CN111155946B - 油气井修井的管杆作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气井修井的管杆作业方法，管杆下井步骤如下：Y向平移机构将管杆移至猫道前侧，上管机构将其转移至猫道上，对管杆公扣自动涂油，并对管杆自动测长，举升摆动架近井端升高，X向桥架向井口钻台方向伸出；管杆母扣端打吊卡，滑车大钩吊住管杆向上提升，公扣端随桥架小车滑行直至管杆完全被吊起；被吊起的管杆下井，桥架小车、X向桥架和举升摆动架复位；按以上步骤逐根完成下一根管杆的下井，直至顶层的管杆下井完毕；升降平台将Y向平移机构向上顶起，撤掉顶层横担，接着升降平台落下使Y向平移机构落在下一层横担上；继续完成下一层管杆的下井。该作业方法可确保管杆良好润滑及测长准确，降低劳动强度，提高作业效率及安全性。

Description

油气井修井的管杆作业方法

技术领域

本发明涉及一种井口作业方法，特别涉及一种油气井修井的管杆作业方法，属于井口作业装置技术领域。

背景技术

石油开采作业时，需要在井口安装钻机，离地数米设有钻台。打油井时随着井深的不断加深，钻杆也要不断加长，经常需要长达几千米的钻杆，因此，在钻机前方会配备管架用于存放钻杆，钻机前方或后方安装有猫道，用于在管架和钻机之间来回输送钻杆。采油修井时，管架可以存放油管，猫道用于在管架和钻机之间来回输送油管。作业管杆一般8～10米/根，要满足采油、采气的需求，现场操作通常需要准备好几百根作业管杆。

修井作业时，常见的管杆码放方法多为由两名场地工人手动搬运码放。先在地面上设置支撑管架，在支撑管架上放置三根管杆作为第一层横担，然后在横担上码放一层管杆，一层管杆码放完毕后在其上再放置三根管杆作为第二层横担，再在第二层横担上再码放第二层管杆，依次类推。

传统排管作业方法的缺陷如下：1.由于在修井连续作业过程中，作业管杆表面不可避免粘附有一定量的原油和污渍，且作业管杆的长度长、重量重、数量多，场地工人的操作极其不便，劳动强度非常大、工作效率低。

2.如遇雨雪和冰冻天气，在野外工作环境比较差的环境下，还存在职工工作安全风险大等一系列问题。

3.提管杆时，井口作业人员利用修井车将管杆公扣放置在猫道上，管杆随着提升滑车下行，待管杆全部放入猫道后，脱开吊卡，靠人工搬离猫道且将管杆抛在横担上。而下管杆时，需要两名工人前往管杆码放的位置，从两端手动滚动管杆使其到达靠近井口的位置，然后靠人工搬至猫道上，打上吊卡，待滑车下行，将管杆提至井口的钻台上。

管杆在横担上靠人工的抛力和自由滚动行走一定距离，在自由滚动的过程中，表面粘附的污渍使管杆容易发生局部卡阻，必然使有的管杆推送不到位，造成歪斜散乱无序排放。严重时甚至导致整排管杆滑落至地面，造成管杆损坏和砸伤操作人员等事故，存在人身安全和财产损失的风险。

4.需要安排两名场地工人搬运码放管杆，人工成本高。

5.管杆重新下井前，管杆的公扣需要涂刷润滑油。由于管架上的各管杆排放紧密，相邻管杆的公扣紧靠在一起，没有空间进行丝扣油涂抹。作业人员只能有两种方式进行丝扣油涂抹，一是拎着油桶，拿刷子在油桶里蘸点油，在管架上的各管杆母扣里面涂刷几下。二是由钻台上的操作工在井口管杆的上端母扣上涂抹润滑油。这两种涂油方式均受环境因素影响大，涂抹不易均匀，油桶里的丝扣油不断受到刷子所粘油污的污染，而且违反丝扣油必须在公扣端涂抹的操作规程，经常造成丝扣的粘扣、丝扣磨损，使管杆的丝扣连接拆卸困难，耽误生产时效。在井口管杆上涂抹还容易造成井下落物，给安全生产造成威胁。

6. 下井管杆按照要求需要逐根测量长度，并且进行统计，计算出下井管杆的累计长度。通常需要三名作业人员配合，两人测量一人记录，对管架上的管杆一根一根进行测量、记录，并根据每班下井根数计算长度。由于采用人工丈量，很容易造成错误，且修井作业时经常是24小时连续施工，如果有一个班组测量发生错误，也许会造成井下作业事故。一旦发现测量出错，需要将已经下到油井内的管杆全部提上来重新测量，重复拆装、起下作业耽误生产，造成很大经济损失。

7.井口作业逐步转为自动化，修井作业人员逐步减少。传统的排管作业方法显然无法与修井作业的井口一体化设备对接，作业效率低，不符合行业发展的方向。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种油气井修井的管杆作业方法，可以确保管杆良好润滑及测长准确，大大降低场地工的劳动强度，提高作业效率及安全性。

