CN112145104B - 一种石油钻井平台自动油管拆装结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油钻井平台技术领域，具体是一种石油钻井平台自动油管拆装结构。包括夹紧固定在井口下方管道上的固定支架，固定支架上安装有可调节高度的支撑台，支撑台顶部焊接有滑道安装架，滑道安装架上固定滑道支架，滑道支架上设置有用于滑台滑动的滑道；还包括结构支架，结构支架上方套接有推拉装置固定架和悬吊装置，推拉装置固定架上安装有可以实现升降的电机控制箱支撑板，电机控制箱支撑板上安装有滑台推拉装置，所述的滑台安装在滑台推拉装置上；所述的悬吊装置上安装有油管拆装控制装置。本发明解决现有技术中管道对接和拆装任务中的自动化问题。

Description

一种石油钻井平台自动油管拆装结构

技术领域

本发明属于石油钻井平台技术领域，具体是一种石油钻井平台自动油管拆装结构。

背景技术

石油钻井任务中，管道的对接下放以及管道的取出拆解是一项重复率极高的工作。这项工作涉及到管道对接，管道旋紧与解旋，管道的升降以及相应的各项安全防护操作。现有的操作方式依赖工人使用卷扬机和托架来提拉管道实现管道升降，人工观察管道是否对准并操作旋扭机夹紧管道对接处进行管道的连接或拆解。这个过程需要大量的人力，仅一个井口的管道拆装就需要至少2名以上工人长时间站立工作，工作强度大、效率低，并伴随着安全风险。而新的对接结构配合成套的自动化控制系统可以大量减少人力成本，提高安全性能。

申请号为CN201821782440.7的中国专利，设计了一种新型管柱对接机构，其将对接机构由吊装对接改为转动对接，同时使用双端转动加快旋紧速度。但是该结构依靠对管具一端的夹持实现旋转，不适用于较长管具。而且横向安装所需空间巨大，不适合在恶劣环境下的油井口上进行安装。

申请号为 CN201710302958.X的中国专利，设计了一套用于海洋石油钻井平台的设备，其安装于井口并对管具进行自动对接以提高效率。但是该结构需要铁钻工始终配合机械自动化的过程，不断进行旋钮作业。降低了自动化过程的效率。

申请号为 CN201910820569.5的中国专利，设计了一套钢管的自动定心对准结构，该结构通过左右两侧固定架自身的相对位置关系来实现管具的对准。但是该结构过分依赖固定架的安装精度，一旦安装出现误差，就无法用于管具对准。过高的安装要求使得本结构无法用于油井管口的复杂环境。

孙玉成.一种管道自动对接装置的结构设计[J].机电工程. 2009.12(26):112-114.中提出了一种管道自动对接装置，该装置通过气缸推动管具的连接，其通过夹具保障连接的可靠性。但该结构仅支持套合式的管具对接，并不适用于需要螺旋连接的管具。无法应用于石油开采管具的连接之中。

申请号为CN201710110455.2的中国专利，提出了一种基于机器视觉的管道姿态检测方法，该方法通过摄像头拍摄来识别检测管具是否对准可操作。在复杂环境下进行的油管对接受油管赃污，恶劣天气等影响，会使得视觉检测准确度下降而难以实现快速的管具连接和拆解作业。

申请号为CN201510695616.X的中国专利，提出了一种通过视频识别管路并进行自动对接的装置，该装置滑台仅靠3个自由度调整管具中心对准情况，移动范围有限并且可夹持的管具较轻。难以用于大型的油井钻井管道的对接中。

申请号为CN201510281285.5的中国专利，给出一种动力鼠洞装置来实现管柱对接，通过上中下三段鼠洞管来缩短竖直操作管具对接时的空间需求。但整个结构自身拆装复杂，不适合需要灵活装卸的大量井口部署。

发明内容

本发明为了解决现有技术中管道对接和拆装任务中的自动化问题，提供一种石油钻井平台自动油管拆装结构。

本发明采取以下技术方案：一种石油钻井平台自动油管拆装结构，包括夹紧固定在井口下方管道上的固定支架，固定支架上安装有可调节高度的支撑台，支撑台顶部焊接有滑道安装架，滑道安装架上固定滑道支架，滑道支架上设置有用于滑台滑动的滑道；还包括结构支架，结构支架上方套接有推拉装置固定架和悬吊装置，推拉装置固定架上安装有可以实现升降的电机控制箱支撑板，电机控制箱支撑板上安装有滑台推拉装置，所述的滑台安装在滑台推拉装置上；所述的悬吊装置上安装有油管拆装控制装置。

