CN112796685A - 一种油田修井作业自动排管装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田钻井机械设备技术领域，具体地讲是一种油田修井作业自动排管装置，包括由钻杆盒排列而成的排管区，用于运输钻管的行走机构，以及设置在行走机构上用于夹持钻管的夹持机构，设置在排管区上方支持行走机构沿排管区宽度方向往复运动的可活动的轨道，设置在排管区与猫道之间的用于调节钻杆位置的滚轮机构，本发明可以根据钻杆数量设计排管区，避免了时常停工增加钻杆的问题；可以根据钻杆直径尺寸、规格型号设计排管区内管柱卡槽的大小，以满足不同直径规格的钻杆实用；设计了活动拼接的活动轨道，可以延长了轨道长度，满足行走机构的行车行程，滚轮机构满足前后调节钻杆位置的需求；测长机构满足测量钻杆长度的需求，防止下错钻杆。

Description

一种油田修井作业自动排管装置

技术领域

本发明涉及油田钻井机械设备技术领域，具体地讲是一种油田修井作业自动排管装置。

背景技术

油田在进行大修作业时，需要人工在管排上完成钻杆的排布。下钻时需将管排上的钻杆推至猫道一侧猫道，并且需要人工测量钻杆长度，甩钻时需将猫道甩出的钻杆依次排放在管排上，运输时还需要用钢丝绳捆绑钻杆吊装，此过程都是由人工完成，不仅劳动强度大，并且存在安全隐患。

现有专利CN206545489U公开了一种猫道机及接送设备，是在猫道上设计了行走机构，用于抓取钻杆并将其放置在猫道上，而猫道是一种临时施工便道，狭长且强度不高，在具体施工中是无法设置占地面积很大的猫道，故将钻杆放置在猫道上只是一种临时的方法，并且可放置的钻管数量并不多，和具体使用的钻杆相比聊胜于无，在具体实施中，还需要给猫道补充钻管，打断施工节奏，而且该设备忽略了钻杆的长度、方向位置等因素，一旦在一次施工中需要不同长度的钻杆，该专利将无法分辨钻杆长度，导致上错钻杆。

为此设计一种油田修井作业中可以判断钻杆长度、位置角度、并且承载大量钻杆且不会影响施工的自动排管装置是十分有必要的。

发明内容

本发明突破了现有技术的难题，设计了一种油田修井作业中可以判断钻杆长度、位置角度、并且承载大量钻杆且不会影响施工的自动排管装置。

为了达到上述目的，本发明设计了一种油田修井作业自动排管装置，其特征在于：包括：

由钻杆盒排列而成的排管区，在实施中可以根据所需要的钻杆的数量选择钻杆盒的数量，并将钻杆盒相互利用连接件连接在一起形成一个排管区，而由于钻杆盒的数量可以根据钻杆数量改变从而使得排管区的占地面积也可随之改变，避免了排管区中钻杆数量不足，需要频繁停工补充钻杆的问题；

用于运输钻管的行走机构，以及设置在行走机构上用于夹持钻管的夹持机构，设置在排管区上方支持行走机构沿排管区宽度方向往复运动的可活动的轨道；

设置在排管区与猫道之间的用于调节钻杆位置的滚轮机构。

需要特别注意的是，本发明设置在排管区上方的轨道是可以活动拼接的，以加长行走机构的移动行程。

进一步的，所述钻杆盒包括框架、管柱卡柱，所述框架由底架以及固定在底架四周的围栏组成，在左右两侧的围栏外侧面固定有连接部件，若干个钻杆盒利用连接部件连接在一起后形成排管区，在左右两侧的围栏上方设有轨道铰接件，用于和轨道相连接；所述框架内部设有若干管柱卡柱，所述管柱卡柱垂直固定在底架上，每对相邻的管柱卡柱之间形成一个管柱卡槽，每个管柱卡槽代表一个抓管层，抓取的钻杆在排列时就放置在管柱卡槽中。

特殊的，本发明中相邻的管柱卡柱之间的距离是可以改变的，当需要放置的钻杆直径较粗时就将距离扩大，当需要放置的钻杆直径较细时就将距离缩小，以满足不同直径的钻杆的使用。

