CN114320190A - 智能化全电动修井机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能化全电动修井机，包括电驱车体，在电驱车体上设有电源管理系统，电源管理系统与驱动电机电连接，驱动电机与液压站连接；在电驱车体上还设有井架基础，井架基础的顶部与井架总成铰接，在电驱车体的尾部还与作业平台连接；在井架基础设有可伸缩到作业平台上方的智能液压钳。通过采用智能液压钳的方案，能够实现智能液压钳与管柱之间位置的自动调整，实现液压钳与管柱之间的精确定位。设置的智能杆并能够控制智能液压钳在接近管柱时减速，从而能够提高平时运行的速度，并减少机械冲击。设置的侧推基础和侧推臂，能够进一步精确调整电驱车体的位置，从而精确调节作业平台及其他附属工具与管柱之间的定位。

Description

智能化全电动修井机

技术领域

本发明涉及油气田开发设备中的修井机领域，特别是一种智能化全电动修井机。

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。在适用于小井场的修井机中，通常采用车体结构作为修井平台的基础。例如CN104405302A新型管柱立式侧放全自动液压智能修井机、CN103821464B一种油管柱立放车载全自动智能液压修井机等结构。但是该工况下，作业平台很难与井口精确对齐。液压钳是用于管柱上扣或卸扣的工具，通常能够实现伸缩动作，在作业平台与井口未精确对齐的工况下，液压钳存在很难卡住管柱的情形。现有技术CN209430133 U中记载了一种全自动修井液压钳，在该结构中，使液压钳保持水平较为困难。CN 210598866 U中记载了一种在修井机井架上捆绑机械臂的自动液压钳，该结构存在左右摆动误差较大的问题，需要人工干预。目前修井机常规小修作业仍以人工作业为主，每班作业人员通常在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。效率较低，劳动强度较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能化全电动修井机，能够通过自动定位使液压钳与管柱精确对齐，大幅减少人工干预。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种智能化全电动修井机，包括电驱车体，在电驱车体上设有电源管理系统，电源管理系统与驱动电机电连接，驱动电机与液压站连接；

