CN111502561A - 一种与斜直井修井机配套使用的抓管机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田修井机设备技术领域，公开了一种与斜直井修井机配套使用的抓管机，所述抓管机包括抓管主臂、抓管副臂、铰接在抓管副臂上摆动机构，以及设置在抓管主臂和抓管副臂之间的微调装置和锁紧装置，所述抓管机通过抓管主臂固定在修井机上并与修井机的井架同轴，所述抓管副臂连接在抓管主臂上并，摆动机构用于调整油管水平位置，微调装置和锁紧装置可实现油管的准确定位；同时还设置了定位装置和拍管装置，实现下井作业时油管的定位。该抓管机与斜直井修井机配套安装使用，无缝对接，运移方便，操作简单。

Description

一种与斜直井修井机配套使用的抓管机

技术领域

本发明涉及油田修井机设备技术领域，特别涉及一种与斜直井修井机配套使用的油管抓管机。

背景技术

目前在国内油田，直井开采是最普遍、最经济的方法。但对于一些特殊环境如农田、沼泽、湖泊、海洋，或特殊地质条件的油气田，如低渗油藏、有垂直裂缝、有严重水锥或气顶及薄层的油藏，斜直井开采确效果更佳。国外斜直井应用较早，采油技术已经发展的比较成熟，目前主要集中在加拿大和美国。随着采油技术的不断发展，采油效率的不断提高，国内油田也开始推广斜直井开采。

抓管机与斜直井修井机配套使用，是管柱处理的关键设备，属于自动化、高端化产品，尽管其前期投入较高，但从长远考虑，不但可实现油井的精细开发和集中管理，提升工作效率60％左右，更可加速油田的勘探开采，降低成本约30％。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种与斜直井修井机配套使用的新型抓管机，该抓管机安装在斜直井修井机上后可在油管起管作业时实现自动运移并有序排放，或在下管作业时准确对中并稳定入井，有效提高大幅度操作效率，降低作业成本，减轻劳动强度，并提高操作的安全性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种与斜直井修井机配套使用的抓管机，所述抓管机包括抓管主臂、抓管副臂和摆动机构，所述抓管机通过抓管主臂固定在修井机上并与修井机的井架同轴，所述抓管副臂通过支撑座连接在抓管主臂上；

所述摆动机构摆动机构包括连接杆、摆臂液压缸和两个摆臂和抓管钳箱体，所述摆臂的两端分别与抓管副臂和抓管钳箱体铰接，所述连接杆的两端与所述两个摆臂铰接，所述连接杆、两个摆臂以及抓管副臂构成一个平行四边形结构，所述摆臂液压缸的动力输出端与连接杆铰接相连，所述摆臂液压缸的固定端与抓管副臂铰接相连，所述抓管钳箱体中设有用于抓住油管的抓管钳。

进一步地，在上述技术方案中，所述抓管机还包括设置在所述抓管主臂和抓管副臂之间的微调装置和锁紧装置；

所述微调装置螺杆、微调套筒、螺母和调节杆，所述微调套筒和螺母套设在所述螺杆上，所述螺母有两个且对称设在微调套筒的两侧，所述调节杆两端分别与所述螺杆和抓管主臂连接，所述调节杆的一端与所述螺杆固定连接且另一端与所述抓管主臂铰接，所述微调套筒的外壁与所述抓管副臂铰接相连；

所述锁紧装置包括连接在一起的紧定螺钉和紧定套筒，所述紧定螺钉固定在所述抓管主臂上，所述紧定套筒固定在所述抓管副臂上。

所述支撑座一端与所述抓管主臂焊接为一个整体且另一端与所述抓管副臂铰接。

优选的，所述抓管钳为由牙板、牙板座、液压缸和液压缸座组成的左右对称结构，所述牙板的一端连接牙板座上，所述牙板座固定在抓管钳箱体内，所述液压缸的动力输出端与牙板的另一端铰接相连，所述液压缸的的固定端与液压缸座铰接相连。

进一步地，在上述技术方案中，所述抓管副臂上设有用于限制摆臂的限位块，所述限位块包括第一限位块和第二限位块，其中，第一限位块固定于右侧摆臂的右侧，所述第二限位块固定于左侧摆臂的左侧。

