CN113073949B - 一种集中驱动全驱动自动化修井机 - Google Patents

Abstract

一种集中驱动全驱动自动化修井机，电驱底盘的侧面安设有液压前支腿、液压后支腿和液压防倾翻支腿；电驱底盘的前端设有驾驶室、车载充电机和井架前支架，井架前支架的后方设有能量管理系统、动力电池组和液压系统，电驱底盘的下端面安设有电机，电机后方连接变速器、传动轴和分动箱，分动箱的前后方装设绞车总成和电驱空压机；电驱底盘的后端设有操作室和井架支撑，井架总成上设有天车滑轮组和抓取系统，井架支撑的后方安设有作业平台，作业平台的后方设有管架动力猫道；本发明提供一种以绿色动力代替传动燃油动力，集成自动化修井平台、自动化工具和集成控制系统为一体的新式自动化修井机，极大的提高了修井作业效率并满足了施工环保的要求。

Description

一种集中驱动全驱动自动化修井机

技术领域

本发明涉及油气田开发过程设备领域，具体地涉及一种集中驱动全驱动自动化修井机。

背景技术

修井机是用于对已开发的油井进行修理作业的主要设备，其主要功能为实现抽油杆、油管在油井内的提升和下放作业。

目前，国内市场上修井机机多以柴油机带动变速箱或变扭器来驱动绞车为主，柴油机驱动存在动力浪费严重、噪音污染、排放污染等问题。已投入使用的网电柴油双动力修井机，其行走动力与作业动力仍由柴油机驱动外，需另外配置一台交流电机作为作业动力输入，且两套动力之间相互机械互锁。该类型的修井机有两个方面的不足：其一，增加了一路动力源输入，造成了整体设备配置成本增加，并且设备整体重量过重，不利于设备的施工运输；

其二，由于井场低压电网容量较小，为满足修井机作业需求，修井机需要从高压电网引入作业电源。因此除需要额外的配置高压配电房外，还需要井场作业人员具有高压操作资质，且在操作时存在安全风险；

第三，传统的修井机仍采用柴油机用于车辆行走，随着环保要求逐渐提高，此类修井机对环境污染较大，不符合绿色施工的要求；

第四，传统修井机的输入电源仍从井场的低压电网输入，修井作业受到井场电网容量的限制，并且修井机在起升作业的间隙时间里，操作人员必须等待修井机内的超级电容充电完成才能进行下一段的作业，造成时间浪费，极大的降低了修井作业效率。

发明内容

鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供一种集中驱动全驱动自动化修井机，该设备提供一种以绿色动力代替传动燃油动力，集成自动化修井环保作业平台、自动化工具、集成控制系统为一体的新式自动化修井机，设备极大的提高了修井作业效率并满足了施工环保的要求。

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：

一种集中驱动全驱动自动化修井机，包括电驱底盘、作业平台和井架总成，电驱底盘的侧面安设有液压前支腿和液压后支腿，靠近液压后支腿处安设有液压防倾翻支腿；电驱底盘的前端设有驾驶室、车载充电机和井架前支架，井架前支架的后方设有能量管理系统、动力电池组和液压系统，电驱底盘的下端面安设有电机，电机后方连接变速器，变速器通过传动轴与分动箱连接，分动箱的后部装设绞车总成，分动箱的前部装设有电驱空压机；电驱底盘的后端设有操作室和井架支撑，井架总成与井架支撑活动连接并围绕井架支撑翻转，井架总成上设有天车滑轮组，钢丝绳一端连接绞车总成，钢丝绳的另一端绕过天车滑轮组后与抓取系统连接，井架支撑的内部安设有上卸扣液压钳，井架支撑的后方安设有作业平台，作业平台的后方设有管架动力猫道。

优选的方案中，抓取系统包括有游车大钩，游车大钩一端连接钢丝绳，游车大钩的另一端连接吊环，吊环的下端连接吊卡翻转机构和液压吊卡，吊环摆臂装置连接游车大钩和吊环控制其转向，吊卡翻转机构带动液压吊卡抓取管柱。

优选的方案中，作业平台上安设有扶管装置和动力卡瓦，作业平台内置上下高度调节装置并根据下方油井防喷器的高度自动调节平台高度，作业平台与电驱底盘的连接处设有翻转装置，修井机运输时作业平台折叠立起，工作时作业平台展开放平；