进一步的，滑台推拉装置包括安装在电机控制箱支撑板上的电机控制箱、叉架、推板和滑台支架，叉架设置两组，叉架两端分别固定在电机控制箱内的电机和推板上，滑台支架固定在推板上，滑台支架上具有两个用于防止滑台掉落的突起；滑台支架中安装有电磁设备，并通过电信号控制滑台支架吸住或松开滑台；滑台上方有电信号控制开闭的电子锁扣。

进一步的，悬吊装置包括安装在结构支架上的悬吊安装台，悬吊安装台通过转轴与悬臂的一端铰接连接，悬臂的另一端安装有调节挂板，悬臂该端部与悬吊安装台之间连接有锁链，调节挂板上固定油管拆装控制装置。

进一步的，油管拆装控制装置包括与调节挂板固定的支撑板，支撑板上安装有可以旋转调节角度的活动板，活动板上端安装有第二控制盒，第二控制盒上设置有上方夹臂，上方夹臂内侧设置有多个用于辅助支撑上方油管的滚动圆柱轴承；活动板下部固定有可以调节上下位置的L型支撑架，L型支撑架上固定有第一控制盒，第一控制盒上安装有位于上方夹臂下方的中间夹臂和下方夹臂，中间夹臂内侧设置有传送带，下方夹臂内侧设置有菱形突起，所述的上方夹臂、中间夹臂和下方夹臂均设置在井口正上方。

进一步的，上方夹臂包括两个夹臂I，滚动圆柱轴承设置在夹臂I的内侧，其中一个夹臂I通过齿轮轴与第二控制盒内的电机相连，另一个夹臂I通过固定轴固定在夹臂支架上。

进一步的，中间夹臂包括两个夹臂II，夹臂II内侧设置有驱动轴，传送带由驱动轴驱动，夹臂II尾部设置有齿痕III，齿痕III与齿轮I啮合，齿轮I由第一控制盒内的电机驱动。

进一步的，下方夹臂包括两个夹臂III，菱形突起设置在夹臂III内侧，夹臂III尾部设置有齿痕IV，齿痕IV与齿轮II啮合，齿轮II由第一控制盒内的电机驱动。

进一步的，中间夹臂和下方夹臂中间还安装有景深成像设备。

进一步的，支撑台下部设置有齿痕I，支撑台下部插设在固定支架内，固定支架上设置有与齿痕I啮合的旋钮I。

进一步的，固定支架通过卡具夹紧在井口下方的管道上，并通过螺丝固定。

进一步的，滑道通过多块滑道板用螺丝固定在滑道支架上组成。

进一步的，推拉装置固定架上设置有旋钮II，电机控制箱支撑板的一侧设置两根升降柱，升降柱插设在推拉装置固定架预留的孔内，升降柱上设置有齿痕II，齿痕II与旋钮II啮合。

进一步的，L型支撑架通过螺丝调节其在活动板上的安装高度，活动板通过其中轴与支撑板铰接连接，支撑板上设置有旋钮III以及带有齿痕的支撑杆，支撑杆的齿痕与旋钮III啮合，支撑杆一端顶在活动板背面。

与现有技术相比，本发明解决现有技术中管道对接和拆装任务中的自动化问题：现有技术方法中多需要人工配合操作卷扬机和旋钮机并通过人工观察的方式实现管道的连接或拆解，这一过程对工人的技术要求高，劳动强度大。本发明针对这一问题，采用安装在井口的自动对接平台，通过夹持结构控制管具对准、托架辅助校准与托举、旋扭机自动夹持旋紧与解旋来实现管具的自动连接和自动拆解过程。

本发明解决现有技术中管道对接装置针对单一井口的问题：现有技术方法中的多种夹持控制机构都安装固定在同一井口，一旦部署完毕便难以拆装部署在其他井口，而多数井口仅在部分时间需要这些设备辅助。本发明针对这一问题，采用可拆卸的安装在井口的对接平台，配以多个人工调节水平对准旋钮。方便随时将该平台从一个井口拆卸并安装到另一井口，同时保障在不同的井口上，经过调节可以实现相同的自动管具拆装功能。

本发明解决现有技术中管道对接环境要求严格的问题：现有技术方法中的对接精度是需要在稳定和干净的实验环境下实现的，而石油钻井现场环境一般存在大量油污、环境温度较高等恶劣条件。本项目针对这一问题，设计简洁的对接安装结构，避免因油污等引起的对接精度下降和高温引起的传感器失控等问题。同时，本项目结构封闭性强，可以直接进行外部冲洗而不会引起电路问题和精度下降问题。

