一种机械化修井作业管柱自动扶正系统及方法.pdf

本发明公开了一种机械化修井作业管柱自动扶正系统及方法，其中系统，包括底座、扶正臂、四连杆辅助扶正机构，所述底座安装在作业平台上，井口的一侧，所述扶正臂铰接在底座上，而四连杆辅助扶正机构的中间位置铰接在扶正臂上，四连杆辅助扶正机构最下端通过万向节也铰接在底座上，所述扶正臂的下端铰接有扶正驱动装置。所述扶正臂的上端通过销轴设置有能旋转的主扶手，主扶手下端连接能驱动主扶手进行旋转的主扶手旋转驱动装置，该驱动装置安装于扶正臂内部，通过旋转，主扶手能与扶正臂呈90度或者0度的夹角。本发明通过驱动装置和两个扶正机构，对油管进行扶正，解决了机械化修井作业过程中井口油管推拉扶正对中的问题，操作方便，安全性高。

1.  一种机械化修井作业管柱自动扶正系统，包括底座、扶正臂，所述底座安装在作业平台上，井口的一侧，所述扶正臂铰接在底座一侧面上，其特征在于，还包括四连杆辅助扶正机构，而四连杆辅助扶正机构的中间位置铰接在扶正臂上，四连杆辅助扶正机构最下端通过万向节铰接在底座一侧面上，所述扶正臂、四连杆辅助扶正机构同底座的铰接侧面为同一侧面，所述扶正臂的下端铰接有扶正驱动装置。

2.  根据权利要求1所述的一种机械化修井作业管柱自动扶正系统，其特征在于，所述扶正臂的上端通过销轴设置有能旋转的主扶手，主扶手下端连接能驱动主扶手进行旋转的主扶手旋转驱动装置，该驱动装置安装于扶正臂内部，通过旋转，主扶手能与扶正臂呈90度或者0度的夹角。

3.  根据权利要求1所述的一种机械化修井作业管柱自动扶正系统，其特征在于，所述四连杆辅助扶正机构由上下四节连杆相互铰接而成，其中最上面第一节为辅助扶手，第一节与第二节铰接处的销轴同时铰接在扶正臂上。

4.  根据权利要求1所述的一种机械化修井作业管柱自动扶正系统，其特征在于，所述扶正驱动装置水平横置在扶正臂下方偏侧的所述底座上，即扶正驱动装置水平拉动扶正臂，使扶正臂沿着与底座的铰接点左右摆动。

5.  一种机械化修井作业管柱自动扶正方法，其特征在于，包括下油管工序与起油管工序；
下油管时：1）、扶正臂在远离井口处，以让开井口位置，避免影响大钩正常作业，主扶手与扶正臂处于一条直线上，以避开井口轴线的垂直线位置，四连杆辅助扶正机构通过销轴与扶正臂连接，位于主扶手的下方，同时避开井口轴线的垂直线和油管举升输送装置的边界位置；
2）、大钩从油管举升输送装置上抓取一根油管，大钩上提，主扶手旋转驱动装置使得主扶手与扶正臂成垂直状态，与油管接触，扶正臂在扶正驱动装置的作用下向井口方向运动，四连杆辅助扶正机构随着扶正臂的运动绕过井口轴线的垂线，使其在主扶手的下方抱住油管，防止油管振动反弹，减少油管的摆动；
3）、扶正臂在扶正驱动装置的作用下继续以一定速度带动四连杆辅助扶正机构摆向井口，同时大钩继续上提，直到油管下端脱离油管举升输送装置，在油管摆向井口的过程中，主扶手和四连杆辅助扶正机构上端设置的辅助扶手之间的间隙大于油管接箍外径，当到达井口时，主扶手和辅助扶手的间隙处于油管接箍外径范围之内，使得油管在上述两扶手的配合作用下精确地放入到下面的油管接箍内，实现精确对中，液压钳上扣；
4）、主扶手在主扶手旋转驱动装置的作用下与扶正臂成一条直线，扶正驱动装置带动扶正臂远离井口，四连杆辅助扶正机构也随着扶正臂的运动让开井口轴线的垂线和油管举升输送装置的边界位置，此时装置恢复到了最初状态，重复以上四步的动作下另一根油管；
起油管时：1）、大钩上提卸完扣的油管，扶正臂在扶正驱动装置的作用下转动至井口处，主扶手旋转驱动装置使得主扶手与扶正臂成一条直线状态，四连杆辅助扶正机构在主扶手下放接触油管；
2）、当油管下端上提到超过油管举升输送装置的上平面高度时，主扶手与扶正臂变成垂直状态，使得主扶手拖住油管，此时扶正臂在扶正驱动装置作用下转动并带动主扶手外推油管，同时大钩下放油管，四连杆辅助扶正机构随着扶正臂的转动，绕着销轴转动，以避开井口轴线的垂线和油管举升输送装置的边界位置，当油管下端放置到油管举升输送装置上时，主扶手旋转驱动装置使得主扶手与扶正臂成一条直线，大钩继续下放油管，直到油管完全放置到油管举升输送装置上，完成一根油管的起出，重复以上两步动作起下一根油管。