优选的方案中，操作室内部的操作台上设有集成控制系统，集成控制系统包括自动控制系统、监控系统、液压系统，所述的自动控制系统主要由PLC控制器及各类电机、传感器、线路等组成；所述的监视系统主要由摄像头、传感器、显示屏、管线等组成；所述的液压系统主要由动力系统、执行系统、管路等组成。

优选的方案中，分动箱包括有分动箱输入传动轴、分动箱下前输出传动轴、分动箱下后输出传动轴和分动箱上输出传动轴；当分动箱切换为行驶状态时，分动箱将驱动力传到分动箱下前输出传动轴和分动箱下后输出传动轴，进而将驱动力传输到底盘车桥系统并驱动修井机行驶；当分动箱切换为作业状态时，分动箱输入传动轴将驱动力传到分动箱上输出传动轴，进而将驱动力传输到绞车总成，驱动抓取系统作业。

优选的方案中，能量管理系统在外部通过车载充电机和井场变压器与外网连接，在内部与动力电池组连接，能量管理系统内设有逆变器并通过逆变器连接电机和电驱空压机控制其功率，能量管理系统内部还设有DC/DC单元，用于给车用蓄电池充电或为车载系统提供电源。

优选的方案中，液压系统包括有液压油箱、电驱液压泵、盘刹液压站和液压管路系统；液压油箱与电驱液压泵连接，电驱液压泵通过液压管路系统连接盘刹液压站和各执行元件，为其提供液压源。

一种集中驱动全驱动自动化修井机，使用时包括以下步骤：

Step1：修井机行驶时，分动箱切换为行驶状态，动力电池组向电机提供电能并驱动修井机行驶，通过能量管理系统控制电机输出进而调节修井机的行驶牵引力和行驶速度；

Step2：修井机到达现场后，展开液压前支腿和液压后支腿，井架总成翻转调整为直立状态，展开防倾翻支腿进一步稳定车身；

Step3：作业平台展开处于平方作业状态，作业平台上的升降系统根据下方油井防喷器的高度自动调节高度，上卸扣液压钳从井架支撑的内部伸出处于工作位；

Step4：根据现场环境选择动力猫道的摆放方向，将作业平台上的扶管装置调整到与动力猫道上管方向相一致；

Step5：将分动箱切换为作业状态，车载充电机连接井场变压器为电机提供主电源并驱动绞车总成旋转；

Step6：绞车总成旋转并控制抓取系统下降抓取管柱，动力卡瓦打开后抓取系统上提管柱；

Step7：上卸扣液压钳前移进行卸扣作业，卸扣完毕后扶管装置前移将管柱送至动力猫道上方，抓取系统再次下放管柱；

Step8：扶管装置和抓取系统同时放开管柱，管柱沿着猫道托盘滑动送至井场管排架上。

本专利可达到以下有益效果：

1、本修井机行驶及作业过程均采用电能替代采油驱动作业，解决了柴油机驱动设备的动力浪费严重、噪音污染和排放污染等问题；

2、本修井机采用司钻集控制系统成控制，实现了对修井作业过程的全程监控及自动化作业，减少了施工现场的工作人员，降低了作业强度并提高了修井工作的安全性；

3、本修井机把井场电网电能和动力电池组电能通过能量管理系统管理进行分配，不仅可以填补电网输出的峰平谷波动，还能为设备提供备用能量源，实现了小电网、大作业的需求；

4、本发明修井机集成了自动上卸扣液压钳、作业平台、扶管装置、动力卡瓦、液压吊卡、吊环摆臂装置和动力猫道等自动化工作，整套设备一体化集成程度较高，减少了部件运输模块，提高了修井机移运和安装速度，进而提升了整个修井作业的工作效率并降低了施工过程中的运输成本。

