一种油管和抽油杆的甩管装置.pdf

本发明涉及油田修井作业设备，具体地说是一种可实现自动操作的油管和抽油杆的甩管装置，包括导向斗、推管器、滑道、滑车、龙头开卡器及龙头锁卡器，导向斗及推管器安装在修井操作机机身上方的龙头上，推管器位于导向斗靠近修井操作机机身的一侧；在推管器的下方设有滑道，滑道的另一端连接有通过滑轨架支撑的滑轨，滑轨上安装有可往复移动的滑车；在导向斗下方的龙头上设有上下设置的龙头上、下检测光幕，龙头开、锁卡器安装在两检测光幕之间的龙头上，龙头开、锁卡器的一侧设有龙头吊卡限位块，其上安装有龙头磁感应传感器。本发明实现了修井作业过程中“提、转、甩”环节的自动化，大大减少甩管过程需要的操作人员数，降低了劳动强度。

1.  一种油管和抽油杆的甩管装置，其特征在于：包括导向斗(1)、推管器(2)、滑道、滑车(8)、龙头开卡器(14)及龙头锁卡器(15)，导向斗(1)及推管器(2)安装在修井操作机机身上方的龙头(4)上，推管器(2)位于导向斗(1)靠近修井操作机机身的一侧；在推管器(2)的下方设有滑道，滑道的另一端连接有通过滑轨架支撑的滑轨(9)，滑轨(9)上安装有可往复移动的滑车(8)；在导向斗(1)下方的龙头(4)上设有上下设置的龙头上、下检测光幕(16、17)，龙头开、锁卡器(14、15)安装在两检测光幕之间的龙头上，龙头开、锁卡器(14、15)的一侧设有龙头吊卡限位块(19)，其上安装有龙头磁感应传感器(18)。

2.  按权利要求1所述的油管和抽油杆的甩管装置，其特征在于：所述导向斗(1)由左右对称的两部分组成，两部分之间形成对吊卡导向的空间，每一部分均包括第一～三导向板(20～22)、支柱(23)及底框(25)，第一～三导向板(20～22)通过底框(25)安装在龙头(4)上，每一个导向板的一端与底框(25)相铰接，另一端与支柱(23)一端铰接，支柱(23)的另一端固定在底框(25)上。

3.  按权利要求1所述的油管和抽油杆的甩管装置，其特征在于：所述推管器(2)包括对称设置的两组转臂(27)、齿轮(28)、液压缸(30)及齿条(31)，两转臂(27)的一端之间设有推杆(29)，另一端分别设有齿轮(28)，齿轮(28)的下方设有由液压缸(30)驱动的齿条(31)，齿轮(28)与齿条(31)啮合传动。

4.  按权利要求3所述的油管和抽油杆的甩管装置，其特征在于：所述推杆(29)为“V”形，可随转臂(27)绕齿轮轴摆，摆动角度为160°。

5.  按权利要求1所述的油管和抽油杆的甩管装置，其特征在于：所述滑道由分离的龙头滑道(3)、机身滑道(5)及过渡滑道(7)组成，每个滑道上表面均设有尼龙板，龙头滑道(3)安装在龙头(4)上，位于导向斗(1)的下方；机身滑道(5)安装在修井操作机机身上，一端与龙头滑道(3)相连，另一端连接过渡滑道(7)；过渡滑道(7)位于机身滑道(5)与支撑滑轨(9)的滑轨架之间。

6.  按权利要求5所述的油管和抽油杆的甩管装置，其特征在于：所述龙头滑道(3)、机身滑道(5)及过渡滑道(7)的截面为“V”形。

7.  按权利要求1或5所述的油管和抽油杆的甩管装置，其特征在于：所述滑轨架包括第一、二滑轨架(10、12)，两滑轨架之间设有滑轨(9)，滑车(8)安装在滑轨(9)上，滑车(8)通过钢丝绳(11)与固接在修井机底盘的液压铰车(6)相连接，液压铰车(6)通过钢丝绳(11)驱动滑车(8)在滑轨(9)上往复移动。

