CN111472697A - 一种小修井自动作业装置 - Google Patents

Abstract

本发明技术方案公开了一种小修井自动作业装置，包括平台升降装置、安装于所述平台升降装置的作业平台、安装于所述作业平台上的机械手、安装于所述平台升降装置上的管杆上卸扣装置、安装于所述作业平台上方的管杆起下装置和卡盘，以及设于所述作业平台一侧的管杆输送装置。本发明技术方案可实现小修自动化作业，整个过程井口不需人工操作，降低了安全风险，减轻了工人劳动强度，提高了作业效率。

Description

一种小修井自动作业装置

技术领域

本发明涉及石油修井领域，尤其涉及一种小修井自动作业装置。

背景技术

当前，油井在开采过程中，可能会出现卡泵、抽油杆断脱、油管磨损厉害等问题，这样就需要进行修井作业。此过程需要用修井车将井内的抽油杆和油管起出，放置到排管架，待问题排除，然后在下入到井内。

修井作业大部分通过人工完成，需要5-6人一起完成。操作人员需要通过人力去完成排管、推管卡持管杆以及上卸扣等动作，该过程劳动强度大，效率低，存在安全隐患。近年来，随着科技的不断进步，也出现不少的自动化修井工具，如液压吊卡、管杆输送装置、液压卡瓦等，但这些工具相互之间的操作没有连贯性，需要进一步提高自动化程度。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种结构简单、操作便捷的小修井自动作业装置。

发明内容

本发明的技术问题在于提供一种小修井自动作业装置，其结构简单、操作便捷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种小修井自动作业装置，包括平台升降装置、安装于所述平台升降装置的作业平台、安装于所述作业平台上的机械手、安装于所述平台升降装置上的管杆上卸扣装置、安装于所述作业平台上方的管杆起下装置和卡盘，以及设于所述作业平台一侧的管杆输送装置。

可选的，所述平台升降装置包括悬挂座、升降架、升降驱动、摆动架及摆动驱动，所述悬挂座与修井车相连，所述升降架滚动安装在所述悬挂座上，所述升降架与所述悬挂座之间安装有升降驱动，所述升降驱动为所述升降架提供动力，所述摆动架可转动地安装于所述升降架上，所述摆动架与所述升降架之间安装有所述摆动驱动，所述摆动驱动为所述摆动架提供动力。

本发明一优选实施例为：所述平台升降装置包括悬挂座、升降架、第一升降驱动、第二升降驱动、第一摆动架、第二摆动架、第一摆动驱动及第二摆动驱动，所述悬挂座与修井车相连，所述升降架可滚动地安装在所述悬挂座上，所述升降架与所述悬挂座之间安装有所述第一升降驱动和所述第二升降驱动，所述第一摆动架、所述第二摆动架可转动地安装于所述升降架上，所述第一摆动架与所述升降架之间安装有第一摆动驱动，所述第二摆动架与所述升降架之间安装有第二摆动驱动。

可选的，所述作业平台包括平台、设于所述平台内的对中装置及设于所述平台底部的法兰结构。

进一步可选的，所述对中装置包括中央具有开口的转动盘、可转动地安装于所述转动盘与所述平台之间且一端与所述转动盘连接的转动盘驱动、以及设于所述开口中的成对配置的滚轮和滑块，所述滑块可滑动地安装在所述转动盘上，所述滚轮可滚动地设于所述滑块和所述转动盘之间。

优选的，所述对中装置包括四对成对配置的滚轮和滑块，且均匀分布于所述转动盘上。

可选的，所述法兰结构上设有圆弧状的安装孔。

可选的，所述管杆上卸扣装置包括回转轴承、安装于所述回转轴承上的立柱、可滑动地安装于所述立柱上的升降座、可转动地安装于所述升降座上的伸缩臂、可转动地安装于所述伸缩臂上的托架、固定于所述托架上的背钳总成、浮动安装于所述背钳总成上的旋扣装置，以及两端分别可转动地安装于所述升降座和所述伸缩臂的伸缩驱动。