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为本发明工作状态示意图；

图2为本发明行驶状态示意图；

图3为本发明整体结构俯视图；

图4为本发明整体结构俯视图二；

图5为本发明作业状态传动示意图；

图6为本发明作业平台与动力猫道的摆放位示意图；

图7为本发明作业的上卸扣液压钳安装、等待和工作示意图；

图中：电驱底盘1、驾驶室2、车载充电机3、井架前支架4、能量管理系统5、电机6、液压前支腿7、变速器8、分动箱9、动力电池组10、绞车总成11、操作室12、防倾翻支腿13、液压后支腿14、天车滑轮组15、钢丝绳16、井架总成17、游车大钩18、吊环摆臂装置19、吊环20、吊卡翻转机构21、液压吊卡22、管柱23、上卸扣液压钳24、井架支撑25、作业平台26、防喷器27、液压油箱28、液压管路系统29、电驱液压泵30、井场变压器31、电驱空压机32、盘刹液压站33、集成控制系统34、扶管装置35、动力卡瓦36、动力猫道37、分动箱输入传动轴38、分动箱下前输出传动轴39、分动箱下后输出传动轴40、分动箱上输出传动轴41。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种集中驱动全驱动自动化修井机，包括电驱底盘1、作业平台26和井架总成17，电驱底盘1的侧面安设有液压前支腿7和液压后支腿14，靠近液压后支腿14处安设有液压防倾翻支腿13可进一步的稳定车身系统，

电驱底盘1的前端设有驾驶室2、车载充电机3和井架前支架4，井架前支架4的后方设有能量管理系统5、动力电池组10和液压系统，电驱底盘1的下端面安设有电机6，电机6后方连接变速器8，变速器8通过传动轴与分动箱9连接，分动箱9的后部装设绞车总成11，分动箱9的前部装设有电驱空压机32；

电驱底盘1的后端设有操作室12和井架支撑25，井架总成17与井架支撑25活动连接并围绕井架支撑25翻转，井架总成17上设有天车滑轮组11，钢丝绳16一端连接绞车总成11，钢丝绳16的另一端绕过天车滑轮组11后与抓取系统连接，井架支撑25的内部安设有上卸扣液压钳24，井架支撑25的后方安设有作业平台26，作业平台26的后方设有管架动力猫道37。

优选的方案如图1所示，抓取系统包括有游车大钩18，游车大钩18一端连接钢丝绳16，游车大钩18的另一端连接吊环20，吊环20的下端连接吊卡翻转机构21和液压吊卡22，吊环摆臂装置19连接游车大钩18和吊环20控制其转向，吊卡翻转机构21带动液压吊卡22抓取管柱23。

优选的方案如图1和图2所示，作业平台26上安设有扶管装置35和动力卡瓦36，作业平台26内置上下调节油缸， 可根据下方油井防喷器27的高度自动调节平台高度，作业平台26与电驱底盘1的连接处设有翻转装置，修井机运输时上卸扣液压钳24通过升降装置，下降至井架支撑25的内部，作业平台26上的油缸伸出，作业平台26连同上部安装的泥浆收集装置、扶管装置35、动力卡瓦36等一起处于直立状态，满足与主机一体化运输要求。工作时作业平台26上的油缸缩回，作业平台26处于平放作业状态，作业平台26上部的泥浆接收盒旋转方向，扶管装置35方向调整到与动力猫道37上管方向相一致，动力猫道37摆放可以满足司钻对侧、司钻侧和修井机背后三个方向的上管需求，解决了用户井场受限，不同井场上管方向不同的难题。

优选的方案如图1所示，操作室12内部的操作台上设有集成控制系统34，集成控制系统34包括自动控制系统、监控系统、液压系统，所述的自动控制系统主要由PLC控制器及各类电机、传感器、线路等组成；所述的监视系统主要由摄像头、传感器、显示屏、管线等组成；所述的液压系统主要由动力系统、执行系统、管路等组成。

优选的方案如图3所示，分动箱9包括有分动箱输入传动轴38、分动箱下前输出传动轴39、分动箱下后输出传动轴40和分动箱上输出传动轴41；分动箱上输出传动轴41与绞车总成11上的动力输入端相连，分动箱下前输出传动轴39和分动箱下后输出传动轴40与电驱底盘1前后桥相连；

当分动箱9切换为行驶状态时，分动箱9将驱动力传到分动箱下前输出传动轴39和分动箱下后输出传动轴40，进而将驱动力传输到底盘车桥系统并驱动修井机行驶；当分动箱9切换为作业状态时，分动箱输入传动轴38将驱动力传到分动箱上输出传动轴41，进而将驱动力传输到绞车总成11，驱动抓取系统作业。

