一种用于石油修井全自动液压油管钳装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于石油修井全自动液压油管钳装置，用于石油作业时提高修井速度、改善工人工作环境。
【背景技术】
[0002]随着我国大部分油田进入开发中、后期，采油的难度越来越大，工艺和井况越来越复杂，油田修井作业任务也越来越繁重。而当前油田修井作业的技术设备和操作流程决定了修井作业井口操作工人的劳动强度很大，工作过程中人工操作存在较大的安全隐患，每年在油田修井作业中都会发生一定数量的工人伤亡事故。管柱的上卸扣作业是修井作业中的关键环节，现有石油修井上卸管柱操作主要由人工操作开口型液压钳和倒换吊卡来完成。现有的开口型液压钳，其突出优点是钳头开口，灵活性好，每次上扣或卸扣完毕立即撤离管柱，不妨碍井口其他作业，所以得到国内外用户广泛采用，但是，在现有修井作业中使用这种人工操作的开口型液压钳和倒换吊卡工作，由于作业钳重达上百公斤，悬挂于修井架上，需要人工推进或移出井口，吊卡和吊环也需要频繁倒换，导致劳动强度非常大。总之，使用这种现有的作业钳工作，作业效率低、工人的劳动强度大、安全性差。
[0003]本专利设计一种石油修井用全自动液压油管钳，可以使操作工人在作业时远离井口，减轻操作工人的劳动强度。实现全自动上卸油管作业，提高了作业效率，具有非常好的社会效益与经济效益。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服现有油田悬吊式液压油管钳的不足，提供了一种用于石油修井全自动液压油管钳装置，提高修井作业效率、减轻工人劳动强度。
[0005]本发明的技术方案是:整个修井用全自动液压油管钳装置由机械系统、液压系统、PLC控制系统三大部分组成；油管钳的上部主钳与下部背钳通过浮动支柱相连，下部背钳通过螺栓固定到安装座上，安装座利用底部安装的四个运移滑块安放在工作平台的水平运移导轨上，安装在工作平台上的水平运移液压缸通过销轴与下部背钳铰链，工作平台焊接到支撑架上，支撑架底部的支撑架大法兰通过螺栓与防喷器法兰相连，卡瓦底座法兰与工作平台底部的支撑架大法兰相连，并一起固定到井口上。
[0006]油管钳由上部主钳、下部背钳、安装座、浮动支柱组成，其中安装座上带有多个螺纹孔，可以使油管钳紧紧的固定到安装座上。上部主钳采用新型低速大扭矩摆线液压马达，两档变速。下部背钳驱动系统采用小型摆线液压马达，上部主钳可沿浮动支柱上下浮动。上部主钳、下部背钳均为内曲面滚子爬坡双鄂板夹紧机构，换向时只需将浮动旋钮旋转180°即可实现。工作平台及支撑架由水平运移导轨、支撑架大法兰、工作平台、运移滑块、支撑架组成；工作平台底部支撑架大法兰通过螺栓固定到到防喷器法兰上，每条导轨上有两个运移滑块，并通过螺栓与安装座连接，工作平台前端装有位置传感器，可以检测油管钳是否到达指定的工作位置。正常工作时，工作平台底部法兰通过螺栓固定到井口防喷器上。不工作时可以取下油管钳，将整个工作平台从井口防喷器法兰上卸下。运行导轨设计有很多螺栓槽，通过螺栓连接到工作平台上，每条导轨上安放了两个可以沿导轨水平滑动的运移滑块。油管钳通过固定螺栓固定于安装座上，而安装座则通过螺栓固定于运移滑块上，工作时，油管钳、安装座、运移滑块在液压缸的推力下一起沿导轨运动，实现油管的上卸扣操作。自动化卡瓦及吊卡由吊卡、卡瓦工作缸自动卡瓦组成，其中自动卡瓦与卡瓦工作缸通过传递构件铰链。工作时，卡瓦工作缸向下收缩，通过传递构件，使卡瓦牙一起下行卡紧油管；上卸扣完毕时，卡瓦工作缸向上伸长，通过传递构件带动卡瓦牙张开松开油管。吊卡在缆绳的作用下，下放到油管接箍头处，吊卡体通过手动开关夹紧并锁死油管接箍，而后吊卡在缆绳的作用下一起向上提升油管。
[0007]液压系统由卡瓦工作缸、上部主钳驱动马达、下部背钳驱动马达、水平运移液压缸、驱动马达电磁阀、水平运移液压缸电磁阀、供油齿轮泵、液压供给电机、卡瓦工作缸电磁阀、溢流阀、油箱组成；每个电磁阀通过油管线与对应的液压元件相连，比如:卡瓦工作缸电磁阀通过油管线与卡瓦工作缸相连；供油齿轮泵工作时，液压油将通过管路流向各个电磁阀，每个电磁阀均由控制系统控制，实现下部背钳夹紧、上部主钳的正转反转以及液压缸运作。溢流阀连接到系统的油路中，用于调节液压系统的压力，防止压力过大产生过大的扭矩将油管损坏。
[0008]PLC控制系统内有控制单元、显示单元、位置传感器、压力传感器、感应传感器、接箍传感器元器件组成，其中位置传感器安装在工作平台的前端，用于检测油管钳是否到达指定位置；感应传感器安装在上部主钳壳体上，可检测开口大齿轮是否与壳体对好缺口 ；压力传感器安装到系统的油路中，确定油管上扣时的最终紧固状态，接箍传感器安装在自动化卡瓦顶端，用于检测油管接箍位置；传感器检测到的信号由控制单元分析处理，处理的结果通过控制电磁阀的开关来实现油管钳的进给及上卸扣的操作。
[0009]本发明的有益效果是:修井用全自动油管钳的对缺口、进给和退出操作实现了完全自动化，大大改善了工人的工作环境，提高了整个油管钳修井的自动化程度和效率。
【附图说明】