进一步可选的，所述旋扣装置包括旋扣钳、安装于所述旋扣钳的支架、一端固定于所述支架且另一端与所述旋扣钳连接的换挡驱动、可转动地安装于所述支架上的导向体、两端分别可转动地安装于所述支架与所述导向体上的导向驱动，以及安装于所述支架上的自动对缺口装置。

优选的，所述旋扣装置包括旋扣钳、安装于所述旋扣钳的支架、一端固定于所述支架且另一端与所述旋扣钳连接的换挡驱动、可转动地安装于所述支架上的第一导向体与第二导向体、一端可转动地安装于所述支架且另一端可转动地安装于所述第一导向体上的第一导向驱动、一端可转动地安装于所述支架且另一端可转动地安装于所述第二导向体上的第二导向驱动以及安装于所述支架上的自动对缺口装置。

进一步可选的，所述自动对缺口装置包括安装于所述支架上的对扣驱动、安装于所述对扣驱动上的第一坡板、固定于所述坡板上的传感器、可转动安装于所述旋扣钳上的外齿圈、可转动安装于所述旋扣钳上的鄂板架、固定于所述鄂板架上的导向筒、安装于所述导向筒内的切换销、安装于所述导向筒与所述切换销之间的弹性件，以及固定于所述切换销上的轴承。

可选的，所述背钳总成包括背钳、安装于所述背钳上的盖板、可转动地安装于所述盖板上的扣体、安装于所述盖板上的推杆驱动、安装于所述推杆驱动上的推杆，以及两端分别安装于所述扣体与所述推杆上的连杆。

优选的，所述背钳总成包括背钳、安装于所述背钳上的盖板、安装于所述盖板上的第一扣体、可转动地安装于所述第一扣体一侧的第二扣体、可转动地安装于所述第一扣体另一侧的第三扣体、安装于所述盖板上的推杆驱动、安装于所述推杆驱动上的推杆、两端分别可转动地安装于所述第二扣体和所述推杆的第二连杆，以及两端分别可转动地安装于所述第三扣体和所述推杆的第三连杆。

进一步可选的，所述背钳包括壳体、安装于所述壳体内的推板、可滑动地安装于所述推板上的第二坡板、可滑动地安装于所述壳体内的鄂板、可滑动地安装于所述鄂板上的滚轮、两端分别固定于所述推板与所述壳体上的背钳驱动、连接所述壳体与所述盖板的连接板，以及卡设于所述鄂板上的牙板，其中所述滚轮可沿所述鄂板爬坡。

优选的，所述背钳包括壳体、安装于所述壳体内的推板、可滑动地安装于所述推板上的第一坡板和第二坡板、可滑动地安装于所述壳体内的第一鄂板和第二鄂板、可滑动地安装于所述第一鄂板上的第一滚轮、可滑动地安装于所述第二鄂板上的第二滚轮、一端固定于所述推板且另一端固定于所述壳体上的背钳驱动、连接所述壳体与所述盖板的连接板、卡设于所述第一鄂板上的第一牙板，以及卡设于所述第二鄂板上的第二牙板，其中所述第一滚轮可沿所述第一鄂板爬坡，所述第二滚轮可沿所述第二鄂板爬坡。

可选的，所述机械手包括支座、安装于所述支座上的摆动臂、安装于所述支座与所述摆动臂之间的摆动驱动、可转动地安装于所述摆动臂上的抓管托架、安装于所述抓管托架上的抓管机构，以及可转动地安装于所述抓管托架与所述抓管机构之间的抓管机构驱动。

进一步可选的，所述抓管机构包括爪支架、可转动地安装于所述爪支架的第一爪件和第二爪件、连接所述第一爪件和所述第二爪件的爪件连杆，以及安装于所述爪支架与所述第一爪件之间的爪驱动。

可选的，所述管杆起下装置包括吊卡、固定于所述吊卡两侧壁的单臂吊环、连接所述单臂吊环的吊环连接架、固定于油车大钩上的大钩连接架，以及一端可转动地安装于所述吊环连接架且另一端安装有所述大钩连接架的吊环摆动驱动。

