导向液压伸缩杆两端分别铰接于水平升降杆及导向托钩，通过导向液压伸缩杆的伸缩来驱动导向托钩倾斜角度的改变。

所述升降驱动装置为丝杠升降装置或者带传动升降装置或者链传动升降装置或者液压升降装置。

为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，一种扩展式排管方法，油水井修井作业井场布置时，运送来的排管装置为运输状态，运行折叠驱动件使竖直底座展开，旋转90°与固定底座平齐；而后直线驱动件驱动移动支撑扩展，从而带动扩展横担由收缩工位展开；同时将运输状态时偏移的油管排送机构确认安装在位；

修井作业排管时，单根分离装置钩取由井内取除并水平放置的单根油管，并将油管运送至目标扩展横担上，同时由油管排送机构上的一组油管传递齿固定油管的相对位置，防止油管在横担上随意滚动，并带动油管随传送带移动几个步长的距离；由单根分离装置转移来的下根油管落入油管排送机构上的下一组油管传递齿，直至排满目标扩展横担；此时调节电磁离合器，使该层电磁离合器切离，并连接下一层的电磁离合器，旋转驱动装置的动力传递至下一层的油管排送机构，下一层的油管排送机构的转动继续带动油管传递齿来排布单根分离装置送来的油管，直至排满该层扩展横担；以此类推，直至排完全部油管；

取管过程即为存管过程的反向操作。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.通过折叠底座、移动支撑柱以及扩展横担来减少排管装置的运输体积，实现小体积运输的同时满足大量油管的排放；

2.排管装置可通过驱动装置实现自动扩展，便于现场安装；

3.该装置依靠传动带实现油管的机械化转移及排放，保证排管工序的安全性及可靠性，并且有效降低工人劳动强度，提高排管效率。

4.通过电磁离合器来控制需转动的扩展传送带，从而减少转动驱动装置数量，降低装置成本。

附图说明

图1为本发明的一种扩展式排管装置的结构示意图；

图2为本发明的一种扩展式排管装置底座结构示意图；

图3为本发明的一种扩展式排管装置的移动支撑结构示意图；

图4为本发明的一种扩展式排管装置的扩展横担的结构示意图；

图5为本发明的一种扩展式排管装置的扩展传送装置的结构示意图；

图6为本发明的一种扩展式排管装置的单根分离装置的结构示意图。

图中：1—底座；1.1—固定底座；1.2—折叠底座；1.3—折叠驱动件；1.4—轨道；2—移动支撑；2.1—移动支撑柱；2.11—滚轮；2.12—横担槽；2.13—横担堵头；2.2—直线驱动件；2.3—支撑柱变距机构；2.31—变距连杆；2.32—连杆滑块；2.33—滑块滑轨；3—扩展横担；3.1—长连接杆；3.2—横担变距机构；3.21—横担支撑杆；3.22—横担滑块；3.23—滑块导轨；3.3—伸缩横担；4—扩展传送装置；4.1—油管排送机构；4.11—传动轮；4.12—传送带；4.13—油管传递齿；4.2—驱动轴；4.3—电磁离合器；4.4—传动装置；4.5—旋转驱动装置；5—单根分离装置；5.1—升降轨道；5.2—升降驱动装置；5.3—升降小车；5.4—水平升降杆；5.5—导向托钩；5.6—导向液压伸缩杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种扩展式排管装置包括底座1、移动支撑2、扩展横担3、扩展传送装置4以及单根分离装置5。移动支撑2设置两套，对称式设置在底座长边两端，扩展横担3两端连接在对称布置两侧两个移动支撑之间，扩展传送装置4横向围绕在每层扩展横担3上，单根分离装置5靠在扩展横担3一侧。

如图2，图3所示，其中底座1包括固定底座1.1、折叠底座1.2、折叠驱动件1.3。折叠底座1.2可由折叠驱动件1.3驱动绕轴旋转与固定底座成90°夹角。折叠驱动件1.3可为齿轮驱动或者蜗轮蜗杆驱动。固定底座1.1及折叠底座1.2均对称安装有轨道1.4。