为解决以上技术问题，本发明的一种油气井修井的管杆作业方法，管杆下井时依次包括如下步骤：①Y向平移机构将管杆沿横担平移至猫道支架前侧的上管位置；②上管机构将上管位置的管杆转移至X向桥架上；③由涂油机构对管杆的公扣进行自动涂油，由测长机构对管杆进行自动测长并累计；④举升摆动架靠近井口的一端升高；⑤X向桥架沿举升摆动架向井口钻台方向伸出；⑥在管杆的母扣端打上吊卡，滑车大钩通过吊卡吊住管杆的母扣端并向上提升，管杆的公扣端随桥架小车向X向桥架靠近井口的一端滑行，直至管杆完全被吊起；⑦被吊起的管杆下井，桥架小车回到X向桥架远离井口的一端，X向桥架沿举升摆动架缩回复位，举升摆动架的举升端复位落回在猫道上；⑧Y向平移机构继续平移下一根管杆，按以上步骤逐根完成管杆的下井，直至顶层的管杆下井完毕；⑨升降平台将Y向平移机构向上顶起，然后撤掉顶层横担，接着升降平台落下使Y向平移机构落在下一层横担上；然后继续完成下一层管杆的下井，如此循环直至所有管杆下井完毕。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：Y向平移机构将管杆逐根平移至抓取的位置，然后上管机构抓取管杆，并将其翻转放置在猫道上。如此实现了由机械臂排管代替人工上管，大大降低场地工的劳动强度，提高管杆起下的作业效率。管杆下井前，自动涂油可以保证按安全规程的规范在管杆公扣上涂抹洁净的润滑油，避免润滑油受刷体污染，涂油均匀且不会漏涂，无需进行在母扣中涂油的违章作业行为，减少井下落物的风险。自动测长既减少了人工测量的工作量，又避免了人工测量的误差，更避免了测量出错造成的井下安全事故，重复起下、拆装管杆的产量及经济损失。举升摆动架靠近井口的一端举升后，距离井口钻台仍有一段距离，X向桥架沿举升摆动架向井口方向伸出，使管杆的母扣端更靠近井口，便于井口钻台上方的滑车大钩下落且吊住管杆的母扣端，将管杆逐渐向上吊起过程中，桥架小车跟随管杆公扣端滑行，一方面减小管杆起吊时公扣端的滑行阻力，另一方面避免管杆公扣受损。

作为本发明的改进，起出管杆时依次包括如下步骤：⑴管杆从井口起出后，滑车大钩通过吊卡吊住管杆的母扣端，将管杆的公扣端搁置在桥架小车上；⑵桥架小车带着管杆的公扣端向X向桥架远离井口的一端滑行，滑车大钩跟随管杆的母扣端下行，当管杆全部放入X向桥架中后，脱开吊卡；⑶X向桥架沿举升摆动架的滑轨向远离井口的一端平移，直至X向桥架完全缩回举升摆动架中；⑷举升摆动架靠近井口的一端下落，直至完全落回在猫道上；⑸上管机构将猫道上的管杆转移至猫道支架前侧的横担上；⑹Y向平移机构将管杆沿横担向前推出直至到达排列位置；⑺继续起出下一根管杆，按以上步骤逐根依次进行排列，直至一层管杆全部排列完毕；⑻升降平台将Y向平移机构向上顶起，然后在下层管杆上铺设上一层横担，接着升降平台落下使Y向平移机构落在上一层横担上，然后继续起出管杆，并完成上一层管杆的排列，如此循环直至所有管杆被起出并排列。由上管机构将管杆逐根放置在横担上，由Y向平移机构将管杆沿横担向前推送，各管杆依次平行摆放成排。可以保证整个管排的各管杆相互平行，避免相邻管杆的丝扣被碰伤或损坏。不会发生整排管杆滑落至地面，造成管杆损坏和砸伤操作人员的安全事故。实现了由机械臂排管代替人工排管，大大降低场地工的劳动强度，提高管杆起下的作业效率。

作为本发明的进一步改进，所述Y向平移机构包括相互平行且沿X向延伸的平移机构前支撑杆和平移机构后支撑杆，平移机构前支撑杆与平移机构后支撑杆之间通过剪刀伸缩臂相互连接，平移机构前、后支撑杆的两端分别通过支撑杆滚轮支撑在左右两侧的横担上，平移机构前支撑杆的前侧固定连接有平移臂，平移臂的前端面对称设有可吸附或释放管杆的电磁铁；所述平移机构后支撑杆的后侧焊接有平移机构固定梁，所述平移机构固定梁的后端面抵靠在猫道支架的前侧；所述平移机构固定梁的下方对称支撑在升降平台的后部，两升降平台的底部固定在猫道底座上。将管杆逐根放置在平移臂的前侧，管杆嵌入电磁铁前端的V形嵌槽中，电磁铁得电将管杆吸牢；平移机构后支撑杆固定不动，剪刀伸缩臂伸长，推动平移机构前支撑杆前行，前支撑杆滚轮沿横担的裸露段滑行确保平移机构前支撑杆及平移臂沿Y向精确平移，平移臂前侧的电磁铁推动管杆向管排前进，当到达管排的排列位置时，剪刀伸缩臂停止伸长，且电磁铁失电将管杆释放，完成该管杆的排管。然后剪刀伸缩臂缩回，带动平移臂后撤进行下一根管杆的排管。V形嵌槽使管杆与电磁铁的结合更加稳定可靠，电磁铁失电后，V形嵌槽后撤，可以很准确地将管杆释放。升降平台使得Y向平移机构及上管机构跟随横担的高度浮动，与横担的相对位置保持不变。

