CN217632323U - 一种入井管杆全自动起下装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及钻修井设备技术领域，提供一种入井管杆全自动起下装置。包括双向排管装置、双向升降转运装置和双向俘获转运装置，双向排管装置包括排管架，排管架两端分别设置有升降机构；双向升降转运装置包括斜向上布置的输送带和转运平台，输送带的工作面上设置有升降拨叉，输送带下端位于排管架端部下方，转运平台设置于输送带上端部一侧；双向俘获转运装置包括装设于转运轨道的转运小车，转运轨道指向井口方向，转运小车上设置有抓管机构，抓管机构设置于转运平台下方一侧。本实用新型能够降低人工劳动强度，配合工业控制系统实现起下管作业的全程自动化。

Description

一种入井管杆全自动起下装置

技术领域

本实用新型涉及钻修井设备技术领域，特别涉及一种入井管杆全自动起下装置。

背景技术

管柱起下是地下资源勘探开发等行业特别是石油钻井及修井作业中必不可少、耗时较多、职工劳动强度最大的工序。

现有管柱起下方式主要是延用数十年来老石油以人力或半人力为主的做法，即利用两个吊卡交替悬吊管柱（单根或立柱）上提下放，通过将管柱丝扣连接或卸开，达到将管柱连续下入井内或从井内起出的目的。期间，起下管柱的两端都必须有人配合开合吊卡、控制管柱。具体起管柱程序：内、外钳工分别将游动滑车上的吊环挂在悬挂井内管柱的吊卡双耳上，上提游车起出一节管柱，内外钳工抬动另一吊卡卡住下一节管杆的接箍，下放稳定管杆，卸开连接丝扣，人力将卸开并悬空的管柱推离井口，并由其他人在另一端适时打开吊卡并配合将管柱移竖在井架或水平放置在地面上。下放吊卡，拉出吊环并挂在悬挂待起管柱的吊卡上，如此反复直到将全部管柱起完。下管柱程序为起管柱程序的逆操作。

现行管柱起下方式的不足：一是现行吊卡、管柱都十分沉重，人力操作十分费力；二是需要地面钻台上的多人配合（一次起多根时还需要空中平台人员配合）、占用人力资源多；三是石油资源勘探开发作为高危险行业，笨重的体力劳动、室外严寒酷暑等恶劣的作业环境极易造成安全事故及停工，生产效率低下。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种入井管杆全自动起下装置。

解决井口钻台和二层平台人力劳动强度大、安全风险高等问题，减少室外直接操作人员，实现高温严寒恶劣条件下的连续生产，提高生产效率和效益。

其技术方案如下：

一种入井管杆全自动起下系统，包括按管杆输送顺序依次排布于井口一侧的双向排管装置、双向升降转运装置和双向俘获转运装置，所述双向排管装置包括排管架，排管架两端分别设置有升降机构；所述双向升降转运装置包括斜向上布置的输送带和转运平台，所述输送带的工作面上设置有升降拨叉，所述输送带下端位于排管架端部下方，所述转运平台设置于输送带上端部一侧；所述双向俘获转运装置包括装设于转运轨道的转运小车，所述转运轨道指向井口方向，所述转运小车上设置有抓管机构，所述抓管机构设置于转运平台下方一侧。

进一步的，所述排管架包括两互相平行的排管纵梁，两排管纵梁端部下方分别设置有升降机构，所述升降机构为液压升降柱。

进一步的，所述排管纵梁外侧沿长度方向设有若干排管拨叉，所述排管拨叉一侧设有排管齿轮轴，所述排管齿轮轴转动设置于排管纵梁，各排管齿轮轴通过同步齿形带传动连接。

进一步的，所述转运平台呈U形，两端延伸至所述输送带上端两侧；所述转运平台两端外侧设有转运拨叉。

进一步的，所述转运平台中部设置有缓冲拨叉，所述缓冲拨叉一端转动设置于转运平台，另一端延伸至抓管机构。

进一步的，所述转运小车包括车架，所述车架四角转动设置有脚轮；所述车架呈H形，由小车横梁和两条小车纵梁连接组成；所述抓管机构包括抓管转轴，抓管转轴上固设有抓管立杆，抓管立杆顶端设有管爪，所述抓管转轴转动设置于小车横梁正上方。

进一步的，所述抓管立杆顶端设有抓管连杆，所述抓管连杆两端分别设置有管爪。

进一步的，还包括井口管杆俘获垂直起下装置，所述井口管杆俘获垂直起下装置包括两组分置于井口两侧的垂向爬行机构和起落臂，所述爬行机构一高一低设置，所述爬行机构相对的一侧分别设有起落臂，所述起落臂端部设有接箍卡爪，所述两组爬行机构所处平面与所述转运轨道垂直。