进一步地，在上述技术方案中，所述抓管机还设有拍管定位装置，所述拍管定位装置包括拍管液压缸和拍管档杆，所述拍管液压缸的动力输出端与拍管档杆铰接相连，所述拍管液压缸的固定端与抓管副臂铰接相连，所述拍管档杆的一端与抓管副臂铰接相连，所述拍管档杆的极限位置被所述第一限位块限制。

优选的，所述抓管钳箱体外壁设有挡销。

优选的，所述调节杆与所述螺杆的连接方式为焊接。

本发明的有益效果为：

1)抓管机通过抓管主臂固定在修井机上后，抓管机主臂轴线与修井机上油管的旋转轴线重合，抓管机与修井机井架一同安装在修井机运输车的撬座上，并可同轴旋转，作业时配套使用；

2)抓管主臂和抓管副臂之间通过活动铰接安装了微调机构，消除由于制造误差产生的偏心，同时设置了锁紧装置，确保抓管主臂和抓管副臂在起管和下管作业中能保持平行，即保证油管的准确定位。

3)连接杆、摆臂组成的摆动机构对称设置在撬装机构的中心，使油管让开井架支撑臂，避免干涉；抓管钳箱体与摆臂之间铰接，确保摆臂在移动过程中油管水平。

4)抓管副臂上安装了拍管定位装置，固定油管极限位置，确保在下管作业中，油管能与油管钳或油吊卡等按管装置对中。

5)系统结构紧凑，无需单独运输安装，与斜直井修井机形成无缝对接；实现了不同直径油管的起管、下管作业的自动化，准确度高、稳定性强，极大地降级了工作强度和操作难度，提升了安全性和生产效率。

附图说明

图1是斜直井修井机抓管机结构示意图；

图2是图1中A处放大图；

图3是斜直井修井机抓管机一种使用状态参考结构示意图；

图4是抓管钳结构示意图；

图5是抓管机安装在修井上的结构示意图；

图中：1-抓管主臂，2-抓管副臂，3-拍管液压缸，4-拍管档杆，5-第一限位块，6-第二限位块，7-抓管钳箱体，8-挡销，9-连接杆，10-摆臂液压缸，11-第二限位块，12-螺杆，13-微调套筒，14-螺母，15-调节杆，16-紧定螺钉，17-紧定套筒，18-支撑座，19-抓管钳，19.1-牙板，19.2-牙板座，19.3-液压缸，19.4-液压缸座，20-井架，21-井架支撑杆，22远程液控卡瓦。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下通过具体实施例及其附图对本发明作进一步阐述，但并不作为对本发明的限定。

如图1～4，一种与斜直井修井机配套使用的抓管机，抓管机包括抓管主臂1、抓管副臂2、摆动机构，还包括设置在抓管主臂1和抓管副臂2之间的微调装置和锁紧装置，以及安装在抓管副臂上的限位装置和拍管定位装置。

抓管主臂1包括水平段和倾斜段，它们通过焊接连为一体，抓管主臂和修井机井架20通过芯轴铰接在一起，使抓管主臂和修井机井架在安装或工作时能够同时绕芯轴转动，从而保证抓管机在接管时，其两个钳口中心与井口中心重合，送管时能够平衡的坐于修井机底座之上，如图5所示。

抓管副臂2通过支撑座18连接在抓管主臂1的水平段上并与水平段平行，其中，支撑座18一端与抓管主臂1的水平段焊接为一个整体，另一端与抓管副臂2铰接。抓管副臂2位于抓管主臂1与微调装置的上方，并通过锁紧装置固定抓管主臂1和抓管副臂2的相对位置。

微调装置包括螺杆12、微调套筒13、螺母14和调节杆15，微调套筒13和螺母14套设安装在螺杆12上，微调套筒13的外壁与抓管副臂2铰接相连，螺母14有两个且左右对称设在微调套筒13的两侧；调节杆15的一端与螺杆12固定连接且另一端与抓管主臂1水平段的端部铰接，优选的，调节杆15与螺杆12的连接方式为焊接。抓管主臂1与支撑座18焊接成的一个整体，与抓管副臂2、螺杆12、微调套筒13组成曲柄滑块机构；当抓管钳19与油管轴线不重合时，调整微调套筒13左右两侧的螺母14的位置，即可把螺杆12的往复移动转换为抓管主臂1和抓管副臂2的相对运动，从而微调两者相对位置，确保钳口中心和油管中心重合。