作为本发明的进一步改进，所述上管机构的底部设有X向水平长梁，所述X向水平长梁位于剪刀伸缩臂的根部上方且后端与平移机构固定梁的上端相焊接；所述上管机构包括固定在X向水平长梁中部上方的上管机构底座一，上管机构底座一的两支耳上固定有旋转油缸一，旋转油缸一的两输出端对称连接有向外延伸且共轴线的旋转轴一，两旋转轴一的根部对称固定有主动转臂，两主动转臂的自由端固定连接有上管机构底座二，上管机构底座二的两支耳上固定有旋转油缸二，旋转油缸二的两输出端对称连接有向外延伸且共轴线的旋转轴二，两旋转轴一的外端头分别铰接在辅助底座的支耳中且分别与从动转臂的下端相铰接，两旋转轴二的外端头分别铰接在从动转臂的上端且分别固定连接有可抓取或释放管杆的夹管机构。X向水平长梁跟随升降平台升降，使上管机构底座一与横担的相对位置保持不变；旋转油缸一驱动旋转轴一转动，使得主动转臂带动上管机构底座二绕旋转轴一的轴线摆动，从动转臂跟随主动转臂同步摆动；旋转油缸二驱动旋转轴二转动，使得两夹管机构绕旋转轴二的轴线摆动。管杆起出时，先被吊运至猫道上，然后旋转油缸一驱动主动转臂、旋转油缸二驱动夹管机构共同向猫道方向摆动，夹管机构将管杆夹住，接着旋转油缸一驱动主动转臂、旋转油缸二驱动夹管机构共同向横担方向摆动，将管杆释放在横担上，再由Y向平移机构向前推出完成排管。管杆下井时，先由Y向平移机构将管杆沿横担平移至待抓取的工位，然后旋转油缸一驱动主动转臂、旋转油缸二驱动夹管机构共同向横担方向摆动，由夹管机构将管杆夹住，接着旋转油缸一驱动主动转臂、旋转油缸二驱动夹管机构共同向猫道方向摆动，夹管机构将管杆释放在猫道上，从而完成从横担向猫道的转移。如此实现了管杆在横担与猫道之间的转运由机械手来完成，进一步降低了场地工的劳动强度，更加提高了操作的安全性。

作为本发明的进一步改进，所述夹管机构包括夹管支架和两对夹钳，夹管支架包括垂直连接的夹管支架横臂和夹管支架竖臂，夹管支架竖臂的根部固定在旋转轴二的外端头；两对夹钳共有一根夹钳中心轴，夹钳中心轴从夹管支架横臂中穿过，各夹钳的驱动端分别铰接有夹钳驱动臂，两对夹钳驱动臂的驱动端分别铰接在夹钳驱动轴的两端，夹钳驱动轴从夹管支架竖臂的避让长槽中穿过，且夹钳驱动轴的中段与夹钳油缸的活塞杆顶部相铰接，夹钳油缸固定在夹管支架竖臂上。夹钳油缸的活塞杆顶出，推动夹钳驱动轴沿夹管支架竖臂的避让长槽前进，两对夹钳驱动臂驱动两对夹钳绕夹钳中心轴转动，使夹钳的钳口张开，管杆嵌入钳口中。然后夹钳油缸的活塞杆缩回，拉动夹钳驱动轴沿夹管支架竖臂的避让长槽后撤，两对夹钳驱动臂驱动两对夹钳转动，使夹钳的钳口闭合，将管杆夹紧。

作为本发明的进一步改进，所述涂油机构包括连接在举升摆动架远离井口一端的管杆定位靠山，管杆定位靠山的上部铰接有涂油臂，涂油臂的自由端设有与可对管杆公扣进行润滑的涂油罩，涂油臂的外端面中部设有涂油臂驱动支耳，涂油臂驱动支耳通过涂油臂销轴铰接在涂油缸的活塞杆顶部，涂油缸固定在涂油缸支架板的上端，涂油缸支架板的下部与管杆定位靠山的外侧固定连接。管杆的公扣端抵靠在管杆定位靠山上后，涂油缸的活塞杆伸出，推动涂油臂及涂油罩正向转动直至覆盖在管杆公扣上，然后润滑油从涂油罩的油口喷出，均匀涂抹在管杆公扣上，然后涂油缸的活塞杆缩回，涂油罩反向转动，抬起并离开管杆公扣。

作为本发明的进一步改进，所述测长机构包括定位推板，定位推板的下端固定在测长支架的外端头，测长支架的外端上方还安装有测距发讯器，猫道支架上安装有测距接收器；测长支架外端头的下方设有支架驱动耳，猫道支架上安装有测长油缸，测长油缸的活塞杆与支架驱动耳相连，测长支架本体可沿测长滑轨平移，测长滑轨沿X向延伸且固定在猫道支架上。每根管杆落在猫道上后，测长油缸的活塞杆缩回，定位推板接触到管杆的母扣端后推动管杆平移，直至管杆的公扣端抵靠在管杆定位靠山上，如此实现了每根管杆的公扣端对齐。测距发讯器发出信号被测距接收器接收，即可得到测距发讯器与测距接收器之间的距离，间接得到管杆母扣端相对于猫道或测距接收器的距离，从而计算出管杆的实际长度。

作为本发明的进一步改进，所述举升摆动架包括一对X向方管，两X向方管的底部通过摆动架底梁连接为整体；所述X向桥架包括一对X向工字钢，两X向工字钢的底部通过平移支架底梁连接为整体；两X向工字钢位于两X向方管之间，两X向工字钢的外槽口中对称嵌有多个平移支架滚轮，各平移支架滚轮的水平中心轴分别固定在相应的X向方管上；两X向工字钢的竖壁外侧抵靠有多个平移支架扶正轴承，各平移支架扶正轴承的竖向中心轴分别固定在举升方管支耳上，各举升方管支耳的根部分别焊接在X向方管的内壁上。举升摆动架为上端开口的结构便于X向桥架安装于其内腔，X向桥架为上端开口的结构便于桥架小车的安装。平移支架滚轮对称嵌于两X向工字钢的外槽口中，起到高度方向的限位作用；各平移支架扶正轴承对称抵靠在两X向工字钢的竖壁外侧，起到Y向的限位作用，共同保证X向桥架在举升摆动架中精确平移，且举升摆动架的一端向上摆动时，X向桥架不会出现晃动。

作为本发明的进一步改进，两X向工字钢相向的内槽口中对称嵌有小车滚轮，小车滚轮的水平中心轴分别固定在小车墙板的下端，小车墙板的顶部分别与小车承托板连为一体，两小车承托板呈V形连接且位于X向桥架的两X向工字钢的上方；两小车墙板的中部外侧对称设有抵靠在X向工字钢竖壁内侧的小车扶正轴承，小车扶正轴承的竖向中心轴两端分别固定在小车墙板支耳上，小车墙板支耳分别焊接在小车墙板的外端面中部。小车滚轮对称嵌于两X向工字钢的内槽口中，起到高度方向的限位作用；各小车扶正轴承对称抵靠在两X向工字钢的竖壁内侧，起到Y向的限位作用，共同保证桥架小车在X向桥架中精确平移，且举升摆动架的一端向上摆动时，桥架小车在X向桥架中不会出现晃动。