优选的方案如图1所示，能量管理系统5在外部通过车载充电机3和井场变压器31与外网连接，在内部与动力电池组10连接，修井机在行驶的过程中，动力电池组10向能量管理系统5输送电能，修井机在修井作业的过程中井场变压器31和动力电池组10共同为管理系统5输送电能，管理系统5对电能进行分配，电能经过电机逆变器连接电机6和电驱空压机32并对其功率进行调节，能量管理系统5内部还设有DC/DC单元，用于给车用蓄电池充电或为车载系统提供电源。

优选的方案如图2示，液压系统包括有液压油箱28、电驱液压泵30、盘刹液压站33和液压管路系统29；液压油箱28与电驱液压泵30连接，电驱液压泵30通过液压管路系统29连接盘刹液压站33和各执行元件，为其提供液压源。

实施案例1：

第一步：修井机行驶时，分动箱9切换为行驶状态，动力电池组10提供电能，电能经过能量管理系统5直流/交流逆变转化为频率、电压可控的交流电能，向电机6供电并控制电机6的输出转速和扭矩。电机6旋转驱动变速箱8转动，进而带动分动箱下前输出传动轴39及分动箱下后输出传动轴40，驱动修井机行走。通过能量管理系统5控制电机6的输出转速和扭矩通过变速器8的匹配，实现对修井机的行驶牵引力和行驶速度的控制；

第二步：修井机到达现场后，展开液压前支腿7和液压后支腿14，井架总成17翻转调整为直立状态，展开防倾翻支腿13进一步稳定车身，井架总成17沿着井架支撑25翻转并调整为直立桩体；

第三步：作业平台26展开处于平方作业状态，作业平台26上的升降系统根据下方油井防喷器27的高度自动调节高度，上卸扣液压钳24从井架支撑25的内部伸出处于工作位；

第四步：根据现场环境选择动力猫道37的摆放方向，将作业平台26上的扶管装置35调整到与动力猫道37上管方向相一致；

第五步：将分动箱9切换为作业状态，车载充电机3连接井场变压器31，井场变压器31和动力电池组10的电能，通过能量管理系统5直流/交流逆变转化为频率、电压可控的交流电能，向电机6供电并控制电机6的输出转速和扭矩，电机6旋转驱动变速器8转动，进而带动分动箱上输出传动轴41，驱动绞车总成旋转。通过能量管理系统5可控制交流变频电机2的输出转速和扭矩，实现对修井机作业速度和提升载荷的控制；

第六步：绞车总成11旋转并控制抓取系统下降抓取管柱23，动力卡瓦36打开后抓取系统上提管柱23；

第七步：上卸扣液压钳24前移进行卸扣作业，卸扣完毕后扶管装置35前移将管柱23送至动力猫道37上方，抓取系统再次下放管柱23；

第八步：扶管装置35和抓取系统同时放开管柱23，管柱23沿着猫道托盘滑动送至井场管排架上。

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 (5)

1.一种集中驱动全驱动自动化修井机，包括电驱底盘（1）、作业平台（26）和井架总成（17），其特征在于：电驱底盘（1）的侧面安设有液压前支腿（7）和液压后支腿（14），靠近液压后支腿（14）处安设有液压防倾翻支腿（13）；

电驱底盘（1）的前端设有驾驶室（2）、车载充电机（3）和井架前支架（4），井架前支架（4）的后方设有能量管理系统（5）、动力电池组（10）和液压系统，电驱底盘（1）的下端面安设有电机（6），电机（6）后方连接变速器（8），变速器（8）通过传动轴与分动箱（9）连接，分动箱（9）的后部装设绞车总成（11），分动箱（9）的前部装设有电驱空压机（32）；

电驱底盘（1）的后端设有操作室（12）和井架支撑（25），井架总成（17）与井架支撑（25）活动连接并围绕井架支撑（25）翻转，井架总成（17）上设有天车滑轮组（11），钢丝绳（16）一端连接绞车总成（11），钢丝绳（16）的另一端绕过天车滑轮组（11）后与抓取系统连接，井架支撑（25）的内部安设有上卸扣液压钳（24），井架支撑（25）的后方安设有作业平台（26），作业平台（26）的后方设有管架动力猫道（37）；