微调完成之后，需锁紧。锁紧装置包括连接在一起的紧定螺钉16和紧定套筒17，紧定螺钉16固定在抓管主臂1上，紧定套筒17固定安装在所述抓管副臂2上并通过紧定螺钉16锁紧在抓管主臂1上。微调完成后，即可通过调整紧定螺钉16锁紧抓管系统，确保抓管主臂1和抓管副臂2在起管和下管作业中能保持平行，即保证油管的准确定位，并增加系统的刚度，保障安全性。

摆动机构包括连接杆9、摆臂液压缸10、抓管钳箱体7和两个摆臂6。摆臂6的一端与抓管副臂2的对称中心铰接且另一端与抓管钳箱体7铰接，连接杆9的两端分别与两个摆臂6铰接相连，连接杆9、两个摆臂6以及抓管副臂2构成一个平行四边形四杆结构；抓管钳箱体7中设有用于抓住油管的抓管钳19，摆臂液压缸10的动力输出端与连接杆9铰接相连，并且其固定端与与抓管副臂2铰接相连，优选的，摆臂液压缸10与连接杆9的铰接处同轴铰接了左侧摆臂6，驱动摆臂左右旋转，即可调整油管水平位置。

定位装置包括第一限位块5和第二限位块11，两个限位块一左一右焊接固定在抓管副臂2上，第一定位块5用于限制右侧摆臂的极限位置，第二定位块11用于限制左侧摆臂的极限位置。

拍管定位装置包括拍管液压缸3和拍管档杆4，拍管液压缸3的动力输出端与拍管档杆4铰接相连，拍管液压缸3的固定端与抓管副臂2和铰接相连，拍管档杆4的一端与抓管副臂2铰接相连，可将第一限位块5设计成非对称形式，同时用来限制拍管档杆4的极限位置。拍管液压缸3驱动拍管档杆4，在油管入井前确定油管的位置。

抓管钳箱体7与摆臂6铰接，箱体外壁焊接有挡销8，抓管钳箱体7内安装有抓管钳19，抓管钳19为由牙板19.1、牙板座19.2、液压缸19.3和液压缸座19.4组成的左右对称结构，牙板19.1的一端连接牙板座19.2上，牙板座19.2固定在液压缸座19.4上，液压缸座19.4固定在抓管钳箱体7内，液压缸19.3的动力输出端与牙板19.1的另一端铰接相连，液压缸19.3的固定端与液压缸座19.3铰接。当下管作业时，液压缸19.3驱动牙板座19.2上的牙板19.1做回转运动，可夹紧管径为60.5、73以及89mm的API油管，抓管钳抓紧油管，随摆臂6一同旋转，至摆臂处于竖直位置时，挡销8紧靠摆臂6。继续旋转时，抓管钳箱体7与摆臂6无法做相对运动，油管与摆臂6始终保持垂直，确保了油管在运移过程中系统的稳定性。

上述抓管机的工作原理如下：

在起管作业时，通过电动机驱动液压泵，为斜直井修井机链轮提供动力、链条牵引。油管出井后，卡瓦22卡住油管上行，提升管柱，至下一根油管的油管头接箍露出一段长度时停止上行。抓管主臂带动抓管系统绕与修井机相同的轴，旋转至与修井机平行位置，检查能否对中，即检查抓管钳轴线与油管轴线是否同轴。如不能满足，则需将抓管机旋转回水平位置通过微调装置和锁紧装置实现。抓管机完成对中之后，油管卸扣，抓管钳箱体中的抓管钳通过液压驱动抓紧油管，并随抓管系统一同旋转至水平位置。在摆臂液压缸驱动下，带动抓管钳箱体中的油管水平运动至较低位置，并通过第二限位块确定其极限位置。油管接近管桥接管器时，连接杆摆动暂停，抓管钳松开油管。油管接触管桥接管器并自动缓慢滚动到外侧排好。如此反复，即能完成所有油管的起管和排管操作。

下管作业时，首先调整管桥伸缩腿的高度，使外端稍高，管桥上的油管自动往井架滚动至拨管器处，拨管器顶起油管，使其自动滚至接管器上。确保抓管钳处于张开状态，抓管钳自动兜住就位油管时，拍管液压缸驱动拍管档杆逆时针旋转，对油管进行拍管定位，同时第一限位块的右侧限制拍管档杆的极限位置。随后，抓管钳抓紧油管，由摆臂和连接杆带动油管做回转运动，第一限位块的左侧限制摆臂的极限位置。抓管主臂带动抓管系统旋转至与修井机平行位置，卡瓦卡住油管头，抓管钳松开油管，抓手主臂向下旋转至水平位置，准备下一根油管的下井作业。如此反复，即能完成所有油管的下管作业。

