CN112855050B - 一种具有张力调节功能的连续油管滚筒撬 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有张力调节功能的连续油管滚筒撬，包括运输底座、滚筒、排管系统、导向润滑系统、套壳、调节系统和控制系统，滚筒转动连接在运输底座上，排管系统架设在运输底座一侧，导向润滑系统架设在排管系统上，套壳架设在排管系统上，调节系统架设在导向润滑系统外，调节系统与套壳相连，调节系统与连续油管抵接，控制系统架设在套壳内；套壳内转动连接有连接轴，连接轴与调节系统相连，连接轴外套接有扭簧，连接轴位于扭簧一侧固连有轴套，控制系统升降以使扭簧或与控制系统抵接或与轴套抵接，本发明具有在进出井时能够保持滚筒和注入头之间的油管具有一定张力的优点。

Description

一种具有张力调节功能的连续油管滚筒撬

技术领域

本发明涉及油井设备技术领域，尤其涉及一种具有张力调节功能的连续油管滚筒撬。

背景技术

滚筒撬是储存连续油管的装置，是连续油管设备的重要组成部分，现场作业时，一般需要和注入头协同工作。滚筒撬是由滚筒驱动总成中的滚筒马达和减速机直接驱动旋转的，这个驱动系统具有两种功能。进井时，滚筒马达提供一个近似恒定的反向张紧力矩，以保持滚筒与注入头之间油管的张力。出井时，滚筒马达使滚筒转动的速度比注入头提升油管的速度更快，这样就会在滚筒和注入头之间的油管形成一个张力，以避免油管散落甚至“崩盘”。

但是现在市场上的常规滚筒在使用过程中存在一定的弊端，滚筒马达设计的反向张紧力矩不能完全适合多种应用工况，总会在使用时或多或少出现油管张力不足导致油管松散的问题。特别在进井时，油管最容易因速度不均匀而导致张力不均匀甚至失去张力。而如果额外加装现有的张紧机构，会使滚筒撬体积变大，不易运输，而不增加张紧，则对油管的运输造成一定的影响。

因此，针对以上不足，需要提供一种具有张力调节功能的连续油管滚筒撬。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决滚筒马达的反张紧力矩设定所能适用范围较小的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有张力调节功能的连续油管滚筒撬，包括运输底座、滚筒、排管系统、导向润滑系统、套壳、调节系统和控制系统，滚筒转动连接在运输底座上，排管系统架设在运输底座一侧，导向润滑系统架设在排管系统上，套壳架设在排管系统上，调节系统架设在导向润滑系统外，调节系统与套壳相连，调节系统与连续油管抵接，控制系统架设在套壳内；其中，套壳内转动连接有连接轴，连接轴与调节系统相连，连接轴外套接有扭簧，连接轴位于扭簧一侧固连有轴套，控制系统升降以使扭簧或与控制系统抵接或与轴套抵接。

作为对本发明的进一步说明，优选地，调节系统包括铰接板、限位板、导轨和压轮，铰接板一端与连接轴固连，铰接板另一端与压轮转动连接，限位板一端固连在铰接板中部，限位板另一端滑动连接在导轨内，导轨内开设有圆弧槽，所述圆弧槽圆形与连接轴轴线重合，导轨与导向润滑系统相连。

作为对本发明的进一步说明，优选地，压轮为截面为工字形的实心钢结构，压轮内陷区域与连续油管抵接。

作为对本发明的进一步说明，优选地，压轮内陷区长度大于连续油管直径。

作为对本发明的进一步说明，优选地，控制系统包括电动推杆和推块，电动推杆固连在套壳内侧底端，电动推杆伸缩方向为竖直方向，推块截面为7字形，电动推杆伸出以使推块与扭簧一端抵接。

作为对本发明的进一步说明，优选地，推块运动区域与轴套最大运动区域不重合，扭簧一端伸出轴套的最大运动区域与推块抵接。

作为对本发明的进一步说明，优选地，套壳位于连接轴长度方向两侧面焊接有轴承套，轴承套内插接有轴承，连接轴穿出轴承与铰接板固连。

作为对本发明的进一步说明，优选地，套壳前端内侧焊接有管状的螺纹套，螺纹套开设有内螺纹，螺纹套套接在排管系统上以使套壳沿滚筒轴线方向往复运动。

作为对本发明的进一步说明，优选地，排管系统包括螺杆和光杆，螺杆长度方向水平且两端转动连接在运输底座上，两根光杆分别固连在位于螺杆上下两方向的运输底座上，套壳插接在螺杆上并使螺纹套与螺杆螺纹连接，套壳上下两端面转动连接有定位轮，定位轮卡接在光杆两侧。