移动支撑2包括移动支撑柱2.1、直线驱动件2.2。移动支撑柱2.1底部有滚轮2.11，可通过滚轮2.11在底座1中轨道1.4内移动。移动支撑柱2.1上部设置有多个横担槽2.12，每个横担槽对称安装有可拆卸的横担堵头2.13。移动支撑柱2.1为两两对称分布，对称的两个支撑柱为一组，排管装置中包括多组移动支撑柱2.1。同轨道的移动支撑柱2.1之间由支撑柱变距机构2.3连接。支撑柱变距机构2.3包括变距连杆2.31、连杆滑块2.32及滑块轨道2.33。变距连杆2.31一端铰接在移动支撑柱2.1上，一端铰接在连杆滑块2.32上，连杆滑块2.32可在滑块轨道2.33内移动。随着移动支撑柱2.1之间的距离改变，连杆滑块2.32在滑块轨道2.33内移动。直线驱动件2.2固定于固定底座1.1上，可为多级双作用液压缸或丝杠，其移动端连接外侧移动支撑柱，从而通过驱动外侧移动支撑柱来实现移动支撑柱组的扩展。

如图4所示，扩展横担3包括长连接杆3.1、横担变距机构3.2、伸缩横担3.3。扩展横担3包括多根长连接杆3.1水平排列。横担变距机构3.2包括横担支撑杆3.21、横担滑块3.22、滑块导轨3.23。由横担变距机构3.2连接两相邻的长连接杆3.1。滑块导轨3.23安装于长连接杆3.1一侧，横担滑块3.22可在其中滑动。横担支撑杆3.21一端铰接于横担滑块3.22上，另一端铰接于相邻另一根长连接杆3.1。随着相邻长连接杆3.1之间距离改变，横担滑块3.22在滑块轨道3.23内的移动。两相邻长连接杆之间安装有多组横担变距机构3.2。伸缩横担3.3安装于横担支撑杆3.21上，长度长于横担支撑杆3.21，且高度高于长连接杆，排放油管重量由伸缩横担3.3承载。长连接杆3.1通过可拆卸横担堵头2.13固定于移动支撑柱2.1的横担槽2.12上，由此简化扩展横担3安装及拆卸。排管装置包括多层扩展横担3。扩展横担3随着移动支撑柱2.1的扩展来实现同步扩展。

如图4、图5所示，扩展传送装置4包括油管排送机构4.1、驱动轴4.2、电磁离合器4.3、传动装置4.4以及旋转驱动装置4.5。油管排送机构4.1包括传动轮4.11、传送带4.12、油管传递齿4.13。传动轮4.11安装在最外侧的两根长连接杆3.1的外侧。传动轮4.11为带轮或链轮。传动带4.12安装在传动轮4.11上。传送带4.12为同步带或链条，其高度低于伸缩横担3.3，不承载油管重量。油管传递齿4.13等间隔安装在传送带4.12上，可等间隔排放扩展横担上油管，并通过传送带4.12的移动实现油管的转移。一层扩展横担3配备至少1套油管排送机构4.1。驱动轴4.2与油管排送机构4.1的一端传动轮4.11连接，驱动轴4.2另一端与电磁离合器4.3的输出端连接。旋转驱动装置4.5固定于底座上，通过传动装置4.4连接各层的电磁离合器4.3的输入端，并通过传动装置4.4传递动力。传动装置4.4可为带传动或者链传动。工作时，通过调节目标层电磁离合器4.3的连接与切离来控制目标层的油管排送机构4.1的运转。所排放油管通过扩展传送带装置4传送至扩展横担3上排列。

