专利名称:井内管柱起下自动化装置制造方法
【专利摘要】一种井内管柱起下自动化装置，包括游动自动吊卡、管柱起下放自动锁紧器以及管柱自动运排机构；所述管柱自动运排机构包括管柱上端对行居中器、管柱上端牵引器、管柱上端排摆器、钻台管柱输运器、钻台管柱抓摆器、管柱排架以及能够打开或关闭管柱排架入口的排架管柱锁紧器；本实用新型操作简便，结构简单，检修方便，使用成本低，提高了作业速度及连续作业时间，有效减少了高危环境下操作人员数量，提高了自动化程度，有效降低人身伤亡事故的发生，具有良好的使用效果和经济效益。
【专利说明】井内管柱起下自动化装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油、地热等地下资源勘探开发行业领域，具体为一种钻井及井下修井作业实现起下管柱工序自动化的装置。
【背景技术】
[0002]管柱起下是地下资源勘探开发等行业特别是石油钻井及井下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延用数十年来老石油以人力为主的做法(使用连续油管设备除外)，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的吊环固定在悬挂井内管柱的吊卡双耳上，上提吊环起出一节管柱，内外钳工抬动备用吊卡卡住下一节管柱接箍，下放稳定管柱，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到固定排架上。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；二是需要空中平台、地面钻台上的多人配合，占用较多人力资源；三是石油资源勘探开发作为高危险行业，笨重的体力劳动、恶劣的作业环境极易造成人员伤亡，且生产效率低下。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种操作方便、省时省力、作业效率高且安全稳定的井内管柱起下自动化装置，来解决井口钻台和二层平台人力开关吊卡及摆放管柱劳动强度大、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。
[0004]本实用新型具体技术方案是:包括游动自动吊卡、管柱起下放自动锁紧器以及管柱自动运排机构；所述游动自动吊卡包括底部开口且用于容纳管柱顶端的腔体以及腔体上部连接的吊环、腔体内部侧面安装且用于卡紧或者释放管柱顶端的管端锁紧装置；管柱起下放自动锁紧器包括壳体以及中间的管柱通道，所述管柱通道内安装管柱锁紧装置；所述管柱自动运排机构包括管柱上端对行居中器、管柱上端牵引器、管柱上端排摆器、钻台管柱输运器、钻台管柱抓摆器、管柱排架以及能够打开或关闭管柱排架入口的排架管柱锁紧器；所述管柱上端对行居中器包括两根间隔布置的动力推杆，且所述动力推杆能够在动力作用下相向移动；所述管柱上端牵引器包括动力伸缩杆以及安装在其前端的可转向的俘获抓手；所述管柱上端排摆器包括底座以及其上安装的可横、纵向移动的拨正杆；所述钻台管柱输运器包括拖运轨道以及其上安装与其滑动配合的动力伸缩机构，所述动力伸缩机构的前端固定承接篮筐；所述钻台管柱抓摆器包括转盘以及其上活动连接的伸缩抓举臂，所述伸缩抓举臂的中部通过举升液缸连接转盘、前端连接可转向的锁紧抓手。
