CN112267841A - 抽油杆自动定位装置及包括其的修井机 - Google Patents

Abstract

提供一种抽油杆自动定位装置和修井机。抽油杆自动定位装置包括夹持机构(1)和控制装置，并且所述夹持机构包括夹持组件(11)和驱动组件(12)，其中所述夹持组件包括安装架(114)、对置的两滑动支架(111)和分别设置在所述两滑动支架上的两夹持部(113)，所述安装架包括导向部，每个所述滑动支架能沿所述导向部滑动；两夹持部用于对所述抽油杆进行夹持；其中所述驱动组件(12)连接到所述两滑动支架以及所述控制装置，从而所述控制装置控制所述驱动组件以驱动所述两滑动支架运动。该抽油杆自动定位装置通过控制装置自动地实现抽油杆的定位和夹持。避免人工操作，提高作业效率并且利于实现整个修井设备的自动化。

Description

抽油杆自动定位装置及包括其的修井机

技术领域

本发明涉及修井设备的技术领域，尤其涉及一种在修井设备的抽油杆起下作业系统中用于抽油杆的自动定位装置。

背景技术

在现有修井设备中，下放抽油杆时需要将井上的抽油杆和悬持在井下的抽油杆对正，然后使用液压动力钳将两者进行旋转上扣。在该过程中，通过游车大钩夹持抽油杆并移动到井口处与井下抽油杆对准。而由于游车大钩的悬吊点与井口的中心有一定的偏差，悬持在井口的抽油杆不能对正井口中心，以及游车大钩和抽油杆的晃动等一系列因素，仅仅靠重力下放抽油杆无法实现该抽油杆与井下抽油杆的准确对接。因此现有技术中通常由工人拉动抽油杆以进行对准。这种方式的自动化程度低且作业效率低，同时现场作业环境具有一定风险，影响油田作业的安全性。

因此，如何在抽油杆的下放过程中对抽油杆实现自动扶杆、与井下抽油杆的自动定位和对准，以减少人工作业，便于实现修井设备的自动化，是本领域亟待解决的问题。

进一步地，快速高效地且准确可靠地实现抽油杆的自动定位也是本领域的技术研发趋势。

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面以及/或者其它技术问题。

发明内容

本发明提供一种抽油杆自动定位装置，所述抽油杆自动定位装置包括夹持机构和控制装置，并且所述夹持机构包括夹持组件和驱动组件，其中所述夹持组件包括安装架、对置的两滑动支架和分别设置在所述两滑动支架上的两夹持部，所述安装架包括导向部，每个所述滑动支架能沿所述导向部滑动；两夹持部用于对所述抽油杆进行夹持；其中所述驱动组件连接到所述两滑动支架以及所述控制装置，从而所述控制装置控制所述驱动组件以驱动所述两滑动支架滑动。

根据本发明的一种示例，所述抽油杆自动定位装置还包括引导机构，所述引导机构包括壳体、可枢转地设置在所述壳体中的两拨爪、两导向件以及两个销，其中壳体固定到所述安装架上，并且所述壳体在邻近所述夹持机构的一侧的第一壳体壁上形成有两弧形槽；两导向件内分别形成有导向槽并分别固定连接到所述两滑动支架；两个销分别设置在两拨爪上，并延伸通过所述弧形槽到达所述导向槽中，其中每个所述销的尺寸与所述导向槽的尺寸相适配，以在滑动支架移动时在所述导向槽内滑动，进而带动两拨爪的合拢和打开。

根据本发明的一种示例，所述导向槽为L形槽，所述L形槽包括相互垂直的第一导向段和第二导向段，其中所述第一导向段垂直于所述滑动支架的滑动方向。

根据本发明的一种示例，所述壳体还包括与所述第一壳体壁相对的第二壳体壁，在所述第一壳体壁和第二壳体壁上均形成有基本上V形的开口。

根据本发明的一种示例，所述引导机构有两个，分别设置在所述夹持机构的上下两侧。

根据本发明的一种示例，所述导向部包括两个对称的半部，每个半部分别与一个滑动支架对应，其中每个所述半部上均设置有对置的两个滑动导槽，相应地每个所述滑动支架均包括两个滑块以分别在两个滑动导槽中滑动。