而且这种管柱卡柱之间的距离可改变这一特性并不限制在一个钻杆盒中，即在同一个钻杆盒中可以同时出现宽距离管柱卡槽与窄距离管柱卡槽。

进一步的，所述轨道分为固定轨道与活动轨道，所述固定轨道固定在钻杆盒框架的左右两侧围栏的上表面，所述固定轨道的一端的端面与框架边缘齐平，所述固定轨道的另一端则与所述轨道铰接件的一侧相连，所述轨道铰接件的另一侧则与活动轨道相连。

进一步的，所述活动轨道的一端的侧面设有框架铰接件，框架铰接件与轨道铰接件相互铰接，使得活动轨道的一端连接在钻杆盒的框架上，而活动轨道的另一端为自由端，由于铰接为可活动式连接，使得活动轨道可以铰接位置为中心在水平面上旋转运动，用以与固定轨道拼接以增长轨道长度，加长行走机构的移动行程。

进一步的，所述行走机构包括滑车框架、滑车滚轮、驱动器，所述滑车框架的两端分别利用连接板固定滑车滚轮与驱动器。

进一步的，所述夹持机构包括升降导轨、升降缸、升降连接板、固定连接块，所述固定连接块连接固定在滑车框架上，所述升降导轨的一端贯穿固定连接块的内部与升降连接板的上表面相固定，所述固定连接块一侧的外壁利用安装板与升降缸的缸体的底端相连接，升降缸的活塞杆的底端也与所述升降连接板的上表面固定，使得升降缸可以驱动升降连接板沿升降导轨进行升降运动；

所述升降连接板的下表面利用固定板与夹爪机构相连，从而带动夹爪机构一起进行升降运动。

进一步的，所述夹爪机构包括夹爪基体、驱动气缸、卡管爪、驱动件，所述夹爪基体上方固定有驱动气缸，夹爪基体内部设有卡管爪，卡管爪与驱动件相连，驱动件则设置在夹爪基体上方并与驱动气缸相连，使得驱动气缸利用驱动件带动卡管爪进行开合运动。

进一步的，所述滚轮机构包括支柱、安装架、滚轮、液压马达，所述支柱的底端与排管区靠近猫道位置的钻杆盒的框架底架相连接，所述支柱的顶端与安装架相固定，所述安装架上固定有滚轮，所述滚轮的一端则与液压马达相连接，使得液压马达可以驱动滚轮滚动。

进一步的，本发明的排管装置还包括设置在排管区的测长机构，所述测长机构包括测长连接管、测长液缸，所述测长连接管分为外管与内管，内管可在外管中滑动，所述测长液缸的缸体固定在外管外壁上，测长液缸的活塞杆的外伸端则固定在内管外壁靠近端部的位置，所述内管外壁靠近端部的位置还设有限位部件，所述限位部件内部嵌设有传感器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)可以根据钻杆数量设计排管区，避免了时常停工增加钻杆的问题；

(2)可以根据钻杆直径尺寸、规格型号设计排管区内管柱卡槽的大小，以满足不同直径规格的钻杆实用；

(3)设计了活动拼接的活动轨道，当不需要使用时，活动轨道呈水平状态折叠放置在框架的长边上，此时行走机构则在固定轨道上移动；当增加钻杆盒后，固定轨道长度不够支持行走机构的行程，此时将活动轨道在水平面上旋转90°使其呈竖直伸长状态，并令其固定端与固定轨道拼接在一起，从而延长了轨道长度，满足行走机构的行车行程；

(4)在猫道与本发明的排管区之间设计了滚轮机构，满足前后调节钻杆位置的需求；

(5)设计了测长机构，满足测量钻杆长度的需求，防止下错钻杆。

附图说明

图1为一具体实施例中一种油田修井作业自动排管装置的结构示意图。

图2为一具体实施例中一种油田修井作业自动排管装置中钻杆盒的结构示意图。

图3为一具体实施例中一种油田修井作业自动排管装置中行走机构的结构示意图。

图4为一具体实施例中一种油田修井作业自动排管装置中轨道与钻杆盒的连接示意图。

图5为一具体实施例中一种油田修井作业自动排管装置中升降机构的结构示意图。

图6为一具体实施例中一种油田修井作业自动排管装置中夹爪机构的结构示意图。

图7为一具体实施例中一种油田修井作业自动排管装置中滚轮机构的结构示意图。

图8为一具体实施例中一种油田修井作业自动排管装置中测长机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述，但不作为对本发明的限定。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

