CN113073948B - 一种网电驱动自动化修井机 - Google Patents

Abstract

一种网电驱动自动化修井机，设备自走底盘的前端安设有井架前支架、电控房和液压系统，自走底盘的中部安设有电动空压机、多档齿轮变速绞车和死绳固定器，自走底盘的尾部设有操作室、储气罐和井架后支撑，作业平台设置在自走底盘尾部的井口上，管柱存储装置与管柱输送装置相连接并垂直布置在作业平台的上端面一侧，钢丝绳一端与多档齿轮变速绞车和死绳固定器连接，另一端绕过天车滑轮组后连接抓取系统并抓取系统抓取管柱。本发明中各种配套装置及系统与各自的控制系统相连接，工作人员在整个修井作业中只需在司钻控制室内进行全程监控，实现了对井口管柱交接、对扣、上卸扣及管柱上下作业平台的全自动化操作。

Description

一种网电驱动自动化修井机

技术领域

本发明涉及油气田开发过程设备领域，具体地涉及一种网电驱动自动化修井机。

背景技术

目前，国内修井机多以柴油机为动力，由柴油机带动变速箱或变扭器来驱动绞车，实现起下管柱及修井作业。该类修井机自动化程度低，使用柴油机作业不仅污染严重，并且功率浪费严重，随着环保要求越发严格，使用新能源进行替代作业已经迫在眉睫。

国内目前修井机常规小修作业仍以人工作业为主，每班作业人员大多数在6人左右，包含2名井口钳工、2名地面作业工、1名司钻、1名辅助人员。作业设备包含修井机1台、油管吊卡2套、抽油杆吊卡2套、油管钳1套、抽油杆钳1套、管排支架1套、井口工具1套等。少量半自动化小修井机还配备了简易猫道、井口简易平台、气动卡瓦等。常规修井作业不仅效率低，设备安装、拆卸困难，并且作业工人劳动强度大，井口作业区作业存在着“险”、“难”、“脏”“苦”、“累”等诸多问题。国内各油田作业队结构性缺员严重，老龄化的加剧，致使又脏又苦又累的修井业招工难，用工成本大幅提高。

发明内容

鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供一种网电驱动自动化修井机，该设备中各种配套装置及系统与各自的控制系统相连接，并集成在司钻控制室内集中控制，工作人员在整个修井作业中只需在司钻控制室内进行全程监控，实现了对井口管柱交接、对扣、上卸扣及管柱上下作业平台的全自动化操作。

为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：

一种网电驱动自动化修井机，包括有自走底盘、井架总成和管柱输送装置，自走底盘的侧面安设有前液压支腿和后液压支腿，自走底盘的前端安设有井架前支架、电控房和液压系统，自走底盘的中部安设有电动空压机、多档齿轮变速绞车和死绳固定器，自走底盘的尾部设有后操作室、储气罐和井架后支撑；

作业平台设置在自走底盘尾部的井口上，管柱输送装置设置在作业平台的侧方，管柱存储装置与管柱输送装置相连接并垂直布置在作业平台的上端面一侧；

井架总成通过井架后支撑和井架前支架与自走底盘连接，井架总成的顶部安设有天车滑轮组，钢丝绳一端与多档齿轮变速绞车和死绳固定器连接，钢丝绳的另一端绕过天车滑轮组后连接抓取系统并抓取系统抓取管柱。

优选的方案中，抓取系统包括有游吊系统，游吊系统的一端连接钢丝绳，游吊系统的另一端连接吊环，吊环的下端连接翻转盒和液压吊卡，吊环摆臂装置连接游吊系统和吊环控制其转向，翻转盒带动液压吊卡抓取管柱。

优选的方案中，作业平台的一侧安设有机械手，作业平台的中部安装有气动卡盘，作业平台的另一侧安设有上卸扣液压钳。

优选的方案中，多档齿轮变速绞车包括有绞车架，绞车架的前部安装有防爆变频电机，防爆变频电机的输出端通过联轴器与多档齿轮变速箱的前端输入口相连，多档齿轮变速箱的后端输出口与液压马达应急装置相连，多档齿轮变速箱的前端输出口与链条箱一端相连，链条箱的另一端与主滚筒相连，主滚筒的两端装有液压盘刹。