本发明解决现有技术中设备升级改造困难的问题：现有技术方法中的对接结构一旦设计完成，就仅能完成单一的任务需求，一旦后期需求增加，对现有结构的升级改造就成了最大的困难，通常要针对新需求重新设计制作。本项目针对这一问题，设计模块化的结构方案，将各个功能结构模块化，并通过并联的方式进行安装，以方便后期对于各个模块的更改和升级。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明下部结构示意图；

图3为滑台推拉装置结构示意图；

图4为滑台结构示意图；

图5为本发明上部结构示意图；

图6为油管拆装控制装置结构示意图；

图7为上方夹臂结构示意图；

图8为中间夹臂结构示意图；

图9为下方夹臂结构示意图；

图中0-井口，1-油管，101-螺丝I，102-螺丝II，103-螺丝III，11-固定支架，12-支撑台，13-滑道安装架，14-滑道支架，15-滑道板，16-旋钮I，17-齿痕I，20-电机控制箱，21-叉架，22-推板，23-滑台支架，30-结构支架，31-推拉装置固定架，32-悬吊安装台，33-电机控制箱支撑板，34-旋钮II，35-齿痕II，36-转轴，37-锁链，38-调节挂板，39-悬臂，40-支撑板，410-旋钮III，411-支撑杆，420-活动板，421-中轴，43- L型支撑架，44-第一控制盒，45-景深成像设备，46-第二控制盒，47-滚动圆柱轴承，471-夹臂I，472-齿轮轴，473-固定轴，48-传送带，481-驱动轴，482-齿轮I，483-齿痕III，484-夹臂II，49-菱形突起，491-齿轮II，492-齿痕IV，493-夹臂III，50-滑台，51-电子锁扣。

具体实施方式

根据图1、图2所示，本发明的石油钻井平台自动油管拆装结构的整体结构是通过螺丝I101将固定支架11与卡具10夹紧后固定在井口0下方的管道上；固定支架11上方安装有可调节高度的支撑台12，其是通过转动旋钮16来咬合支撑台上的齿痕17进而调节高度的；支撑台12上方焊接有滑道安装架13，滑道支架14通过螺丝III103固定于安装架13上面，并通过螺丝III103来调节滑道支架与井口的相对位置，保证滑道支架14与井口在同一平面上；将多块滑道板15用螺丝II102固定在滑道支架14上来组成滑道。该固定结构中，固定支架11与卡具10实现滑道高度的粗调，支撑台12实现了滑道高度的微调，螺丝III103的松紧程度实现了滑道高度的精调。通过三层调整，能够保证滑道与井口平齐。

根据图1、图2、图3、图4所示，由滑道板15组成的滑道上方安装有滑台推拉装置，该装置通过在电机控制箱20中连接上下两组叉架21来实现对推板22的推拉动作。其中，叉架21是X型结构，两端分别固定在电机控制箱20内的电机和推板22上面。滑台支架23通过螺丝II102固定在推板22上面；滑台支架23上具有两个突起用于防止滑台50掉落；滑台支架23中安装有电磁设备，并通过电信号控制滑台支架23吸住或松开滑台50；滑台50上方有电子锁扣51，其为圆环状，可以通过电信号控制电子锁扣51的伸出与缩回。

根据图1、图3、图5所示，本发明的滑台推拉装置和悬吊装置都是以模块化方式进行安装的，其均任意拆装、更换在结构支架30上。结构支架30可以固定于其他移动设备上，方便整套石油钻井平台自动油管拆装结构的移动和再部署；结构支架30上焊接了两根圆柱，用于套接不同的操作模块，便于设备后期的升级改造；本发明中，结构支架30上方套接了推拉装置固定架31和悬吊装置；推拉装置固定架31上固定有旋钮34，通过转动旋钮34来咬合齿痕35进而实现电机控制箱支撑板33的升降。电机控制箱支撑板33上面开四个孔104，用于固定电机控制箱20。悬吊安装台32通过三条锁链37牵动悬臂39绕悬臂39末端的转轴36进行转动进而调节挂板38的高度；挂板38通过螺丝102固定在悬臂39上。