作为本发明的进一步改进，两小车承托板的上端面对称设有沿X向延伸的管杆限位条，两小车承托板远离井口的一端分别设有向上竖起的承托板翻边；所述猫道支架的前侧设有与横担一一对应的横担定位竖槽，各横担的后端头分别插入相应的横担定位竖槽中。管杆搁置在小车承托板上的两管杆限位条之间，受到很好的限位，避免滚动；承托板翻边抵靠住管杆的端口，避免举升摆动架举升时，管杆出现滑动。在管排上方叠置上一层横担时，横担的后端头嵌入横担定位竖槽中，使横担的位置及之间的间距绝对准确，保证上下横担对齐，升降平台下降时，前支撑杆滚轮和后支撑杆滚轮均能准确顺利地落在新一层的横担上。排列多层后，管排墩都能保持重心稳定，不会出现倾斜。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。

图1为本发明所使用油气井修井的管杆作业装置的主视图。

图2为图1的左视图。

图3为图2左半部的局部放大图。

图4为图1的俯视图。

图5为图1的立体图一。

图6为图5的局部放大图。

图7为图6的局部放大图。

图8为图1去除管架的立体图二。

图9为管杆被起吊的工作状态图。

图10为猫道、举升摆动架、X向桥架与桥架小车的装配关系图。

图11为本发明中桥架小车的立体图。

图12为本发明中上管机构的立体图。

图13为本发明中夹管机构的立体图。

图中：1.猫道；1a.猫道支架；1b.横担定位竖槽；1c.猫道底座；2.举升摆动架；2a.X向方管；2b.摆动架底梁；2c.摆动架铰接轴；2d.举升油缸；3.涂油机构；3a.涂油罩；3b.涂油臂；3c.涂油臂驱动支耳；3d.涂油臂销轴；3e.涂油缸；3f.涂油缸支架板；4.测长机构；4a.定位推板；4b.测长支架；4b1.测长滑轨；4c.测距发讯器；4d.测距接收器；4e.定位靠山铰接轴；4f.管杆定位靠山；4g.测长油缸；5.X向桥架；5a.X向工字钢；5b.平移支架底梁；5c.平移支架滚轮；5d.平移支架扶正轴承；5e.X向推进油缸；6.桥架小车；6a.小车承托板；6a1.管杆限位条；6a2.承托板翻边；6b.小车墙板；6c.小车墙板支耳；6d.小车滚轮；6e.小车扶正轴承；7.Y向平移机构；7a.平移机构固定梁；7b.平移机构后支撑杆；7b1.后支撑杆滚轮；7c.剪刀伸缩臂；7d.平移机构前支撑杆；7d1.前支撑杆滚轮；7e.平移臂；7f.电磁铁；8.上管机构；8a.X向水平长梁；8b.上管机构底座一；8c.旋转油缸一；8d.旋转轴一；8e.主动转臂；8f.上管机构底座二；8g.旋转油缸二；8h.旋转轴二；8j.辅助底座；8k.从动转臂；9.夹管机构；9a.夹管支架；9a1.夹管支架横臂；9a2.夹管支架竖臂；9a3.避让长槽；9b.夹钳；9c.夹钳中心轴；9d.夹钳驱动臂；9e.夹钳驱动轴；9f.夹钳油缸；10.管架；11.横担；12.升降平台；13.管杆。

具体实施方式

在本发明的以下描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位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和简化描述，而不是指装置必须具有特定的方位。

如图1至图9所示，本发明油气井修井的管杆作业方法中，管杆下井时依次包括如下步骤：①Y向平移机构7将管杆13沿横担11平移至猫道支架1a前侧的上管位置；②上管机构8将上管位置的管杆13转移至X向桥架5上；③由涂油机构3对管杆13的公扣进行自动涂油，由测长机构4对管杆13进行自动测长并累计；④举升摆动架2靠近井口的一端升高，远离井口的一端铰接在猫道1上；⑤X向桥架5沿举升摆动架2向井口钻台方向伸出；⑥在管杆13的母扣端打上吊卡，滑车大钩通过吊卡吊住管杆13的母扣端并向上提升，管杆13的公扣端随桥架小车6向X向桥架5靠近井口的一端滑行，直至管杆13完全被吊起；⑦被吊起的管杆下井，桥架小车6回到X向桥架5远离井口的一端，X向桥架5沿举升摆动架2缩回复位，举升摆动架2的举升端复位落回在猫道1上；⑧Y向平移机构7继续平移下一根管杆，按以上步骤逐根完成管杆的下井，直至顶层的管杆下井完毕；⑨升降平台12将Y向平移机构7向上顶起，然后撤掉顶层横担，接着升降平台12落下使Y向平移机构7落在下一层横担上；然后继续完成下一层管杆的下井，如此循环直至所有管杆下井完毕。

起出管杆时依次包括如下步骤：⑴管杆从井口起出后，滑车大钩通过吊卡吊住管杆的母扣端，将管杆的公扣端搁置在桥架小车6上；⑵桥架小车6带着管杆的公扣端向X向桥架5远离井口的一端滑行，滑车大钩跟随管杆的母扣端下行，当管杆全部放入X向桥架5中后，脱开吊卡；⑶X向桥架5沿举升摆动架2的滑轨向远离井口的一端平移，直至X向桥架5完全缩回举升摆动架2中；⑷举升摆动架2靠近井口的一端下落，直至完全落回在猫道1上；⑸上管机构8将猫道1上的管杆转移至猫道支架1a前侧的横担11上；⑹Y向平移机构7将管杆沿横担11向前推出直至到达排列位置；⑺继续起出下一根管杆，按以上步骤逐根依次进行排列，直至一层管杆全部排列完毕；⑻升降平台12将Y向平移机构7向上顶起，然后在下层管杆上铺设上一层横担，接着升降平台12落下使Y向平移机构7落在上一层横担上，然后继续起出管杆，并完成上一层管杆的排列，如此循环直至所有管杆被起出并排列。