当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种与斜直井修井机配套使用的抓管机，其特征在于，所述抓管机包括抓管主臂(1)、抓管副臂(2)和摆动机构；所述抓管机通过抓管主臂(1)固定在修井机上并与修井机的井架同轴，所述抓管副臂(2)通过支撑座(18)连接在抓管主臂(1)上；所述摆动机构包括连接杆(9)、摆臂液压缸(10)和两个摆臂(6)和抓管钳箱体(7)，所述摆臂液压缸(10)的动力输出端与连接杆(9)铰接相连，所述摆臂液压缸(10)的固定端与抓管副臂(2)铰接相连，所述摆臂(6)的两端分别与抓管副臂(2)和抓管钳箱体(7)铰接，所述连接杆(9)的两端分别与两个摆臂(6)铰接相连，所述连接杆(9)、两个摆臂(6)以及抓管副臂(2)构成一个平行四边形结构，所述抓管钳箱体(7)中设有用于抓住油管的抓管钳(19)。

2.根据权利要求1所述与斜直井修井机配套使用的抓管机，其特征在于，所述抓管机还包括设置在所述抓管主臂(1)和抓管副臂(2)之间的微调装置和锁紧装置；

所述微调装置螺杆(12)、微调套筒(13)、螺母(14)和调节杆(15)，所述微调套筒(13)和螺母(14)套设在所述螺杆(12)上，所述螺母(14)有两个且对称设在微调套筒(13)的两侧，所述调节杆(15)两端分别与所述螺杆(12)和抓管主臂(1)连接，所述调节杆(15)的一端与所述螺杆固定连接且另一端与所述抓管主臂(1)铰接相连，所述微调套筒(13)的外壁与所述抓管副臂(1)铰接相连；

所述锁紧装置包括连接在一起的紧定螺钉(16)和紧定套筒(17)，所述紧定螺钉(16)固定在所述抓管主臂(1)上，所述紧定套筒(17)固定在所述抓管副臂(2)上。

3.根据权利要求2所述与斜直井修井机配套使用的抓管机，其特征在于，所述支撑座(18)一端与所述抓管主臂(1)焊接为一个整体且另一端与所述抓管副臂(2)铰接。

4.根据权利要求1或3所述与斜直井修井机配套使用的抓管机，其特征在于，所述抓管钳(19)为由牙板(19.1)、牙板座(19.2)、液压缸(19.3)和液压缸座(19.4)组成的左右对称结构，所述牙板(19.1)的一端连接牙板座(19.2)上，所述牙板座(19.2)固定在液压缸座(19.4)上，所述液压缸座(19.4)固定于抓管钳箱体(7)内，所述液压缸(19.3)的动力输出端与牙板(19.1)的另一端铰接相连，所述液压缸(19.3)的的固定端与液压缸座(19.4)铰接相连。

5.根据权利要求1或3所述与斜直井修井机配套使用的抓管机，其特征在于，所述抓管副臂(2)上设有用于限制摆臂的第一限位块(5)和第二限位块(11)。

6.根据权利要求5所述与斜直井修井机配套使用的抓管机，其特征在于，所述抓管机设有拍管定位装置，所述拍管定位装置包括拍管液压缸(3)和拍管档杆(4)，所述拍管液压缸(3)的动力输出端与拍管档杆(4)铰接相连，所述拍管液压缸(3)的固定端与抓管副臂(2)铰接相连，所述拍管档杆(4)的一端与抓管副臂(2)铰接相连，所述拍管档杆(4)的极限位置被所述第一限位块(5)限制。

7.根据权利要求1所述与斜直井修井机配套使用的抓管机，其特征在于，所述抓管钳箱体(7)外壁设有挡销(8)。

8.根据权利要求2所述与斜直井修井机配套使用的抓管机，其特征在于，所述调节杆(15)与所述螺杆(12)的连接方式为焊接。

9.根据权利要求1所述与斜直井修井机配套使用的抓管机，其特征在于，所述摆臂液压缸(10)和任一摆臂(6)与连接杆(9)为同轴铰接。

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