进一步的，所述爬行机构包括设置于井口一侧的垂向滑杆，所述垂向滑杆顶端设置有爬行绞盘，所述爬行绞盘的缆索连接滑块；所述起落臂设置于滑块侧壁。

进一步的，所述爬行绞盘的缆索一端与滑块连接，另一端连接有平衡块。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型将管杆从地面散乱状态排齐，从水平状态竖起，从场地移动到井口，从单根连接成管柱，从井口下入井内。或反之实现逆操作。全流程实现机械自动化操作，操作简便，结构简单，安装检修方便，使用成本低。借助部分局部监控设备，仅需1－2人在室内即可完成管柱的起下作业，大大减少人力资源及职工劳动强度，最重要的是有效减少了高危环境下操作人员数量，提高了自动化水平，有效降低安全事故的发生，具有良好的使用效果和经济效益。

附图说明

图1是本实用新型立体结构示意图；

图2是本实用新型前视结构示意图；

图3是本实用新型俯视结构示意图；

图4是本实用新型右视结构示意图；

图5是图1中A处局部剖视结构示意图；

图6是图2中B处局部剖视结构示意图；

图7是图2中C处局部剖视结构示意图；

图中：1、排管纵梁，2、液压升降柱，3、排管拨叉，4、输送带，5、输送架，6、转运平台，7、缓冲拨叉，8、转运轨道，9、双向绞盘，10、转运小车，11、抓管机构，12、垂向滑杆，13、滑块，14、爬行绞盘，15、起落臂，16、平衡块，101、挡板，301、排管齿轮轴，302、同步齿形带，501、升降拨叉，601、转运拨叉，701、第一液压伸缩杆，702、弹簧避震杆，1001、脚轮，1002、小车纵梁，1003、小车横梁，1101、抓管转轴，1102、抓管立杆，1103、抓管连杆，1104、管爪，1501、接箍卡爪，1502、第二液压伸缩杆。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

实施例一：

一种入井管杆全自动起下系统，包括双向排管装置、双向升降转运装置和双向俘获转运装置。双向排管装置、双向升降转运装置和双向俘获转运装置按管杆输送顺序依次排布于井口一侧。

双向排管装置用于存放管杆，包括由两条互相平行的排管纵梁1组成的排管架，排管纵梁1端部下方设置有液压升降柱2，液压升降柱2由液压站驱动升降，通过排管纵梁1前端或后端的液压升降柱2的同步升降来调整排管纵梁1前倾或后倾，管杆在自身重力作用下前滚或后滚，便于取管和存管。

本实施例中排管纵梁1外侧沿长度方向还设有若干排管拨叉3。排管拨叉3为三叶状，也可以是单叶或两叶，叶与叶之间的间距以能够拨动管杆为准。排管拨叉3固设于排管齿轮轴301一端，排管纵梁1为矩形管，侧壁开设有若干与排管拨叉3对应的轴承孔，排管齿轮轴301通过轴承转动装设于排管纵梁1侧壁的轴承孔，各排管齿轮轴301与同步齿形带302啮合，其中，位于端部的排管齿轮轴301通过可正反转电机驱动作旋转运动。各排管拨叉3的间距以恰好容纳一根管杆为准，运行时，各排管拨叉3通过同步齿形带302的带动进行同步转动，取放管时，管杆在排管拨叉3的拨动下，依次有序运移。

本实施例中，排管纵梁1前端还设置有挡板101，用于对管杆限位，防止管杆从排管架上掉落。

双向升降转运装置由斜向上布置的输送带4和输送架5组成，输送带4下端位于排管架端部下方，与排管架交错，用于将排管架端部的管杆向上运移或向排管架输送管杆。输送带4的工作面装设有矩形阵列排布的若干升降拨叉501，升降拨叉501为杆状或锥形，用于带动管杆运移。输送带4架设于输送架5上，输送架5用于装设输送带4的一面为斜面，输送架5顶面为转运平台6。转运平台6是呈U形的平面，围绕在输送带4上端周围，当管杆被输送带4输送到顶端时，首先掉落到转运平台6上。

转运平台6左右两侧装设有转运拨叉601，转运拨叉601结构与排管拨叉3相同，尺寸较排管拨叉3大，以能够拨动转运平台6上的管杆为准，也是通过可正反转电机驱动，当管杆落至转运平台6后，在转运拨叉601的拨动下运移到缓冲拨叉7，反转则运移到输送带4。