本发明所使用的修井作业装置包括沿X向延伸的猫道1，猫道1的底部通过猫道支架1a支撑在猫道底座1c上，猫道1的前侧设有管架10，管架10上搁置有沿Y向延伸的横担11，横担11上方排列有由多根管杆13，各管杆13的轴线沿X向延伸；猫道支架1a的前侧设有可逐根平移管杆13的Y向平移机构7和在横担11与猫道1之间传递管杆13的上管机构8。

管杆13从井下起出时，上管机构8将管杆13逐根放置在横担11上，由Y向平移机构7将管杆13沿横担11向前推送，各管杆13依次平行摆放成排。管杆13下井时，Y向平移机构7将管杆13逐根平移至抓取的位置，然后上管机构8抓取管杆13，并将其翻转放置在猫道1上。如此实现了由机械臂排管代替人工排管及上管，大大降低场地工的劳动强度，提高管杆13起下的作业效率。

Y向平移机构7包括相互平行且沿X向延伸的平移机构前支撑杆7d和平移机构后支撑杆7b，平移机构前支撑杆7d与平移机构后支撑杆7b之间通过剪刀伸缩臂7c相互连接，平移机构前支撑杆7d的两端分别通过前支撑杆滚轮7d1支撑在左右两侧的横担11上，平移机构前支撑杆7d的前侧固定连接有平移臂7e，平移臂7e的前端面对称设有可吸附或释放管杆13的电磁铁7f，电磁铁7f的前端分别设有供管杆13嵌入的V形嵌槽。

将管杆13逐根放置在平移臂7e的前侧，管杆13嵌入V形嵌槽中，电磁铁7f得电将管杆13吸牢；平移机构后支撑杆7b固定不动，剪刀伸缩臂7c伸长，推动平移机构前支撑杆7d前行，前支撑杆滚轮7d1沿横担11的裸露段滑行确保平移机构前支撑杆7d及平移臂7e沿Y向精确平移，平移臂7e前侧的电磁铁7f推动管杆13向管排前进，当到达管排的排列位置时，剪刀伸缩臂7c停止伸长，且电磁铁7f失电将管杆13释放，完成该管杆13的排管。然后剪刀伸缩臂7c缩回，带动平移臂7e后撤进行下一根管杆13的排管。

平移机构后支撑杆7b的两端分别通过后支撑杆滚轮7b1支撑在左右两侧的横担11上，平移机构后支撑杆7b的后侧焊接有平移机构固定梁7a，平移机构固定梁7a的后端面抵靠在猫道支架1a的前侧；平移机构固定梁7a的下方对称支撑在升降平台12的后部，两升降平台12的底部固定在猫道底座1c上；上管机构8的底部设有X向水平长梁8a，X向水平长梁8a位于剪刀伸缩臂7c的根部上方且后端与平移机构固定梁7a的上端相焊接。

一层管杆13排列完成后，剪刀伸缩臂7c完全缩回，使平移臂7e后撤至升降平台12上方，然后升降平台12升起，通过举升平移机构固定梁7a和平移臂7e将整个Y向平移机构7向上举起一段高度；然后操作工在管排上方叠置上一层横担11，然后升降平台12下降，直至前支撑杆滚轮7d1和后支撑杆滚轮7b1均落在新一层的横担11上，然后在该层横担11上继续排列上一层管杆，排列完毕后，重复上面的动作继续排列上一层管杆，如此可以完成多层管杆的排管。X向水平长梁8a跟随平移机构固定梁7a升降，使上管机构8与横担11的相对位置保持不变，使每层管杆13的翻转动作。

猫道支架1a的前侧设有与横担11一一对应的横担定位竖槽1b，各横担11的后端头分别插入相应的横担定位竖槽1b中。在管排上方叠置上一层横担11时，横担11的后端头嵌入横担定位竖槽1b中，使横担的位置及之间的间距绝对准确，保证上下横担对齐，升降平台12下降时，前支撑杆滚轮7d1和后支撑杆滚轮7b1均能准确顺利地落在新一层的横担上。排列多层后，管排墩都能保持重心稳定，不会出现倾斜。

上管机构8包括固定在X向水平长梁8a中部上方的上管机构底座一8b，上管机构底座一8b的两支耳上固定有旋转油缸一8c，旋转油缸一8c的两输出端对称连接有向外延伸且共轴线的旋转轴一8d，两旋转轴一8d的根部对称固定有主动转臂8e，两主动转臂8e的自由端固定连接有上管机构底座二8f，上管机构底座二8f的两支耳上固定有旋转油缸二8g，旋转油缸二8g的两输出端对称连接有向外延伸且共轴线的旋转轴二8h，两旋转轴一8d的外端头分别铰接在辅助底座8j的支耳中且分别与从动转臂8k的下端相铰接，两旋转轴二8h的外端头分别铰接在从动转臂8k的上端且分别固定连接有可抓取或释放管杆13的夹管机构9。

X向水平长梁8a跟随升降平台12升降，使上管机构底座一8b与横担的相对位置保持不变；旋转油缸一8c驱动旋转轴一8d转动，使得主动转臂8e带动上管机构底座二8f绕旋转轴一8d的轴线摆动，从动转臂8k跟随主动转臂8e同步摆动；旋转油缸二8g驱动旋转轴二8h转动，使得两夹管机构9绕旋转轴二8h的轴线摆动。