[0005]上述装置工作过程为:(I)将管柱起下放自动锁紧器安装固定在钻台上(底部)，通过自动开关灵活控制管柱某一或特定位置将其悬挂稳定在钻台。(2)将游动自动吊卡悬挂固定在游动滑车下，通过上下行走及气动开关，自动俘获卡住或释放管柱顶部接箍。(3)将管柱自动运排机构的各个部分分别安装固定在钻台及二层平台上(比如管柱上端对行居中器、管柱上端牵引器、管柱上端排摆器、管柱排架等分别安装在二层平台上，钻台管柱输运器、钻台管柱抓摆器等分别安装在钻台上)，通过协同动作，将管柱运离或运至井口与游车垂直线上，实现起下管柱自动输送。(4)下管柱时，先通过管柱自动运排机构将管柱运至井口上方，悬空的游动自动吊卡下放俘获卡住管柱顶部接箍，提起与悬挂在井内管柱的上接箍连接，松开钻台管柱起下放自动锁紧器将管柱下放到井内适当位置再锁紧，松开游动自动吊卡并升至上空。重复本步操作实现连续将管柱下入井内。(5)起管柱时，下放游动自动吊卡至井口，俘获用管柱下放自动锁紧器悬挂在井内的管柱的顶部接箍，提起适当高度后管柱下放自动锁紧器锁紧固定，用动力大钳卸开起提出的管柱，用管柱自动运排机构将管柱运走、摆齐。重复本步操作，连续将管柱起出井内。
[0006]上述方案可以进一步改进为:
[0007]所述游动自动吊卡腔体包括中部的直筒部以及其上、下两端分别连接的外扩锥筒；所述管端锁紧装置为对称布置的一组U型液压或气压夹板，所述液压或气压夹板对称安装在腔体中部的直筒部。
[0008]所述管柱起下放自动锁紧器通道上设有倒置锥体腔，所述倒置锥体腔内设有对称设置有多块锁紧滑块且锁紧滑块的外表面与倒置锥体腔内的导向滑槽形成滑动配合、内表面设有锁紧钳牙，所述锁紧滑块的滑动通过液压或者气动压缸提供驱动力。
[0009]所述俘获抓手包括有环形齿条钳口以及与其传动连接并提供转向动力的液动直齿条。
[0010]所述底座的后侧连接纵向伸缩的液压或者气动压缸，所述底座上固定横向伸缩的液压或者气动压缸，所述拨正杆与横向伸缩的液压或者气动压缸连接。
[0011]所述伸缩抓举臂为多级液压缸，其中锁紧抓手包括抓手本体以及其内侧安装的锁紧钳牙，所述抓手本体与所述多级液压缸的次末级液缸连接，所述锁紧钳牙与所述多级液压缸的末级液缸连接。
[0012]所述管柱排架包括外围的框体以及框体上间隔布置的多根支架且相邻支架之间构成管柱排放空间；所述排架管柱锁紧器包括“匚”变销以及动力压杆，所述“匚”变销包括中间的连接部和两端的分支部，且两个分支部呈90度垂直，所述连接部通过复位弹簧连接在支架上，其中一个连接部呈水平方向位于管柱排放空间的入口处，另一个连接部呈竖直方向且侧面与动力压杆抵靠。
[0013]所述动力推杆、动力伸缩杆、动力伸缩机构的动力均来自于液压或者气动液缸。
[0014]所述井内管柱起下自动化装置还包括两个管柱下放自动锁紧器，所述管柱下放自动锁紧器包括前端的能够卡住管柱接箍的“Y”型叉体吊卡以及与其连接的伸缩装置。
[0015]与现有技术相比，本实用新型将管柱自动锁紧器及游动自动吊卡联接在相对固定位置，取代了起下管柱的常规活动吊卡，操作简便，结构简单，检修方便，使用成本低；用管柱自动运排机构代替了钻台及二层平台重体力人工摆放管柱，提高了作业速度及连续作业时间；用本实用新型借住部分局部监控设备，仅需司钻I人在室内即可完成管柱的起下作业(不包括钻杆油管单根初次下井及甩钻甩单根)，可减少钻台及二层平台所有配合操作人员3人以上，减少职工劳动强度及人力资源，最重要的是有效减少了高危环境下操作人员数量，提高了自动化程度，有效降低人身伤亡事故的发生，具有良好的使用效果和经济效益。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的结构示意图；