可选的，所述管杆输送装置包括底座，所述底座上安装有V型槽。

与现有技术相比，本发明技术方案的小修井自动作业装置可以满足修井车左、右、后面三个方向的作业，作业平台通过螺栓与井口防喷盒连接，在作业过程中作业平台与修井车分离，并且可以使作业平台的一边与修井车的侧边平行，在运输时，作业平台升降装置、作业平台、机械手和上卸扣装置随修井车运输，无需独立运输。本发明通过管杆输送装置、管杆起下装置和管杆上卸扣装置的配合作用，可实现小修自动化作业，整个过程井口不需人工操作，降低了安全风险，减轻了工人劳动强度，提高了作业效率。

附图说明

图1是本发明实施例的小修井自动作业装置结构示意图；

图2是本发明实施例的平台升降装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的作业平台的结构示意图；

图4是本发明实施例的对中装置(图1所示的A-A方向)的剖视图；

图5是本发明实施例的法兰结构(图1所示的B-B方向)的结构示意图；

图6是本发明实施例的管杆上卸扣装置的结构示意图；

图7是本发明实施例的管杆上卸扣装置的侧面结构示意图；

图8是本发明实施例的自动对缺口装置的结构示意图；

图9是本发明实施例的自动对缺口装置的俯视图；

图10是本发明实施例的背钳总成的结构示意图；

图11是本发明实施例的背钳的结构示意图；

图12是本发明实施例的机械手的结构示意图；

图13是本发明实施例的抓管机构的结构示意图；

图14是本发明实施例的管杆起下装置的结构示意图；

图15是本发明实施例的管杆输送装置的结构示意图；

图16是本发明实施例的小修井自动作业装置的运输状态示意图。

具体实施方式

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1，本发明实施例的小修井自动作业装置，包括平台升降装置1、作业平台2、管杆上卸扣装置3、机械手4、管杆起下装置5及卡盘6。作业平台2安装于平台升降装置1上，机械手4安装于作业平台2上，管杆上卸扣装置3安装于平台升降装置1上，管杆起下装置5及卡盘6均安装于作业平台2的上方，管杆输送装置7(图1未示出，其结构可参照附图15)设于作业平台2的一侧。在本发明的具体实施过程中，卡盘6在作业平台2内可处于固定状态。

请参照图2，本实施例的平台升降装置1包括悬挂座11、左升降驱动12、右升降驱动13、升降架14、左摆动架15、右摆动架16、左摆动驱动17及右摆动驱动18。需要说明的是，本实施例中所有出现的表示方位的词，如“左”、右”、前”、“后”等词仅为示例性的描述本发明的较优实施例，并不是对本发明技术方案的限制。悬挂座11与修井车相连，升降架14可滚动地安装在悬挂座11上，升降架14与悬挂座 11之间安装有左升降驱动12和右升降驱动13，左摆动架15和右摆动架16可转动地安装于升降架14上，左摆动架15与升降架14之间安装有左摆动驱动17，右摆动架 16与升降架14之间安装有右摆动驱动18。

请结合图3至图5，作业平台2包括平台21、设于平台21内的对中装置22及设于平台21底部的法兰结构23。

请参照图4，对中装置22包括转动盘221、转动盘驱动222、滚轮223、滑块224，转动盘221中央具有开口，转动盘驱动222可转动地安装于转动盘221与平台21之间且一端与转动盘221连接，滚轮223与滑块224成对配置并设于开口中，滑块224 可滑动地安装在转动盘221上，滚轮223可滚动地设于滑块224和转动盘221之间。在本实施例中，设有四对成对配置的滚轮223与滑块224，且均匀分布于转动盘221 上。