参见图1，在具体实施例中设计了一种油田修井作业自动排管装置，包括：由钻杆盒1排列而成的排管区7，在实施中可以根据所需要的钻杆的数量选择钻杆盒1的数量，并将钻杆盒1相互利用连接件连接在一起形成一个排管区7，而由于钻杆盒1的数量可以根据钻杆数量改变从而使得排管区7的占地面积也可随之改变，避免了排管区7中钻杆数量不足，需要频繁停工补充钻杆的问题。

优选的，参见图2，钻杆盒1包括框架1-1、管柱卡柱1-2，所述框架1-1由底架以及固定在底架四周的围栏组成，在左右两侧的围栏外侧面固定有连接部件1-3，若干个钻杆盒1利用连接部件1-3连接在一起后形成排管区7，在左右两侧的围栏上方设有轨道铰接件1-4，用于和轨道3相连接；所述框架1-1内部设有若干管柱卡柱1-2，所述管柱卡柱1-2垂直固定在底架上，每对相邻的管柱卡柱之间形成一个管柱卡槽，每个管柱卡槽代表一个抓管层，抓取的钻杆在排列时就放置在管柱卡槽中。

特殊的，本发明中相邻的管柱卡柱之间的距离是可以改变的，当需要放置的钻杆直径较粗时就将距离扩大，当需要放置的钻杆直径较细时就将距离缩小，以满足不同直径的钻杆的使用。

而且这种管柱卡柱之间的距离可改变这一特性并不限制在一个钻杆盒中，即在同一个钻杆盒中可以同时出现宽距离管柱卡槽与窄距离管柱卡槽。

参见图3，本发明还包括用于运输钻管的行走机构2，所述行走机构2包括滑车框架2-1、滑车滚轮2-2、驱动器2-3，所述滑车框架2-1的两端分别利用连接板固定滑车滚轮2-2与驱动器2-3，在所述行走机构2上设置有用于夹持钻管的夹持机构4，参见图5，所述夹持机构4包括升降导轨4-1、升降缸4-2、升降连接板4-3、固定连接块4-4，所述固定连接块4-4连接固定在滑车框架2-1上，所述升降导轨4-1的一端贯穿固定连接块4-4的内部与升降连接板4-3的上表面相固定，所述固定连接块4-4一侧的外壁利用安装板与升降缸4-2的缸体的底端相连接，升降缸4-2的活塞杆的底端也与所述升降连接板4-3的上表面固定，使得升降缸4-2可以驱动升降连接板4-3沿升降导轨4-1进行升降运动，所述升降连接板4-3的下表面利用固定板与夹爪机构9相连。

优选的，参见图6，所述夹爪机构9包括夹爪基体9-1、驱动气缸9-2、卡管爪9-3、驱动件9-4，所述夹爪基体9-1上方固定有驱动气缸9-2，夹爪基体9-1内部设有卡管爪9-3，卡管爪9-3与驱动件9-4相连，驱动件9-4则设置在夹爪基体9-1上方并与驱动气缸9-2相连，使得驱动气缸9-2利用驱动件9-4带动卡管爪9-3进行开合运动。

在排管区7上方还设置有支持行走机构2沿排管区7宽度方向往复运动的可活动拼接的轨道3。

而本发明的特点之一就在于可活动拼接的轨道3，参见图4，具体地将是将轨道3分为固定轨道3-1与活动轨道3-2，所述固定轨道3-1固定在钻杆盒1框架1-1的左右两侧围栏的上表面，所述固定轨道3-1的一端的端面与框架1-1边缘齐平，所述固定轨道3-1的另一端则与所述轨道铰接件1-4的一侧相连，所述轨道铰接件1-4的另一侧则与活动轨道3-2相连。

所述活动轨道3-2的一端的侧面设有框架铰接件8，框架铰接件8与轨道铰接件1-4相互铰接，使得活动轨道3-2的一端连接在钻杆盒1的框架1-1上，而活动轨道3-2的另一端为自由端，由于铰接为可活动式连接，使得活动轨道3-2可以铰接位置为中心在水平面上旋转运动，当不需要使用时，活动轨道3-2呈水平状态折叠放置在框架1-1的长边上，此时行走机构2则在固定轨道上移动；当增加钻杆盒1后，固定轨道3-1长度不够支持行走机构2的行程，此时将原本折叠水平放置在框架1-1上的活动轨道3-2在水平面上旋转90°使其呈竖直伸长状态，并令其固定端与固定轨道3-1拼接在一起，从而延长了轨道长度，满足行走机构2的行车行程。