在电驱车体上还设有井架基础，井架基础的顶部与井架总成铰接，在电驱车体的尾部还与作业平台连接；

在井架基础设有可伸缩到作业平台上方的智能液压钳。

优选的方案中，在电驱车体靠近作业平台的一端，电驱车体的一侧还设有侧推基础，侧推基础通过侧推臂与电驱车体的一侧连接，以辅助侧推电驱车体，使作业平台与井口对齐。

优选的方案中，在智能液压钳的开口两侧设有智能杆；

智能杆的端头延伸到智能液压钳的开口之外，在智能杆上设有应变传感器，以检测智能杆的弯曲方向和角度大小。

优选的方案中，在智能液压钳的开口内侧靠近底部的位置设有智能杆，在智能杆上设有应变传感器，以检测智能杆的弯曲方向和角度大小。

优选的方案中，在智能液压钳的开口两侧设有智能杆；

智能杆的杆体采用挠性体；

智能杆为第一杆和第二杆，第一杆和第二杆分别位于智能液压钳的开口两侧，第一杆和第二杆的一端与智能液压钳固定连接，第一杆和第二杆的另一端为自由端；

在第一杆和第二杆上分别设有至少两个弯曲段，其中一个弯曲段位于靠近固定端的位置，弯曲方向朝向内侧；另一个弯曲段位于靠近自由端的位置，弯曲方向朝向外侧；

应变传感器位于弯曲段的外侧。

优选的方案中，在智能液压钳的开口内侧靠近底部的位置设有智能杆；

智能杆的杆体采用挠性体；

智能杆为第三杆，在第三杆上设有弯曲段，弯曲段位于靠近液压钳中间圆心的位置，弯曲段的弯曲方向朝向远离圆心的方向；

应变传感器位于弯曲段的外侧；

第三杆用于检测液压钳与管柱之间的距离。

优选的方案中，所述的应变传感器为电阻应变片，电阻应变片以交错阵列的方式布置，各个电阻应变片与柔性电路板电连接。

优选的方案中，所述的应变传感器的结构为：套管与智能杆的杆体固定连接，在套管的至少一端设有压电片，拉丝穿过压电片和套管，拉丝的两端设有锚头；

所述的拉丝设有预应力。

优选的方案中，智能液压钳的结构为：在井架基础上设有井架基础滑轨，智能液压钳的底部设有滑动底座，滑动底座与井架基础滑轨之间滑动连接，在井架基础滑轨上设有纠偏缸，纠偏缸用于驱动滑动底座沿着井架基础滑轨滑动；

滑动底座上固设有滑动柱，四边形机构的底部与滑动柱滑动连接，在滑动底座与四边形机构之间设有竖直油缸，以通过竖直油缸驱动四边形机构升降；

四边形机构的顶部与液压钳悬挂架连接，伸缩油缸的一端与滑动底座连接，伸缩油缸的另一端与四边形机构连接，以驱动液压钳悬挂架前后伸缩；

液压钳弹性悬挂在液压钳悬挂架上；

在液压钳悬挂架上固定安装有智能杆的第一杆、第二杆和第三杆；

第一杆和第二杆位于液压钳的开口两侧，第三杆位于靠近液压钳开口底部的位置；

智能杆上设有由于检测智能杆变形的应变传感器。

优选的方案中，还设有动力电池组，电源管理系统与动力电池组电连接。

驱动电机通过分动箱与液压站和电驱车体连接。

本发明提供的一种智能化全电动修井机，通过采用智能液压钳的方案，能够实现智能液压钳与管柱之间位置的自动调整，实现液压钳与管柱之间的精确定位。设置的智能杆并能够控制智能液压钳在接近管柱时减速，从而能够提高平时运行的速度，并减少机械冲击。设置的侧推基础和侧推臂，能够进一步精确调整电驱车体的位置，从而精确调节作业平台及其他附属工具与管柱之间的定位。采用全电驱的方案，能够便于实现智能控制，大幅提高修井作业效率，减少人工占用，降低劳动强度，提高作业安全性。

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为本发明的整体结构主视示意图。

图2为本发明修井作业时的整体结构俯视示意图。

图3为本发明修井作业时管柱周围结构的局部俯视示意图。

图4为本发明中智能液压钳的动作示意图。

图5为本发明中智能液压钳的立体图。

图6为本发明中智能液压钳的俯视图。

图7 为本发明中智能杆的结构示意图。

图8为本发明中智能杆上电阻应变片的布置结构示意图。

图9为本发明中智能杆上压电片的布置结构示意图。

图中：智能液压钳1，智能杆101，第一杆1011，第二杆1012，第三杆1013，弯曲段1014，第一弯曲段10141，第二弯曲段10142，应变传感器1015，电阻应变片1016，柔性电路板1017，套管1018，拉丝1019，压电片1020，锚头1021，液压钳102，液压钳悬挂架103，四边形机构104，伸缩油缸105，滑动底座106，滑动柱107，竖直油缸108，电驱车体2，电源管理系统3，液压站4，绞车总成5，驱动电机6，前侧支腿7，减速器8，分动箱9，动力电池组10，操作室11，后侧支腿12，后支腿13，防喷器14，充电电机15，钢丝绳16，井架总成17，游车大钩18，吊环摆臂19，吊卡20，管柱21，作业平台22，输入电源23，动力卡瓦24，扶管装置25，猫道26，排列管住27，侧推基础28，侧推臂29，纠偏缸30，井架基础滑轨31，井架基础32，天车滑轮组33。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2中，一种智能化全电动修井机，包括电驱车体2，在电驱车体2上设有电源管理系统3，电源管理系统3与驱动电机6电连接，驱动电机6与液压站4连接；还设有绞车总成5，绞车总成5有两种驱动方式，包括驱动电机6直驱和液压驱动，在小型设备上采用驱动电机6直驱，在大型设备，例如液压钳主钳适用范围在直径73~141mm的修井机则采用液压驱动。