请参照图5，平台21底部的法兰结构23上设有圆弧状的安装孔231，便于调节平台角度。

结合图6与图7所示，管杆上卸扣装置3包括回转轴承31、立柱32、升降座33、伸缩臂34、托架35、背钳总成36、旋扣装置37、伸缩驱动38及升降驱动39。立柱 32安装于回转轴承31，升降座33可滑动地安装于立柱32上，伸缩臂34可转动地安装于升降座33，托架35可转动地安装于伸缩臂34，背钳总成36固定于托架35，旋扣装置37浮动安装于背钳总成36上，伸缩驱动38的一端可转动地安装于升降座33，另一端可转动地安装于伸缩臂34，升降驱动39一端铰链在立柱32上，另一端铰链在升降座33上。

继续参照图6与图7，本实施例的旋扣装置37包括旋扣钳371、支架378、换挡驱动372、左导向体375、左导向驱动373、右导向体376、右导向驱动377及自动对缺口装置374，支架378安装于旋扣钳371上，换挡驱动372的一端固定于支架378，且另一端与旋扣钳371连接，左导向体375可转动地安装在支架378上，左导向驱动373 的一端可转动地安装在支架378上，另一端可转动地安装在左导向体375上，右导向体 376可转动地安装在支架378上，右导向驱动377的一端可转动地安装在支架378上，另一端可转动地安装在右导向体376上，自动对缺口装置374安装在支架378上。

请参照图8和图9，自动对缺口装置378包括对扣驱动3781、第一坡板3782、传感器3783、外齿圈3784、鄂板架3785、导向筒3786、切换销3787、弹簧3788及轴承 3789。对扣驱动3781安装于支架372上，第一坡板3782安装于对扣驱动3781上，传感器3783、固定于第一坡板3782上，外齿圈3784和鄂板架3785均可转动安装于旋扣钳371上，导向筒3786固定于鄂板架3785上，切换销3787安装于导向筒3786内，弹簧3788安装于导向筒3786与切换销3787之间，轴承3789固定于切换销3787上。

请参照图10，本实施例的背钳总成36包括背钳361、盖板362、中对扣体363、左对扣体364、右对扣体365、推杆驱动366、推杆367、左连杆368及右连杆369。其中，盖板362安装于背钳361上，中对扣体363安装于盖板362上，左对扣体364和右对扣体365可转动地安装在中对扣体363的两侧，推杆驱动366安装于盖板362上，推杆367安装于推杆驱动366上，左连杆368的两端分别可转动地安装于左对扣体364 和推杆367上，右连杆369的两端分别可转动地安装于右对扣体365和推杆367。

如图11所示，本实施例的背钳361包括壳体3611、推板3612、左坡板3613、右坡板3614、左鄂板3615、右鄂板3616、左滚轮3617、右滚轮3618、背钳驱动3619、连接板3620、左牙板3622及右牙板3623。推板3612安装于壳体3611内，左坡板 3613与右坡板3614分别可滑动地安装在推板3612上，左鄂板3615和右鄂板3616 分别可滑动地安装于壳体3611内，左滚轮3617可转动安装在左颚板3615上，左滚轮 3617沿左颚板3615爬坡，右滚轮3618可转动安装在右颚板3616上，右滚轮3618沿右颚板3616爬坡，背钳驱动3619一端与推板3612固定，另一端固定在壳体3611上，连接板3620连接括壳体3611与盖板362，左牙板3622与左鄂板3615卡槽连接，右牙板3623与右鄂板卡槽连接。左牙板3622与右牙板3623起到夹紧管柱的作用。

请参照图12，机械手4包括支座41、摆动臂42、摆动驱动43、抓管托架44、抓管机构45及抓管机构驱动46。摆动臂42安装于支座41上，摆动驱动43安装于支座41与摆动臂42之间，抓管托架44可转动地安装于摆动臂42上，抓管机构45 安装于抓管托架44上，抓管机构驱动46可转动地安装于抓管托架44与抓管机构45 之间。

请进一步参照图13，抓管机构45包括爪支架451、左爪452、右爪453、爪件连杆454及爪驱动455。左爪452与右爪453可转动地安装于爪支架451，爪件连杆454 连接左爪452与右爪453，爪驱动455安装于爪支架451与左爪452之间。