[0017]图2是“匚”变销的结构示意图；
[0018]图中:A游动自动吊卡:A1液(气)压卡板、A2液(气)压管阀、A3腔体、A4吊环；B管柱起下放自动锁紧器:B1壳体、B2导向滑槽、B3销紧滑块、B4液(气)压缸、B5液(气)压阀；C管柱上端对行居中器:C1 一 C 4液(气)压缸、C5 - C6平行推杆；D为管柱上端牵引器:D1液(气)压缸、D2开口锁、D3环形齿条钳口、D4液动直齿条；E管柱上端排摆器:E1纵向液(气)压缸、E2横向液(气)压缸，E3铰架、E4拨正杆；F钻台管柱输运器:F1拖运轨道、F2输运液缸、F3承接篮筐；G钻台管柱抓摆器:G1转盘、G2举升液缸、G3抓臂挤压液缸、G4双向锁紧抓手、G5锁紧钳牙；H管柱下放自动锁紧器:H1液压臂、H2 “Y”型叉体吊卡；K排架管柱锁紧器:K1 “匚”变销(连接部Kl I，分支部K12)、K2液压锁杆；1管柱排架。
【具体实施方式】
[0019]参见图1，一种井内管柱起下自动化装置，包括游动自动吊卡A、管柱起下放自动锁紧器B、管柱下放自动锁紧器H以及管柱自动运排机构；管柱自动运排机构包括管柱上端对行居中器C、管柱上端牵引器D、管柱上端排摆器E、钻台管柱输运器F、钻台管柱抓摆器G、管柱排架I以及排架管柱锁紧器K。
[0020]游动自动吊卡A包括底部开口且用于容纳管柱顶端的腔体A3以及腔体上部连接的吊环A4，腔体A3包括中部的直筒部以及其上、下两端分别连接的外扩锥筒；腔体A3直筒部内部侧面安装且用于卡紧或者释放管柱顶端的管端锁紧装置；管端锁紧装置为对称布置的一组U型液(气)压卡板Al，液(气)压卡板Al与液(气)压管阀A2连接。
[0021 ] 管柱起下放自动锁紧器B包括壳体BI以及中间的管柱通道，管柱通道上设有倒置锥体腔，倒置锥体腔内设有对称设置有多块锁紧滑块B3且锁紧滑块B3的外表面与倒置锥体腔内的导向滑槽B2形成滑动配合、内表面设有锁紧钳牙，锁紧滑块B3上端连接液(气)压缸B4，液(气)压缸B4上设有液(气)压阀B5。
[0022]管柱上端对行居中器C包括两根间隔布置的平行推杆C5、C6，每个平行推杆分别与两个液(气)压缸(Cl、C2—组，C3 C4—组)连接。
[0023]管柱上端牵引器D包括液(气)压缸Dl以及安装在其前端的可转向的俘获抓手；俘获抓手包括有环形齿条钳口 D3以及与其传动连接并提供转向动力的液动直齿条D4。
[0024]管柱上端排摆器E包括底座(铰架E3)以及其后侧连接的纵向液(气)压缸E1、上部安装固定的横向液(气)压缸E2，横向液(气)压缸E2上连接拨正杆E4。
[0025]钻台管柱输运器F包括拖运轨道Fl以及其上安装与其滑动配合的输运液缸F2，输运液缸F2的前端固定承接篮筐F3。
[0026]钻台管柱抓摆器G包括转盘Gl以及其上铰接连接的抓臂挤压液缸G3，抓臂挤压液缸G3的中部通过举升液缸G2连接转盘G1、前端连接可转向的双向锁紧抓手G4;抓臂挤压液缸G3为多级液压缸，其中双向锁紧抓手G4包括抓手本体以及其内侧安装的锁紧钳牙G5，抓手本体与多级液压缸的次末级液缸连接，锁紧钳牙G5与多级液压缸的末级液缸连接。
[0027]管柱下放自动锁紧器H为按照不同方向布置的两个，包括前端的能够卡住管柱接箍的“Y”型叉体吊卡H2以及与其连接的液压臂H1。
[0028]管柱排架I包括外围的框体以及框体上间隔布置的多根支架且相邻支架之间构成管柱排放空间；管柱排架I采用相对布置的两组且之间留有通道；排架管柱锁紧器K包括“匚”变销Kl以及液压锁杆K2，“匚”变销Kl包括中间的连接部和两端的分支部，且两个分支部呈90度垂直(连接部旋转可以实现两个分支部分别在垂直和水平方位之间转换)，连接部通过复位弹簧连接在支架上，其中一个连接部呈水平方向位于管柱排放空间的入口处，另一个连接部呈竖直方向且侧面与液压锁杆Κ2抵靠。