作为对本发明的进一步说明，优选地，轴承套和螺纹套一侧均设有法兰盘，所述法兰盘上开设有若干个安装孔，套壳内壁上通过铣刀刻有相同数量的圆孔，所述圆孔外径与安装孔外径相同，安装孔圆心与所述圆孔圆心重合。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明通过设计一种新式的张力调节装置，既能对连续油管施加压力，保持连续油管的张力符合当前进井要求，此外，又不会占用过多空间，便于滚筒撬的运输。

附图说明

图1是本发明的总装效果图；

图2是本发明的后视图；

图3是本发明的滚筒截面图；

图4是本发明的导向润滑部件结构图；

图5是本发明的调节系统结构图；

图6是本发明的套壳截面图；

图7是本发明的控制系统结构图；

图8是本发明的扭簧安装位置结构图；

图9是本发明的套壳侧视图；

图10是本发明的受力分析图。

图中：1、运输底座；11、滚筒底座；12、安装座；2、滚筒；21、转轴；22、支撑架；23、减速机；24、主动链轮；25、轴座；3、排管系统；31、螺杆；32、光杆；33、强制排管系统；4、导向润滑系统；41、外壳；42、导向轮；43、计数器；44、润滑部；45、倒角缺口；5、套壳；51、连接轴；52、扭簧；53、轴套；54、抵接块；55、轴承套；56、轴承；57、螺纹套；58、安装孔；59、定位轮；6、调节系统；61、铰接板；62、限位板；63、导轨；64、压轮；7、控制系统；71、电动推杆；72、推块；73、安装台；74、线孔；8、吊臂；81、承接架；9、油罐架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种具有张力调节功能的连续油管滚筒撬，结合图1、图5和图6，包括运输底座1、滚筒2、排管系统3、导向润滑系统4、套壳5、调节系统6和控制系统7，滚筒2转动连接在运输底座1上，排管系统3架设在运输底座1一侧，导向润滑系统4架设在排管系统3上，套壳5架设在排管系统3上，调节系统6架设在导向润滑系统4外，调节系统6与套壳5相连，调节系统6与连续油管抵接，控制系统7架设在套壳5内，控制系统7与调节系统6相连。

结合图1、图2，运输底座1为方形金属架体，运输底座1用于支撑整个滚筒撬，其四个角通过四个集装箱转锁与滚筒底座相连，底部设有接油盘和放油堵头。运输底座1上固连有滚筒底座11，滚筒底座11也为方形架体，滚筒底座11通过四角的集装箱转锁与运输底座1相连接，滚筒底座11顶端中部固连有安装座12，用于安装滚筒2以及吊臂8。

结合图1、图3，滚筒2为工字型筒体，滚筒2中部用于缠绕连续油管，滚筒2内部中空以减轻重量，便于运输，滚筒2内设有转轴21，转轴21轴线与滚筒2轴线重合，转轴21与滚筒2内壁面之间间隔固连有若干个支撑架22，支撑架22呈环形分布，用于连接转轴21和滚筒2，起到支撑滚筒2的作用。转轴21一端连接有减速机23，减速机23输入端连接有电动机，减速机23和电动机均固连在安装座12上，用于驱动转轴21和滚筒2转动。电动机和减速机23之间转动连接有主动链轮24，主动链轮24上套接有链条，链条与排管系统3相连，用于驱动排管系统3运动。转轴21另一端架设有轴座25，轴座25固连在安装座12上，转轴21穿入轴座25并通过滚球轴承与轴座25转动连接，设置轴座25以起到支撑转轴21的作用。

结合图1、图4，排管系统3包括螺杆31和光杆32，螺杆31长度方向水平且两端转动连接在运输底座1或滚筒底座11上，两根光杆32分别固连在位于螺杆31上下两方向的运输底座1或滚筒底座11上，套壳5插接在螺杆31上。其中，螺杆31一端固连有从动链轮，从动链轮与主动链轮24上的链条套接，则可通过电动机通过驱动滚筒2和螺杆31转动，并且还可在链条中套接多组链轮，用于控制主动链轮24和从动链轮之间的速度比，以保证滚筒2每转动一周，套壳5在滚筒2轴线方向上移动的距离恰好等于油管之间，从而保证油管在滚筒2上有序排列。螺杆31另一端的运输底座1或滚筒底座11上架设有强制排管系统33，强制排管系统33则由液压马达通过一级链传动驱动螺杆31转动，从而也能带动套壳5在滚筒2轴线方向上移动。当油管在滚筒2上缠绕不当时，操作员可通过控制室面板上的“强制排管”手柄控制螺杆31对其进行纠正。一旦启动强制排管回路，那么强制排管就会取代自动排管，安装在螺杆31另一端的扭矩限制器将使自动排管处于空转状态。

