CN111648727A - 一种自动修井设备及其自动修井方法 - Google Patents

Abstract

一种自动修井设备及其自动修井方法，该自动修井设备包括自走式修井车，包括自走式底盘和安装在该自走式底盘上的电液系统、控制系统和井架，该井架为折叠式井架，该井架上安装有分别与该电液系统和控制系统连接的液压吊卡、推送管机械臂和上卸扣机械臂；油管检测装置，安装在井口装置上，并与该控制系统连接；以及排管装置，包括排管架和移管机构，该排管架对应设置在该移管机构的两侧，该移管机构分别具有一排管位置和一接送管位置；其中，该控制系统根据该管箍位置信号通过该电液系统驱动该液压吊卡、推送管机械臂、上卸扣机械臂和该移管控制机构协调动作以完成油管的起管或下管。本发明还提供了该自动修井设备的自动修井方法。

Description

一种自动修井设备及其自动修井方法

技术领域

本发明涉及一种油田修井装备，特别是一种自动修井设备及其自动修井方法。

背景技术

油井在开采过程中，由于采油装备的长时间工作，可能会出现油管磨损，抽油杆脱落等问题，这就需要将抽油杆和油管起出检修，然后重新下管。目前国内修井作业普遍采用传统的作业方式，施工前需要搭建特定的施工平台，施工设备的流动性差；同时，施工人员需要采用人力完成起管、上卸扣和排管等工作，存在劳动强度大、危险系数高等问题。近年来，随着修井技术的不断发展，修井领域也有一部分自动化修井装备，例如液压卡瓦、液压吊卡等，但是这些设备的协调性较差，自动化程度较低，需要进一步完善和改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述问题，提供一种自动修井设备及其自动修井方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种自动修井设备，其中，包括：

自走式修井车，包括自走式底盘和安装在所述自走式底盘上的电液系统、控制系统和井架，所述井架为折叠式井架，所述井架通过变幅油缸控制折叠或升起，所述变幅油缸分别与所述电液系统和控制系统连接，所述井架上安装有液压吊卡、推送管机械臂和上卸扣机械臂，所述液压吊卡、推送管机械臂和上卸扣机械臂分别与所述电液系统和控制系统连接；

油管检测装置，安装在井口装置上，并与所述控制系统连接，用于检测油管的管箍位置信号并传送给所述控制系统；以及

排管装置，包括排管架和移管机构，所述移管机构对应于所述井口装置设置，所述排管架对应设置在所述移管机构的两侧，所述移管机构分别具有一排管位置和一接送管位置，并通过移管控制机构进行所述排管位置和接送管位置的切换，所述移管控制机构与所述控制系统连接；

其中，所述控制系统根据所述管箍位置信号通过所述电液系统驱动所述液压吊卡、推送管机械臂、上卸扣机械臂和所述移管控制机构协调动作以完成油管的起管或下管。

上述的自动修井设备，其中，所述推送管机械臂包括：

升降机构，包括滚柱导轨、滑块和升降液压缸，所述滚柱导轨安装在修井车的井架上，所述滑块和升降液压缸安装在所述滚柱导轨上，所述滑块与所述升降液压缸连接并沿所述滚柱导轨移动；

大关节臂，一端通过第一摆动液压缸与所述滑块连接；

小关节臂，一端通过第二摆动液压缸与所述大关节臂的另一端连接，所述大关节臂和小关节臂相对于所述滚柱导轨分别具有一修井位置和一运载位置；以及

机械手，通过第三摆动液压缸安装在所述小关节臂的另一端，所述机械手包括支座和安装在所述支座上的吊卡推手和油管抓手，所述吊卡推手相对于所述支座分别具有一推出位置和一收回位置，所述油管抓手相对于所述支座分别具有一抓取位置和一放松位置。

上述的自动修井设备，其中，所述上卸扣机械臂包括：

上卸扣平台，包括摆动机构和升降机构，所述升降机构包括升降液压杆和升降滚柱导轨，所述摆动机构安装在所述升降滚柱导轨上，并与所述升降液压杆连接；

伸缩机构，安装在所述摆动机构上；以及

旋扣机构，包括旋扣钳和背钳，所述背钳安装在所述伸缩机构上，所述旋扣钳设置在所述背钳上方并与所述背钳连接。

上述的自动修井设备，其中，所述摆动机构包括摆臂和摆动液压缸，所述摆动液压缸安装在所述升降滚柱导轨的滑块上，所述摆臂的一端与所述摆动液压缸连接；所述伸缩机构包括伸缩臂、伸缩液压杆和伸缩滚柱导轨，所述伸缩臂安装在所述伸缩滚柱导轨上，所述伸缩滚柱导轨安装在所述摆臂上，所述伸缩液压杆的一端与所述摆动液压缸连接，所述伸缩液压杆的另一端与所述伸缩臂连接。

上述的自动修井设备，其中，所述旋扣钳包括旋扣钳体和安装在所述旋扣钳体上的驱动轮、从动轮、旋扣颚板、旋扣卡钳和接近开关，所述旋扣颚板的外表面设置有颚齿，所述旋扣颚板的内表面包括顺序连接的多段圆弧面，所述从动轮分别与所述驱动轮和旋扣颚板外表面的颚齿啮合，所述旋扣卡钳安装在所述旋扣钳体上并与所述旋扣颚板的内表面抵接，所述旋扣钳体上设置有旋扣钳口，所述旋扣颚板与旋扣卡钳分别对应于所述旋扣钳口设置有旋扣开口，所述接近开关安装在所述旋扣钳体上并位于所述旋扣钳体的对称中心线上。