如图1中，在电驱车体2上还设有井架基础32，井架基础32的顶部与井架总成17铰接，在电驱车体2的尾部还与作业平台22连接；

如图3、4中，在井架基础32设有可伸缩到作业平台22上方的智能液压钳1，智能液压钳1可伸缩的在避让位和工作位之间切换。由此结构，通过采用全电力驱动，使相应设备的自动控制便于实现，结合智能化的传感器，本发明的全电动修井机能够便利的实现智能化控制，即利用感知能力自动适配工作场景。

优选的方案如图3中，在电驱车体2靠近作业平台22的一端，电驱车体2的一侧还设有侧推基础28，侧推基础28通过侧推臂29与电驱车体2的一侧连接，以辅助侧推电驱车体2，使作业平台22与井口对齐。本例中，侧推臂29的推力达到12T,通过侧推臂29能够微调作业平台22的精确位置，从而调整使作业平台22与井口对齐，避免电驱车体2需要反复倒车对位的问题。

优选的方案如图5~6中，在智能液压钳1的开口两侧设有智能杆101；与视频识别方案相比，智能杆101的方案能够在很大程度上避免现场恶劣环境的影响。

如图6中，智能杆101的端头延伸到智能液压钳1的开口之外，在智能杆101上设有应变传感器1015，以检测智能杆101的弯曲方向和角度大小。

优选的方案如图7中，在智能液压钳1的开口内侧靠近底部的位置设有智能杆101，在智能杆101上设有应变传感器1015，以检测智能杆101的弯曲方向和角度大小。利用智能杆101触碰管柱21，以通过智能杆101的弯曲和摆动感知管柱21的具体位置。

优选的方案如图6中，在智能液压钳1的开口两侧设有智能杆101；

智能杆101的杆体采用挠性体；挠性体包括尼龙、超高分子量聚乙烯、玻纤、碳纤维等挠性材质，优选的，采用片状结构。进一步优选的，采用复合结构，例如在超高分子量聚乙烯内集成弹性钢丝，以提高智能杆101杆体的挠性。

如图6、7中，智能杆101为第一杆1011和第二杆1012，第一杆1011和第二杆1012分别位于智能液压钳1的开口两侧，第一杆1011和第二杆1012的一端与智能液压钳1固定连接，第一杆1011和第二杆1012的另一端为自由端；

在第一杆1011和第二杆1012上分别设有至少两个弯曲段1014，其中一个弯曲段1014位于靠近固定端的位置，弯曲方向朝向内侧，该弯曲段1014主要用于检测向内侧的弯曲，用于反馈管柱21是否位于第一杆1011或第二杆1012的外侧，当管柱21位于第一杆1011或第二杆1012的外侧，则在接触过程中使第一杆1011或第二杆1012持续向内弯曲，而该弯曲段的应变传感器1015被拉伸，从而反馈出拉伸长度，以拉伸长度换算出管柱21的大致位置。另一个弯曲段1014位于靠近自由端的位置，弯曲方向朝向外侧；该弯曲段1014用于反馈在第一杆1011与第二杆1012之内的管柱21的具体位置，当第一杆1011与第二杆1012的任一个接触到管柱21则能够通过应变传感器1015随着第一杆1011和第二杆1012变形的程度计算得到管柱21的具体位置。通过上述的反馈，再调整智能液压钳1的位置，即可使智能液压钳1与管柱21之间精确定位。

如图7中，应变传感器1015位于弯曲段1014的外侧。由此结构，通过拉伸检测更容易获得精确的变形数据。

优选的方案如图6中，在智能液压钳1的开口内侧靠近底部的位置设有智能杆101；

智能杆101的杆体采用挠性体；

智能杆101为第三杆1013，在第三杆1013上设有弯曲段1014，弯曲段1014位于靠近液压钳102中间圆心的位置，弯曲段1014的弯曲方向朝向远离圆心的方向；