根据本发明的一种示例，每个夹持部包括并列设置的两个能转动的夹持辊，两个夹持部的四个夹持辊共同夹持所述抽油杆。

根据本发明的一种示例，所述驱动组件包括连接到所述控制装置的第一动力缸以及与第一动力缸的输出轴相连接的两组连杆组件，其中两组连杆组件分别与所述两滑动支架连接。

根据本发明的一种示例，所述抽油杆自动定位装置还包括升降机构，所述升降机构包括立柱、升降支座以及驱动器，所述立柱上形成有导轨；升降支座用于承载所述夹持机构并能够在所述导轨上滑动；驱动器连接到所述控制装置和所述升降支座。

根据本发明的一种示例，所述抽油杆自动定位装置还包括水平进给机构，该水平进给机构包括连接到控制装置的第二动力缸、第一可移动支座、第二可移动支座以及传动机构，其中第二动力缸的一端连接到升降支座上，并且第二动力缸的另一端连接到第一可移动支座上；其中第二可移动支座用于承载夹持机构。其中该传动机构包括两平行的第一连杆和两平行的第二连杆，其中每个第一连杆的两端分别可枢转地连接到升降支座和第一可移动支座，并且每个第二连杆的两端分别可枢转地连接到第一可移动支座和第二可移动支座，其中相邻近的第一连杆和第二连杆的连接到第一可移动支座的端部均设置有齿部，两齿部相互啮合以带动第二可移动支座移动。

根据本发明的一种示例，所述传动机构有两组，两组所述传动机构横向于所述第二可移动支座的移动方向地并列地设置在所述第一可移动支座的两侧。

本发明还提供一种修井机，其包括上述各方案中所描述的抽油杆自动定位装置。

在上述各示例性的技术方案的抽油杆定位装置和修井机中，通过控制装置控制驱动组件，自动地对夹持组件的两滑动支架进行驱动从而实现对抽油杆的自动的夹持和定位。避免了人工操作，提高作业效率并且利于实现整个修井设备的自动化。并且，该定位装置通过引导机构将抽油杆快速拨动到夹持机构的工作区域，能够高效地实现抽油杆的自动定位。进一步地，通过将引导机构与夹持机构联动，两者由同一驱动组件驱动进行动作，以简单的机构快速高效地实现了抽油杆的夹持和定位。更进一步地，引导机构的壳体上V形的开口的设置实现抽油杆的扶正以及导向。安装架包括上下并列设置的滑动导槽以容纳上下的滑块的设置方式利于滑动支架及其上的夹持部的更稳定的滑动运行。而且，夹持部包括四个能转动的夹持辊的结构使得可对不同杆径的抽油杆进行定位，并且降低抽油杆旋转时夹持部对于抽油杆的损害。

附图说明

参考下列的详细说明和附图，本发明的实施例的特点和优势将变得显而易见，其中：

图1示出根据本发明的一个示例性的实施例的抽油杆自动定位装置的立体示意图；

图2示出图1所示的抽油杆自动定位装置的另一角度的立体示意图；

图3示出图1所示的抽油杆自动定位装置的再一角度的立体示意图；

图4示出图1所示的抽油杆自动定位装置的夹持机构和引导机构的立体示意图；

图5示出图1所示的抽油杆自动定位装置的夹持机构的俯视图；

图6示出图4所示的夹持机构和引导机构的另一角度的立体示意图；

图7示出图4所示的夹持机构和引导机构的主视示意图；

图8示出沿图7中的线A-A截取所得的剖视图；

图9示出图1所示的抽油杆自动定位装置的水平进给机构的立体示意图；以及

图10示出图1所示的抽油杆自动定位装置的升降机构的立体示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，为简化附图，公知的结构和装置未以图示的方式体现。