上述的自动修井设备，其中，所述液压吊卡包括：

吊卡钳体，所述吊卡钳体包括本体和连接部，所述本体为中空的圆柱体结构，所述本体的一侧设置有钳口，所述本体上设置有导轨槽，所述本体的圆柱孔内设置有安装凸台，所述安装凸台设置有中心孔和对应于所述钳口的开口，所述开口分别与所述中心孔和所述钳口连通，所述连接部对称设置在所述本体的外圆柱面上；

颚板，设置在所述本体的圆柱孔内并沿所述圆柱孔内表面转动，所述颚板设置有与所述钳口适配的颚板开口，所述颚板的外表面与所述本体的圆柱孔内表面适配，所述颚板的内表面设置有多段圆弧面；

握杆机构，安装在所述安装凸台上并与所述颚板的内表面连接，所述握杆机构对应于所述颚板内表面的多段圆弧面分别具有一复位位置和一握管位置；以及

液压伸缩杆，一端与所述本体的连接部连接，所述液压伸缩杆的另一端通过驱动杆与所述颚板连接，所述驱动杆设置在所述导轨槽内并沿所述导轨槽移动。

上述的自动修井设备，其中，所述油管检测装置包括：

管箍检测机构，包括检测通道和设置在所述检测通道内的励磁线圈和检测线圈，所述油管穿过所述检测通道并经过所述励磁线圈和检测线圈时产生管箍位置信号，所述检测线圈将所述管箍位置信号传送给所述控制系统；

防喷器，设置在所述管箍检测机构下方，并通过连接法兰与所述检测通道连接；以及

液压卡瓦，设置在所述管箍检测机构上方。

上述的自动修井设备，其中，所述移管机构包括：

安装架；

滑台，通过连杆机构安装在所述安装架上，所述连杆机构与用于控制所述滑台起升的滑台液压缸连接；

移管导轨，安装在所述滑台上，所述移管导轨底部安装有用于控制所述移管导轨分别向一侧或两侧侧翻的移管液压缸；以及

多个送管钩，分别对应所述移管导轨的翻转位置均匀设置在所述滑台的一侧或两侧，所述送管钩靠近所述滑台的一端通过连接杆铰接在所述安装架上，所述送管钩的另一端设置有管钩，同侧的所述送管钩与送管液压缸连接。

上述的自动修井设备，其中，所述排管架包括：

油管架，包括支撑座和安装在所述支撑座上的上支撑管，所述上支撑管的两端分别向上折弯，所述上支撑管相对于水平面倾斜一角度，且所述上支撑管相对于所述支撑座分别具有一排管位置和一上管位置；以及

抬升机构，位于所述支撑座的一端，所述上支撑管的一端支撑在所述抬升机构上，所述抬升机构控制所述上支撑管在所述排管位置和上管位置之间变换。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种自动修井方法，其中，采用上述的自动修井设备进行油井维护，包括如下步骤：

S100、获取管箍位置信号，并判断油管是否达到设定位置；

S200、起管时，驱动液压吊卡抓取并提升位于井口的油管，当判断所述油管到达所述设定位置时，液压吊卡继续提升所述油管的管箍至设定高度；上卸扣机械臂移动至上卸扣位置并将所述油管和与其连接的井口油管卸扣分离；推送管机械臂将分离后的所述油管推送至排管装置，由所述排管装置对所述油管进行有序排放；

S300、重复步骤S200直至将所有井内油管取出，起管工作结束；

S400、下管时，所述排管装置顺序将油管送至所述液压吊卡抓取位置，所述液压吊卡抓取并吊运所述油管至所述油管的底端到达所述设定高度；所述推送管机械臂推送所述油管至所述上卸扣位置；所述上卸扣机械臂将所述油管与井口油管的管箍上扣连接后，所述液压吊卡带动所述油管继续下降，通过所述管箍位置信号判断所述油管到达所述设定位置时，所述液压吊卡带动所述油管继续下降至所述油管的管箍到达所述设定高度；以及

S500、重复步骤S400直至下管工作结束。

本发明的技术效果在于：

本发明通过油管检测装置、上卸扣机械臂和推送管机械臂的配合，解决了现有技术修井设备灵活性差、自动化程度低的问题，修井设备自带推送管机械臂、上卸扣机械臂和液压吊卡等，集成化程度高，大大提高了修井设备的灵活性，实现了自动化修井。在修井过程中，无需搭建特定的工作平台，只需要通过操控面板输入设定好的修井参数，修井设备即可自动上卸扣、移管和排管，在减轻工人的劳动强度，提高修井效率的同时，也便于修井设备的转场，并显著提高了施工安全性。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的自动修井设备结构示意图；