优选的方案中，管柱输送装置的两侧安设有管架，管架的另一端与管柱存储装置相连，管柱输送装置上设有翻转钩臂和移送托盘。

优选的方案中，电控房内设有电控柜和电机泵，液压系统包括盘刹液压站和液压油箱；电控柜通过控制电缆给电动空压机和多档齿轮变速绞车提供电源，电机泵连接液压系统并为机械手、上卸扣液压钳，吊环摆臂装置、液压吊卡等工具提供液压源。

网电驱动自动化修井机，使用时包括以下步骤：

Step1：先将自走底盘上的前液压支腿和后液压支腿展开，使修井机稳定的放置于地面；

Step2：进行回收管柱作业时，后操作室发出指令，通过电控柜控制多档齿轮变速绞车旋转，多档齿轮变速绞车通过卷放钢丝绳下放抓取系统；

Step3：抓取系统下放的过程中控制吊环摆臂装置使吊环旋转避开井口管柱，控制翻转盒带动液压吊卡翻转抓取管柱；

Step4：管柱抓取后打开气动卡盘，电控柜控制多档齿轮变速绞车反向旋转，多档齿轮变速绞车卷收钢丝绳提升抓取系统，抓取系统将管柱从井口提出；

Step5：当管柱提升到合适的位置后，关闭气动卡盘，多档齿轮变速绞车刹住停止旋转，上卸扣液压钳前移对管柱进行卸扣作业；

Step6：卸扣作业完成后，上卸扣液压钳退至原位，机械手抓取管柱前移，将管柱送至管柱输送装置上的移送托盘内；

Step7：机械手释放管柱并推至原位，抓取系统下放管柱至合适位置后释放管柱；

Step8：调节管架高度使管柱存储装置一侧低于管柱输送装置一侧，管柱输送装置向下收回移送托盘并控制翻转钩臂向管架侧翻转，管柱被送至两侧的管架上并自动滚动至管柱存储装置中，如此循环，直至将井内的管柱全部提升至地面上；

Step9：下放管柱作业时，调节管架高度使管柱存储装置侧高于管柱输送装置侧，管柱存储装置将管柱运输至管架上；

Step10：管柱滚动至管柱输送装置的边缘，翻转钩臂向内翻转将管柱送至移送托盘内，管柱输送装置向上展开移送托盘并将管柱送至工作平台的边缘；

Step11：后操作室发出指令，电控柜控制多档齿轮变速绞车旋转，多档齿轮变速绞车通过卷放钢丝绳下放抓取系统；

Step12：抓取系统下放至移送托盘上的管柱上方，控制翻转盒将液压吊卡翻转后打开，移送托盘继续向前移动并穿过液压吊卡后抓取管柱；

Step13：电控柜控制多档齿轮变速绞车反向旋转，多档齿轮变速绞车卷收钢丝绳提升抓取系统，同时控制机械手前移并抓取管柱；

Step14：当管柱脱离移送托盘后，机械手抓取管柱一端至井口中心位，待上、下管柱丝扣对好时，上卸扣液压钳前移并完成上扣作业；

Step15：上扣作业完成后，上卸扣液压钳和机械手退至原位，打开气动卡盘并下放抓取系统；

Step16：当管柱下放至井内后关闭气动卡盘，抓取系统放开管柱并退至原位准备接收下一根管柱，如此循环，直至将管柱全部下放到井内。

本专利可达到以下有益效果：

1、设备中的整机动力来源于井场电网，降低了柴油机作业，节能环保效果明显；

2、修井机主机使用专用自走底盘一体化运输，拆卸、安装和移运效率高，减少了作业准备时间；

3、修井机配置司钻操作室、动力猫道、液压油管盒、液压吊卡、吊环摆臂装置、气动卡盘、机械手、自动液压钳等井口自动化工具，自动化程度高，解决了井口工人作业面临的各种难题，实现了井口全自动化作业，降低了整套设备的用工人数；