一种油管和抽油杆的甩管装置
技术领域
本发明涉及油田修井作业设备，具体地说是一种可实现自动操作的油管和抽油杆的甩管装置。
背景技术
修井作业是油田生产过程中的重要环节，多年来一直是劳动密集型产业，其工作环境恶劣、工人劳动强度大，生产安全隐患多，尤其是修井作业最危险、劳动强度最大、工作重复率最高的“提、转、甩”环节。其中，“提”是指油管和抽油杆上提和下放过程，“转”是指油管和抽油杆上卸扣过程，“甩”即甩管，是指油管和抽油杆在垂直状态与水平状态之间的转换过程。
目前在修井作业过程中，油管和抽油杆在垂直状态和水平状态之间的转换多采用双吊卡或单吊卡加手提式卡瓦，通过人工操作来完成。双吊卡或单吊卡加手提式卡瓦起落油管时井口最少配备2人，工人要来回搬动几十公斤的吊卡或二人同时搬进搬出100公斤左右的手提卡瓦，还要操作液压大钳及摆放钻杆。此外，在起钻时大部分井队由于没有配备自动刮泥装置，井口要有专人做人工刮泥，因此井口最少需配备2-3人。它的操作流程如下：首先内外钳工各抓牢一只吊环在司钻缓慢下放游车的同时，将吊环从侧面推进第一只吊卡耳环内，此时该吊卡已事先支撑并悬吊好井下的油柱；然后，吊卡在吊环的牵引下逐渐上升，当第二根油管管箍升出井口时，用第二只吊卡支撑和悬吊在井口位置；接下来，钳工操作液压钳对油管卸扣，卸扣完成之后人工手动推动油管使之倾斜，当油管倾斜到设定角度时，钳工配合吊卡的下降利用大钳进一步牵引油管向前运动，直至油管水平；最后，钳工把第一只吊卡打开并将吊环从吊卡耳环内推出，此时司钻上提吊环并将吊环移到井口处的第二吊卡位置，从而周而复始的、一根一根的把油管从井底上提出来。油管下放的过程与上提时相反。在油管上提和下放的过程中，两只吊卡交替上提或悬挂井底油柱。上述的操作过程都离不开操作人员，并且操作人员的劳动重复性很高，强度很大，很容易产生疲劳进而引起安全事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油管和抽油杆的甩管装置，实现了自动将油管(抽油杆)由垂直状态逐渐倾斜直至转变成水平状态或由水平状态逐渐倾斜直至转变成垂直状态。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括导向斗、推管器、滑道、滑车、龙头开卡器及龙头锁卡器，导向斗及推管器安装在修井操作机机身上方的龙头上，推管器位于导向斗靠近修井操作机机身的一侧；在推管器的下方设有滑道，滑道的另一端连接有通过滑轨架支撑的滑轨，滑轨上安装有可往复移动的滑车；在导向斗下方的龙头上设有上下设置的龙头上、下检测光幕，龙头开、锁卡器安装在两检测光幕之间的龙头上，龙头开、锁卡器的一侧设有龙头吊卡限位块，其上安装有龙头磁感应传感器。
其中：所述导向斗由左右对称的两部分组成，两部分之间形成对吊卡导向的空间，每一部分均包括第一～三导向板、支柱及底框，第一～三导向板通过底框安装在龙头上，每一个导向板的一端与底框相铰接，另一端与支柱一端铰接，支柱的另一端固定在底框上；所述推管器包括对称设置的两组转臂、齿轮、液压缸及齿条，两转臂的一端之间设有推杆，另一端分别设有齿轮，齿轮的下方设有由液压缸驱动的齿条，齿轮与齿条啮合传动；推杆为“V”形，可随转臂绕齿轮轴摆，摆动角度为160°；所述滑道由分离的龙头滑道、机身滑道及过渡滑道组成，每个滑道上表面均设有尼龙板，龙头滑道安装在龙头上，位于导向斗的下方；机身滑道安装在修井操作机机身上，一端与龙头滑道相连，另一端连接过渡滑道；过渡滑道位于机身滑道与支撑滑轨的滑轨架之间；龙头滑道、机身滑道及过渡滑道的截面为“V”形；滑轨架包括第一、二滑轨架，两滑轨架之间设有滑轨，滑车安装在滑轨上，滑车通过钢丝绳与固接在修井机底盘的液压铰车相连接，液压铰车通过钢丝绳驱动滑车在滑轨上往复移动。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明可以实现修井作业过程中“提、转、甩”环节的自动化，大大减少甩管作业过程需要的操作人员数，降低操作人员的劳动强度。