一种机械化修井作业管柱自动扶正系统及方法
技术领域
本发明涉及石油工业中井下作业的装置，具体地说是一种机械化修井作业管柱自动扶正系统及方法。
背景技术
目前井下修井作业起下管柱过程中，管柱的扶正普遍采用靠人工用管钳加力扶正、用手抓住吊环扶正或用撬杠和井口螺栓蹩住提升短节扶正，既费时又费力，安全性较差，也不利于机械化修井作业的实现。
专利号为200920020242.1的《井口油管扶正装置》专利技术其扶正器固定在井口，主要是解决了修井作业或试油试气施工中油管在下放过程中的扶正和固定问题，但其扶正固定也要靠人力来完成，不能实现机械化操作；
专利号为：201220199103.2的《快速取放的井口油管扶正器》技术也仅是用在油管下放过程的井口扶正工具，只解决了目前扶正器程序繁琐、耗时长的问题，但作业过程中扶正器需人工取下，同时该扶正工具独立成体，不能与机械化修井作业设备配合实现机械化操作。中国石油大学（华东）的高学仕教授在自动化起下油管系统中研制了油管下井扶正对中机构，该机构采用钳式机械手抓抱油管，起到扶正与限位作用，但会阻碍油管的自由下放，且也是只用于下油管过程中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械化修井作业管柱自动扶正系统及方法，通过驱动装置和两个扶正机构，对油管进行扶正，解决了机械化修井作业过程中井口油管推拉扶正对中的问题，操作方便，安全性高。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种机械化修井作业管柱自动扶正系统，包括底座、扶正臂、四连杆辅助扶正机构，所述底座安装在作业平台上，井口的一侧，所述扶正臂铰接在底座一侧面上，四连杆辅助扶正机构的中间位置铰接在扶正臂上，四连杆辅助扶正机构最下端通过万向节铰接在底座一侧面上，所述扶正臂、四连杆辅助扶正机构同底座的铰接侧面为同一侧面，所述扶正臂的下端铰接有扶正驱动装置。
所述扶正臂的上端通过销轴设置有能旋转的主扶手，主扶手下端连接能驱动主扶手进行旋转的主扶手旋转驱动装置，该驱动装置安装于扶正臂内部，通过旋转，主扶手能与扶正臂呈90度或者0度的夹角。
所述四连杆辅助扶正机构由上下四节连杆相互铰接而成，其中最上面第一节为辅助扶手，第一节与第二节铰接处的销轴同时铰接在扶正臂上。
所述扶正驱动装置水平横置在扶正臂下方偏侧的所述底座上，即扶正驱动装置水平拉动扶正臂，使扶正臂沿着与底座的铰接点左右摆动。
为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，一种机械化修井作业管柱自动扶正方法，包括下油管工序与起油管工序；
下油管时：1）、扶正臂在远离井口处，以让开井口位置，避免影响大钩正常作业，主扶手与扶正臂处于一条直线上，以避开井口轴线的垂直线位置，四连杆辅助扶正机构通过销轴与扶正臂连接，位于主扶手的下方，同时避开井口轴线的垂直线和油管举升输送装置的边界位置；
2）、大钩从油管举升输送装置上抓取一根油管，大钩上提，主扶手旋转驱动装置使得主扶手与扶正臂成垂直状态，与油管接触，扶正臂在扶正驱动装置的作用下向井口方向运动，四连杆辅助扶正机构随着扶正臂的运动绕过井口轴线的垂线，使其在主扶手的下方抱住油管，防止油管振动反弹，减少油管的摆动；
3）、扶正臂在扶正驱动装置的作用下继续以一定速度带动四连杆辅助扶正机构摆向井口，同时大钩继续上提，直到油管下端脱离油管举升输送装置，在油管摆向井口的过程中，主扶手和四连杆辅助扶正机构上端设置的辅助扶手之间的间隙大于油管接箍外径，当到达井口时，主扶手和辅助扶手的间隙处于油管接箍外径范围之内，使得油管在上述两扶手的配合作用下精确地放入到下面的油管接箍内，实现精确对中，液压钳上扣；
4）、主扶手在主扶手旋转驱动装置的作用下与扶正臂成一条直线，扶正驱动装置带动扶正臂远离井口，四连杆辅助扶正机构也随着扶正臂的运动让开井口轴线的垂线和油管举升输送装置的边界位置，此时装置恢复到了最初状态，重复以上四步的动作下另一根油管；
起油管时：1）、大钩上提卸完扣的油管，扶正臂在扶正驱动装置的作用下转动至井口处，主扶手旋转驱动装置使得主扶手与扶正臂成一条直线状态，四连杆辅助扶正机构在主扶手下放接触油管；
2）、当油管下端上提到超过油管举升输送装置的上平面高度时，主扶手与扶正臂变成垂直状态，使得主扶手拖住油管，此时扶正臂在扶正驱动装置作用下转动并带动主扶手外推油管，同时大钩下放油管，四连杆辅助扶正机构随着扶正臂的转动，绕着销轴转动，以避开井口轴线的垂线和油管举升输送装置的边界位置，当油管下端放置到油管举升输送装置上时，主扶手旋转驱动装置使得主扶手与扶正臂成一条直线，大钩继续下放油管，直到油管完全放置到油管举升输送装置上，完成一根油管的起出，重复以上两步动作起下一根油管。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、解决了机械化修井作业过程中井口油管推拉扶正对中的问题，操作方便，安全性高；