如图1-8所示，作为本发明的一个示例性的实施例，本发明的抽油杆自动定位装置包括夹持机构1和控制装置。并且所述夹持机构1包括夹持组件11和驱动组件12。其中所述夹持组件11包括安装架114、对置的两滑动支架111以及分别设置在所述两滑动支架111上的两夹持部113。其中安装架114包括导向部，导向部中作为示例形成有滑动导槽1141。每个滑动支架111的至少一部分能在滑动导槽1141中滑动。两夹持部113用于对抽油杆进行夹持。其中驱动组件12连接到两滑动支架111以及控制装置，从而控制装置控制驱动组件12以驱动两滑动支架111运动。

在上述示例的抽油杆定位装置中，由于其包括控制装置以及驱动组件12，能够实现自动地对夹持组件的两滑动支架进行驱动，从而实现对抽油杆的自动的夹持和定位。相对于传统的人工定位抽油杆而言，提高了作业效率。进一步地，由于抽油杆的特殊形状和易于变形等性能，现有的修井技术中对抽油杆的操作基本采用人工方式进行，对抽油杆的自动化操作成为修井机整机自动化进程的一个瓶颈。而本发明的抽油杆自动定位装置对于实现抽油杆作业的自动化以及整个修井机的自动化具有重要的推进意义。

示例性地，如图4-8所示，抽油杆自动定位装置还包括引导机构2，引导机构2包括固定到安装架114上的壳体21、可枢转地设置在壳体21中的两拨爪23、两导向件24以及两个销25，其中壳体21在邻近夹持机构1的一侧的第一壳体壁26上形成有两弧形槽22；两导向件24分别固定连接到两滑动支架111并且在两导向件内分别形成有导向槽241；两个销25分别设置在两拨爪23上，并延伸通过弧形槽22到达导向槽241中，其中每个销25的尺寸与导向槽的尺寸相适配，以在滑动支架111移动时在导向槽241内滑动，进而带动两拨爪23的合拢和打开。

在该示例性的实施例中，由于两导向件24分别固定连接到两滑动支架111，因此当两滑动支架111在驱动组件12的驱动下做滑动运动时，其带动导向件24运动，而导向件24通过其内的销25带动拨爪23的转动，拨爪拨动抽油杆，朝向夹持组件的夹持部113的工作区域运动，实现对抽油杆的引导以及粗定位。采用该引导机构将抽油杆快速拨动到夹持机构的工作区域，能够快速高效地实现抽油杆的自动定位过程。

示例性地，如图6、8所示，导向件24中的导向槽241为L形槽，L形槽包括相互垂直的第一导向段2411和第二导向段2412，其中第一导向段2411垂直于滑动支架111的滑动方向。

在该示例中，在两滑动支架111由于驱动组件12的带动而向内(朝向彼此)运动的过程中，当销25处于L形导向件24的第一导向段2411时，两拨爪23在销25的带动下分别在合拢方向上枢转，以将抽油杆朝向夹持组件11的两夹持部113的方向拨动。同时，销25沿着第一导向段2411朝L形槽的第二导向段2412移动。如图8所示，当销25移动到第二导向段2412中时，两拨爪23由于第二导向段2412的槽壁对销25的约束而停止枢转，而两滑动支架111仍在驱动组件12的驱动下朝向彼此继续进给，直到两夹持部113抱紧抽油杆。因此，在该具有L形槽的导向件24的引导下，引导机构首先拨动抽油杆，进行抽油杆的粗定位，使抽油杆位于夹紧机构的工作范围之内，之后由夹持部113实现抽油杆的夹紧。而且在该示例中，通过将引导机构与夹持机构联动，两者由同一驱动组件驱动进行动作，以简单的机构快速高效地实现了抽油杆的夹持和定位。在第二导向段2412中，两拨爪23不再继续运动，避免了在对夹持住的抽油杆进行旋拧上扣时拨爪23干涉抽油杆的转动。