如图6所示，单根分离装置5包括升降轨道5.1、升降驱动装置5.2、升降小车5.3、水平升降杆5.4、导向托钩5.5、导向液压伸缩杆5.6。升降轨道5.1及升降驱动装置5.2分别设置两端两套且对称分布。升降小车5.3安装在升降轨道5.1内，在升降轨道5.1内上下移动，并由升降驱动装置5.2驱动实现升降。两端升降小车5.3通过控制系统实现同步升降。水平升降杆5.4连接两端的升降小车5.3，通过升降小车实现升降。导向托钩5.5铰接于水平升降杆5.4上。导向液压伸缩杆5.6分别铰接于水平升降杆5.4及导向托钩5.5，通过导向液压伸缩杆5.6的伸缩来驱动导向托钩5.5倾斜角度的改变。导向托钩两端呈钩子状，在工作中可从两侧钩取油管，实现单根油管的转移工序。

油水井修井作业井场布置时，运送来的排管装置为运输状态，如图2所示。运行折叠驱动件1.3使竖直底座展开，旋转90°与固定底座平齐。而后直线驱动件2.2驱动移动支撑2扩展，从而带动扩展横担3由收缩工位展开。同时将运输状态时偏移的油管排送机构4.1确认安装在位，如图1所示。

修井作业排管时，单根分离装置5钩取由井内取出并水平放置的单根油管，并将油管运送至目标层扩展横担3上，同时由油管排送机构4.1上的一组油管传递齿4.13固定油管的相对位置，防止油管在横担上随意滚动，并带动油管随传送带4.12移动几个步长的距离。由单根分离装置5转移来的下根油管落入油管排送机构4.1上的下一组油管传递齿4.13，直至排满目标扩展横担3。此时调节电磁离合器4.3，使该层电磁离合器4.3切离，并连接下一层的电磁离合器4.3，旋转驱动装置4.5的动力传递至下一层的油管排送机构4.1，下一层的油管排送机构4.1的转动继续带动油管传递齿4.13来排布单根分离装置5送来的油管，直至排满该层扩展横担3。以此类推，直至排完全部油管。

取管过程即为存管过程的反向操作。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种扩展式排管装置，其特征在于，包括底座、移动支撑、扩展横担、扩展传送装置；所述移动支撑设置两套，对称式设置在底座前后两端，所述扩展横担两端连接在两套移动支撑之间，所述扩展传送装置横向围绕在扩展横担周围。

2.根据权利要求1所述的一种扩展式排管装置，其特征在于，还包括单根分离装置，所述单根分离装置靠在扩展横担一侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种扩展式排管装置，其特征在于，所述底座包括固定底座、折叠底座、折叠驱动件、轨道，所述固定底座左端与折叠底座右端铰接，且在铰接处安装折叠驱动件，所述固定底座、折叠底座同时开设相贯通的轨道。

4.根据权利要求2所述的一种扩展式排管装置，其特征在于，所述折叠驱动件为齿轮驱动装置或者蜗轮蜗杆驱动装置。

5.根据权利要求1或2所述的一种扩展式排管装置，其特征在于，所述移动支撑包括移动支撑柱、滚轮、横担槽、横担堵头、直线驱动件、支撑柱变距机构，所述移动支撑柱至少设置两根，移动支撑柱底端通过滚轮运行在底座的轨道内，所述移动支撑柱内侧面至少开设一层横担槽，把扩展横担的长连接杆的两端插入横担槽内，横担槽两侧面开口用横担堵头封堵，所述移动支撑柱两两之间用支撑柱变距机构连接，支撑柱变距机构包括变距连杆、连杆滑块和滑块滑轨，所述变距连杆一端铰接在另一个移动支撑柱外侧面，另一端铰接在连杆滑块上，连杆滑块可在滑块滑轨中移动，滑块滑轨固定在动支撑柱外侧面，最左方的移动支撑柱还与直线驱动件左端铰接，直线驱动件右端铰接在底座上。