抓取系统包括有游车大钩（18），游车大钩（18）一端连接钢丝绳（16），游车大钩（18）的另一端连接吊环（20），吊环（20）的下端连接吊卡翻转机构（21）和液压吊卡（22），吊环摆臂装置（19）连接游车大钩（18）和吊环（20）控制其转向，吊卡翻转机构（21）带动液压吊卡（22）抓取管柱（23）；

作业平台（26）上安设有扶管装置（35）和动力卡瓦（36），作业平台（26）内置上下高度调节装置并根据下方油井防喷器（27）的高度自动调节平台高度，作业平台（26）与电驱底盘（1）的连接处设有翻转装置，修井机运输时作业平台（26）折叠立起，工作时作业平台（26）展开放平；

一种集中驱动全驱动自动化修井机，使用时包括以下步骤：

Step1：修井机行驶时，分动箱（9）切换为行驶状态，动力电池组（10）向电机（6）提供电能并驱动修井机行驶，通过能量管理系统（5）控制电机（6）输出进而调节修井机的行驶牵引力和行驶速度；

Step2：修井机到达现场后，展开液压前支腿（7）和液压后支腿（14），井架总成（17）翻转调整为直立状态，展开防倾翻支腿（13）进一步稳定车身；

Step3：作业平台（26）展开处于平方作业状态，作业平台（26）上的升降系统根据下方油井防喷器（27）的高度自动调节高度，上卸扣液压钳（24）从井架支撑（25）的内部伸出处于工作位；

Step4：根据现场环境选择动力猫道（37）的摆放方向，将作业平台（26）上的扶管装置（35）调整到与动力猫道（37）上管方向相一致；

Step5：将分动箱（9）切换为作业状态，车载充电机（3）连接井场变压器（31）为电机（6）提供主电源并驱动绞车总成（11）旋转；

Step6：绞车总成（11）旋转并控制抓取系统下降抓取管柱（23），动力卡瓦（36）打开后抓取系统上提管柱（23）；

Step7：上卸扣液压钳（24）前移进行卸扣作业，卸扣完毕后扶管装置（35）前移将管柱（23）送至动力猫道（37）上方，抓取系统再次下放管柱（23）；

Step8：扶管装置（35）和抓取系统同时放开管柱（23），管柱（23）沿着猫道托盘滑动送至井场管排架上。

2.根据权利要求1所述的集中驱动全驱动自动化修井机，其特征在于：操作室（12）内部的操作台上设有集成控制系统（34），集成控制系统（34）包括自动控制系统、监控系统、液压系统，所述的自动控制系统主要由PLC控制器及各类电机、传感器、线路等组成；所述的监控系统主要由摄像头、传感器、显示屏、管线等组成；所述的液压系统主要由动力系统、执行系统、管路等组成。

3.根据权利要求1所述的集中驱动全驱动自动化修井机，其特征在于：分动箱（9）包括有分动箱输入传动轴（38）、分动箱下前输出传动轴（39）、分动箱下后输出传动轴（40）和分动箱上输出传动轴（41）；当分动箱（9）切换为行驶状态时，分动箱（9）将驱动力传到分动箱下前输出传动轴（39）和分动箱下后输出传动轴（40），进而将驱动力传输到底盘车桥系统并驱动修井机行驶；当分动箱（9）切换为作业状态时，分动箱输入传动轴（38）将驱动力传到分动箱上输出传动轴（41），进而将驱动力传输到绞车总成（11），驱动抓取系统作业。

4.根据权利要求1所述的集中驱动全驱动自动化修井机，其特征在于：能量管理系统（5）在外部通过车载充电机（3）和井场变压器（31）与外网连接，在内部与动力电池组（10）连接，能量管理系统（5）内设有逆变器并通过逆变器连接电机（6）和电驱空压机（32）控制其功率，能量管理系统（5）内部还设有DC/DC单元，用于给车用蓄电池充电或为车载系统提供电源。

5.根据权利要求1所述的集中驱动全驱动自动化修井机，其特征在于：液压系统包括有液压油箱（28）、电驱液压泵（30）、盘刹液压站（33）和液压管路系统（29）；液压油箱（28）与电驱液压泵（30）连接，电驱液压泵（30）通过液压管路系统（29）连接盘刹液压站（33）和各执行元件，为其提供液压源。

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