结合图4、图5，导向润滑系统4包括外壳41、导向轮42和计数器43，外壳41为长条状空心壳体，外壳41长度方向垂直滚筒2轴线方向。套壳5远离滚筒2一端固连有长杆，长杆长度方向与螺杆31长度方向垂直，长杆顶端与外壳41底部铰接，以使外壳41长度方向能够在竖直面上有所改变。若干个导向轮42间隔转动连接在外壳41内，连续油管穿入外壳41内可使导向轮42抵接在连续油管上下两端。计数器43固连在外壳41顶部，计数器43包含机械计数器和电子编码器，计数器43与导向轮42相连，通过与油管的接触摩擦使导向轮42转动，从而记录油管通过的长度。在控制室内可以直接观看机械计数器数值，可直观记录和计算下入、起出的油管长度。电子编码器可以记录油管下入、起出的长度和速度，并在控制室内显示。外壳41靠近滚筒2一端内部设有润滑部44，滚筒底座11一侧设有油罐架9，油罐架9上可放置装有润滑油的罐体，该罐体与润滑部44相连，可通过“气顶油”的方式将油罐内的润滑油压至润滑部44中，再涂抹在连续油管上，用来润滑连续油管。油罐容积为60L，罐体上安装有气压表和液位计，罐内充气压力0.2MPa左右。

结合图5、图6，套壳5为L型壳体，套壳5内转动连接有连接轴51，连接轴51与调节系统6相连，调节系统6包括铰接板61、限位板62、导轨63和压轮64，铰接板61和限位板62均为长条片状结构，两块铰接板61一端分别与连接轴51两端头固连，两块铰接板61另一端与压轮64两侧转动连接，压轮64为截面为工字形的实心钢结构，压轮64内陷区域与连续油管抵接，压轮64内陷区长度大于连续油管直径，以保证连续油管即使有较大出绳偏角时压轮64也会通过转动降低对连续油管活动的影响。限位板62一端固连在铰接板61中部，限位板62另一端滑动连接在导轨63内，导轨63为弧形片状结构，导轨63内开设有圆弧槽，限位板62一端滑动连接在圆弧槽内，所述圆弧槽圆形与连接轴51轴线重合，导轨63焊接在外壳41外壁上。

结合图5、图10，现场作业时，注入头高高吊起，为保证连续油管能够顺利到达注入头，则需要将排管系统3、导向润滑系统4以及套壳5等均上扬便可将连续油管平整送至注入头，为此在排管系统3与滚筒底座11之间加装可旋转的排管臂，在排管臂下部架设举升油缸，由控制室面板上的排管臂升降换向阀来调节排管臂举升高度以满足作业需求。同时，压轮64抵接在连续油管上端，依靠其自身重力挤压连续油管，结合滚筒2的输出力矩和注入头的牵引力，使连续油管的松弛角变小（根据“连续油管作业过程中的张力与控制”马卫国等，科学技术与工程，第16卷第24期2016年8月，可知滚筒扭矩、连续油管在滚筒与注入头之间的张力和松弛角之间具有直接的关系，其具体关系参考式11-13），则连续油管在下放油管的过程中不会出现散落的状态，而且在压轮64的作用下，滚筒2的输出力矩设定范围相比原有的设定值能够更为宽泛，进而使滚筒撬的容错率更高，适用性更强。