图2为本发明一实施例的工作状态示意图；

图3为本发明一实施例的运载状态示意图；

图4为本发明一实施例的液压吊卡结构示意图；

图5为图4的工作状态示意图；

图6为本发明一实施例的推送管机械臂结构示意图；

图7为图6安装风琴罩后的局部结构示意图；

图8为本发明一实施例的推送机械手结构示意图；

图9为本发明一实施例的油管检测装置结构示意图；

图10为本发明一实施例的管箍检测机构结构示意图；

图11为本发明一实施例的移管机构结构示意图；

图12为本发明一实施例的排管架结构示意图；

图13为本发明一实施例的上卸扣机械臂结构示意图；

图14为本发明一实施例的电液控制系统结构示意图；

图15为本发明一实施例的自动修井方法起管流程图；

图16为本发明一实施例的自动修井方法下管流程图。

其中，附图标记

1运输车

2 电液控制系统

21 PLC模块

22 测量电路

23 电磁换向阀

24 电液比例流量阀

25 泵站压力传感器

3 操控面板

4 变幅油缸

5 液压吊卡

51 吊卡钳体

511 本体

512 连接部

513 钳口

514 导轨槽

515 安装凸台

52 颚板

521 颚板开口

53 液压伸缩杆

54 驱动杆

55 握杆机构

56 触动开关

6 上卸扣机械臂

61 上卸扣平台

611 摆动机构

6111 摆臂

6112 摆动液压缸

612 上卸扣升降机构

6121 升降液压杆

6122 升降滚柱导轨

62 伸缩机构

621 伸缩液压杆

622 伸缩滚柱导轨

623 伸缩臂

63 旋扣机构

631 旋扣钳

632 背钳

633 旋扣接近开关

64 固定扣

7 推送管机械臂

71 升降机构

711 滑块

712 升降液压缸

713 滚柱导轨

714 风琴罩

715 固定扣

72 大关节臂

721 第一摆动液压缸722 大摆臂

73 小关节臂

731 第二摆动液压缸732 小摆臂

733 第三摆动液压缸

74 机械手

741 吊卡推手

7411 伸缩液压缸

7412 推杆

742 油管抓手

7421 抓手液压缸

7422 接近开关

7423 滑动块

7424 连接件

7425 滑动槽

7426 钳体

743 支座

8 油管检测装置

81 防喷器

82 连接法兰

83 管箍检测机构

831 检测通道

832 励磁线圈

833 检测线圈

84 液压卡瓦

9 排管装置

91 排管架

911 油管架

912 电动液压缸

92 移管机构

921 安装架

9211 连接杆

9212 地脚

922 滑台

923 移管导轨

924 送管钩

925 滑台液压缸

926 第一连杆

927 第二连杆

928 移管液压缸

929 送管液压缸

920 辅助液压缸

10 底盘支腿

11 井架

12 油管

13 管箍

14 举升油缸

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1-图3，图1为本发明一实施例的自动修井设备结构示意图，图2为本发明一实施例的工作状态示意图，图3为本发明一实施例的运载状态示意图。本发明的自动修井设备，包括：自走式修井车，包括自走式底盘和安装在所述自走式底盘上的电液系统、控制系统和井架11，所述井架11为折叠式井架11，所述井架11通过变幅油缸4控制折叠或升起，所述变幅油缸4分别与所述电液系统和控制系统连接，所述井架11上安装有液压吊卡5、推送管机械臂7和上卸扣机械臂6，所述液压吊卡5、推送管机械臂7和上卸扣机械臂6分别与所述电液系统和控制系统连接；油管检测装置8，安装在井口装置上，并与所述控制系统连接，用于检测油管的管箍位置信号并传送给所述控制系统；以及排管装置9，包括排管架91和移管机构92，所述移管机构92对应于所述井口装置设置，所述排管架91对应设置在所述移管机构92的两侧，所述移管机构92分别具有一排管位置和一接送管位置，并通过移管控制机构进行所述排管位置和接送管位置的切换，所述移管控制机构与所述控制系统连接；其中，所述控制系统根据所述管箍位置信号通过所述电液系统驱动所述液压吊卡5、推送管机械臂7、上卸扣机械臂6和所述移管控制机构协调动作以完成油管的起管或下管。本实施例的电液系统和操控面板设于运输车1后侧，变幅油缸4的一端铰于接运输车1后侧，另一端铰接于井架11的中部，井架11的底端铰接在运输车1后侧，所述井架11的两侧分别固定有上卸扣机械臂6和推送管机械臂7，用于连接和拆卸油管，所述井架11下端设有底盘支腿10，所述底盘支腿10可以收缩和伸出，所述液压吊卡5通过滑轮组与钢丝绳相连，所述滑轮组固定于井架11，通过举升油缸14控制液压吊卡5升降，所述油管检测装置8安装在油田井口，所述排管装置9放置在与车载底盘相对的地面上。

参见图4及图5，图4为本发明一实施例的液压吊卡5结构示意图，图5为图4的工作状态示意图。本实施例的所述液压吊卡5包括：吊卡钳体51，所述吊卡钳体51包括本体511和连接部512，所述本体511为中空的圆柱体结构，所述本体511的一侧设置有钳口513，所述本体511上设置有导轨槽514，所述本体511的圆柱孔内设置有安装凸台515，所述安装凸台515设置有中心孔和对应于所述钳口513的开口，所述开口分别与所述中心孔和所述钳口513连通，所述连接部512对称设置在所述本体511的外圆柱面上；颚板52，设置在所述本体511的圆柱孔内并沿所述圆柱孔内表面转动，所述颚板52设置有与所述钳口513适配的颚板开口521，所述颚板52的外表面与所述本体511的圆柱孔内表面适配，所述颚板52的内表面设置有多段圆弧面；握杆机构55，安装在所述安装凸台515上并与所述颚板52的内表面连接，所述握杆机构55对应于所述颚板52内表面的多段圆弧面分别具有一复位位置和一握管位置；以及液压伸缩杆53，一端与所述本体511的连接部512连接，所述液压伸缩杆53的另一端通过驱动杆54与所述颚板52连接，所述驱动杆54设置在所述导轨槽514内并沿所述导轨槽514移动。

使用时，吊车带动液压吊卡5下降到设定行程后，将液压吊卡5的钳口513推向油管12，使油管12进入液压吊卡5的吊卡钳体51内部，且油管12能够挤压触动开关56，所述触动开关56在被挤压后，会将信号传输至PLC模块21，PLC模块21会根据接收的信号，通过控制液压泵站和电磁换向阀23使液压伸缩杆53伸长。由于液压伸缩杆53的顶端与驱动杆54相连，所以液压伸缩杆53的伸长势必会带动驱动杆54沿着导轨槽514运动，进而带动颚板52转动。由于颚板52的内部设有多组弧度不等的弧形面，所以颚板52的转动会挤压握杆机构55的滚轮，当颚板52内圈的弧度最大处挤压滚轮时，滚轮向内侧移动，此时握杆机构55的滚轮和固定板之间的压缩弹簧受到挤压收缩，握杆机构55的卡瓦连接杆带动卡瓦向内侧相向移动伸出，直至恰好可以握紧油管12。当完成油管12提升后，液压伸缩杆53泄压收缩，进而带动驱动杆54复位，从而使握杆机构55的卡瓦反向收缩，液压吊卡5松开油管12。