进一步地，如图4、6、8所示，壳体21还包括与第一壳体壁26相对的第二壳体壁27，在第一壳体壁26和第二壳体壁27上均形成有基本上V形的开口211。该V形的开口211也能起到对于抽油杆的扶正以及导向的作用，便于将抽油杆引导向夹持装置的夹持部113。

优选地，如图1-3、4和6所示，引导机构2有两个，分别设置在夹持机构1的上下两侧。该结构的抽油杆自动定位装置结构更稳定，能够更稳定地且更可靠地对抽油杆进行引导和粗定位。

示例性地，如图4-7中所示出的，夹持组件11的安装架114中的用于滑动支架111的导向部包括两个对称的半部(在图6中示出为左右各一个)，每个半部分别与一个滑动支架111对应，其中每个半部上均设置有对置的两个滑动导槽1141(在图6中示出为上下两个)，相应地每个滑动支架111均包括两个滑块1111(在图6中示出为上下两个)以分别在两个滑动导槽1141中滑动。采用该示例中的上下两对置的滑块1111在两对置的滑动导槽1141中滑动的形式，实现了对于滑动支架111的更牢固的支撑并有利于滑动支架的更稳定的滑动。

如图5所示，每个夹持部113包括并列设置的两个能转动的夹持辊，两个夹持部的四个夹持辊共同夹持抽油杆。在该示例中，并列设置的两个夹持辊形成大致V形的空间，两个夹持部的四个夹持辊形成的两个基本上V形的空间共同容纳和夹紧抽油杆，由于夹持部能够在左右方向上随着滑动支架111的移动而调整，因此可对不同杆径的抽油杆进行定位。在之后对井上抽油杆和悬持的井下抽油杆进行旋拧上扣时，两组夹持辊抱紧抽油杆杆体实现扶正对准，同时可转动的夹持辊的设计又能够减小对抽油杆的摩擦力，降低抽油杆旋转时夹持装置对于抽油杆的损害。

如图4、5所示，作为示例，驱动组件12包括连接到控制装置的第一动力缸121和与第一动力缸121的输出轴相连接的两组连杆组件122，其中两组连杆组件122分别与两滑动支架111连接，以便在第一动力缸121的输出轴作往复运动时相应地带动两滑动支架111朝向或远离彼此滑动。该动力缸121例如可为液压缸或气缸，并可以例如通过法兰连接到安装架114上，如图4、5所示。

作为本发明的一个示例性的实施例，如图1-3、10所示，本发明的抽油杆自动定位装置还可包括升降机构4。该升降机构包括立柱41、升降支座42以及驱动器(未示出，例如可为设置在立柱41中的动力缸)。该立柱41上形成有导轨43。升降支座42能够在导轨43上滑动，并且升降支座上承载有夹持机构1(以及引导机构2和下文将描述的水平进给机构3，如果存在的话)。驱动器连接到控制装置和升降支座42，以在控制装置的控制下驱动所述升降支座42运动。该升降机构4在夹持机构1夹持定位抽油杆后驱动升降支座42向下移动以完成与井下抽油杆对接，并根据需要完成该自动定位装置的其他升降动作。

为了实现在不需要对抽油杆扶杆和定位时将抽油杆定位装置缩回，从而为其他修井作业装置的工作让出空间，本发明的抽油杆自动定位装置还包括水平进给机构3。如图1-3、9所示，该水平进给机构包括连接到控制装置的第二动力缸31、第一可移动支座32、第二可移动支座33以及传动机构，其中第二动力缸31的一端连接到升降支座42上，并且第二动力缸31的另一端连接到第一可移动支座32上；其中第二可移动支座33用于承载夹持机构1(以及引导机构2，如果存在的话)。其中该传动机构包括两平行的第一连杆331和两平行的第二连杆332，其中每个第一连杆331的两端分别可枢转地连接到升降支座42和第一可移动支座32，并且每个第二连杆332的两端分别可枢转地连接到第一可移动支座32和第二可移动支座33，其中相邻近的第一连杆331和第二连杆332的连接到第一可移动支座32的端部均设置有齿部333(在图9中仅示出一对齿部)，两齿部333相互啮合以带动第二可移动支座33移动。