如图7中，应变传感器1015位于弯曲段1014的外侧；

第三杆用于检测液压钳102与管柱21之间的距离。液压钳102的重量最低超过250KG，重量大的甚至超过1T，因此液压钳102在运行过程中，存在较大的惯性，为避免惯性的影响吗，通常需要降低液压钳102的运行速度，这导致整个作业的效率降低。而设置的第三杆1013，能够提前检测到管柱21的位置，然后利用自动控制开始减速，从而能够大幅提高液压钳102的运行速度，进而大幅提高液压钳的上扣和卸扣作业效率。

优选的方案如图8中，所述的应变传感器1015为电阻应变片1016，电阻应变片1016以交错阵列的方式布置，各个电阻应变片1016与柔性电路板1017电连接。交错阵列是指至少有一个电阻应变片1016位于另两个电阻应变片1016接缝的位置，从而能够从整体上对智能杆101的变形进行采集。优选的，电阻应变片1016采用蛇形结构，以更好的监测拉伸变形，大幅提高检测精度。柔性电路板1017采用(Flexible Printed Circuit )FPC板。以适应智能杆101的变形过程中的信号传递。

另一可选的方案如图9中，所述的应变传感器1015的结构为：套管1018与智能杆101的杆体固定连接，在套管1018的至少一端设有压电片1020，拉丝1019穿过压电片1020和套管1018，拉丝1019的两端设有锚头1021；由此结构，当智能杆101发生形变，则使拉丝1019拉伸，拉丝1019通过锚头1021对压电片1020产生压力，从而发出压力信号，通过标定，对压力信号与拉伸变形量相对应，即可得出弯曲变形程度。本方案的电子元件相对较少，但对材质性能的要求较高。

所述的拉丝1019设有预应力。由此结构，通过预应力的损失，能够检测到反向弯曲的程度，即实现非拉伸方向弯曲程度的检测。

优选的方案如图3、5中，智能液压钳1的结构为：在井架基础32上设有井架基础滑轨31，智能液压钳1的底部设有滑动底座106，滑动底座106与井架基础滑轨31之间滑动连接，在井架基础滑轨31上设有纠偏缸30，纠偏缸30用于驱动滑动底座106沿着井架基础滑轨31滑动；由此结构，用于调节液压钳102的钳口左右位置。

滑动底座106上固设有滑动柱107，四边形机构104的底部与滑动柱107滑动连接，在滑动底座106与四边形机构104之间设有竖直油缸108，以通过竖直油缸108驱动四边形机构104升降；由此结构，用于调节液压钳102的水平高度。

四边形机构104的顶部与液压钳悬挂架103连接，伸缩油缸105的一端与滑动底座106连接，伸缩油缸105的另一端与四边形机构104连接，以驱动液压钳悬挂架103前后伸缩；

液压钳102弹性悬挂在液压钳悬挂架103上；

在液压钳悬挂架103上固定安装有智能杆101的第一杆1011、第二杆1012和第三杆1013；

第一杆1011和第二杆1012位于液压钳102的开口两侧，由此结构，用于检测管柱21的左右位置，第三杆1013位于靠近液压钳102开口底部的位置，由此结构，用于检测液压钳102与管柱21之间的距离，以辅助减速，减少机械冲击，从而能够提高液压钳102的运行速度；