4、井口自动化工具如机械手、液压吊卡、上卸扣液压钳等自动化工具使用主机上配置液压站，减少了独立液压站安装、运输的问题，并且有效的降低了整机成本；

5、司钻操作室配置集成控制系统，游吊系统与各井口自动化工具之间动作安全互锁，不仅能提高整体作业效率，同时提高了设备的安全性；

6、液压马达应急装置，当断电时造成主电机不工作时，液压马达立即启动，利用修井机底盘柴油机驱动液压泵给马达提供动力，提高了设备的应急处理能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明整体结构正视图；

图2为本发明整体结构俯视图；

图3为本发明多档齿轮变速绞车结构示意图；

图4为本发明管柱存储装置及管柱输送装置结构示意图。

图中：自走底盘1、井架前支架2、前液压支腿3、电控房4、电动空压机5、多档齿轮变速绞车6、后操作室7、储气罐8、井架后支撑9、后液压支腿10、天车滑轮组11、钢丝绳12、井架总成13、游吊系统14、吊环摆臂装置15、吊环16、翻转盒17、液压吊卡18、管柱19、电控柜20、盘刹液压站21、液压油箱22、控制电缆23、电机泵24、管柱存储装置25、死绳固定器26、机械手27、气动卡盘28、上卸扣液压钳29、作业平台30、管柱输送装置31、防爆变频电机32、联轴器33、多档齿轮变速箱34、链条箱35、液压马达应急装置36、滚筒37、压盘刹38、绞车架39、管架40、翻转钩臂41、移送托盘42。

具体实施方式

如图1图2所示，一种网电驱动自动化修井机，包括有自走底盘1、井架总成13和管柱输送装置31，自走底盘1的侧面安设有前液压支腿3和后液压支腿10，前液压支腿3和后液压支腿10用于车架的调平，液压支腿可为3桥、4桥或5桥，自走底盘1的悬挂方式可以为钢板弹簧悬挂或空气悬挂，或平衡梁悬挂与空气悬挂的组合，底盘可为自制专用底盘也可为二类底盘。自走底盘1的前端安设有井架前支架2、电控房4和液压系统，自走底盘1的中部安设有电动空压机5、多档齿轮变速绞车6和死绳固定器26，自走底盘1的尾部设有后操作室7、储气罐8和井架后支撑9；

作业平台30设置在自走底盘1尾部的井口上，管柱输送装置31设置在作业平台30的侧方，管柱存储装置25与管柱输送装置31相连接并垂直布置在作业平台30的上端面一侧；管柱存储装置25内含有隔层，管柱19在内分层布置，通过管柱存储装置25控制管柱19进入或输出；

井架总成13通过井架后支撑9和井架前支架2与自走底盘1连接，井架总成13的顶部安设有天车滑轮组11，钢丝绳12一端与多档齿轮变速绞车6和死绳固定器26连接，钢丝绳12的另一端绕过天车滑轮组11后连接抓取系统并抓取系统抓取管柱19。

优选的方案如图1所示，抓取系统包括有游吊系统14，游吊系统14的一端连接钢丝绳12，游吊系统14的另一端连接吊环16，吊环16的下端连接翻转盒17和液压吊卡18，吊环摆臂装置15连接游吊系统14和吊环16控制其转向，翻转盒17带动液压吊卡18抓取管柱19。

优选的方案如图2所示，作业平台30的一侧安设有机械手27，作业平台30的中部安装有气动卡盘28，作业平台30的另一侧安设有上卸扣液压钳29。

优选的方案如图3所示，多档齿轮变速绞车6包括有绞车架39，绞车架39的前部安装有防爆变频电机32，防爆变频电机32的输出端通过联轴器33与多档齿轮变速箱34的前端输入口相连，多档齿轮变速箱34的后端输出口与液压马达应急装置36相连，多档齿轮变速箱34的前端输出口与链条箱35一端相连，链条箱35的另一端与主滚筒37相连，主滚筒37的两端装有液压盘刹38作为绞车的主刹车盘；进行修井作业时，电控房4中的电控柜20通过控制电缆给23给防爆变频电机32提供电量及控制信号，通过改变防爆变频电机32输入频率，进而改变主滚筒37的转速，或者通过改变多档齿轮变速箱34的档位来改变主滚筒37的转速。