2.导向斗能够快速地安装和拆卸，铰接的导向板在运输时可翻转放倒，从而降低运输时整体的高度，提高运输过程的安全性。
3.推管器在上提油管(抽油杆)时，可以给油管(抽油杆)一个初始角度以利于管杆倾斜下滑；在下放油管(抽油杆)时，可以给油管(抽油杆)提供辅助支撑，以防止油管(抽油杆)的摆动和对扶正机构的冲击。
4.滑道采用深V形多段钢板焊接结构，与油管(抽油杆)接触的表面衬有尼龙板，以减小油管(抽油杆)末端与滑道间的摩擦力；整个滑道分为龙头滑道、机身滑道和过渡滑道，为油管(抽油杆)上提和下放提供支撑和导向的作用。
5.本发明可以在人工辅助的情况下完成油管(抽油杆)由倾斜状态到水平状态或由水平状态到倾斜状态的转变，修井操作机和滑轨之间用过渡滑道连接，滑车可以在滑轨上运动，第二滑轨架比第一滑轨架高400mm，这样就形成了一个倾角，便于油管(抽油杆)的上提和下放。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中导向斗的结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为图1中推管器的结构示意图；
图5为图4的左视图；
图6为修井操作机中吊卡的结构示意图；
图7为图1中A处的局部放大图；
图8为本发明上提油管过程的控制系统流程图；
图9为本发明下放油管过程的控制系统流程图；
其中，1为导向斗，2为推管器，3为龙头滑道，4为龙头，5为机身滑道，6为液压铰车，7为过渡滑道，8为滑车，9为滑轨，10为第一滑轨架，11为钢丝绳，12为第二滑轨架，13为吊卡，14为龙头开卡器，15为龙头锁卡器，16为龙头上检测光幕，17为龙头下检测光幕，18为龙头磁感应传感器，19为龙头吊卡限位块，20为第一导向板，21为第二导向板，22为第三导向板，23为支柱，24为连接座，25为底框，26为铰接头，27为转臂，28为齿轮，29为推杆，30为液压缸，31为齿条，32为壳体，33为第一推杆，34为弹簧，35为第二推杆，36为卡爪，37为卡爪扭簧，38为第一轴，39为第二轴，40为定位钩扭簧，41为定位钩，42为卡爪滑块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1及图7所示，本发明包括导向斗1、推管器2、滑道、滑车8、龙头开卡器14及龙头锁卡器15，导向斗1及推管器2安装在修井操作机机身上方的龙头4上，导向斗1位于井口正上方，可快速安装或拆卸；推管器2位于导向斗1靠近修井操作机机身的一侧。如图2、图3所示，导向斗1为分离式框架结构，由左右对称的两部分组成，两部分之间形成对吊卡导向定位的空间，每一部分均包括第一～三导向板20～22、支柱23及底框25，第一～三导向板20～22通过底框25安装在龙头4上，每一个导向板的一端(窄端)与底框25通过铰接头26相铰接，另一端与支柱23一端铰接，支柱23的另一端通过连接座24固定在底框25上。如图4、图5所示，推管器2包括对称设置的两组转臂27、齿轮28、液压缸30及齿条31，两转臂27的一端之间设有推杆29，另一端分别设有齿轮28，齿轮28的下方设有由液压缸30驱动的齿条31，齿轮28与齿条31啮合传动。