请参照图14，本实施例的管杆起下装置5包括吊卡51、两单臂吊环52和53、两吊环连接架54、大钩连接架55及两吊环摆动驱动56和57。两单臂吊环52和53 分别固定于吊卡51的两侧壁，吊环连接架54连接单臂吊环52和53，吊环摆动驱动 56的一端可转动地安装于吊环连接架54上，另一端安装有大钩连接架55，吊环摆动驱动57的一端可转动地安装于吊环连接架55上，另一端安装有大钩连接架55，大钩连接架55固定于油车大钩上。

请参照图15，本发明的管杆输送装置7包括底座71，底座71上安装有V 型槽72。

结合图1至16，详细介绍本发明技术方案在起管时的工作过程，如下：

(1)卡盘6卡紧井口管柱，下放管杆起下装置5至井口；

(2)打开吊卡51，摆动两单臂吊环52和53，管杆输送装置7运动至靠近井口位置；

(3)下放管杆起下装置5至吊卡51可以卡持油管，两单臂吊环52和53复位，关闭吊卡51；

(4)打开卡盘6，上提管杆起下装置5，使卡盘6松开油管，待管杆起下装置5和油管上移至要求位置，关闭卡盘6，卡紧井口油管；

(5)升降座33在升降驱动39作用下升至最高，伸缩臂34将背钳总成36和旋扣装置37推向井口中心，左对扣体364和右对扣体365关闭，背钳总成36和旋扣装置37下降至油管接箍位置，背钳总成36夹紧油管接箍，旋扣装置37开始进行卸扣，上提管杆起下装置5，待油管内混合液释放完毕，左对扣体364和右对扣体365松开，机械手4将管杆起下装置5卡持的管柱推至管杆输送装置7上，管杆上卸扣装置3复位；

(6)下放管杆起下装置5至要求位置，打开吊卡51，松开油管，管杆输送装置7自动将油管输送至排管架，摆动左吊环52和右吊环53，准备卡持下一根管柱。

本发明的下管工作过程如下：

(1)卡盘6卡紧井口管柱，下放管杆起下装置5至要求位置；

(2)打开和翻转吊卡51，管杆输送装置7将排管架油管输送至吊卡51上方；

(3)上提管杆起下装置5至吊卡51可以卡持油管，关闭吊卡51；

(4)上提管杆起下装置5，待吊卡51高度超过旋扣装置37时，伸缩臂34将背钳总成36和旋扣装置37推向井口中心，左对扣体364和右对扣体365关闭，左导向体374 和右导向体375关闭，背钳总成36和旋扣装置37下降至油管接箍位置，背钳总成36夹紧油管接箍。同时机械手4和油管一起运动至井口上方，管杆输送装置7输送下一根油管，下放管杆起下装置5，在机械手4、左对扣体364、右对扣体365、左导向体374和右导向体375的共同作用下使公扣和母扣对齐；

(5)旋扣装置37开始进行上扣，上扣结束后机械手4和管杆上卸扣装置3复位；卡盘6接到打开指令。

(6)上提管杆起下装置5，使卡盘6松开油管，下放管杆起下装置5至要求为止，关闭卡盘6，卡紧井口油管；

(7)打开吊卡51，摆动左吊环52和右吊环53，松开油管，上提管杆起下装置5，翻转吊卡51，准备卡持下一根管柱。

以上详细描述了本发明的具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (13)

1.一种小修井自动作业装置，其特征在于，包括平台升降装置、安装于所述平台升降装置的作业平台、安装于所述作业平台上的机械手、安装于所述平台升降装置上的管杆上卸扣装置、安装于所述作业平台上方的管杆起下装置和卡盘，以及设于所述作业平台一侧的管杆输送装置。

2.如权利要求1所述的小修井自动作业装置，其特征在于，所述平台升降装置包括悬挂座、升降架、升降驱动、摆动架及摆动驱动，所述悬挂座与修井车相连，所述升降架可滚动地安装于所述悬挂座上，所述升降架与所述悬挂座之间安装有升降驱动，所述升降驱动为所述升降架提供动力，所述摆动架可转动地安装于所述升降架上，所述摆动架与所述升降架之间安装有所述摆动驱动，所述摆动驱动为所述摆动架提供动力。