参见图6-图8，图6为本发明一实施例的推送管机械臂7结构示意图，图7为图6的俯视图，图8为本发明一实施例的推送机械手74结构示意图。本实施例中，所述推送管机械臂7包括：升降机构71，包括滚柱导轨713、滑块711和升降液压缸712，所述滚柱导轨713安装在修井车的井架11上，所述滑块711和升降液压缸712安装在所述滚柱导轨713上，所述滑块711与所述升降液压缸712连接并沿所述滚柱导轨713移动；大关节臂72，一端通过第一摆动液压缸721与所述滑块711连接；小关节臂73，一端通过第二摆动液压缸731与所述大关节臂72的另一端连接，所述大关节臂72和小关节臂73相对于所述滚柱导轨713分别具有一修井位置和一运载位置；以及机械手74，通过第三摆动液压缸733安装在所述小关节臂73的另一端，所述机械手74包括支座743和安装在所述支座743上的吊卡推手741和油管抓手742，所述吊卡推手741相对于所述支座743分别具有一推出位置和一收回位置，所述油管抓手742相对于所述支座743分别具有一抓取位置和一放松位置。

其中，所述升降机构71还可包括风琴罩714，设置于升降机构71的外侧，罩设在所述滚柱导轨713和升降液压缸712上，用于保护滚柱导轨713和升降液压缸712。所述升降机构71还包括多个固定扣715，均布在所述滚柱导轨713上并位于与所述滑块711相对的一侧，用于将升降机构71与修井车相连。本实施例的大关节臂72包括第一摆动液压缸721和大摆臂722，所述第一摆动液压缸721固连于滑块711的外侧，大摆臂722与第一摆动液压缸721相连，所述第一摆动液压缸721用于控制大摆臂722运动；所述小关节臂73包括第二摆动液压缸731、小摆臂732和第三摆动液压缸733，所述第二摆动液压缸731设于大摆臂722和小摆臂732的连接处，用于控制小摆臂732运动，所述第三摆动液压缸733设于小摆臂732的另一端，用于连接机械手74；以及机械手74，通过第三摆动液压缸733安装在所述小关节臂73的另一端，所述机械手74包括支座743和安装在所述支座743上的吊卡推手741和油管抓手742，所述吊卡推手741相对于所述支座743分别具有一推出位置和一收回位置，所述油管抓手742相对于所述支座743分别具有一抓取位置和一放松位置。

本实施例中，所述吊卡推手741设于油管抓手742的上侧，吊卡推手741包括伸缩液压缸7411和推杆7412，伸缩液压缸7411用于控制推杆7412的伸缩，所述伸缩液压缸7411的缸体安装在所述支座743上，所述推杆7412安装在所述伸缩液压缸7411的液压杆端部。所述推杆7412沿长度方向与所述伸缩液压缸7411的轴线垂直，所述推杆7412以所述伸缩液压缸7411的轴线为中心对称设置。油管抓手742包括抓手液压缸7421和钳体7426，抓手液压缸7421用于控制钳体7426的开合，所述抓手液压缸7421的缸体安装在所述支座743上，所述钳体7426安装在所述支座743上并通过连接件7424与所述抓手液压缸7421的液压杆连接。其中，所述钳体7426包括对称设置的一对钳手，所述钳手的尾端分别铰接在所述支座743上，所述钳手的根部分别设置有滑动块7423并靠近所述尾端的铰接点处，所述连接件7424上设置有滑动槽7425，所述滑动块7423安装在所述滑动槽7425内并沿所述滑动槽7425相向移动。所述油管抓手742还可包括接近开关7422，所述接近开关7422设置在所述钳体7426的下侧并位于所述钳体7426的对称中心线上。所述抓手液压缸7421位于所述伸缩液压缸7411下方，且所述抓手液压缸7421的轴线与所述伸缩液压缸7411的轴线互相平行。

参见图9及图10，图9为本发明一实施例的油管检测装置8结构示意图，图10为本发明一实施例的管箍检测机构83结构示意图。所述油管检测装置8包括：管箍检测机构83，包括检测通道831和设置在所述检测通道831内的励磁线圈832和两组检测线圈833，所述励磁线圈832和两组检测线圈833等距设于检测通道831内，所述油管12穿过所述检测通道831并经过所述励磁线圈832和检测线圈833时产生管箍位置信号，所述检测线圈833将所述管箍位置信号传送给所述PLC模块21；防喷器81，设置在所述管箍检测机构83下方，并通过连接法兰82与所述检测通道831连接；以及液压卡瓦84，设置在所述管箍检测机构83上方。即检测线圈833的电压信号通过测量电路22进行测量和传输，并将其转化为开关信号传输给PLC模块21，当检测通道831内的磁场不发生突变时，检测线圈833的输出电压为0V，当磁场出现突变时，检测线圈833的输出电压为非0V，所以只需在PLC模块21设定检测线圈833的检测阀值，即可判断是否有管箍13通过该管箍检测机构83。