另外，在具体实施例中为了调节上下钻杆时钻杆的位置，还在排管区7与猫道5之间设置了用于调节钻杆位置的滚轮机构6，参见图7，所述滚轮机构6包括支柱6-1、安装架6-2、滚轮6-3、液压马达6-4，所述支柱6-1的底端与排管区7靠近猫道5位置的钻杆盒1的框架底架相连接，所述支柱6-1的顶端与安装架6-2相固定，所述安装架6-2上固定有滚轮6-3，所述滚轮6-3的一端则与液压马达6-4相连接，使得液压马达6-4可以驱动滚轮6-3滚动。

钻杆在抓取起来之后，需要放置到滚轮机构上，进行位置方向调节，因此滚轮机构可以根据需要放置若干组，在调节时只需要驱动相应位置的滚轮转动，从而带动放置在其上的钻杆相对滚动，从而起到调节位置方向的目的。

为了解决钻杆长度测量的问题，在具体实施例中还在排管区7设置了测长机构10，参见图8，所述测长机构10包括测长连接管10-1、测长液缸10-2，所述测长连接管10-1分为外管10-1-1与内管10-1-2，内管10-1-2可在外管10-1-1中滑动，所述测长液缸10-2的缸体固定在外管10-1-1外壁上，测长液缸10-2的活塞杆的外伸端则固定在内管10-1-2外壁靠近端部的位置，所述内管10-1-2外壁靠近端部的位置还设有限位部件10-3，所述限位部件10-3内部嵌设有传感器。

在需要进行测长时，采用位移传感器进行测量，启动测长液缸10-2，位移传感器复位，活塞杆带动内管10-1-2伸长，直到与钻杆长度相同后，停止伸长，然后读取位移传感器数值即可。

在具体实施中，起钻时：

(1)通过猫道将起出的钻杆从猫道V槽内部移至到3个同步动作的滚轮机构上，利用滚轮转动带动钻杆向远离井口方向移动，移动到指定位置后，测长机构工作可对钻杆进行测量；

(2)行走机构移动至最靠近猫道位置，满足升降机构上的夹爪机构处于滚轮机构正上方，升降机构下降，夹爪机构触碰到钻杆，为了精准感应位置在夹爪机构上可设置感应传感器，夹爪机构进行抓管动作，抓管完成后，升降机构升到最高位置；

(3)行走机构向远离猫道方向移动，移动到最外钻杆盒的最外排管层，升降机构下降，下降至最下位置时，抓管机构松开，升降机构升至最高位置；

(4)行走机构返回至猫道处，等待下一根油管。

(5)当最外钻杆盒最外排管层排满钻杆后，根据程序设定参数，下一根钻杆会排放在下一个排管层内。

相应的，在下钻时：

(1)根据程序设定参数，选择最靠近猫道的钻杆盒内最近一层的钻杆进行下钻；

(2)行走机构运动到指定抓管层，升降机构下降，下降至最下位置时(传感器感应)，夹爪机构进行抓管动作，抓管完成后，升降机构升到最高位置；

(3)行走机构向猫道方向移动，移动到升降机构上的夹爪机构处于滚轮机构正上方时，升降机构下降，当管柱触碰到滚轮后(传感器感应)，夹爪松开，升降机构升至最高位置，返回至抓管层等待抓取下一根管柱；

(4)滚轮上的管柱利用滚轮转动使其向井口方向移动，移动到指定位置后等待猫道抓取；

(5)当最内层排管层抓完后，根据程序设定参数，滑车移动至下一个排管层进行抓管动作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种油田修井作业自动排管装置，其特征在于：包括：

由钻杆盒(1)排列而成的排管区(7)；

用于运输钻管的行走机构(2)；

设置在排管区(7)上方支持行走机构(2)沿排管区(7)宽度方向往复运动的可活动拼接的轨道(3)；

设置在行走机构(2)上用于夹持钻管的夹持机构(4)；

设置在排管区(7)与猫道(5)之间的用于调节钻杆位置的滚轮机构(6)。

2.根据权利要求1所述的一种油田修井作业自动排管装置，其特征在于：所述钻杆盒(1)包括框架(1-1)、管柱卡柱(1-2)，所述框架(1-1)由底架以及固定在底架四周的围栏组成，在左右两侧的围栏外侧面固定有连接部件(1-3)，若干个钻杆盒(1)利用连接部件(1-3)连接在一起后形成排管区(7)，在左右两侧的围栏上方设有轨道铰接件(1-4)，用于和轨道(3)相连接；所述框架(1-1)内部设有若干管柱卡柱(1-2)，所述管柱卡柱(1-2)垂直固定在底架上。