[0029]使用时，将游动自动吊卡A与游动滑车连接；管柱起下放自动锁紧器B固定在井口 ；管柱上端对行居中器C固定在二层平台上，且两边的平行推杆分别位于游动滑车通行的两侧；管柱上端牵引器D、管柱上端排摆器Ε、均管柱排架I安装在二层平台上，且管柱上端牵引器D的液(气)压缸Dl能够伸长经过管柱排架I之间的通道使俘获抓手移动至管柱上端对行居中器两平行推杆之间，管柱上端排摆器E安装在管柱排架I的侧面；钻台管柱输运器F、钻台管柱抓摆器G分别安装在关注管柱排架I下面钻台上且位于井口的一侧，且钻台管柱输运器F的承接篮筐F3能够沿拖运轨道Fl送至井口的上方；两个管柱下放自动锁紧器H分别安装在井口的两侧。
[0030]起井内管柱时，使游动自动吊卡A经游动滑车下放，液(气)压卡板Al在液(气)压动力作用下向外移动打开通道，腔体A3 (钟式喇叭体)将悬挂在井内管柱的顶部接箍及本体引入腔体内，关闭液(气)压卡板Al卡住管柱及接箍，提起井内管柱至二层高度(整数根管杆)。操作管柱下放自动锁紧器B，通过有液(气)压阀Β5加压，推动壳体BI内的若干锁紧滑块Β3沿相应导向滑槽Β2下滑，锁紧内穿过其内部的管柱本体，使管柱被悬挂在井内。利用装置外的动力钳卸开已起出的管柱底部丝扣，适当提起。操作钻台管柱输运器F，利用输运液缸F2将承接篮筐F3沿拖运轨道Fl送至井口，将提出井内管柱的下端放入接篮筐F3并适时拖离井口至适当位置。操作游动自动吊卡A:实施逆操作，释放卡住的管柱顶部，同时操作管柱上端对行居中器C:操作液(气)缸Cl 一 C4，使两根平行推杆C5、C6向中心对行，扶正起出的管柱。操作管柱上端牵引器D:利用液动直齿条D4拨动环形齿条钳口 D3使其开口正对提出的竖立管柱，液(气)压缸Dl伸长将管柱引入环形齿条钳口 D3内，再液动直齿条D4带动环形齿条D3转向左方或右方，收缩液(气)压缸Dl将管柱牵引至二层平台管柱排架I相应位置。操作排架管柱锁紧器K:推入液压锁杆Κ2，使其挤压处于常锁状态的排架管柱锁紧器的“匚”变销Kl外端转动90度，相应使内端水平状态的锁销竖起，即打开管柱排放空间的入口。操作管柱上端排摆器Ε:联合动作纵向液(气)压缸Ε1、横向(液)气压缸Ε2，使拨正杆Ε4触及管柱并将其拨入环形齿条钳口 D3开口正对的二层平台管柱排架中。操作排架管柱锁紧器K:抽出液压锁杆Κ2，使排架管柱锁紧“匚”变销Kl在弹射作用下复位锁紧，从而挡住管柱防止管柱从管柱排架I内滑出。操作钻台管柱抓摆器G:联动操作转盘G1、举升液缸G2、抓臂挤压液缸G3，使双向锁紧抓手G4正对并含住竖在承接篮筐F3上面的管柱本体，操作抓臂挤压液缸G3的末级液缸挤压锁紧钳牙G5至锁紧双向锁紧抓手G4内的管柱；联动操作举升液缸G2、转盘Gl，将管柱底端抓出承接篮筐F3摆放在钻台相应位置。
[0031]向井内下入管柱时，执行上面的逆操作。只是，也可以用管柱下放自动锁紧器H(也可以称为下钻自动吊卡)代替管柱下放自动锁紧器B，即分别通过液压臂Hl将两个不同方向的“Y”型叉体吊卡H2推至井口，卡住下入管柱顶端的接箍将管柱悬挂在井内，可以防止下钻过程中管柱下放自动锁紧器B对管柱本体的损伤。