参见图11，图11为本发明一实施例的移管机构92结构示意图。本实施例的所述移管机构92包括：安装架921；滑台922，通过连杆机构安装在所述安装架921上，所述连杆机构与用于控制所述滑台922起升的滑台液压缸925连接，滑台一端还可设置用于辅助滑台922往复移动的辅助液压缸920；移管导轨923，安装在所述滑台922上，所述移管导轨923底部安装有用于控制所述移管导轨923分别向一侧或两侧侧翻的移管液压缸928；以及多个送管钩924，分别对应所述移管导轨923的翻转位置均匀设置在所述滑台922的一侧或两侧，所述送管钩924靠近所述滑台922的一端通过连接杆9211铰接在所述安装架921上，所述送管钩924的另一端设置有管钩，同侧的所述送管钩924与送管液压缸929连接。

其中，所述连杆机构包括第一连杆926和第二连杆927，所述第一连杆926和第二连杆927的底端分别与所述安装架921铰接，所述第一连杆926和第二连杆927的顶端分别与所述滑台922底面铰接，所述滑台液压缸925的一端与所述第二连杆927的中部连接，所述滑台液压缸925的另一端与所述安装架921连接，辅助液压缸920的一端与安装架921连接，另一端与滑台922的一端连接。所述移管导轨923上还可设置有多个过渡杆，所述过渡杆呈V型对称设置在所述移管导轨923的两侧。所述送管液压缸929的一端安装在所述安装架921上，所述送管液压缸929的另一端与同侧的多个所述送管钩924之一连接。

本实施例中，所述滑台922设于安装架921并可在安装架921上滑动，所述移管导轨923两端铰接于滑台922，且中间设有两组相对的移管液压缸928，分别控制移管导轨923向一侧或两侧侧翻，所述安装架921两端铰接有第一连杆926和第二连杆927，所述第一连杆926和第二连杆927底端安装在安装架921上，所述第二连杆927的中部铰接滑台液压缸925，用于控制滑台922的起升，所述三组送管钩924尾部通过连接杆9211设于安装架921，送管钩924的中部铰接有送管液压缸929，用于控制送管钩924的运动，所述基座四个角上设有四个地脚9212，用于调节移管机构92的水平状态。

参见图12，图12为本发明一实施例的排管架91结构示意图。本实施例的排管架91包括：油管架911，包括支撑座和安装在所述支撑座上的上支撑管，该支撑座包括下支撑管、底支撑管和斜支撑管，底支撑管连接两侧的下支撑管，斜支撑管一端与下支撑管连接，另一端与上支撑管连接，即该斜支撑管与底支撑管与上支撑管与下支撑管共同形成一稳定的三角形结构支架，所述上支撑管的两端分别向上折弯，所述上支撑管相对于水平面倾斜一角度，且所述上支撑管相对于所述支撑座分别具有一排管位置和一上管位置；以及抬升机构，位于所述支撑座的一端，所述上支撑管的一端支撑在所述抬升机构上，所述抬升机构控制所述上支撑管在所述排管位置和上管位置之间变换。所述抬升机构优选为电动液压缸912，所述电动液压缸912底部设置有底板，该电动液压缸912顶部与该上支撑管的一端抵接。本实施例中，还可包括至少一个横担，所述横担的两端分别通过定位销安装在所述上支撑架两端的折弯段上。其中，所述上支撑架两端的折弯段上设置有用于安装所述定位销的U型槽。所述排管位置的所述上支撑管相对于水平面倾斜2-4度，所述上管位置的所述上支撑管相对于水平面倾斜负2-4度。

参见图13，图13为本发明一实施例的上卸扣机械臂6结构示意图。本实施例的所述上卸扣机械臂6包括：上卸扣平台61，包括摆动机构611和上卸扣升降机构612，所述上卸扣升降机构612包括升降液压杆6121和升降滚柱导轨6122，所述摆动机构611安装在所述升降滚柱导轨6122上，并与所述升降液压杆6121连接；伸缩机构62，安装在所述摆动机构611上；以及旋扣机构63，包括旋扣钳631和背钳632，所述背钳632安装在所述伸缩机构62上，所述旋扣钳631设置在所述背钳632上方并与所述背钳632连接。其中，所述摆动机构611包括摆臂6111和摆动液压缸6112，所述摆动液压缸6112安装在所述升降滚柱导轨6122的滑块711上，所述摆臂6111的一端与所述摆动液压缸6112连接；所述伸缩机构62包括伸缩臂623、伸缩液压杆621和伸缩滚柱导轨622，所述伸缩臂623安装在所述伸缩滚柱导轨622上，所述伸缩滚柱导轨622安装在所述摆臂6111上，所述伸缩液压杆621的一端与所述摆动液压缸6112连接，所述伸缩液压杆621的另一端与所述伸缩臂623连接。本实施例的所述旋扣钳631包括旋扣钳体和安装在所述旋扣钳体上的驱动轮、从动轮、旋扣颚板、旋扣卡钳和旋扣接近开关633，所述旋扣颚板的外表面设置有颚齿，所述旋扣颚板的内表面包括顺序连接的多段圆弧面，所述从动轮分别与所述驱动轮和旋扣颚板外表面的颚齿啮合，所述旋扣卡钳安装在所述旋扣钳体上并与所述旋扣颚板的内表面抵接，所述旋扣钳体上设置有旋扣钳口，所述旋扣颚板与旋扣卡钳分别对应于所述旋扣钳口设置有旋扣开口，所述旋扣接近开关633安装在所述旋扣钳体上并位于所述旋扣钳体的对称中心线上。

