CN113714670B - 一种膨胀管竖直对接下放方法 - Google Patents

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Abstract

一种膨胀管竖直对接下放方法，包括如下步骤：设备安装固定；下放下膨胀管；对中装置与下膨胀管固定；对中装置与上膨胀管固定；上、下膨胀管焊接；下放完成焊接的膨胀管。相比现有技术，采用本发明方法可以提高膨胀管焊接效率，保证焊接效果的稳定性，尤其对于海上作业，船体受到海浪的作用，一直处于起伏状态时，优势更为突出。本发明方针对梅花型膨胀管的外形特点设计的对中装置，能够准确的刚性连接上下膨胀管，还可以辅助实现膨胀管圆周360°焊接。本发明方法具有投入成本低、工作效率高、易于实施的特点。

Description

一种膨胀管竖直对接下放方法
技术领域
本发明涉及一种钻井施工方法，特别是一种膨胀管竖直对接下放方法。
背景技术
膨胀管护壁技术是在钻井施工过程中，将膨胀管下入井底，用液力或机械力的方法使膨胀管发生永久性变形，与孔壁悬挂固定，从而优化井身结构、预防井壁掉块及坍塌以及封堵高压层或低压漏失层。焊接是膨胀管的主要连接技术。目前膨胀管的连接施工尚处于手工焊阶段，当护壁孔段距离较长，需要下入多根膨胀管进行护壁时，要逐根焊接膨胀管，采用人工焊接，劳动强度大，工作效率低，且焊接效果不稳定。现有技术在石油领域有采用焊接小车沿管子旋转，管体不动的焊接方式，轨道固定在截面为“8”字型的管体上，由于管体直径较小，无法承受常规焊枪及执行机构的负荷，因此需要定制的微型焊接执行机构和焊枪。这种焊接方法对于截面为梅花型膨胀管不适用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种膨胀管对接质量可靠、工作效率高且易于实现的膨胀管竖直对接下放方法。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种膨胀管竖直对接下放方法，包括下列步骤：
a、设备安装：在需要下入膨胀管的井口搭建固定台，在固定台上安装旋转体和焊接机器人，焊接机器人位于变位机的旁侧，变位机上装配下膨胀管夹具，在变位机上部设置提引机构，提引机构的起吊中心与变位机的转动中心同轴；
b、下放下膨胀管：提引机构吊起下膨胀管，下膨胀管经下膨胀管夹具下放到井内，下膨胀管上部对应焊接机器人的焊接高度位置，下膨胀管由套管卡瓦夹紧，套管卡瓦由下膨胀管夹具支撑；
c、对中装置与下膨胀管固定：将对中装置套装在下膨胀管上部，对中装置设有外壳，外壳上设有焊接窗口，对中装置的焊接窗口对应焊接机器人，对中装置的外壳内的上部、下部分别设有夹卡机构，由位于下部的夹卡机构将下膨胀管的上部卡紧且由传扭销限定下膨胀管相对对中装置的转动；
d、对中装置与上膨胀管固定：提引机构吊起上膨胀管经对中装置放到下膨胀管的上端，上、下膨胀管的波峰波谷位置对应，由位于上部的夹卡机构将上膨胀管的下部卡紧且由传扭销限定上膨胀管相对对中装置的转动；