2、该装置与机械化修井作业设备配套使用，扶正臂和辅助扶手由一套动力驱动，使得扶正臂和扶手协调工作，起到了精确扶正对中的作用，同时防止下油管过程中油管振动反弹，在作业过程中扶手和辅助扶手还能让位，避开油管举升输送装置；
3、本装置不仅在下油管过程中可以扶正对中油管，在起油管过程中，还起到运移油管的作用，使得整个机械化作业装置更加完善。
附图说明
图1是本发明的一种机械化修井作业管柱自动扶正系统及方法结构示意图；
图2为图1的右视图；
图3为本发明在使用时的结构图；
图4为本发明在使用时的俯视图；
图5为本发明在使用时的侧视图。
图中：11、底座；12、扶正臂；13、主扶手旋转驱动装置；14、主扶手；15、万向节；16、扶正驱动装置；17、销轴；18、销轴；19、四连杆辅助扶正机构；20、油管；21、油管举升输送装置；22、井口；23、井口轴线的垂直线。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
参照附图1-5，一种机械化修井作业管柱自动扶正系统，扶正臂12通过销轴17连接底座11上，扶正驱动装置16一端固定连接于底座11上，另一端通过销轴与扶正臂12连接，带动扶正臂12做往复转动，可使其远离井口和运动到井口位置；主扶手旋转驱动装置13固定于扶正臂12上，同时通过销轴带动主扶手14运动，可使主扶手14与扶正臂12成垂直或一条直线两种状态；四连杆辅助扶正机构19通过销轴18连接与扶正臂12上，销轴18与扶正臂12之间有一定夹角，如图3所示；四连杆辅助扶正机构19下端通过万向节连接与底座11上，当扶正臂12在扶正驱动装置16的作用下摆动时，四连杆辅助扶正机构19同时绕着销轴18转动。
工作过程主要包括在机械化修井作业过程中下油管的扶正对中和起油管过程时的油管运移。其具体工作程序为：
下油管时：1、扶正臂12在远离井口处，以让开井口位置，避免影响大钩正常作业，主扶手14与扶正臂12处于一条直线上，以避开井口轴线的垂直线23位置，四连杆辅助扶正机构19通过销轴18与扶正臂12连接，位于主扶手14的下方，同时避开井口轴线的垂直线23和油管举升输送装置21的边界位置；2、大钩从油管举升输送装置21上抓取一根油管，大钩上提，当油管20与扶正臂12处于图2的位置关系时，主扶手旋转驱动装置13使得主扶手14与扶正臂12成垂直状态，与油管20接触，扶正臂12在扶正驱动装置16的作用下向井口方向运动，四连杆辅助扶正机构19随着扶正臂12的运动绕过井口轴线的垂线23，使其在主扶手14的下方抱住油管，防止油管因振动反弹，减少油管的摆动；3、扶正臂12在扶正驱动装置16的作用下继续以一定速度带动四连杆辅助扶正机构19摆向井口，同时大钩继续上提，直到油管20下端脱离油管举升输送装置21，在油管20摆向井口22的过程中，主扶手14和四连杆辅助扶正机构19上端设置的辅助扶手之间的间隙大于油管接箍外径，当到达井口时，主扶手14和辅助扶手的间隙处于油管接箍外径范围之内，使得油管在上述两扶手的配合作用下精确地放入到下面的油管接箍内，实现精确对中，液压钳上扣；4、主扶手14在主扶手旋转驱动装置13的作用下与扶正臂12成一条直线，扶正驱动装置16带动扶正臂12远离井口，四连杆辅助扶正机构19也随着扶正臂12的运动让开井口轴线的垂线23和油管举升输送装置21的边界位置，此时装置恢复到了最初状态，重复1～4的动作下另一根油管。
起油管时：1、大钩上提卸完扣的油管20一定高度，扶正臂12在扶正驱动装置16的作用下转动至井口处，主扶手旋转驱动装置13使得主扶手14与扶正臂12成一条直线状态，四连杆辅助扶正机构19在主扶手14下放接触油管20；2、当油管20下端上提到超过油管举升输送装置21的上平面高度时，主扶手14与扶正臂12变成垂直状态，使得主扶手14拖住油管，此时扶正臂12在扶正驱动装置16作用下转动并带动主扶手14外推油管，同时大钩下放油管，四连杆辅助扶正机构19随着扶正臂12的转动，绕着销轴18转动，以避开井口轴线的垂线23和油管举升输送装置21的边界位置，当油管20下端放置到油管举升输送装置21上时，主扶手旋转驱动装置13使得主扶手14与扶正臂12成一条直线，大钩继续下放油管20，直到油管20完全放置到油管举升输送装置21上，完成一根油管的起出。重复1～2动作起下一根油管。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。