参见图14，图14为本发明一实施例的电液控制系统2结构示意图。本实施例的电液控制系统2包括液压泵站、PLC模块21、电磁换向阀23和电液比例流量阀24，所述PLC模块21电连接测量电路22，测量电路22电连接泵站压力传感器25、旋扣接近开关633、接近开关7422、触动开关56和管箍检测机构83，测量电路22用于将泵站压力传感器25、旋扣接近开关633、接近开关7422、触动开关56和管箍检测机构83采集的电压信号转化后传送至PLC模块21，PLC模块21将泵站压力传感器25、旋扣接近开关633、接近开关7422、触动开关56和管箍检测机构83采集的电压信号转化为开关量信号，进而控制电磁换向阀23和电液比例流量阀24的开合。该自动修井设备设置有多组电磁换向阀23，分别使用液压油管连接推送管机械臂7、上卸扣机械臂6、排管装置9和液压吊卡5等，所述电液比例流量阀24连接液压吊卡5举升油缸，用于调节举升油缸14的提升速度。

参见图15及16，图15为本发明一实施例的自动修井方法起管流程图，图16为本发明一实施例的自动修井方法下管流程图。本发明的自动修井方法，采用上述的自动修井设备进行修井维护，包括如下步骤：

步骤S100、获取管箍位置信号，并判断油管是否达到设定位置；

步骤S200、起管时，驱动液压吊卡5抓取并提升位于井口的油管，当判断所述油管到达所述设定位置时，液压吊卡5继续提升所述油管的管箍至设定高度；上卸扣机械臂6移动至上卸扣位置并将所述油管和与其连接的井口油管卸扣分离；推送管机械臂7将分离后的所述油管推送至排管装置9，由所述排管装置9对所述油管进行有序排放；

步骤S300、重复步骤S200直至将所有井内油管取出，起管工作结束；

步骤S400、下管时，所述排管装置9顺序将油管送至所述液压吊卡5抓取位置，所述液压吊卡5抓取并吊运所述油管至所述油管的底端到达所述设定高度；所述推送管机械臂7推送所述油管至所述上卸扣位置；所述上卸扣机械臂6将所述油管与井口油管的管箍上扣连接后，所述液压吊卡5带动所述油管继续下降，通过所述管箍位置信号判断所述油管到达所述设定位置时，所述液压吊卡5带动所述油管继续下降至所述油管的管箍到达所述设定高度；以及

步骤S500、重复步骤S400直至下管工作结束。

参见图2，本发明的自动修井设备在运输状态时，变幅油缸4收缩，井架11折叠摆放于运输车1，上卸扣机械臂6和推送管机械臂7复位至折叠状态，以便运输车1进行转场。在修井前，先根据场地情况设置排管装置9，搭建和安装移管机构92，将移管机构92设于地面，安装完成后使移管导轨923正对油管，以保证每次移管导轨923伸长和上升后可以接住油管底部。在移管机构92安装完成后，将油管架911搭建在移管机构92的两侧，油管架911底部水平放置，上部右侧高于左侧，倾角保持在2-4度范围内，以便于油管利用重力从右侧滚(滑)至左侧，同时不会因倾角过大油管速度过快，冲出油管架911，排管架91安装完成后，移管机构92的送管钩924可以将油管12送入排管架91，同时，在下管时，送管钩924可以从排管架91上勾取油管12。

当排管装置9搭建完成后，使用液压吊卡5协助安装油管检测装置8，即将油管检测装置8通过连接法兰82与防喷器81连接。最后根据场地特点和施工要求，将运输车1停放至最佳位置，将底盘支腿10伸出，变幅油缸4将井架11起升至竖直状态，同时展开修井设备的各功能部件，做好修井准备。

本发明为全自动控制，在修井作业前，需设定满足工作需要的初始状态，然后通过PLC模块21控制各执行部件，实现自动修井。即可根据油管检测装置8、排管装置9和井架11的位置，测量推送管机械臂7抓取目标油管的位置、上卸扣机械臂6的旋扣位置，然后通过操控面板的按键输入目标参数，通过软件计算出上卸扣机械臂6和推送管机械臂7的运动轨迹和行程，实现自动上卸扣和推送管的功能；根据油管12的长度，设定液压吊卡5每次升降的距离，即每次液压吊卡5吊起油管12的高度一致，以保证每次作业，油管12的管箍处于同一位置。

参见图15，本发明起管时，可通过操控面板3设定好修井参数后，使用液压吊卡5吊起一根油管，然后向上提升油管12，同时油管检测装置8的液压卡瓦84松开油管，管箍检测机构83的检测线圈833不断检测检测通道831内的磁场变化，当油管12的管箍经过时，检测通道831内励磁线圈832产生的磁场发生突变，磁场突变会使检测线圈833的输出电压发生变化，当检测模块监测到检测线圈833产生的电压到达设定阀值时，证明管箍此时到达检测装置，然后PLC模块21控制液压吊卡5继续上升至设定的行程并停止提升油管12，此时油管12的管箍位置和上一跟油管12的位置相同。当液压吊卡5停止提升油管12时，上卸扣机械臂6的伸缩液压杆621伸长，将旋扣机构63向管箍方向推进，当旋扣接近开关633检测到旋扣钳631到达油管后，伸缩液压杆621停止推送，此时管箍处于卸扣位置，旋扣钳631开始旋扣将两根油管12分离，油管12分离后，上卸扣机械臂6复位，液压吊卡5继续将油管12提升一段距离后停止，接着推送管机械臂7的大关节臂72伸长，将机械手74推送至油管方向，当机械手74向前运动过程中，接近开关7422检测到油管12卡入油管抓手742后，抓手液压缸7421收缩，使油管抓手742握紧油管12底端，然后推送管机械臂7握住油管12继续向前运动。在推送管机械臂7推管前，移管机构92的移管液压缸928伸长，举升安装架921的同时将移管导轨923向井口推送，如果距离过远，也可配合滑台液压缸925向前推动滑台922，从而将移管导轨923推向井口，等待推送管机械7将油管12底端送至移管导轨923入口。