优选的方案如图4所示，管柱输送装置31的两侧安设有管架40，管架40的另一端与管柱存储装置25相连，管柱输送装置31上设有翻转钩臂41和移送托盘42，管柱输送装置31与管柱存储装置25配合使用，使管柱19通过管柱输送装置31上的管架40、翻转钩臂41和移送托盘等42，实现管柱在作业平台与地面间的自动输送。

优选的方案如图2所示，电控房4内设有电控柜20和电机泵24，液压系统包括盘刹液压站21和液压油箱22；电控柜20通过控制电缆23给电动空压机5和多档齿轮变速绞车6提供电源，电控房4内含高压变电系统及变频传动及控制系统，利用井场变压器前端跌落式高压隔离开关的切换，只需要暂停该处的变压器电源，将高压变电系统上的高压电缆接入井场变压器对应的接线端处，高压变电系统就可实现在不停主电网的情况下，从井场上的电网取电。电机泵24连接液压系统并为主机提供液压源，同时也为机械手27、上卸扣液压钳29，吊环摆臂装置15、液压吊卡18等工具提供液压源。

实施案例1：

第一步：先将自走底盘1上的前液压支腿3和后液压支腿10展开，使修井机稳定的放置于地面；

第二步：进行回收管柱作业时，后操作室7发出指令，电控柜20通过控制电缆23给防爆变频电机32输出电能，防爆变频电机32通过联轴器33、多档齿轮变速箱34将动力传递给主滚筒37，主滚筒37卷放钢丝绳12并下放抓取系统；

第三步：抓取系统下放的过程中控制吊环摆臂装置15使吊环16旋转避开井口管柱19，控制翻转盒17带动液压吊卡18翻转抓取管柱19；

第四步：管柱19抓取后打开气动卡盘28，电控柜20控制多档齿轮变速绞车6反向旋转，多档齿轮变速绞车6卷收钢丝绳12提升抓取系统，抓取系统将管柱19从井口提出；

第五步：当管柱19提升到合适的位置后，关闭气动卡盘28，液压盘刹38刹住主滚筒37，上卸扣液压钳29前移至井口对管柱19进行卸扣作业；

第六步：卸扣作业完成后，上卸扣液压钳29退至原位，机械手27抓取管柱19前移，将管柱19送至管柱输送装置31上的移送托盘42内；

第七步：机械手27释放管柱19并推至原位，抓取系统下放管柱19至合适位置后释放管柱19；

第八步：调节管架40高度使管柱存储装置25一侧低于管柱输送装置31一侧，管柱输送装置31向下收回移送托盘42并控制翻转钩臂41向管架40侧翻转，管柱19被送至两侧的管架40上并自动滚动至管柱存储装置25中，如此循环，直至将井内的管柱19全部提升至地面上；

实施案例2：

第一步：下放管柱作业时，调节管架40高度使管柱存储装置25侧高于管柱输送装置31侧，管柱存储装置25将管柱19运输至管架40上；

第二步：管柱19滚动至管柱输送装置31的边缘，翻转钩臂41向内翻转将管柱19送至移送托盘42内，管柱输送装置31向上展开移送托盘42并将管柱19送至工作平台的边缘；

第三步：后操作室7发出指令，电控柜20控制多档齿轮变速绞车6旋转，多档齿轮变速绞车6上的主滚筒37通过卷放钢丝绳12下放抓取系统；

第四步：抓取系统下放至移送托盘42上的管柱19上方，控制翻转盒17将液压吊卡18翻转后打开，移送托盘42继续向前移动管柱19并穿过液压吊卡18，液压吊卡18随后抓取管柱19；