3.根据权利要求2所述的一种油田修井作业自动排管装置，其特征在于：所述轨道(3)分为固定轨道(3-1)与活动轨道(3-2)，所述固定轨道(3-1)固定在钻杆盒(1)框架(1-1)的左右两侧围栏的上表面，所述固定轨道(3-1)的一端的端面与框架(1-1)边缘齐平，所述固定轨道(3-1)的另一端则与所述轨道铰接件(1-4)的一侧相连，所述轨道铰接件(1-4)的另一侧则与活动轨道(3-2)相连。

4.根据权利要求3所述的一种油田修井作业自动排管装置，其特征在于：所述活动轨道(3-2)的一端的侧面设有框架铰接件(8)，框架铰接件(8)与轨道铰接件(1-4)相互铰接，使得活动轨道(3-2)的一端连接在钻杆盒(1)的框架(1-1)上，而活动轨道(3-2)的另一端为自由端，由于铰接为可活动式连接，使得活动轨道(3-2)可以铰接位置为中心在水平面上旋转运动，用以与固定轨道(3-1)拼接以增长轨道长度，加长行走机构(2)的移动行程。

5.根据权利要求1所述的一种油田修井作业自动排管装置，其特征在于：所述行走机构(2)包括滑车框架(2-1)、滑车滚轮(2-2)、驱动器(2-3)，所述滑车框架(2-1)的两端分别利用连接板固定滑车滚轮(2-2)与驱动器(2-3)。

6.根据权利要求1所述的一种油田修井作业自动排管装置，其特征在于：所述夹持机构(4)包括升降导轨(4-1)、升降缸(4-2)、升降连接板(4-3)、固定连接块(4-4)，所述固定连接块(4-4)连接固定在滑车框架(2-1)上，所述升降导轨(4-1)的一端贯穿固定连接块(4-4)的内部与升降连接板(4-3)的上表面相固定，所述固定连接块(4-4)一侧的外壁利用安装板与升降缸(4-2)的缸体的底端相连接，升降缸(4-2)的活塞杆的底端也与所述升降连接板(4-3)的上表面固定，使得升降缸(4-2)可以驱动升降连接板(4-3)沿升降导轨(4-1)进行升降运动；

所述升降连接板(4-3)的下表面利用固定板与夹爪机构(9)相连。

7.根据权利要求6所述的一种油田修井作业自动排管装置，其特征在于：所述夹爪机构(9)包括夹爪基体(9-1)、驱动气缸(9-2)、卡管爪(9-3)、驱动件(9-4)，所述夹爪基体(9-1)上方固定有驱动气缸(9-2)，夹爪基体(9-1)内部设有卡管爪(9-3)，卡管爪(9-3)与驱动件(9-4)相连，驱动件(9-4)则设置在夹爪基体(9-1)上方并与驱动气缸(9-2)相连，使得驱动气缸(9-2)利用驱动件(9-4)带动卡管爪(9-3)进行开合运动。

8.根据权利要求1所述的一种油田修井作业自动排管装置，其特征在于：所述滚轮机构(6)包括支柱(6-1)、安装架(6-2)、滚轮(6-3)、液压马达(6-4)，所述支柱(6-1)的底端与排管区(7)靠近猫道(5)位置的钻杆盒(1)的框架底架相连接，所述支柱(6-1)的顶端与安装架(6-2)相固定，所述安装架(6-2)上固定有滚轮(6-3)，所述滚轮(6-3)的一端则与液压马达(6-4)相连接，使得液压马达(6-4)可以驱动滚轮(6-3)滚动。

9.根据权利要求1所述的一种油田修井作业自动排管装置，其特征在于：还包括设置在排管区(7)的测长机构(10)，所述测长机构(10)包括测长连接管(10-1)、测长液缸(10-2)，所述测长连接管(10-1)分为外管(10-1-1)与内管(10-1-2)，内管(10-1-2)可在外管(10-1-1)中滑动，所述测长液缸(10-2)的缸体固定在外管(10-1-1)外壁上，测长液缸(10-2)的活塞杆的外伸端则固定在内管(10-1-2)外壁靠近端部的位置，所述内管(10-1-2)外壁靠近端部的位置还设有限位部件(10-3)，所述限位部件(10-3)内部嵌设有传感器。

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