当推送管机械臂7将油管12底端送至移管导轨923后，液压吊卡5开始向下降，此时油管12沿移管导轨923向下滑动，当油管12滑入移管导轨923后，液压吊卡5松开油管12，油管12在吊卡钳体51的钳口513滑出。然后移管机构92的滑台液压缸925和辅助液压缸920收缩，将移管导轨923复位持平，然后移管液压缸928伸长，将移管导轨923向排管架91方向侧翻，将移管导轨923内的油管12翻入送管钩924，最后通过送管钩924滑入排管架91。油管12在排管架91内不断排列，当排满一层后，可以在排管架91搭建第二层。

完成排管后，液压吊卡5继续下降，当下降到设定行程后，PLC模块21控制推送管机械臂7按照设定行程运动，将机械手74送至设定位置，然后吊卡推手741将液压吊卡5推向油管12外侧，同时辅助液压吊卡5在油管12外侧缓缓向下移动。当液压吊卡5下降至设定行程后，吊卡推手741复位，此时液压吊卡5的钳口513可以卡住油管接箍下侧的油管12，油管12可以触动吊卡钳体51内的触动开关56，使吊卡钳体51抱紧油管12，以便将油管12向上提升，此后的工作过程同上述油管拆卸过程。

参见图16，在下管时，油管架911靠近移管机构92一侧升高到相对于另一侧倾角为负2度至负4度之间时，电动液压缸912停止推送，并保持压力恒定，此时油管12滑动至移管机构92一侧。在下管时，移管液压缸928将移管导轨923侧翻等待接管，然后送管液压缸929控制送管钩924将油管架911的油管12钩取至移管导轨923，移管机构92在完成取管后，移管液压缸928收缩，将移管导轨923摆正。移管导轨923摆正后，滑台液压缸925和辅助液压缸920共同作用将移管导轨923推送至井口方向，等待液压吊卡5接管。

当排管装置9完成送管准备时，PLC模块21控制液压吊卡5开始下降，液压吊卡5的钳口513正对移管导轨923内的油管，当液压吊卡5下降到钳口513接触油管12时，油管12会按压触动开关56，使液压吊卡5抱紧油管12，并开始提升。

当液压吊卡5提升油管12至设定高度时，油管12底端滑动至移管导轨923的入口处，此时推送管机械臂7运动至移管导轨923入口，使油管抓手742握紧油管12，并接送至油管接箍处，等待旋扣连接，然后推送管机械臂7和移管机构92复位。在完成旋扣准备后，上卸扣机械臂6开始工作，将油管12上扣连接。上扣完成后，液压卡瓦84打开，同时液压吊卡5带动油管12继续下降，当管箍检测机构83检测到管箍经过后，PLC模块21发送指令，使液压吊卡5继续下降设定高度，以保证每次下管完成后油管管箍的位置始终处于同一位置。

本发明解决了现有技术修井设备灵活性差、自动化程度低的问题，修井设备自带推送管机械臂、上卸扣机械臂和液压吊卡等，集成化程度高，大大提高了修井设备的灵活性，实现了自动化修井。在修井过程中，无需搭建特定的工作平台，只需要通过操控面板输入设定好的修井参数，修井设备即可自动上卸扣、移管和排管，在减轻工人的劳动强度，提高修井效率的同时，也便于修井设备的转场，并显著提高了施工安全性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动修井设备，其特征在于，包括：

自走式修井车，包括自走式底盘和安装在所述自走式底盘上的电液系统、控制系统和井架，所述井架为折叠式井架，所述井架通过变幅油缸控制折叠或升起，所述变幅油缸分别与所述电液系统和控制系统连接，所述井架上安装有液压吊卡、推送管机械臂和上卸扣机械臂，所述液压吊卡、推送管机械臂和上卸扣机械臂分别与所述电液系统和控制系统连接；

油管检测装置，安装在井口装置上，并与所述控制系统连接，用于检测油管的管箍位置信号并传送给所述控制系统；以及

排管装置，包括排管架和移管机构，所述移管机构对应于所述井口装置设置，所述排管架对应设置在所述移管机构的两侧，所述移管机构分别具有一排管位置和一接送管位置，并通过移管控制机构进行所述排管位置和接送管位置的切换，所述移管控制机构与所述控制系统连接；

其中，所述控制系统根据所述管箍位置信号通过所述电液系统驱动所述液压吊卡、推送管机械臂、上卸扣机械臂和所述移管控制机构协调动作以完成油管的起管或下管。

2.如权利要求1所述的自动修井设备，其特征在于，所述推送管机械臂包括：

升降机构，包括滚柱导轨、滑块和升降液压缸，所述滚柱导轨安装在修井车的井架上，所述滑块和升降液压缸安装在所述滚柱导轨上，所述滑块与所述升降液压缸连接并沿所述滚柱导轨移动；

大关节臂，一端通过第一摆动液压缸与所述滑块连接；

小关节臂，一端通过第二摆动液压缸与所述大关节臂的另一端连接，所述大关节臂和小关节臂相对于所述滚柱导轨分别具有一修井位置和一运载位置；以及

机械手，通过第三摆动液压缸安装在所述小关节臂的另一端，所述机械手包括支座和安装在所述支座上的吊卡推手和油管抓手，所述吊卡推手相对于所述支座分别具有一推出位置和一收回位置，所述油管抓手相对于所述支座分别具有一抓取位置和一放松位置。