e、上、下膨胀管焊接：启动变位机转动，变位机带动上、下膨胀管及对中装置同步转动，焊接机器人对位于焊接窗口部位的上下膨胀管连接处进行焊接；上、下膨胀管焊接一段后，变位机停转，拔出传扭销，接触传扭销对上、下膨胀管相对对中装置的转动约束，推动外壳相对上、下膨胀管转位，使焊接窗口再次对应焊接机器人，插上传扭销，再次启动变位机，变位机带动上下膨胀管转动继续焊接，直至上、下膨胀管整个圆周接缝全部焊合；
f、下放完成焊接的膨胀管：焊接完成后，拆除上部夹卡机构和下部夹卡机构的卡块，使上、下膨胀管脱离对中装置，对中装置落到对中装置支架上，将焊接好的上、下膨胀管下放，直至上膨胀管下放到焊接位置后，重复上述d步骤和e步骤，进行下一根膨胀管的焊接。
上述膨胀管竖直对接下放方法，所述膨胀管的截形为梅花形，膨胀管外壁沿轴向均布数条波峰和波谷；所述对中装置的外壳为三段式，外壳上段、下段为圆筒形，外壳上下段的内孔为阶梯孔，外壳的中段为圆弧槽形，焊接窗口设置在外壳的中段，两套夹卡机构分别设置在外壳的上、下段，各套夹卡机构分别设有两套轴承、内套、卡块和支撑环，支撑环触压在外壳内孔的台阶处，轴承位于支撑环上，两套轴承之间由间隔套分隔，内套的外壁设有环形台，环形台位于两套轴承之间，内套的内孔设有数条卡槽，卡槽的深度由内套的内端至外端递增，每条卡槽对应一条膨胀管的波谷，卡块插入卡槽及所对应的膨胀管的波谷，由卡块将膨胀管与内套固定连接。
上述膨胀管竖直对接下放方法，所述卡块不少于两块，卡块两两为一组以膨胀管为中心对称安装，卡块与卡槽的接触面为斜面，卡块与膨胀管的接触面为竖直面，卡块的大头端设有固定块，固定块的一侧经螺钉固定在卡块大头端，固定块的另一侧经螺钉与内套固定。
上述膨胀管竖直对接下放方法，外壳端部固定压盖，内套端面凸出于压盖端面，内套端面设有端面凹槽，端面凹槽的位置与卡槽对应；压盖上固定传扭销安装块，传扭销安装块内插入传扭销，传扭销的一端经端面凹槽插入膨胀管外壁的波谷处。
上述膨胀管竖直对接下放方法，所述卡块与膨胀管的接触面设有橡胶层，橡胶层与膨胀管的波谷紧密贴合。
上述膨胀管竖直对接下放方法，所述提引机构设有吊钩，吊钩可360°自转。
上述膨胀管竖直对接下放方法，所述变位机设有电机、传动件、旋转外套和支撑套，支撑套下部与固定台固定，旋转外套套装在支撑套上部，电机经传动件带动旋转外套转动；所述下膨胀管夹具的上部与旋转外套固定，下膨胀管夹具设有锥形通孔，套管卡瓦匹配安装在锥形通孔内，套管卡瓦夹持膨胀管。
上述膨胀管竖直对接下放方法，所述对中装置支架固定在夹具座上部。
本发明方法在井口搭建固定台，在固定台上安装变位机和焊接机器人，以变位机为驱动下膨胀管转动的动力源，在变位机上部设置用于起吊膨胀管的提引装置，上膨胀管、下膨胀管经对中装置准确对接后，管体转动并与焊接机器人相配合实现对接膨胀管的圆周360°焊接。相比现有技术，采用本发明方法可以提高膨胀管焊接效率，保证焊接效果的稳定性，尤其对于海上作业，船体受到海浪的作用，一直处于起伏状态时，优势更为突出。本发明方针对梅花型膨胀管的外形特点设计的对中装置，能够准确的刚性连接上下膨胀管，还可以辅助实现膨胀管圆周360°焊接。本发明方法具有投入成本低、工作效率高、易于实施的特点。
附图说明
图1-图4本发明所述方法实施过程的示意图；
图5是对中装置的剖视图；
图6是对中装置的立体图；