[0010]图1修井用全自动液压油管钳整体方案图；
[0011]图2液压系统图；
[0012]图中:1.油管，2.吊卡，3.上部主钳，4.下部背钳，5.安装座，6.水平运移导轨，7.卡瓦工作缸，8.自动卡瓦，9.支撑架大法兰，10.井口，11.感应传感器，12.上部主钳驱动马达，13.下部背钳驱动马达，14.浮动支柱，15.工作平台，16.水平运移液压缸，17.运移滑块，18.位置传感器，19.接箍传感器，20.控制系统，21.支撑架，22.卡瓦底座法兰，23.防喷器法兰，24.驱动马达电磁阀，25.水平运移液压缸电磁阀，26.管线快速接头，27.供油齿轮泵，28.液压供给电机，29.卡瓦工作缸电磁阀，30.压力表，31.压力传感器，32.溢流阀，33.油箱。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图来详细描述本发明的结构和实施方式。
[0014]如图1-2所示，首先，将油管钳通过安装座5固定在运移滑块17上，运移滑块17安放在水平运移导轨4上，水平运移导轨4通过螺栓连接到工作平台15上，支撑架底部的支撑架大法兰9通过螺栓与防喷器法兰23相连，卡瓦底座法兰22与支撑架9底部法兰相连，并一起固定在井口 10上，组成整个自动化液压油管钳修井系统(见图1)。正常工作时，工作平台15底部支撑架大法兰9通过螺栓固定到井口防喷器上。不工作时可以取下油管钳，将整个工作平台15从井口防喷器法兰23上卸下。当接箍传感器19检测到油管I接箍到达指定位置，自动卡瓦8夹紧油管，油管钳及其运移滑块17，在水平运移液压缸16推力下，向前运动，通过位置传感器18感应到油管钳到达指定位置，控制系统20接收到位置传感器18的信号后，发出信号使驱动马达电磁阀24打到工作位置，液压油进入到上部主钳驱动马达12下部背钳驱动马达13中，带动马达转动，从而完成油管I的上扣操作；当上扣操作完成后，压力传感器31的信号进入控制系统，控制驱动马达电磁阀24改变油路使马达反转，感应传感器11感应到大齿轮与壳体对好缺口的信号后，马达停止转动，水平运移液压缸17带动油管钳返回指定位置。卸扣操作同上扣操作类似。
【主权项】
1.一种用于石油修井全自动液压油管钳装置，其特征是:整个修井用全自动液压油管钳装置由机械系统、液压系统、PLC控制系统三大部分组成；油管钳的上部主钳(3)与下部背钳(4)通过浮动支柱(14)相连，下部背钳(4)利用螺栓固定到安装座(5)上，安装座(5)利用底部安装的四个运移滑块(17)安放在工作平台的水平运移导轨(6)上，安装在工作平台(9)上的水平运移液压缸(16)通过销轴与下部背钳(4)铰链，工作平台(15)焊接到支撑架(21)上，支撑架(21)底部的支撑架大法兰(9)通过螺栓与防喷器法兰(23)相连，卡瓦底座法兰(22)与工作平台底部的支撑架大法兰(9)相连，并一起固定到井口(10)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于石油修井全自动液压油管钳装置，其特征是:油管钳由上部主钳(3)、下部背钳(4)、安装座(5)、浮动支柱(14)组成，其中安装座(5)上带有多个螺纹孔，上部主钳(3)可沿浮动支柱(14)上下浮动；工作平台及支撑架由水平运移导轨(6)、支撑架大法兰(9)、工作平台(15)、运移滑块(17)、支撑架(21)组成，工作平台底部支撑架大法兰(9)通过螺栓固定到防喷器法兰(23)上，每条导轨上有两个运移滑块(17)，并通过螺栓与安装座(5)连接，工作平台前端装有位置传感器(18)。
3.根据权利要求1所述的一种用于石油修井全自动液压油管钳装置，其特征是:液压系统由卡瓦工作缸(7)、上部主钳驱动马达(12)、下部背钳驱动马达(13)、水平运移液压缸(16)、驱动马达电磁阀(24)、水平运移液压缸电磁阀(25)、供油齿轮泵(27)、液压供给电机(28)、卡瓦工作缸电磁阀(29)、溢流阀(32)、油箱(33)组成；每个电磁阀通过油管线与对应的液压元件相连，溢流阀(32)连接到系统的油路中。
【专利摘要】本专利涉及一种用于石油修井全自动液压油管钳装置，整套装置由机械系统、液压系统、PLC控制系统三大部分组成。液压缸驱动油管钳及其运移滑块，实现其在运行导轨上的水平进给。支撑架底部的大法兰通过螺栓与防喷器法兰相连，卡瓦底座法兰与工作平台底部法兰相连，并一起固定在井口上。依据传感器检测到的信号，PLC控制系统控制电磁换向阀，自动完成修井作业时上卸扣、油管钳对缺口、进给和退出、油管夹紧固定等动作。装置不工作时可以取下油管钳，将工作平台从防喷器法兰上卸下。使操作工人在修井作业时远离井口，改善了工人的工作环境，提高了整个油管钳修井的自动化程度和效率。
【IPC分类】E21B19-16
【公开号】CN204552651
【申请号】CN201520019033
【发明人】赵军友, 孙晓山, 邹俊艳, 左鹏, 陈福忠, 张蕊蕊
【申请人】中国石油大学(华东)
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年1月6日