3.如权利要求1所述的小修井自动作业装置，其特征在于，所述作业平台包括平台、设于所述平台内的对中装置及设于所述平台底部的法兰结构。

4.如权利要求3所述的小修井自动作业装置，其特征在于，所述对中装置包括中央具有开口的转动盘、可转动地安装于所述转动盘与所述平台之间且一端与所述转动盘连接的转动盘驱动、以及设于所述开口中的成对配置的滚轮和滑块，所述滑块可滑动地安装在所述转动盘上，所述滚轮可滚动地设于所述滑块和所述转动盘之间。

5.如权利要求1所述的小修井自动作业装置，其特征在于，所述管杆上卸扣装置包括回转轴承、安装于所述回转轴承上的立柱、可滑动地安装于所述立柱上的升降座、可转动地安装于所述升降座上的伸缩臂、可转动地安装于所述伸缩臂上的托架、固定于所述托架上的背钳总成、浮动安装于所述背钳总成上的旋扣装置，以及两端分别可转动地安装于所述升降座和所述伸缩臂的伸缩驱动。

6.如权利要求5所述的小修井自动作业装置，其特征在于，所述旋扣装置包括旋扣钳、安装于所述旋扣钳的支架、一端固定于所述支架且另一端与所述旋扣钳连接的换挡驱动、可转动地安装于所述支架上的导向体、两端分别可转动地安装于所述支架与所述导向体上的导向驱动，以及安装于所述支架上的自动对缺口装置。

7.如权利要求6所述的小修井自动作业装置，其特征在于，所述自动对缺口装置包括安装于所述支架上的对扣驱动、安装于所述对扣驱动上的第一坡板、固定于所述坡板上的传感器、可转动安装于所述旋扣钳上的外齿圈、可转动安装于所述旋扣钳上的鄂板架、固定于所述鄂板架上的导向筒、安装于所述导向筒内的切换销、安装于所述导向筒与所述切换销之间的弹性件，以及固定于所述切换销上的轴承。

8.如权利要求5所述的小修井自动作业装置，其特征在于，所述背钳总成包括背钳、安装于所述背钳上的盖板、安装于所述盖板上的扣体、安装于所述盖板上的推杆驱动、安装于所述推杆驱动上的推杆，以及两端分别安装于所述扣体与所述推杆上的连杆。

9.如权利要求8所述的小修井自动作业装置，其特征在于，所述背钳包括壳体、安装于所述壳体内的推板、可滑动地安装于所述推板上的第二坡板、可滑动地安装于所述壳体内的鄂板、可滑动地安装于所述鄂板上的滚轮、两端分别固定于所述推板与所述壳体上的背钳驱动、连接所述壳体与所述盖板的连接板，以及卡设于所述鄂板上的牙板，其中所述滚轮可沿所述鄂板爬坡。

10.如权利要求1所述的小修井自动作业装置，其特征在于，所述机械手包括支座、安装于所述支座上的摆动臂、安装于所述支座与所述摆动臂之间的摆动驱动、可转动地安装于所述摆动臂上的抓管托架、安装于所述抓管托架上的抓管机构，以及可转动地安装于所述抓管托架与所述抓管机构之间的抓管机构驱动。

11.如权利要求10所述的小修井自动作业装置，其特征在于，所述抓管机构包括爪支架、可转动地安装于所述爪支架的第一爪件和第二爪件、连接所述第一爪件和所述第二爪件的爪件连杆，以及安装于所述爪支架与所述第一爪件之间的爪驱动。

12.如权利要求1所述的小修井自动作业装置，其特征在于，所述管杆起下装置包括吊卡、固定于所述吊卡两侧壁的单臂吊环、连接所述单臂吊环的吊环连接架、固定于油车大钩上的大钩连接架，以及一端可转动地安装于所述吊环连接架且另一端安装有所述大钩连接架的吊环摆动驱动。

13.如权利要求1所述的小修井自动作业装置，其特征在于，所述管杆输送装置包括底座，所述底座上安装有V型槽。

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