图7是对中装置的俯视图；
图8是内套的立体结构示意图；
图9是卡块的立体结构示意图；
图10是卡块的剖视图。
图中各标号清单为：1、提引机构，2、上膨胀管，3、安全卡瓦，4、对中装置支架，5、对中装置，5-1、外壳，5-2，轴承，5-3、间隔套；5-4、卡块，5-4-1、固定块，5-4-2、橡胶层，5-5、内套，5-5-1、卡槽，5-5-2、端面凹槽，5-6、压盖，5-7、支撑环，5-8、传扭销，5-9、传扭销安装块，5-10、焊接窗口，6、焊接机器人，7、固定台；8、下膨胀管，9、变位机，9-1、支撑套，9-2、电机，9-3、转动件，9-4、旋转外套，10、下膨胀管夹具，11、套管卡瓦。
具体实施方式
本发明所述方法在需要下入膨胀管的井口搭建固定台，在固定台上安装变位机和焊接机器人，变位机上安装下膨胀管夹具，下膨胀管经套管卡瓦由下膨胀管夹具支撑；在变位机上部设置用于起吊上膨胀管的提引机构，利用对中装置将上膨胀管、下膨胀管准确对接并固定后，由变位机带动膨胀管和对中装置转动，转动过程焊接机器人实现对接膨胀管的圆周360°焊接。
本发明所述膨胀管的截形为梅花状，膨胀管外壁沿轴向均布数条波峰和波谷。参看图5-图10，所述对中装置是针对膨胀管的形状而设计。对中装置设有外壳5-1，外壳为三段式，外壳上段、下段为圆筒形，外壳的中段为圆弧槽形，焊接窗口设置在外壳的中段，在焊接窗口处上膨胀管4和下膨胀管8的对接位置裸露。外壳上、下段的内孔为阶梯孔，两套夹卡机构对称设置在外壳的上、下段。各套夹卡机构分别设有两套轴承5-2、内套5-5、卡块5-4和支撑环5-7。支撑环触压在外壳内孔的台阶处，轴承位于支撑环上，两套轴承之间由间隔套5-3分隔。内套的外壁设有环形台，环形台位于两套轴承之间，以实现对内套的轴向限位。内套的内孔设有数条卡槽5-5-1，卡槽的深度由内套的内侧端至外侧端递增，每条卡槽对应一条膨胀管的波谷。内套端面设有端面凹槽5-5-2，端面凹槽的位置与卡槽对应。卡块5-4插入卡槽及所对应的膨胀管的波谷间，卡块不少于两块，卡块两两为一组以膨胀管为中心对称安装，通过卡块在卡槽内的上下移动调整膨胀管径向位置，从而调整膨胀管的对中效果。卡块为楔形，卡块与卡槽的接触面为与卡槽匹配贴合的斜面，卡块与膨胀管的接触面为竖直面，卡块与膨胀管的接触面设有橡胶层5-4-2。卡块的大头端设有固定块5-4-1，固定块位于端面凹槽内，固定块的一侧经螺钉固定在卡块大头端，固定块的另一侧经螺钉与内套固定。上述结构当卡块插紧后，膨胀管即可以与内套固定。为实现对中装置对膨胀管的周向限位，对中装置还设置了传扭销。由图5-图7所示，外壳端部固定压盖5-6，内套端面凸出于压盖端面，压盖上固定传扭销安装块5-9，传扭销安装块设有横向孔，传扭销5-8穿过横向孔，传扭销的一端经端面凹槽插入膨胀管外壁的波谷处，传扭销的中心线与对中装置的径向中心线重合。传扭销插入后对中装置则可以与膨胀管同步转动。
以下结合附图对本发明方法予以详述：