第五步：电控柜20控制多档齿轮变速绞车6反向旋转，多档齿轮变速绞车6卷收钢丝绳12提升抓取系统，同时控制机械手27前移并抓取管柱19；

第六步：当管柱19脱离移送托盘42后，机械手27抓取管柱19一端至井口中心位，待上、下管柱19的丝扣对好时，上卸扣液压钳29前移并完成上扣作业；

第七步：上扣作业完成后，上卸扣液压钳29和机械手27退至原位，打开气动卡盘28并下放抓取系统；

第八步：当管柱19下放至井内后关闭气动卡盘28，抓取系统放开管柱19并退至原位准备接收下一根管柱19，如此循环，直至将管柱19全部下放到井内。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，在互不冲突的前提下，本发明记载的各项技术特征能够互相组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种网电驱动自动化修井机，包括有自走底盘（1）、井架总成（13）和管柱输送装置（31），其特征在于：自走底盘（1）的侧面安设有前液压支腿（3）和后液压支腿（10），自走底盘（1）的前端安设有井架前支架（2）、电控房（4）和液压系统，电控房（4）包括有电控柜（20），自走底盘（1）的中部安设有电动空压机（5）、多档齿轮变速绞车（6）和死绳固定器（26），自走底盘（1）的尾部设有后操作室（7）、储气罐（8）和井架后支撑（9）；

作业平台（30）设置在自走底盘（1）尾部的井口上，作业平台（30）包括有机械手（27）、气动卡盘（28）和上卸扣液压钳（29），管柱输送装置（31）设置在作业平台（30）的侧方，管柱输送装置（31）包括有管架（40）、翻转钩臂（41）和移送托盘（42），管柱存储装置（25）与管柱输送装置（31）相连接并垂直布置在作业平台（30）的上端面一侧；

井架总成（13）通过井架后支撑（9）和井架前支架（2）与自走底盘（1）连接，井架总成（13）的顶部安设有天车滑轮组（11），钢丝绳（12）一端与多档齿轮变速绞车（6）和死绳固定器（26）连接，钢丝绳（12）的另一端绕过天车滑轮组（11）后连接抓取系统并使抓取系统抓取管柱（19），所述抓取系统包括有吊环（16）、翻转盒（17）、液压吊卡（18）和吊环摆臂装置（15）；

网电驱动自动化修井机，使用时包括以下步骤：

Step1：先将自走底盘（1）上的前液压支腿（3）和后液压支腿（10）展开，使修井机稳定的放置于地面；

Step2：进行回收管柱作业时，后操作室（7）发出指令，通过电控柜（20）控制多档齿轮变速绞车（6）旋转，多档齿轮变速绞车（6）通过卷放钢丝绳（12）下放抓取系统；

Step3：抓取系统下放的过程中控制吊环摆臂装置（15）使吊环（16）旋转避开井口管柱（19），控制翻转盒（17）带动液压吊卡（18）翻转抓取管柱（19）；

Step4：管柱（19）抓取后打开气动卡盘（28），电控柜（20）控制多档齿轮变速绞车（6）反向旋转，多档齿轮变速绞车（6）卷收钢丝绳（12）提升抓取系统，抓取系统将管柱（19）从井口提出；

Step5：当管柱（19）提升到合适的位置后，关闭气动卡盘（28），多档齿轮变速绞车（6）刹住停止旋转，上卸扣液压钳（29）前移对管柱（19）进行卸扣作业；

Step6：卸扣作业完成后，上卸扣液压钳（29）退至原位，机械手（27）抓取管柱（19）前移，将管柱（19）送至管柱输送装置（31）上的移送托盘（42）内；

Step7：机械手（27）释放管柱（19）并推至原位，抓取系统下放管柱（19）至合适位置后释放管柱（19）；

Step8：调节管架（40）高度使管柱存储装置（25）一侧低于管柱输送装置（31）一侧，管柱输送装置（31）向下收回移送托盘（42）并控制翻转钩臂（41）向管架（40）侧翻转，管柱（19）被送至两侧的管架（40）上并自动滚动至管柱存储装置（25）中，如此循环，直至将井内的管柱（19）全部提升至地面上；