6.根据权利要求5所述的一种扩展式排管装置，其特征在于，所述直线驱动件为多级双作用液压缸或丝杠。

7.根据权利要求1或2所述的一种扩展式排管装置，其特征在于，所述扩展横担包括长连接杆、横担变距机构、横担支撑杆、横担滑块、滑块导轨、伸缩横担，所述扩展横担至少设置一层，所述长连接杆两端插入两套移动支撑的移动支撑柱内侧面的横担槽中，扩展横担其中一层中的长连接杆的数量与其中一套移动支撑柱的数量相等且一一对应连接，所述长连接杆两两之间用横担变距机构连接，横担变距机构包括横担支撑杆、横担滑块、滑块导轨，所述横担支撑杆其中一端铰接其中一根长连接杆，横担支撑杆另一端通过横担滑块滑行于滑块导轨中，滑块导轨固定在另一根长连接杆上，所述横担支撑杆上端面固定有伸缩杆作为伸缩横担。

8.根据权利要求7所述的一种扩展式排管装置，其特征在于，所述伸缩横担拉伸后的总长度大于横担支撑杆的长度，即要保证完整横跨过相邻的两根长连接杆。

9.根据权利要求1或2所述的一种扩展式排管装置，其特征在于，所述扩展传送装置包括油管排送机构、驱动轴、电磁离合器、传动装置、旋转驱动装置，每一层扩展横担至少配合两套所述油管排送机构，油管排送机构通过驱动轴连接电磁离合器，所述旋转驱动装置通过传动装置连接电磁离合器。

10.根据权利要求9所述的一种扩展式排管装置，其特征在于，所述油管排送机构包括传动轮、传送带、油管传递齿，所述传动轮分为主动轮和从动轮，分别置于扩展横担左右两侧，主动轮和从动轮缠绕连接有传送带，所述传送带上均匀设置油管传递齿，运行在扩展横担上方的传送带高于扩展横担的长连接杆上表面，同时低于扩展横担的伸缩横担上表面。

11.根据权利要求9所述的一种扩展式排管装置，其特征在于，所述传动轮为带轮或链轮，传送带为同步带或链条；所述传动装置为带传动装置或者链传动装置，所述旋转驱动装置为电机。

12.根据权利要求1或2所述的一种扩展式排管装置，其特征在于，所述单根分离装置包括升降轨道、升降驱动装置、升降小车、水平升降杆、导向托钩、导向液压伸缩杆；所述升降轨道及升降驱动装置分别设置前后两套且对称分布，所述升降小车安装在升降轨道内，在升降轨道内上下移动，并由升降驱动装置驱动实现升降，两端升降小车同步升降，所述水平升降杆连接两端的升降小车，通过升降小车实现升降；所述导向托钩中部铰接于水平升降杆上，所述导向液压伸缩杆两端分别铰接于水平升降杆及导向托钩，通过导向液压伸缩杆的伸缩来驱动导向托钩倾斜角度的改变。

13.根据权利要求9所述的一种扩展式排管装置，其特征在于，所述升降驱动装置为丝杠升降装置或者带传动升降装置或者链传动升降装置或者液压升降装置。

14.一种扩展式排管方法，其特征在于，油水井修井作业井场布置时，运送来的排管装置为运输状态，运行折叠驱动件使竖直底座展开，旋转90°与固定底座平齐；而后直线驱动件驱动移动支撑扩展，从而带动扩展横担由收缩工位展开；同时将运输状态时偏移的油管排送机构确认安装在位；

修井作业排管时，单根分离装置钩取由井内取除并水平放置的单根油管，并将油管运送至目标扩展横担上，同时由油管排送机构上的一组油管传递齿固定油管的相对位置，防止油管在横担上随意滚动，并带动油管随传送带移动几个步长的距离；由单根分离装置转移来的下根油管落入油管排送机构上的下一组油管传递齿，直至排满目标扩展横担；此时调节电磁离合器，使该层电磁离合器切离，并连接下一层的电磁离合器，旋转驱动装置的动力传递至下一层的油管排送机构，下一层的油管排送机构的转动继续带动油管传递齿来排布单根分离装置送来的油管，直至排满该层扩展横担；以此类推，直至排完全部油管；

取管过程即为存管过程的反向操作。

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