管杆起出时，先被吊运至猫道1上，然后旋转油缸一8c驱动主动转臂8e、旋转油缸二8g驱动夹管机构9共同向猫道1方向摆动，夹管机构9将管杆夹住，接着旋转油缸一8c驱动主动转臂8e、旋转油缸二8g驱动夹管机构9共同向横担方向摆动，将管杆释放在横担上，再由Y向平移机构7向前推出完成排管。

管杆下井时，先由Y向平移机构7将管杆沿横担平移至待抓取的工位，然后旋转油缸一8c驱动主动转臂8e、旋转油缸二8g驱动夹管机构9共同向横担方向摆动，由夹管机构9将管杆夹住，接着旋转油缸一8c驱动主动转臂8e、旋转油缸二8g驱动夹管机构9共同向猫道1方向摆动，夹管机构9将管杆释放在猫道1上，从而完成从横担向猫道1的转移。如此实现了管杆在横担与猫道1之间的转运由机械手来完成，进一步降低了场地工的劳动强度，更加提高了操作的安全性。

如图13所示，夹管机构9包括夹管支架9a和两对夹钳9b，夹管支架9a包括垂直连接的夹管支架横臂9a1和夹管支架竖臂9a2，夹管支架竖臂9a2的根部固定在旋转轴二8h的外端头；两对夹钳9b共有一根夹钳中心轴9c，夹钳中心轴9c从夹管支架横臂9a1中穿过，各夹钳9b的驱动端分别铰接有夹钳驱动臂9d，两对夹钳驱动臂9d的驱动端分别铰接在夹钳驱动轴9e的两端，夹钳驱动轴9e从夹管支架竖臂9a2的避让长槽9a3中穿过，且夹钳驱动轴9e的中段与夹钳油缸9f的活塞杆顶部相铰接，夹钳油缸9f固定在夹管支架竖臂9a2上。

夹钳油缸9f的活塞杆顶出，推动夹钳驱动轴9e沿夹管支架竖臂9a2的避让长槽9a3前进，两对夹钳驱动臂9d驱动两对夹钳9b绕夹钳中心轴9c转动，使夹钳9b的钳口张开，管杆嵌入钳口中。然后夹钳油缸9f的活塞杆缩回，拉动夹钳驱动轴9e沿夹管支架竖臂9a2的避让长槽9a3后撤，两对夹钳驱动臂9d驱动两对夹钳9b转动，使夹钳9b的钳口闭合，将管杆夹紧。

如图7所示，猫道1远离井口的一端设有管杆定位靠山4f和涂油机构3，涂油机构3包括铰接在管杆定位靠山4f上部的涂油臂3b，涂油臂3b的自由端设有与可对管杆公扣进行润滑的涂油罩3a，涂油臂3b的外端面中部设有涂油臂驱动支耳3c，涂油臂驱动支耳3c通过涂油臂销轴3d铰接在涂油缸3e的活塞杆顶部，涂油缸3e固定在涂油缸支架板3f的上端，涂油缸支架板3f的下部与管杆定位靠山4f的外侧固定连接。

管杆的公扣端抵靠在管杆定位靠山4f上后，涂油缸3e的活塞杆伸出，推动涂油臂3b及涂油罩3a正向转动直至覆盖在管杆公扣上，然后润滑油从涂油罩3a的油口喷出，均匀涂抹在管杆公扣上，然后涂油缸3e的活塞杆缩回，涂油罩3a反向转动，抬起并离开管杆公扣。自动涂油可以保证按安全规程的规范在管杆公扣上涂抹洁净的润滑油，避免润滑油受刷体污染，涂油均匀且不会漏涂，无需进行在母扣中涂油的违章作业行为，减少井下落物的风险。

管杆定位靠山4f呈U形，底部通过定位靠山铰接轴4e铰接在举升摆动架2端头的底部。由于猫道运输比较频繁，运输时可将涂油机构3整体翻转至举升摆动架2的下方，避免磕碰损坏，也减小整体的占据空间。

如图6、图9所示，猫道靠近井口的一端设有测长机构4，测长机构4包括定位推板4a，定位推板4a的下端固定在测长支架4b的自由端，测长支架4b上安装有可测定管端伸出长度的测距仪，测长支架4b在测长油缸4g的驱动下可沿测长滑轨4b1平移，测长滑轨4b1沿X向延伸且固定在猫道支架1a上。

每根管杆落在猫道1上后，测长油缸4g的活塞杆缩回，定位推板4a接触到管杆的母扣端后推动管杆平移，直至管杆的公扣端抵靠在管杆定位靠山4f上，如此实现了每根管杆的公扣端对齐。测距仪只需测定母扣端相对于猫道1的伸出长度即可计算出该管杆的实际长度，可实现管杆的自动测长并按支数累计总长。既减少了人工测量的工作量，又避免了人工测量的误差，更避免了测量出错造成的井下安全事故，重复起下、拆装管杆的产量及经济损失。

测距仪包括测距发讯器4c和测距接收器4d，测距发讯器4c安装在测长支架4b的自由端，测距接收器4d固定在测长滑轨4b1或猫道支架1a上。测距发讯器4c发出信号被测距接收器4d接收，即可得到测距发讯器4c与测距接收器4d之间的距离，间接得到管杆母扣端相对于猫道1或测距接收器4d的距离，从而计算出管杆的实际长度。

猫道1上设有沿X向延伸的举升摆动架2，举升摆动架2远离井口的一端通过摆动架铰接轴2c铰接在猫道1上，猫道靠近井口的一端铰接有举升油缸2d，举升油缸2d的活塞杆铰接在举升摆动架2的下方；管杆定位靠山4f和涂油机构3位于举升摆动架2的固定端。由于井口钻台高于猫道1的高度，猫道1上的管杆在起吊前，需要将举升油缸2d的活塞杆顶出，举升摆动架2靠近井口的一端升高，管杆的母扣端随举升摆动架2的自由端升高，便于吊具起吊。