与输送带4相对的另一侧铰接有缓冲拨叉7，缓冲拨叉7为弧形板体，顶面为弧面，一端与输送架5铰接，另一端延伸至抓管机构11。缓冲拨叉7下方装设有第一液压伸缩杆701，第一液压伸缩杆701通过液压站驱动。第一液压伸缩杆701底部铰接于输送架5，工作端装设有弹簧避震杆702，弹簧避震杆702另一端铰接于缓冲拨叉7底部。第一液压伸缩杆701带动缓冲拨叉7作上下摆动，摆动至斜向上位时，管杆能够沿弧面滚动到转运平台6上，摆动至斜向下位时，管杆能够延缓冲拨叉7的弧面滚动到抓管机构11上，之后继续向下收起。弹簧避震杆702的作用是当管杆从转运平台6落至缓冲拨叉7时起缓冲作用。缓冲拨叉7可以设置多个，以便平稳承接管杆。

双向俘获转运装置包括转运小车10、抓管机构11、双向绞盘9和两条平行的转运轨道8。转运轨道8为工字形钢轨，指向井口方向。转运轨道8远离井口的一端装设有双向绞盘9，双向绞盘9的缆索两端与转运小车10连接，用于带动转运小车10在转运轨道8上作直线往复运动。转运小车10由车架和脚轮1001组成，车架呈H形，由小车横梁1003和两条小车纵梁1002连接组成，车架四角转动设置有脚轮1001。

抓管机构11由抓管转轴1101、抓管立杆1102、抓管连杆1103和管爪1104组成。抓管转轴1101与小车横梁1003平行，通过轴承转动装设于小车横梁1003上方，抓管转轴1101由步进电机驱动作90度转动，转运小车10位于缓冲拨叉7一侧时，抓管立杆1102垂直，用于和缓冲拨叉7交接管杆，转运小车10位于井口一侧时，抓管立杆1102水平，抓管机构11夹持的管杆能够垂直下入井口。抓管立杆1102固设于抓管转轴1101，抓管连杆1103固设于抓管立杆1102端部，用于装设多个管爪1104，本实施例中，在抓管连杆1103两端分别设置一个管爪1104，所述管爪1104为液压或气动V形抓钳。

本实施例进行下管作业时，首先，靠近双向升降转运装置一侧的液压升降柱2降低，同时，排管拨叉3、输送带4、转运拨叉601依次正向运转，缓冲拨叉7摆动至斜向下方向，将管杆输送到抓管机构11，再向下收起，然后，管爪1104夹持管杆后，转运小车10运行至转运轨道8靠近井口一端，抓管转轴1101转动带动抓管立杆1102到水平位，使管杆垂直对向井口，现场下管设备对接管杆后，管爪1104释放管杆，进行下管作业。

起管作业时，先用现场起管设备将管杆吊出井口，然后放下管爪1104，夹持管杆，转运小车10移至缓冲拨叉7位置，松开管爪1104，缓冲拨叉7自下而上摆动，将管杆运移至转运平台6，转运拨叉601、输送带4、排管拨叉3反向运行，排管架原理双向升降转运装置一端的液压升降柱2下降，进行排管作业。

本实用新型中的驱动电机、步进电机等均为本领域常规设备，其安装和使用为常规技术，因此图中未示出，但本领域技术人员能够理解如何安装和使用。现场下管设备和起管设备为石油钻井常规设备，包括但不限于吊机、悬挂器或管卡等设备。

实施例二：

本实用新型还包括井口管杆俘获垂直起下装置，井口管杆俘获垂直起下装置由两组分置于井口两侧的垂向爬行机构和起落臂15组成，爬行机构一高一低设置，运行时交替运行，提高起下管效率。

爬行机构由垂向滑杆12、滑块13和爬行绞盘14构成。垂向滑杆12顶端装设有爬行绞盘14，爬行绞盘14的缆索连接滑块13，滑块13通过与垂向滑杆12滑动配合的通孔滑动装设于垂向滑杆12。垂向滑杆12设有防止滑块13径向转动的径向限位凸棱，径向限位凸棱为本领域常规技术，图中未示出，垂向滑杆12叶也可以是方杆，防止滑块13发生径向转动。