结合图6、图7和图8，连接轴51外套接有扭簧52，扭簧52选用SUS304-WPB型弹簧钢，扭簧52螺旋直径约为20～30mm,扭簧52线材直径为2～3mm，扭簧52圈数不超10圈，扭簧的具体尺寸可根据连续油管的尺寸进行确定。连接轴51位于扭簧52一侧固连有轴套53，轴套53底部一侧突出至扭簧52一端下方，连接轴51旋转可使轴套53突出端与扭簧52一端接触。扭簧52另一端抵接有抵接块54，抵接块54焊接在套壳5内壁上，用于限制扭簧52另一端的扭动。控制系统7升降能够控制扭簧52或与控制系统7抵接或与轴套53抵接，控制系统7包括电动推杆71和推块72，套壳5底部焊接有方形的安装台73，电动推杆71固定端嵌入安装台73内，安装台73内穿有螺栓用于将电动推杆71固定在套壳5内侧底部。电动推杆71选用的最小额定推力为25公斤，最小行程为100mm。电动推杆71伸缩方向为竖直方向，推块72截面为7字形，推块72运动区域与轴套53最大运动区域不重合，扭簧52一端伸出轴套53的最大运动区域与推块72抵接,电动推杆71伸出以使推块72与扭簧72突出轴套53一端抵接。电动推杆71一侧的套壳5底部开设有线孔74，用于穿入电缆线以连接电动推杆71和控制室。

结合图8、图10，当滚筒2与注入头之间的连续油管张力减小导致松弛角即将达到50°时，说明仅以压轮64自身的重力不仅不能缩小连续油管的松弛角，还会因连续油管在压轮64处弯折导致滚筒2与压轮64之间松弛角会逐渐变大，此时通过控制室启动电动推杆71将推块72放下，扭簧52一端失去推块72的限制回转复位。因连续油管的张力减小，则压轮64和外壳41向下偏转的角度较大，此时扭簧52在解除限制的同时即可与轴套53抵接，此时扭簧52在连接轴51处施加扭矩，使压轮64能够进一步对连续油管施加力矩，用于增大滚筒2与压轮64之间的张力，以避免松弛角大于50°。如果松弛角依然有变大的趋势，则再通过控制电动机的输出扭矩，增大滚筒2的反向转动力矩，以使松弛角能够始终小于40°，进而有效避免连续油管散落。

通过上述调节方式，在连续油管出现张力变小的趋势时，通过扭簧52进行调节，避免直接调节滚筒2的反向转动力矩导致瞬时力矩增长量过大，而使连续油管牵拉过度造成损伤。并且不直接使用电机扭转连接轴51，避免电机受阻烧损，而额外加装减速器或采用液压马达则会徒增制作成本，而且也会导致排管系统3重量变大，对排管系统3也会造成较大损伤。使用定制的扭簧52，能够对连续油管施加稳定的力矩，其重量较轻体积较小，使用成本低，此外即使因扭簧52长时间保持扭转状态而导致失效，其更换成本也低（厂家定制一次最少1000件起批）。而且松弛角小范围的变化，使连续油管还能对连接轴51施加反作用力，加上导轨63的限制，也不会使扭簧52完全复位，保证电动推杆71伸出时，推块72顶部突出的部分依然能够抵接住扭簧52的端头部，使扭簧52还能进行二次调节。

结合图8、图9，套壳5位于连接轴51长度方向两侧面焊接有轴承套55，轴承套55内插接有轴承56，连接轴51穿出轴承56与铰接板61固连，加装轴承56减少连接轴51的旋转阻力，使压轮64的重力和以及连接轴51的力矩均能作用在连续油管上。套壳5前端内侧焊接有管状的螺纹套57，螺纹套57开设有内螺纹，螺纹套57套接在螺杆31上使螺纹套57与螺杆31螺纹连接，以使套壳5能沿滚筒2轴线方向往复运动。

结合图7、图8，抵接块54、轴承套55和螺纹套57一侧均设有法兰盘，所述法兰盘上开设有若干个安装孔58，套壳5内壁上通过铣刀刻有相同数量的圆孔，所述圆孔外径与安装孔58外径相同，安装孔58圆心与所述圆孔圆心重合，在安装抵接块54、轴承套55和螺纹套57时，通过将安装孔58与圆孔位置对齐后进行焊接，保证三者安装位置与设计位置相同，不仅能大大降低装配误差，而且结构简单，定位成本低。

结合图4、图5，套壳5上下两端面转动连接有两组定位轮59，两组定位轮59均卡接在光杆32两侧，其中一组定位轮59中含有四个定位轮59，四个定位轮59中两个转动连接在套壳5上端，另外两个转动连接在套壳5下端，用于卡接住光杆32，同时光杆32限制套壳5沿螺杆31轴线旋转，保证螺杆31转动时能够稳定驱动套壳5沿螺杆31长度方向运动。