在该示例中，如图9所示，第一连杆331的齿部333可与第一连杆331形成为一体，或是例如通过焊接固定连接到第一连杆331的端部上。该齿部的枢转支点即为第一连杆331的枢转支点。例如齿部333可形成在第一连杆331的枢转支架3311的内侧支架的端部上。第二连杆332的齿部333可与第二连杆332形成为一体，或是例如通过焊接固定连接到第二连杆的端部上。该齿部的枢转支点即为第二连杆332的枢转支点。例如齿部333可形成在第二连杆332的枢转支架3321的内侧支架的端部上。在第二动力缸31的驱动杆伸出时，第一可移动支座32运动并且两齿部333相互啮合地转动(在图9中第一连杆331的齿部333顺时针转动而第二连杆332的齿部333逆时针转动)，从而驱动第一连杆和第二连杆的转动以及第二可移动支座33的移动。在控制装置的控制下通过第二动力缸31使得夹持机构达到所需的位置。在完成对抽油杆的夹持定位之后，夹持机构1松开抽油杆并且水平进给机构反向动作以缩回。具有该结构的水平进给机构实现了在较大行程的水平位移的情况下方便的伸缩移位。

优选地，如图9所示，水平进给机构的传动机构有两组，两组传动机构在基本上横向于第二可移动支座33的移动方向的方向上并列地设置在第一可移动支座32的两侧，由此实现更稳定的水平进给机构和更平稳的水平进给运动。

在上述各示例性的方案中，抽油杆自动定位装置可模拟人工完成抽油杆下放作业中抽油杆的扶杆、夹持和对接的工作。其中的引导机构对抽油杆进行粗定位或预定位，将抽油杆引导向夹持机构，之后夹持机构对抽油杆进行夹紧和精确定位。水平进给机构可实现该装置前端结构例如夹持机构和引导机构的水平进退。在不需要该定位装置工作时该水平进给机构可缩回以退回到待机位置，为其他井口装置让出空间。该装置作为自动化修井作业的辅助工具，可替代人工完成抽油杆的定位和对接工作，在自动化修井作业中发挥关键的作用。

本发明还提供一种修井机，其包括上述各方案中所描述的抽油杆自动定位装置。该修井机由此具有了上述各示例中所描述的抽油杆自动定位装置的优点，并且自动化程度高，更有益于实现整个修井机的自动化，即有益于实现不依靠井口操作人员而只需要操作控制系统来进行操作的自动化。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (12)

1.一种抽油杆自动定位装置，其特征在于，所述抽油杆自动定位装置包括夹持机构(1)和控制装置，并且所述夹持机构(1)包括夹持组件(11)和驱动组件(12)，其中所述夹持组件(11)包括：

安装架(114)，所述安装架(114)包括导向部；

对置的两滑动支架(111)，每个所述滑动支架(111)能沿所述导向部滑动；以及

分别设置在所述两滑动支架(111)上的两夹持部(113)，用于对所述抽油杆进行夹持；

其中所述驱动组件(12)连接到所述两滑动支架(111)以及所述控制装置，从而所述控制装置控制所述驱动组件(12)以驱动所述两滑动支架(111)滑动。

2.根据权利要求1所述的抽油杆自动定位装置，其特征在于，所述抽油杆自动定位装置还包括引导机构(2)，所述引导机构(2)包括：

壳体(21)，固定到所述安装架(114)上，并且所述壳体(21)在邻近所述夹持机构(1)的一侧的第一壳体壁(26)上形成有两弧形槽(22)；

可枢转地设置在所述壳体(21)中的两拨爪(23)；

两导向件(24)，其内分别形成有导向槽(241)并分别固定连接到所述两滑动支架(111)；

两个销(25)，分别设置在两拨爪(23)上，并延伸通过所述弧形槽(22)到达所述导向槽(241)中，其中每个所述销(25)的尺寸与所述导向槽的尺寸相适配，以在滑动支架(111)移动时在所述导向槽(241)内滑动，进而带动两拨爪(23)的合拢和打开。