起落臂15设置于滑块13一侧，一端铰接于滑块13，另一端设有接箍卡爪1501。接箍卡爪1501呈U形，开口大于管杆杆体直径但小于管杆接箍直径。

起落臂15下方设有第二液压伸缩杆1502，第二液压伸缩杆1502一端铰接于滑块13，另一端铰接于起落臂15，用于驱动起落臂15作上下摆动运动。

起下管作业时，其中一组爬行机构首先降低至井口位，起落臂15向上摆动时，接箍卡爪1501自下而上卡合于管杆接箍下方，爬行绞盘14带动滑块13向上滑动，进行起管作业，同时，另一组爬行机构向井口运行，准备下一根管杆的起管作业，下管时则反向运行。

本实施例中，爬行绞盘14还设置有平衡块16，缆索一端与滑块13连接，另一端连接有平衡块16，用于平衡起管时的拉力。

本实施例所述爬行机构也可以采用齿轮齿条机构或其他能够带动起落臂作上下直线往复运动的机构。

本实用新型动力部分采用液压、气动或电机驱动，电机驱动部分可以根据需要配备齿轮箱，以实现对大负载的有效驱动。在生产中使用时，可以根据需要通过人工操作控制开关操作，也可以通过DCS、PLC等工业控制系统控制各设备的启停和运行，实现全程自动化起下管作业。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种入井管杆全自动起下系统，包括按管杆输送顺序依次排布于井口一侧的双向排管装置、双向升降转运装置和双向俘获转运装置，其特征在于，所述双向排管装置包括排管架，排管架两端分别设置有升降机构；所述双向升降转运装置包括斜向上布置的输送带(4)和转运平台(6)，所述输送带(4)的工作面上设置有升降拨叉(501)，所述输送带(4)下端位于排管架端部下方，所述转运平台(6)设置于输送带(4)上端部一侧；所述双向俘获转运装置包括装设于转运轨道(8)的转运小车(10)，所述转运轨道(8)指向井口方向，所述转运小车(10)上设置有抓管机构(11)，所述抓管机构(11)设置于转运平台(6)下方一侧。

2.根据权利要求1所述的一种入井管杆全自动起下系统，其特征在于，所述排管架包括两互相平行的排管纵梁(1)，两排管纵梁(1)端部下方分别设置有升降机构，所述升降机构为液压升降柱(2)。

3.根据权利要求2所述的一种入井管杆全自动起下系统，其特征在于，所述排管纵梁(1)外侧沿长度方向设有若干排管拨叉(3)，所述排管拨叉(3)一侧设有排管齿轮轴(301)，所述排管齿轮轴(301)转动设置于排管纵梁(1)，各排管齿轮轴(301)通过同步齿形带(302)传动连接。

4.根据权利要求1所述的一种入井管杆全自动起下系统，其特征在于，所述转运平台(6)呈U形，两端延伸至所述输送带(4)上端两侧；所述转运平台(6)外侧设有转运拨叉(601)。

5.根据权利要求4所述的一种入井管杆全自动起下系统，其特征在于，所述转运平台(6)中部设置有缓冲拨叉(7)，所述缓冲拨叉(7)一端转动设置于转运平台(6)，另一端延伸至抓管机构(11)。

6.根据权利要求1所述的一种入井管杆全自动起下系统，其特征在于，所述转运小车(10)包括车架，所述车架四角转动设置有脚轮(1001)；所述车架呈H形，由小车横梁(1003)和两条小车纵梁(1002)连接组成；所述抓管机构(11)包括抓管转轴(1101)，抓管转轴(1101)上固设有抓管立杆(1102)，抓管立杆(1102)顶端设有管爪(1104)，所述抓管转轴(1101)转动设置于小车横梁(1003)正上方。

7.根据权利要求6所述的一种入井管杆全自动起下系统，其特征在于，所述抓管立杆(1102)顶端设有抓管连杆(1103)，所述抓管连杆(1103)两端分别设置有管爪(1104)。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种入井管杆全自动起下系统，其特征在于，还包括井口管杆俘获垂直起下装置，所述井口管杆俘获垂直起下装置包括两组分置于井口两侧的垂向爬行机构和起落臂(15)，所述爬行机构相对的一侧分别设有起落臂(15)，所述起落臂(15)端部设有接箍卡爪(1501)，所述两组爬行机构所处平面与所述转运轨道(8)垂直。

9.根据权利要求8所述的一种入井管杆全自动起下系统，其特征在于，所述爬行机构包括设置于井口一侧的垂向滑杆(12)，所述垂向滑杆(12)顶端设置有爬行绞盘(14)，所述爬行绞盘(14)的缆索连接滑块(13)；所述起落臂(15)设置于滑块(13)侧壁。

10.根据权利要求9所述的一种入井管杆全自动起下系统，其特征在于，所述爬行绞盘(14)的缆索一端与滑块(13)连接，另一端连接有平衡块(16)。

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