1、设备安装固定：参看图1，在需要下入膨胀管的井口搭建固定台7；然后将变位机9安装在固定台上，将焊接机器人6安装在固定台上，焊接机器人位于变位机的旁侧，焊接机器人为六自由度关节型焊接机器人。变位机用于带动膨胀管转动，变位机设有电机9-2、传动件9-3、旋转外套9-4和支撑套9-1，支撑套下部与固定台固定，旋转外套套装在支撑套上部，电机经传动件带动旋转外套转动。在支撑套内装配下膨胀管夹具10，下膨胀管夹具的顶部翻边部位与旋转外套经螺旋连接，下膨胀管夹具的内孔为锥形孔，下膨胀管夹具与支撑套之间设有轴承。
2、下放下膨胀管：参看图2，将下膨胀管8的上端固定安全卡瓦3，然后将提引机构的牵引件固定到安全卡瓦以下位置，将下膨胀管吊起并下放到下膨胀管夹具内，下膨胀管下放到焊缝满足焊接机器人焊接的位置即可停止。下膨胀管到位后在下膨胀管夹具与下膨胀管之间放置套管卡瓦11，套管卡瓦将下膨胀管夹紧，套管卡瓦的外锥面与下膨胀管夹具的锥形孔匹配贴合，然后松开提引机构的牵引件。在下膨胀管夹具的上部安装对中装置支架4，对中装置支架的下部为几条支腿，支腿间的空间可以进行套管卡瓦的紧固或松开操作。上述安全卡瓦和套管卡瓦为现有技术。
3、对中装置与下膨胀管固定：参看图3，将对中装置5与下膨胀管同轴下放，调整焊接窗口5-10的方向，使其与焊接机器人的焊接位置相对应，将卡块插入位于对中装置下部的内套与下膨胀管之间，卡块插紧后用螺栓固定，对中装置即与下膨胀管固定。
4、对中装置与上膨胀管固定：参看图4，上膨胀管安装安全卡瓦3，提引机构将上膨胀管2吊起放在下膨胀管的上端，提引机构设有吊钩，吊钩可360°自转。调整上、下膨胀管的波峰波谷位置对应后，将卡块插入对中装置上部的内套与上膨胀管之间，边插入边调整上、下膨胀管波峰波谷的相对位置，调整对正后将卡块通过螺栓与上部的内套锁死，上膨胀管即与对中装置固定。将传扭键插入，锁定对中装置与上、下膨胀管。
5、上、下膨胀管焊接：通过程序控制焊接机器人与变位机的相对运动，焊接过程焊接机器人的运动方向与膨胀管的转动方向相反，膨胀管在变位机的带动下做360°圆周转动，焊接机器人在一定角度范围内焊接。在对中装置与膨胀管同步转动一定角度焊接窗口即将偏离焊接区域时，变位机停转，将传扭键拔出，推动外壳反向转至焊接窗口再次对应焊接机器人后插入传扭销，启动变位机继续焊接，直至膨胀管整周全部焊接完成。
6、下放完成焊接的膨胀管：焊接完成后，依次拆除套管卡瓦、安全卡瓦和对中装置的卡块，使对中装置落到对中装置支架4上，将焊接好的膨胀管管串下放井内，直至上膨胀管下放到焊接位置后，再次放入套管卡瓦，夹紧膨胀管管体，重复进行第4、5步骤继续焊接。

Claims (7)

1.一种膨胀管竖直对接下放方法，其特征在于，包括下列步骤：
a、设备安装：在需要下入膨胀管的井口搭建固定台，在固定台上安装变位机和焊接机器人，焊接机器人位于变位机的旁侧，变位机上装配下膨胀管夹具，在变位机上部设置提引机构，提引机构的起吊中心与变位机的转动中心同轴；
b、下放下膨胀管：提引机构吊起下膨胀管，下膨胀管经下膨胀管夹具下放到井内，下膨胀管上部对应焊接机器人的焊接高度位置，下膨胀管由套管卡瓦夹紧，套管卡瓦由下膨胀管夹具支撑；
c、对中装置与下膨胀管固定：将对中装置套装在下膨胀管上部，对中装置设有外壳，外壳上设有焊接窗口，对中装置的焊接窗口对应焊接机器人，对中装置的外壳内的上部、下部分别设有夹卡机构，由位于下部的夹卡机构将下膨胀管的上部卡紧且由传扭销限定下膨胀管相对对中装置的转动；