Step9：下放管柱作业时，调节管架（40）高度使管柱存储装置（25）侧高于管柱输送装置（31）侧，管柱存储装置（25）将管柱（19）运输至管架（40）上；

Step10：管柱（19）滚动至管柱输送装置（31）的边缘，翻转钩臂（41）向内翻转将管柱（19）送至移送托盘（42）内，管柱输送装置（31）向上展开移送托盘（42）并将管柱（19）送至工作平台的边缘；

Step11：后操作室（7）发出指令，电控柜（20）控制多档齿轮变速绞车（6）旋转，多档齿轮变速绞车（6）通过卷放钢丝绳（12）下放抓取系统；

Step12：抓取系统下放至移送托盘（42）上的管柱（19）上方，控制翻转盒（17）将液压吊卡（18）翻转后打开，移送托盘（42）继续向前移动并穿过液压吊卡（18）后抓取管柱（19）；

Step13：电控柜（20）控制多档齿轮变速绞车（6）反向旋转，多档齿轮变速绞车（6）卷收钢丝绳（12）提升抓取系统，同时控制机械手（27）前移并抓取管柱（19）；

Step14：当管柱（19）脱离移送托盘（42）后，机械手（27）抓取管柱（19）一端至井口中心位，待上、下管柱（19）丝扣对好时，上卸扣液压钳（29）前移并完成上扣作业；

Step15：上扣作业完成后，上卸扣液压钳（29）和机械手（27）退至原位，打开气动卡盘（28）并下放抓取系统；

Step16：当管柱（19）下放至井内后关闭气动卡盘（28），抓取系统放开管柱（19）并退至原位准备接收下一根管柱（19），如此循环，直至将管柱（19）全部下放到井内。

2.根据权利要求1所述的网电驱动自动化修井机，其特征在于：抓取系统包括有游吊系统（14），游吊系统（14）的一端连接钢丝绳（12），游吊系统（14）的另一端连接吊环（16），吊环（16）的下端连接翻转盒（17）和液压吊卡（18），吊环摆臂装置（15）连接游吊系统（14）和吊环（16）控制其转向，翻转盒（17）带动液压吊卡（18）抓取管柱（19）。

3.根据权利要求1所述的网电驱动自动化修井机，其特征在于：作业平台（30）的一侧安设有机械手（27），作业平台（30）的中部安装有气动卡盘（28），作业平台（30）的另一侧安设有上卸扣液压钳（29）。

4.根据权利要求1所述的网电驱动自动化修井机，其特征在于：多档齿轮变速绞车（6）包括有绞车架（39），绞车架（39）的前部安装有防爆变频电机（32），防爆变频电机（32）的输出端通过联轴器（33）与多档齿轮变速箱（34）的前端输入口相连，多档齿轮变速箱（34）的后端输出口与液压马达应急装置（36）相连，多档齿轮变速箱（34）的前端输出口与链条箱（35）一端相连，链条箱（35）的另一端与主滚筒（37）相连，主滚筒（37）的两端装有液压盘刹（38）。

5.根据权利要求1所述的网电驱动自动化修井机，其特征在于：管柱输送装置（31）的两侧安设有管架（40），管架（40）的另一端与管柱存储装置（25）相连，管柱输送装置（31）上设有翻转钩臂（41）和移送托盘（42）。

6.根据权利要求1所述的网电驱动自动化修井机，其特征在于：电控房（4）内设有电控柜（20）和电机泵（24），液压系统包括盘刹液压站（21）和液压油箱（22）；电控柜（20）通过控制电缆（23）给电动空压机（5）和多档齿轮变速绞车（6）提供电源，电机泵（24）连接液压系统并为机械手（27）、上卸扣液压钳（29），吊环摆臂装置（15）、液压吊卡（18）等工具提供液压源。

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