结合图1、图2，安装座12上铰接有吊臂8，吊臂8呈门字形，吊臂8端头部上配有一套两腿钢丝绳索具以及卸扣，用于起吊整个滚筒撬。滚筒底座11上固连有方框状的承接架81，承接架81的高度介于吊臂8铰接端高度与吊臂8旋转最高点高度之间，吊臂8向下翻转可抵接在承接架81上，使吊臂8与竖直面夹角始终保持钝角，便于将吊臂8抬起进行吊装工作。

综上所述，本发明通过设计带有调节系统6和控制系统7以及扭簧52等的套壳5，既能对张力有所减小的连续油管进行限制，避免松弛角变大，而且不会对连续油管施加过大压力造成连续油管的拉拽损伤，相比直接增大滚筒2反向力矩的操作方式，对连续油管的损伤降到最低，而且对松弛角的控制效果也能达到预期。其占用空间小，制作以及维护成本低，简单实用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种具有张力调节功能的连续油管滚筒撬，其特征在于：包括运输底座（1）、滚筒（2）、排管系统（3）、导向润滑系统（4）、套壳（5）、调节系统（6）和控制系统（7），滚筒（2）转动连接在运输底座（1）上，排管系统（3）架设在运输底座（1）一侧，导向润滑系统（4）架设在排管系统（3）上，套壳（5）架设在排管系统（3）上，调节系统（6）架设在导向润滑系统（4）外，调节系统（6）与套壳（5）相连，调节系统（6）与连续油管抵接，控制系统（7）架设在套壳（5）内；其中，套壳（5）内转动连接有连接轴（51），调节系统（6）包括铰接板（61）、限位板（62）、导轨（63）和压轮（64），铰接板（61）一端与连接轴（51）固连，以使连接轴（51）与调节系统（6）相连，铰接板（61）另一端与压轮（64）转动连接，限位板（62）一端固连在铰接板（61）中部，限位板（62）另一端滑动连接在导轨（63）内，导轨（63）内开设有圆弧槽，所述圆弧槽圆形与连接轴（51）轴线重合，导轨（63）与导向润滑系统（4）相连；压轮（64）为截面为工字形的实心钢结构，压轮（64）内陷区域与连续油管抵接；压轮（64）内陷区长度大于连续油管直径；连接轴（51）外套接有扭簧（52），连接轴（51）位于扭簧（52）一侧固连有轴套（53），控制系统（7）包括电动推杆（71）和推块（72），电动推杆（71）固连在套壳（5）内侧底端，电动推杆（71）伸缩方向为竖直方向，推块（72）截面为7字形，电动推杆（71）伸出以使推块（72）与扭簧（52）一端抵接；推块（72）运动区域与轴套（53）最大运动区域不重合，扭簧（52）一端伸出轴套（53）的最大运动区域与推块（72）抵接，控制系统（7）升降以使扭簧（52）或与控制系统（7）抵接或与轴套（53）抵接。

2.根据权利要求1所述的一种具有张力调节功能的连续油管滚筒撬，其特征在于：套壳（5）位于连接轴（51）长度方向两侧面焊接有轴承套（55），轴承套（55）内插接有轴承（56），连接轴（51）穿出轴承（56）与铰接板（61）固连。

3.根据权利要求2所述的一种具有张力调节功能的连续油管滚筒撬，其特征在于：套壳（5）前端内侧焊接有管状的螺纹套（57），螺纹套（57）开设有内螺纹，螺纹套（57）套接在排管系统（3）上以使套壳（5）沿滚筒（2）轴线方向往复运动。

4.根据权利要求3所述的一种具有张力调节功能的连续油管滚筒撬，其特征在于：排管系统（3）包括螺杆（31）和光杆（32），螺杆（31）长度方向水平且两端转动连接在运输底座（1）上，两根光杆（32）分别固连在位于螺杆（31）上下两方向的运输底座（1）上，套壳（5）插接在螺杆（31）上并使螺纹套（57）与螺杆（31）螺纹连接，套壳（5）上下两端面转动连接有定位轮（59），定位轮（59）卡接在光杆（32）两侧。

5.根据权利要求4所述的一种具有张力调节功能的连续油管滚筒撬，其特征在于：轴承套（55）和螺纹套（57）一侧均设有法兰盘，所述法兰盘上开设有若干个安装孔（58），套壳（5）内壁上通过铣刀刻有相同数量的圆孔，所述圆孔外径与安装孔（58）外径相同，安装孔（58）圆心与所述圆孔圆心重合。

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