根据图1、图5、图6所示，本发明的油管拆装控制主要由三层夹臂结构构成，最上方的夹臂内部是多个滚动圆柱轴承47，其用于辅助支撑上方油管1，并允许上方油管1旋转；而控制上方夹臂松开与夹紧的电机安装在控制盒46中。中间的夹臂内部是传送带48，通过夹臂夹紧使得传送带与上方油管1之间产生摩擦力，带动上方油管1旋转；下层的夹臂内部是大量菱形突起49，其通过夹臂夹紧后，固定下方油管1的管口，确保下方油管1不会旋转。中间夹臂和下方夹臂的控制电机安装在控制盒44中。在中间夹臂和下方夹臂中间还安装有景深成像设备45，用于油管对接部分的定位。控制盒44安装在L型支撑架43上，L型支撑架43通过螺丝103调节其在活动板420上的安装高度。活动板420可以绕其中轴421旋转，进行角度调节；其是通过旋钮410调节支撑杆411露出长度进而改变活动板翘起角度的。整个夹臂结构固定在支撑板40上，而支撑板40固定在悬吊装置的挂板38上。

如图7所示，上方夹臂包括两个夹臂I471，滚动圆柱轴承47设置在夹臂I471的内侧，其中一个夹臂I471通过齿轮轴472与第二控制盒46内的电机相连，另一个夹臂I471通过固定轴473固定在夹臂支架上。当夹臂夹紧油管后，圆柱轴承47可以绕其轴旋转，使得夹紧的油管可以自由转动。

如图8所示，中间夹臂包括两个夹臂II484，夹臂II484内侧设置有驱动轴481，传送带48由驱动轴481驱动，夹臂II484尾部设置有齿痕I483，齿痕I483与齿轮I482啮合，齿轮I482由第一控制盒44内的电机驱动。在夹紧油管后，传送带48与油管产生摩擦，带动油管转动。电机带动齿轮482旋转，进而使得夹臂夹紧与松开。

如图9所示，下方夹臂包括两个夹臂III493，菱形突起49设置在夹臂III493尾部设置有齿痕II492，齿痕II492与齿轮II491啮合，齿轮II491由第一控制盒44内的电机驱动。

本发明结构的完整安装流程如下：

连接固定支架11与卡具10并通过螺丝I101锁紧固定于井口0上，安装滑道支架14到滑道安装架13上，并通过调节螺丝III103来调平滑道支架14，安装滑道板15到滑道支架14上，并通过调节旋钮16使得滑道与井口齐平，确保滑台50可以从滑道上被推倒井口上。将搭载结构支架30的移动设备部署在滑道末端，调节推拉装置固定架31上的旋钮34，将电机控制箱支撑板33调整到与滑道接触。调节悬吊装置上的锁链37，使得挂板38高度在油管对接位置的上方。调节活动板420的角度，使得其与管道垂直。安装L型支撑架43使得下方夹臂正好对准下方管道1的管口。最后调整支撑板40与挂板38的固定距离，保证三层夹臂正好夹住管道1。

本发明结构的完整管道拆卸流程如下：

当管道拆卸时，首先由其他设备通过滑台50吊起油管至待拆解油管口离井口距离大于滑台50的高度，然后电机控制箱20控制叉架21伸展，通过推板22将滑台50推至与油管接触，下放油管并由滑台50上表面卡住油管管口后伸出电子锁扣51，防止油管下坠。之后，由下方夹臂内菱形突起49固定紧下方油管口，上方夹臂内的滚动圆柱轴承47辅助支撑上方油管，中层夹臂内的传送带48带动上方油管旋转进行解旋动作，通过景深成像设备45判断油管是否解旋完成。当解旋完成后，由其他设备将上方油管吊走，之后通过滑台50两侧的吊耳将滑台50与其卡紧的管道一起吊起。最后重复前述过程，进行下一段油管的拆卸。

本发明结构的完整管道安装流程如下：

当管道安装时，首先由其他设备通过滑台50将一根新的油管悬吊在井口待连接的油管上方，然后下方夹臂内菱形突起49固定紧下方油管口，上方夹臂内的滚动圆柱轴承47辅助支撑上方油管，中层夹臂内的传送带48带动上方油管旋转进行旋紧动作，通过景深成像设备45判断油管是否对准以及是否旋紧。当旋紧完成后，打开卡住油管口的滑台50的电子锁扣51，之后打开滑台支架23的电磁设备，将滑台50吸附在滑台支架23上，并通过电机控制箱20控制叉架21收缩，将滑台从油管口下方取走，并由其他设备下放管道至滑台50放置在井口处。最后重复前述过程，进行下一段油管的安装。

Claims (7)

1.一种石油钻井平台自动油管拆装结构，其特征在于：包括夹紧固定在井口（0）下方管道上的固定支架（11），固定支架（11）上安装有可调节高度的支撑台（12），支撑台（12）顶部焊接有滑道安装架（13），滑道安装架（13）上固定滑道支架（14），滑道支架（14）上设置有用于滑台（50）滑动的滑道；