3.根据权利要求2所述的抽油杆自动定位装置，其特征在于，所述导向槽为L形槽，所述L形槽包括相互垂直的第一导向段和第二导向段，其中所述第一导向段垂直于所述滑动支架(111)的滑动方向。

4.根据权利要求2所述的抽油杆自动定位装置，其特征在于，所述壳体(21)还包括与所述第一壳体壁(26)相对的第二壳体壁(27)，在所述第一壳体壁(26)和第二壳体壁(27)上均形成有基本上V形的开口(211)。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的抽油杆自动定位装置，其特征在于，所述引导机构(2)有两个，分别设置在所述夹持机构(1)的上下两侧。

6.根据权利要求1所述的抽油杆自动定位装置，其特征在于，所述导向部包括两个对称的半部，每个半部分别与一个滑动支架(111)对应，其中每个所述半部上均设置有对置的两个滑动导槽(1141)，相应地每个所述滑动支架(111)均包括分别在两个滑动导槽(1141)中滑动的两个滑块(1111)。

7.根据权利要求1所述的抽油杆自动定位装置，其特征在于，

每个夹持部(113)包括并列设置的两个能转动的夹持辊，两个夹持部的四个夹持辊共同夹持所述抽油杆。

8.根据权利要求1所述的抽油杆自动定位装置，其特征在于，

所述驱动组件(12)包括：

第一动力缸(121)，连接到所述控制装置；

与第一动力缸(121)的输出轴相连接的两组连杆组件，其中两组连杆组件分别与所述两滑动支架(111)连接。

9.根据权利要求1所述的抽油杆自动定位装置，其特征在于，

所述抽油杆自动定位装置还包括升降机构(4)，所述升降机构(4)包括：

立柱(41)，所述立柱(41)上形成有导轨(43)；

升降支座(42)，用于承载所述夹持机构(1)并能够在所述导轨(43)上滑动；以及

驱动器，连接到所述控制装置和所述升降支座(42)。

10.根据权利要求9所述的抽油杆自动定位装置，其特征在于，所述抽油杆自动定位装置还包括水平进给机构(3)，所述水平进给机构包括：

第二动力缸(31)，连接到所述控制装置；

第一可移动支座(32)，所述第二动力缸(31)的一端连接到所述升降支座(42)上，并且所述第二动力缸(31)的另一端连接到所述第一可移动支座(32)上；

第二可移动支座(33)，用于承载所述夹持机构(1)；以及

传动机构，所述传动机构包括：

两平行的第一连杆(331)，每个所述第一连杆(331)的两端分别可枢转地连接到所述升降支座(42)和所述第一可移动支座(32)；以及

两平行的第二连杆(332)，每个所述第二连杆(332)的两端分别可枢转地连接到所述第一可移动支座(32)和所述第二可移动支座(33)，其中相邻近的第一连杆(331)和第二连杆(332)的连接到所述第一可移动支座(32)的端部均设置有齿部，两齿部相互啮合以使得第一连杆的枢转带动第二连杆枢转并进而带动所述第二可移动支座(33)移动。

11.根据权利要求10所述的抽油杆自动定位装置，其特征在于，所述传动机构有两组，两组所述传动机构横向于所述第二可移动支座(33)的移动方向地并列地设置在所述第一可移动支座的两侧。

12.一种修井机，其特征在于，包括权利要求1-11中任一项所述的抽油杆自动定位装置。

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