3.如权利要求1或2所述的自动修井设备，其特征在于，所述上卸扣机械臂包括：

上卸扣平台，包括摆动机构和升降机构，所述升降机构包括升降液压杆和升降滚柱导轨，所述摆动机构安装在所述升降滚柱导轨上，并与所述升降液压杆连接；

伸缩机构，安装在所述摆动机构上；以及

旋扣机构，包括旋扣钳和背钳，所述背钳安装在所述伸缩机构上，所述旋扣钳设置在所述背钳上方并与所述背钳连接。

4.如权利要求3所述的自动修井设备，其特征在于，所述摆动机构包括摆臂和摆动液压缸，所述摆动液压缸安装在所述升降滚柱导轨的滑块上，所述摆臂的一端与所述摆动液压缸连接；所述伸缩机构包括伸缩臂、伸缩液压杆和伸缩滚柱导轨，所述伸缩臂安装在所述伸缩滚柱导轨上，所述伸缩滚柱导轨安装在所述摆臂上，所述伸缩液压杆的一端与所述摆动液压缸连接，所述伸缩液压杆的另一端与所述伸缩臂连接。

5.如权利要求4所述的自动修井设备，其特征在于，所述旋扣钳包括旋扣钳体和安装在所述旋扣钳体上的驱动轮、从动轮、旋扣颚板、旋扣卡钳和接近开关，所述旋扣颚板的外表面设置有颚齿，所述旋扣颚板的内表面包括顺序连接的多段圆弧面，所述从动轮分别与所述驱动轮和旋扣颚板外表面的颚齿啮合，所述旋扣卡钳安装在所述旋扣钳体上并与所述旋扣颚板的内表面抵接，所述旋扣钳体上设置有旋扣钳口，所述旋扣颚板与旋扣卡钳分别对应于所述旋扣钳口设置有旋扣开口，所述接近开关安装在所述旋扣钳体上并位于所述旋扣钳体的对称中心线上。

6.如权利要求1或2所述的自动修井设备，其特征在于，所述液压吊卡包括：

吊卡钳体，所述吊卡钳体包括本体和连接部，所述本体为中空的圆柱体结构，所述本体的一侧设置有钳口，所述本体上设置有导轨槽，所述本体的圆柱孔内设置有安装凸台，所述安装凸台设置有中心孔和对应于所述钳口的开口，所述开口分别与所述中心孔和所述钳口连通，所述连接部对称设置在所述本体的外圆柱面上；

颚板，设置在所述本体的圆柱孔内并沿所述圆柱孔内表面转动，所述颚板设置有与所述钳口适配的颚板开口，所述颚板的外表面与所述本体的圆柱孔内表面适配，所述颚板的内表面设置有多段圆弧面；

握杆机构，安装在所述安装凸台上并与所述颚板的内表面连接，所述握杆机构对应于所述颚板内表面的多段圆弧面分别具有一复位位置和一握管位置；以及

液压伸缩杆，一端与所述本体的连接部连接，所述液压伸缩杆的另一端通过驱动杆与所述颚板连接，所述驱动杆设置在所述导轨槽内并沿所述导轨槽移动。

7.如权利要求1或2所述的自动修井设备，其特征在于，所述油管检测装置包括：

管箍检测机构，包括检测通道和设置在所述检测通道内的励磁线圈和检测线圈，所述油管穿过所述检测通道并经过所述励磁线圈和检测线圈时产生管箍位置信号，所述检测线圈将所述管箍位置信号传送给所述控制系统；

防喷器，设置在所述管箍检测机构下方，并通过连接法兰与所述检测通道连接；以及

液压卡瓦，设置在所述管箍检测机构上方。

8.如权利要求1或2所述的自动修井设备，其特征在于，所述移管机构包括：

安装架；

滑台，通过连杆机构安装在所述安装架上，所述连杆机构与用于控制所述滑台起升的滑台液压缸连接；

移管导轨，安装在所述滑台上，所述移管导轨底部安装有用于控制所述移管导轨分别向一侧或两侧侧翻的移管液压缸；以及

多个送管钩，分别对应所述移管导轨的翻转位置均匀设置在所述滑台的一侧或两侧，所述送管钩靠近所述滑台的一端通过连接杆铰接在所述安装架上，所述送管钩的另一端设置有管钩，同侧的所述送管钩与送管液压缸连接。

9.如权利要求8所述的自动修井设备，其特征在于，所述排管架包括：

油管架，包括支撑座和安装在所述支撑座上的上支撑管，所述上支撑管的两端分别向上折弯，所述上支撑管相对于水平面倾斜一角度，且所述上支撑管相对于所述支撑座分别具有一排管位置和一上管位置；以及

抬升机构，位于所述支撑座的一端，所述上支撑管的一端支撑在所述抬升机构上，所述抬升机构控制所述上支撑管在所述排管位置和上管位置之间变换。

10.一种自动修井方法，其特征在于，采用上述权利要求1-9中任意一项所述的自动修井设备进行油井维护，包括如下步骤：

S100、获取管箍位置信号，并判断油管是否达到设定位置；

S200、起管时，驱动液压吊卡抓取并提升位于井口的油管，当判断所述油管到达所述设定位置时，液压吊卡继续提升所述油管的管箍至设定高度；上卸扣机械臂移动至上卸扣位置并将所述油管和与其连接的井口油管卸扣分离；推送管机械臂将分离后的所述油管推送至排管装置，由所述排管装置对所述油管进行有序排放；

S300、重复步骤S200直至将所有井内油管取出，起管工作结束；

S400、下管时，所述排管装置顺序将油管送至所述液压吊卡抓取位置，所述液压吊卡抓取并吊运所述油管至所述油管的底端到达所述设定高度；所述推送管机械臂推送所述油管至所述上卸扣位置；所述上卸扣机械臂将所述油管与井口油管的管箍上扣连接后，所述液压吊卡带动所述油管继续下降，通过所述管箍位置信号判断所述油管到达所述设定位置时，所述液压吊卡带动所述油管继续下降至所述油管的管箍到达所述设定高度；以及

S500、重复步骤S400直至下管工作结束。

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