还包括结构支架（30），结构支架（30）上方套接有推拉装置固定架（31）和悬吊装置，推拉装置固定架（31）上安装有可以实现升降的电机控制箱支撑板（33），电机控制箱支撑板（33）上安装有滑台推拉装置，所述的滑台（50）安装在滑台推拉装置上；

所述的悬吊装置上安装有油管拆装控制装置；

所述的滑台推拉装置包括安装在电机控制箱支撑板（33）上的电机控制箱（20）、叉架（21）、推板（22）和滑台支架（23），叉架（21）设置两组，叉架（21）两端分别固定在电机控制箱（20）内的电机和推板（22）上，滑台支架（23）固定在推板（22）上，滑台支架（23）上具有两个用于防止滑台（50）掉落的突起；滑台支架（23）中安装有电磁设备，并通过电信号控制滑台支架（23）吸住或松开滑台（50）；滑台（50）上方有电信号控制开闭的电子锁扣（51）；

所述的悬吊装置包括安装在结构支架（30）上的悬吊安装台（32），悬吊安装台（32）通过转轴（36）与悬臂（39）的一端铰接连接，悬臂（39）的另一端安装有调节挂板（38），悬臂（39）安装有调节挂板（38）的一端端部与悬吊安装台（32）之间连接有锁链（37），调节挂板（38）上固定油管拆装控制装置；

所述的油管拆装控制装置包括与调节挂板（38）固定的支撑板（40），支撑板（40）上安装有可以旋转调节角度的活动板（420），活动板（420）上端安装有第二控制盒（46），第二控制盒（46）上设置有上方夹臂，上方夹臂内侧设置有多个用于辅助支撑上方油管（1）的滚动圆柱轴承（47）；活动板（420）下部固定有可以调节上下位置的L型支撑架（43），L型支撑架（43）上固定有第一控制盒（44），第一控制盒（44）上安装有位于上方夹臂下方的中间夹臂和下方夹臂，中间夹臂内侧设置有传送带（48），下方夹臂内侧设置有菱形突起（49），所述的上方夹臂、中间夹臂和下方夹臂均设置在井口（0）正上方，所述的中间夹臂和下方夹臂中间还安装有景深成像设备（45）。

2.根据权利要求1所述的石油钻井平台自动油管拆装结构，其特征在于：所述的上方夹臂包括两个夹臂I（471），滚动圆柱轴承（47）设置在夹臂I（471）的内侧，其中一个夹臂I（471）通过齿轮轴（472）与第二控制盒（46）内的电机相连，另一个夹臂I（471）通过固定轴（473）固定在夹臂支架上。

3.根据权利要求2所述的石油钻井平台自动油管拆装结构，其特征在于：所述的中间夹臂包括两个夹臂II（484），夹臂II（484）内侧设置有驱动轴（481），传送带（48）由驱动轴（481）驱动，夹臂II（484）尾部设置有齿痕III（483），齿痕III（483）与齿轮I（482）啮合，齿轮I（482）由第一控制盒（44）内的电机驱动。

4.根据权利要求3所述的石油钻井平台自动油管拆装结构，其特征在于：所述的下方夹臂包括两个夹臂III（493），菱形突起（49）设置在夹臂III（493）内侧，夹臂III（493）尾部设置有齿痕IV（492），齿痕IV（492）与齿轮II（491）啮合，齿轮II（491）由第一控制盒（44）内的电机驱动。

5.根据权利要求4所述的石油钻井平台自动油管拆装结构，其特征在于：所述的支撑台（12）下部设置有齿痕I（17），支撑台（12）下部插设在固定支架（11）内，固定支架（11）上设置有与齿痕I（17）啮合的旋钮I（16）。

6.根据权利要求5所述的石油钻井平台自动油管拆装结构，其特征在于：所述的推拉装置固定架（31）上设置有旋钮II（34），电机控制箱支撑板（33）的一侧设置两根升降柱，升降柱插设在推拉装置固定架（31）预留的孔内，升降柱上设置有齿痕II（35），齿痕II（35）与旋钮II（34）啮合。

7.根据权利要求6所述的石油钻井平台自动油管拆装结构，其特征在于：所述的L型支撑架（43）通过螺丝III（103）调节其在活动板（420）上的安装高度，活动板（420）通过其中轴（421）与支撑板（40）铰接连接，支撑板（40）上设置有旋钮III（410）以及带有齿痕的支撑杆（411），支撑杆（411）的齿痕与旋钮III（410）啮合，支撑杆（411）一端顶在活动板（420）背面。

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