举升摆动架2中设有可向井口方向平移的X向桥架5，X向桥架5远离井口的一端设有支撑管杆的桥架小车6；X向桥架5的下方设有驱动其沿举升摆动架2平移的X向推进油缸5e，X向推进油缸5e铰接在举升摆动架2上。

如图9所示，举升摆动架2靠近井口的一端举升后，距离井口钻台仍有一段距离，X向推进油缸5e的活塞杆伸出，推动X向桥架5沿举升摆动架2向井口方向伸出，使管杆的母扣端更靠近井口，然后井口钻台上方的滑车大钩下落且吊住管杆的母扣端，将管杆逐渐向上吊起，管杆起吊过程中，桥架小车6跟随管杆公扣端向X向桥架5靠近井口的一端滑行，一方面减小管杆起吊时公扣端的滑行阻力，另一方面避免管杆公扣受损。管杆完全起吊后，桥架小车6在液压马达及同步带的驱动下沿X向桥架5返回远离井口的一端；X向推进油缸5e的活塞杆缩回，拉动X向桥架5沿举升摆动架2复位；举升油缸2d的活塞杆缩回，举升摆动架2向下摆动直至复位。

举升摆动架2包括一对X向方管2a，两X向方管2a的底部通过摆动架底梁2b连接为整体；X向桥架5包括一对X向工字钢5a，两X向工字钢5a的底部通过平移支架底梁5b连接为整体；两X向工字钢5a位于两X向方管2a之间，两X向工字钢5a的外槽口中对称嵌有多个平移支架滚轮5c，各平移支架滚轮5c的水平中心轴分别固定在相应的X向方管2a上；两X向工字钢5a的竖壁外侧抵靠有多个平移支架扶正轴承5d，各平移支架扶正轴承5d的竖向中心轴分别固定在举升方管支耳上，各举升方管支耳的根部分别焊接在X向方管2a的内壁上。

举升摆动架2为上端开口的结构便于X向桥架5安装于其内腔，X向桥架5为上端开口的结构便于桥架小车6的安装。平移支架滚轮5c对称嵌于两X向工字钢5a的外槽口中，起到高度方向的限位作用；各平移支架扶正轴承5d对称抵靠在两X向工字钢5a的竖壁外侧，起到Y向的限位作用，共同保证X向桥架5在举升摆动架2中精确平移，且举升摆动架2的一端向上摆动时，X向桥架5不会出现晃动。

如图10所示，两X向工字钢5a相向的内槽口中对称嵌有小车滚轮6d，小车滚轮6d的水平中心轴分别固定在小车墙板6b的下端，小车墙板6b的顶部分别与小车承托板6a连为一体，两小车承托板6a呈V形连接且位于X向桥架5的两X向工字钢5a的上方；两小车墙板6b的中部外侧对称设有抵靠在X向工字钢5a竖壁内侧的小车扶正轴承6e，小车扶正轴承6e的竖向中心轴两端分别固定在小车墙板支耳6c上，小车墙板支耳6c分别焊接在小车墙板6b的外端面中部。小车滚轮6d对称嵌于两X向工字钢5a的内槽口中，起到高度方向的限位作用；各小车扶正轴承6e对称抵靠在两X向工字钢5a的竖壁内侧，起到Y向的限位作用，共同保证桥架小车6在X向桥架5中精确平移，且举升摆动架2的一端向上摆动时，桥架小车6在X向桥架5中不会出现晃动。

如图11所示，两小车承托板6a的上端面对称设有沿X向延伸的管杆限位条6a1，两小车承托板6a远离井口的一端分别设有向上竖起的承托板翻边6a2。管杆搁置在小车承托板6a上的两管杆限位条6a1之间，受到很好的限位，避免滚动；承托板翻边6a2抵靠住管杆的端口，避免举升摆动架2举升时，管杆出现滑动。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。

Claims (8)

1.一种油气井修井的管杆作业方法，其特征在于，管杆下井时依次包括如下步骤：①Y向平移机构将管杆沿横担平移至猫道支架前侧的上管位置；②上管机构将上管位置的管杆转移至X向桥架上；③由涂油机构对管杆的公扣进行自动涂油，由测长机构对管杆进行自动测长并累计；④举升摆动架靠近井口的一端升高；⑤X向桥架沿举升摆动架向井口钻台方向伸出；⑥在管杆的母扣端打上吊卡，滑车大钩通过吊卡吊住管杆的母扣端并向上提升，管杆的公扣端随桥架小车向X向桥架靠近井口的一端滑行，直至管杆完全被吊起；⑦被吊起的管杆下井，桥架小车回到X向桥架远离井口的一端，X向桥架沿举升摆动架缩回复位，举升摆动架的举升端复位落回在猫道上；⑧Y向平移机构继续平移下一根管杆，按以上步骤逐根完成管杆的下井，直至顶层的管杆下井完毕；⑨升降平台将Y向平移机构向上顶起，然后撤掉顶层横担，接着升降平台落下使Y向平移机构落在下一层横担上；然后继续完成下一层管杆的下井，如此循环直至所有管杆下井完毕；所述Y向平移机构包括相互平行且沿X向延伸的平移机构前支撑杆和平移机构后支撑杆，平移机构前支撑杆与平移机构后支撑杆之间通过剪刀伸缩臂相互连接，平移机构前、后支撑杆的两端分别通过支撑杆滚轮支撑在左右两侧的横担上，平移机构前支撑杆的前侧固定连接有平移臂，平移臂的前端面对称设有可吸附或释放管杆的电磁铁；所述平移机构后支撑杆的后侧焊接有平移机构固定梁，所述平移机构固定梁的后端面抵靠在猫道支架的前侧；所述平移机构固定梁的下方对称支撑在升降平台的后部，两升降平台的底部固定在猫道底座上；所述上管机构的底部设有X向水平长梁，所述X向水平长梁位于剪刀伸缩臂的根部上方且后端与平移机构固定梁的上端相焊接；所述上管机构包括固定在X向水平长梁中部上方的上管机构底座一，上管机构底座一的两支耳上固定有旋转油缸一，旋转油缸一的两输出端对称连接有向外延伸且共轴线的旋转轴一，两旋转轴一的根部对称固定有主动转臂，两主动转臂的自由端固定连接有上管机构底座二，上管机构底座二的两支耳上固定有旋转油缸二，旋转油缸二的两输出端对称连接有向外延伸且共轴线的旋转轴二，两旋转轴一的外端头分别铰接在辅助底座的支耳中且分别与从动转臂的下端相铰接，两旋转轴二的外端头分别铰接在从动转臂的上端且分别固定连接有可抓取或释放管杆的夹管机构。