智能杆101上设有由于检测智能杆101变形的应变传感器1015。

优选的方案如图1中，还设有动力电池组10，电源管理系统3与动力电池组10电连接。

驱动电机6通过分动箱9与液压站4和电驱车体2连接。

实施例2：

以最优示例为例，对智能化全电动修井机的使用流程加以说明。

使用时，将电驱车体2行驶到井口的位置，辅助利用侧推基础28和侧推臂29调节电驱车体2的精确位置，使作业平台22与井口对齐。下放前侧支腿7、后侧支腿12和后支腿13，使电驱车体2支承可靠，安装井架总成17，绞车总成5通过钢丝绳16配合将井架总成17竖立安装到位，电源管理系统3根据工况从输入电源23或动力电池组10给驱动电机6供电，驱动电机6通过分动箱9为液压站4提供动力，液压站4为修井工具提供液压动力。例如液压钳102和动力卡瓦24，安装作业平台22和猫道26，直至完成整个修井机的安装。修井作业时，绞车总成5动作，下放游车大钩18，将吊卡20与管柱21连接，提升游车大钩18，将管柱21提升，智能液压钳1的伸缩油缸105动作，使四边形机构104前伸，液压钳102与管柱21对齐，若有偏差调节竖直油缸108，使四边形机构104上下升降与管柱21对齐。在智能控制模式下，智能液压钳1前伸至第一杆1011和第二杆1012前端与管柱21接触的位置如图3中，驱动纠偏缸30动作，驱动液压钳102沿着井架基础滑轨31摆动，若第一杆1011或第二杆1012位于第二弯曲段10142的应变传感器1015，即靠近固定端的弯曲段接收到拉伸信号，则管柱21位于第一杆1011和第二杆1012之外，此时需要将智能液压钳1缩回，智能液压钳1沿着井架基础滑轨31向管柱方向移动后，液压钳102再次伸出。若第一杆1011或第二杆1012位于第一弯曲段10141的应变传感器1015，即靠近自由端的弯曲段接收到拉伸信号，则管柱21位于第一杆1011和第二杆1012之间，可以根据应变传感器1015做出相应调整，若是第一杆1011接收到信号则智能液压钳1沿着井架基础滑轨31向第一杆1011的方向移动，反之亦然。从而使液压钳102的钳口与管柱21对齐，在后继的作业过程中，通常无需再次对智能液压钳1的左右位置进行调整，除非产生的振动使整个电驱车体2的位置发生改变，从而大幅降低人工参与程度。在液压钳102伸出过程中，第三杆1013优先与管柱21接触，管柱21使第三杆1013发生形变，相应变形信号通过应变传感器1015发送至主控装置，例如PLC，则主控装置发出控制信号，控制伸缩油缸105降低速度，以液压控制为例，则是通过流量阀减少进入到伸缩油缸105内的液压油，或者利用流量阀减少伸缩油缸105的排油实现缓冲，以大幅减少机械冲击，避免人工操作失误，也减少相应的观察指挥人员。通过以上步骤实现智能液压钳1的智能控制。

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，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。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 (10)

1.一种智能化全电动修井机，其特征是：包括电驱车体（2），在电驱车体（2）上设有电源管理系统（3），电源管理系统（3）与驱动电机（6）电连接，驱动电机（6）与液压站（4）连接；

在电驱车体（2）上还设有井架基础（32），井架基础（32）的顶部与井架总成（17）铰接，在电驱车体（2）的尾部还与作业平台（22）连接；

在井架基础（32）设有可伸缩到作业平台（22）上方的智能液压钳（1）。

2.根据权利要求1所述的一种智能化全电动修井机，其特征是：在电驱车体（2）靠近作业平台（22）的一端，电驱车体（2）的一侧还设有侧推基础（28），侧推基础（28）通过侧推臂（29）与电驱车体（2）的一侧连接，以辅助侧推电驱车体（2），使作业平台（22）与井口对齐。

3.根据权利要求1所述的一种智能化全电动修井机，其特征是：在智能液压钳（1）的开口两侧设有智能杆（101）；

智能杆（101）的端头延伸到智能液压钳（1）的开口之外，在智能杆（101）上设有应变传感器（1015），以检测智能杆（101）的弯曲方向和角度大小。

4.根据权利要求1或3任一项所述的一种智能化全电动修井机，其特征是：在智能液压钳（1）的开口内侧靠近底部的位置设有智能杆（101），在智能杆（101）上设有应变传感器（1015），以检测智能杆（101）的弯曲方向和角度大小。