d、对中装置与上膨胀管固定：提引机构吊起上膨胀管经对中装置放到下膨胀管的上端，上、下膨胀管的波峰波谷位置对应，由位于上部的夹卡机构将上膨胀管的下部卡紧且由传扭销限定上膨胀管相对对中装置的转动；
e、上、下膨胀管焊接：启动变位机转动，变位机带动上、下膨胀管及对中装置同步转动，焊接机器人对位于焊接窗口部位的上下膨胀管连接处进行焊接；上、下膨胀管焊接一段后，变位机停转，拔出传扭销，解除传扭销对上、下膨胀管相对对中装置的转动约束，推动外壳相对上、下膨胀管转位，使焊接窗口再次对应焊接机器人，插上传扭销，再次启动变位机，变位机带动上下膨胀管转动继续焊接，直至上、下膨胀管整个圆周接缝全部焊合；
f、下放完成焊接的膨胀管：焊接完成后，拆除上部夹卡机构和下部夹卡机构的卡块，使上、下膨胀管脱离对中装置，对中装置落到对中装置支架上，将焊接好的上、下膨胀管下放，直至上膨胀管下放到焊接位置后，重复上述d步骤和e步骤，进行下一根膨胀管的焊接；
所述膨胀管的截形为梅花形，膨胀管外壁沿轴向均布数条波峰和波谷；所述对中装置的外壳为三段式，外壳上段、下段为圆筒形，外壳上下段的内孔为阶梯孔，外壳的中段为圆弧槽形，焊接窗口设置在外壳的中段，两套夹卡机构分别设置在外壳的上、下段，各套夹卡机构分别设有两套轴承、内套、卡块和支撑环，支撑环触压在外壳内孔的台阶处，轴承位于支撑环上，两套轴承之间由间隔套分隔，内套的外壁设有环形台，环形台位于两套轴承之间，内套的内孔设有数条卡槽，卡槽的深度由内套的内端至外端递增，每条卡槽对应一条膨胀管的波谷，卡块插入卡槽及所对应的膨胀管的波谷，由卡块将膨胀管与内套固定连接。
2.根据权利要求1所述的膨胀管竖直对接下放方法，其特征在于：所述卡块不少于两块，卡块两两为一组以膨胀管为中心对称安装，卡块与卡槽的接触面为斜面，卡块与膨胀管的接触面为竖直面，卡块的大头端设有固定块，固定块的一侧经螺钉固定在卡块大头端，固定块的另一侧经螺钉与内套固定。
3.根据权利要求2所述的膨胀管竖直对接下放方法，其特征在于：外壳端部固定压盖，内套端面凸出于压盖端面，内套端面设有端面凹槽，端面凹槽的位置与卡槽对应；压盖上固定传扭销安装块，传扭销安装块内插入传扭销，传扭销的一端经端面凹槽插入膨胀管外壁的波谷处。
4.根据权利要求3所述的膨胀管竖直对接下放方法，其特征在于：所述卡块与膨胀管的接触面设有橡胶层，橡胶层与膨胀管的波谷紧密贴合。
5.根据权利要求4所述的膨胀管竖直对接下放方法，其特征在于：所述提引机构设有吊钩，吊钩可360°自转。
6.根据权利要求5所述的膨胀管竖直对接下放方法，其特征在于：所述变位机设有电机、传动件、旋转外套和支撑套，支撑套下部与固定台固定，旋转外套套装在支撑套上部，电机经传动件带动旋转外套转动；所述下膨胀管夹具的上部与旋转外套固定，下膨胀管夹具设有锥形通孔，套管卡瓦匹配安装在锥形通孔内，套管卡瓦夹持膨胀管。
7.根据权利要求6所述的膨胀管竖直对接下放方法，其特征在于：所述对中装置支架固定在夹具座上部。
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