2.根据权利要求1所述的油气井修井的管杆作业方法，其特征在于，起出管杆时依次包括如下步骤：⑴管杆从井口起出后，滑车大钩通过吊卡吊住管杆的母扣端，将管杆的公扣端搁置在桥架小车上；⑵桥架小车带着管杆的公扣端向X向桥架远离井口的一端滑行，滑车大钩跟随管杆的母扣端下行，当管杆全部放入X向桥架中后，脱开吊卡；⑶X向桥架沿举升摆动架的滑轨向远离井口的一端平移，直至X向桥架完全缩回举升摆动架中；⑷举升摆动架靠近井口的一端下落，直至完全落回在猫道上；⑸上管机构将猫道上的管杆转移至猫道支架前侧的横担上；⑹Y向平移机构将管杆沿横担向前推出直至到达排列位置；⑺继续起出下一根管杆，按以上步骤逐根依次进行排列，直至一层管杆全部排列完毕；⑻升降平台将Y向平移机构向上顶起，然后在下层管杆上铺设上一层横担，接着升降平台落下使Y向平移机构落在上一层横担上，然后继续起出管杆，并完成上一层管杆的排列，如此循环直至所有管杆被起出并排列。

3.根据权利要求1所述的油气井修井的管杆作业方法，其特征在于：所述夹管机构包括夹管支架和两对夹钳，夹管支架包括垂直连接的夹管支架横臂和夹管支架竖臂，夹管支架竖臂的根部固定在旋转轴二的外端头；两对夹钳共有一根夹钳中心轴，夹钳中心轴从夹管支架横臂中穿过，各夹钳的驱动端分别铰接有夹钳驱动臂，两对夹钳驱动臂的驱动端分别铰接在夹钳驱动轴的两端，夹钳驱动轴从夹管支架竖臂的避让长槽中穿过，且夹钳驱动轴的中段与夹钳油缸的活塞杆顶部相铰接，夹钳油缸固定在夹管支架竖臂上。

4.根据权利要求1所述的油气井修井的管杆作业方法，其特征在于：所述涂油机构包括连接在举升摆动架远离井口一端的管杆定位靠山，管杆定位靠山的上部铰接有涂油臂，涂油臂的自由端设有与可对管杆公扣进行润滑的涂油罩，涂油臂的外端面中部设有涂油臂驱动支耳，涂油臂驱动支耳通过涂油臂销轴铰接在涂油缸的活塞杆顶部，涂油缸固定在涂油缸支架板的上端，涂油缸支架板的下部与管杆定位靠山的外侧固定连接。

5.根据权利要求4所述的油气井修井的管杆作业方法，其特征在于：所述测长机构包括定位推板，定位推板的下端固定在测长支架的外端头，测长支架的外端上方还安装有测距发讯器，猫道支架上安装有测距接收器；测长支架外端头的下方设有支架驱动耳，猫道支架上安装有测长油缸，测长油缸的活塞杆与支架驱动耳相连，测长支架本体可沿测长滑轨平移，测长滑轨沿X向延伸且固定在猫道支架上。

6.根据权利要求1所述的油气井修井的管杆作业方法，其特征在于：所述举升摆动架包括一对X向方管，两X向方管的底部通过摆动架底梁连接为整体；所述X向桥架包括一对X向工字钢，两X向工字钢的底部通过平移支架底梁连接为整体；两X向工字钢位于两X向方管之间，两X向工字钢的外槽口中对称嵌有多个平移支架滚轮，各平移支架滚轮的水平中心轴分别固定在相应的X向方管上；两X向工字钢的竖壁外侧抵靠有多个平移支架扶正轴承，各平移支架扶正轴承的竖向中心轴分别固定在举升方管支耳上，各举升方管支耳的根部分别焊接在X向方管的内壁上。

7.根据权利要求6所述的油气井修井的管杆作业方法，其特征在于：两X向工字钢相向的内槽口中对称嵌有小车滚轮，小车滚轮的水平中心轴分别固定在小车墙板的下端，小车墙板的顶部分别与小车承托板连为一体，两小车承托板呈V形连接且位于X向桥架的两X向工字钢的上方；两小车墙板的中部外侧对称设有抵靠在X向工字钢竖壁内侧的小车扶正轴承，小车扶正轴承的竖向中心轴两端分别固定在小车墙板支耳上，小车墙板支耳分别焊接在小车墙板的外端面中部。

8.根据权利要求6所述的油气井修井的管杆作业方法，其特征在于：两小车承托板的上端面对称设有沿X向延伸的管杆限位条，两小车承托板远离井口的一端分别设有向上竖起的承托板翻边；所述猫道支架的前侧设有与横担一一对应的横担定位竖槽，各横担的后端头分别插入相应的横担定位竖槽中。

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