[0032]对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，有可能对局部结构做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种井内管柱起下自动化装置，其特征在于:包括游动自动吊卡、管柱起下放自动锁紧器以及管柱自动运排机构；所述游动自动吊卡包括底部开口且用于容纳管柱顶端的腔体以及腔体上部连接的吊环、腔体内部侧面安装且用于卡紧或者释放管柱顶端的管端锁紧装置；管柱起下放自动锁紧器包括壳体以及中间的管柱通道，所述管柱通道内安装管柱锁紧装置；所述管柱自动运排机构包括管柱上端对行居中器、管柱上端牵引器、管柱上端排摆器、钻台管柱输运器、钻台管柱抓摆器、管柱排架以及能够打开或关闭管柱排架入口的排架管柱锁紧器；所述管柱上端对行居中器包括两根间隔布置的动力推杆，且所述动力推杆能够在动力作用下相向移动；所述管柱上端牵引器包括动力伸缩杆以及安装在其前端的可转向的俘获抓手；所述管柱上端排摆器包括底座以及其上安装的可横、纵向移动的拨正杆；所述钻台管柱输运器包括拖运轨道以及其上安装与其滑动配合的动力伸缩机构，所述动力伸缩机构的前端固定承接篮筐；所述钻台管柱抓摆器包括转盘以及其上活动连接的伸缩抓举臂，所述伸缩抓举臂的中部通过举升液缸连接转盘、前端连接可转向的锁紧抓手。2.根据权利要求1所述的井内管柱起下自动化装置，其特征在于:所述游动自动吊卡腔体包括中部的直筒部以及其上、下两端分别连接的外扩锥筒；所述管端锁紧装置为对称布置的一组U型液压或气压夹板，所述液压或气压夹板对称安装在腔体中部的直筒部。3.根据权利要求1所述的井内管柱起下自动化装置，其特征在于:所述管柱起下放自动锁紧器设有倒置锥体腔，所述倒置锥体腔内设有对称设置有多块锁紧滑块且锁紧滑块的外表面与倒置锥体腔内的导向滑槽形成滑动配合、内表面设有锁紧钳牙，所述锁紧滑块的滑动通过液压或者气动压缸提供驱动力。4.根据权利要求1所述的井内管柱起下自动化装置，其特征在于:所述俘获抓手包括有环形齿条钳口以及与其传动连接并提供转向动力的液动直齿条。5.根据权利要求1所述的井内管柱起下自动化装置，其特征在于:所述底座的后侧连接纵向伸缩的液压或者气动压缸，所述底座上固定横向伸缩的液压或者气动压缸，所述拨正杆与横向伸缩的液压或者气动压缸连接。6.根据权利要求1所述的井内管柱起下自动化装置，其特征在于:所述伸缩抓举臂为多级液压缸，其中锁紧抓手包括抓手本体以及其内侧安装的锁紧钳牙，所述抓手本体与所述多级液压缸的次末级液缸连接，所述锁紧钳牙与所述多级液压缸的末级液缸连接。7.根据权利要求1所述的井内管柱起下自动化装置，其特征在于:所述管柱排架包括外围的框体以及框体上间隔布置的多根支架且相邻支架之间构成管柱排放空间；所述排架管柱锁紧器包括“匚”变销以及动力压杆，所述“匚”变销包括中间的连接部和两端的分支部，且两个分支部呈90度垂直，所述连接部通过复位弹簧连接在支架上，其中一个连接部呈水平方向位于管柱排放空间的入口处，另一个连接部呈竖直方向且侧面与动力压杆抵A+-.与巨O8.根据权利要求1所述的井内管柱起下自动化装置，其特征在于:所述动力推杆、动力伸缩杆、动力伸缩机构的动力均来自于液压或者气动液缸。9.根据权利要求1-8任一所述的井内管柱起下自动化装置，其特征在于:所述井内管柱起下自动化装置还包括至少一个管柱下放自动锁紧器，所述管柱下放自动锁紧器包括前端的能够卡住管柱接箍的“Y”型叉体吊卡以及与其连接的伸缩装置。
【文档编号】E21B19-00GK204283250SQ201420762634
【发明者】赵显 , 赵吉超, 赵传强, 张宝岭, 赵吉越 [申请人]胜利油田天峰科工贸钢构有限责任公司, 赵显