5.根据权利要求1所述的一种智能化全电动修井机，其特征是：在智能液压钳（1）的开口两侧设有智能杆（101）；

智能杆（101）的杆体采用挠性体；

智能杆（101）为第一杆（1011）和第二杆（1012），第一杆（1011）和第二杆（1012）分别位于智能液压钳（1）的开口两侧，第一杆（1011）和第二杆（1012）的一端与智能液压钳（1）固定连接，第一杆（1011）和第二杆（1012）的另一端为自由端；

在第一杆（1011）和第二杆（1012）上分别设有至少两个弯曲段（1014），其中一个弯曲段（1014）位于靠近固定端的位置，弯曲方向朝向内侧；另一个弯曲段（1014）位于靠近自由端的位置，弯曲方向朝向外侧；

应变传感器（1015）位于弯曲段（1014）的外侧。

6.根据权利要求1所述的一种智能化全电动修井机，其特征是：在智能液压钳（1）的开口内侧靠近底部的位置设有智能杆（101）；

智能杆（101）的杆体采用挠性体；

智能杆（101）为第三杆（1013），在第三杆（1013）上设有弯曲段（1014），弯曲段（1014）位于靠近液压钳（102）中间圆心的位置，弯曲段（1014）的弯曲方向朝向远离圆心的方向；

应变传感器（1015）位于弯曲段（1014）的外侧；

第三杆用于检测液压钳（102）与管柱（21）之间的距离。

7.根据权利要求3、5~6任一项所述的一种智能化全电动修井机，其特征是：所述的应变传感器（1015）为电阻应变片（1016），电阻应变片（1016）以交错阵列的方式布置，各个电阻应变片（1016）与柔性电路板（1017）电连接。

8.根据权利要求3、5~6任一项所述的一种智能化全电动修井机，其特征是：所述的应变传感器（1015）的结构为：套管（1018）与智能杆（101）的杆体固定连接，在套管（1018）的至少一端设有压电片（1020），拉丝（1019）穿过压电片（1020）和套管（1018），拉丝（1019）的两端设有锚头（1021）；

所述的拉丝（1019）设有预应力。

9.根据权利要求1、3、5~6任一项所述的一种智能化全电动修井机，其特征是：智能液压钳（1）的结构为：在井架基础（32）上设有井架基础滑轨（31），智能液压钳（1）的底部设有滑动底座（106），滑动底座（106）与井架基础滑轨（31）之间滑动连接，在井架基础滑轨（31）上设有纠偏缸（30），纠偏缸（30）用于驱动滑动底座（106）沿着井架基础滑轨（31）滑动；

滑动底座（106）上固设有滑动柱（107），四边形机构（104）的底部与滑动柱（107）滑动连接，在滑动底座（106）与四边形机构（104）之间设有竖直油缸（108），以通过竖直油缸（108）驱动四边形机构（104）升降；

四边形机构（104）的顶部与液压钳悬挂架（103）连接，伸缩油缸（105）的一端与滑动底座（106）连接，伸缩油缸（105）的另一端与四边形机构（104）连接，以驱动液压钳悬挂架（103）前后伸缩；

液压钳（102）弹性悬挂在液压钳悬挂架（103）上；

在液压钳悬挂架（103）上固定安装有智能杆（101）的第一杆（1011）、第二杆（1012）和第三杆（1013）；

第一杆（1011）和第二杆（1012）位于液压钳（102）的开口两侧，第三杆（1013）位于靠近液压钳（102）开口底部的位置；

智能杆（101）上设有由于检测智能杆（101）变形的应变传感器（1015）。

10.根据权利要求1所述的一种智能化全电动修井机，其特征是：还设有动力电池组（10），电源管理系统（3）与动力电池组（10）电连接；

驱动电机（6）通过分动箱（9）与液压站（4）和电驱车体（2）连接。

Images