推管器2设有四个预设位置，由液压缸30驱动齿条31与齿轮28啮合，带动转臂27摆动，推杆29为“V”形，可随转臂27绕齿轮轴摆动，摆动角度为160°；推管器2在油管(抽油杆)上提时，给油管(抽油杆)一个初始角度以利于管杆倾斜下滑；在油管(抽油杆)下放时，给油管(抽油杆)辅助支撑，以防止油管(抽油杆)的摆动和对扶正机构的冲击。在推管器2的下方设有滑道，滑道由分离的龙头滑道3、机身滑道5及过渡滑道7组成，为油管(抽油杆)上提和下放提供支撑和导向的作用，龙头滑道3安装在龙头4上，位于导向斗1的斜下方；机身滑道5安装在修井操作机机身上，一端与龙头滑道3相连，另一端连接过渡滑道7；过渡滑道7位于机身滑道5与支撑滑轨9的滑轨架之间；龙头滑道3、机身滑道5及过渡滑道7的截面为“V”形，采用多段钢板焊接而成，与油管(抽油杆)接触的表面衬有尼龙板，以减小油管(抽油杆)末端与各滑道间的摩擦力。滑轨架包括第一、二滑轨架10、12，第二滑轨架12比第一滑轨架10高400mm，这样就形成了一个倾角，便于油管(抽油杆)的上提和下放。两滑轨架之间设有滑轨9，滑车8下方设有两对滚轮，通过滚轮安装在滑轨9上，滑车8通过钢丝绳11与固接在修井机底盘上的液压铰车6相连接，液压铰车6通过钢丝绳11驱动滑车8在滑轨9上往复移动。在导向斗1下方的龙头4上设有上下设置的龙头上、下检测光幕16、17，龙头开、锁卡器14、15安装在两检测光幕之间的龙头上，龙头开、锁卡器14、15的一侧设有龙头吊卡限位块19，其上安装有龙头磁感应传感器18。
如图6所示，悬挂于修井操作机大钩上的吊卡，包括壳体32、上下两组推杆、卡爪36及定位钩41，其中两组推杆两个为一组，即两个第一推杆33为一组，两个第二推杆35为一组，每个推杆上均带有弹簧34；卡爪36为两个，通过第一轴38安装在壳体32内，卡爪36可绕第一轴38转动，第一轴38的两端均设有卡爪扭簧37，为卡爪36提供初始位置并使卡爪36转动后复位；每个卡爪36上均固接一卡爪滑块42。定位钩41也为两个，分别设置于两个卡爪滑块42的上方，定位钩41通过第二轴39安装在壳体32内，定位钩41可绕第二轴39转动，第二轴39的两端均设有定位钩扭簧40，为定位钩41提供初始位置并使定位钩41转动后复位。吊卡采用箱形焊接式结构，两侧有四个弹簧复位的推杆，配合定位钩、卡爪、扭簧以及布置在修井操作机龙头和卡座上的分离式开、锁卡器，可以实现吊卡的自动开卡和锁卡，这既可以大大降低操作人员劳动强度，还可以显著增强修井作业的安全性，减少人身意外伤害事故的发生；此外，只要通过快速更换不同规格的卡爪卡头即可适用于不同管径油管和不同尺寸抽油杆的上提和下放作业。
本发明的原理及工作过程为：
如图8所示，油管(抽油杆)上提作业甩管过程为：
吊卡13带着卸扣后的油管(抽油杆)上升，当油管(抽油杆)最底端经过导向斗1位置时，龙头上检测光幕16检测到油管(抽油杆)最底端时，控制系统(本发明的控制系统为现有技术)给液压缸30一个信号，液压缸30驱动齿条31与齿轮28啮合传动，使转臂27摆动，推杆29在转臂27的带动下给油管(抽油杆)一个初始角度；在修井操作机的配合下，油管(抽油杆)逐渐由垂直状态转变成倾斜状态，油管(抽油杆)的最底端抵接在龙头滑道3的上部；之后，吊卡13逐渐下移，油管(抽油杆)的最底端依次通过龙头滑道3、机身滑道5和过渡滑道7；当吊卡13到达龙头吊卡限位块19处时，油管(抽油杆)的最底端已到达滑车8的上表面，此时控制系统将龙头磁感应传感器18检测到的信号传递给龙头开卡器14，龙头开卡器14推动吊卡13两侧下方的第二推杆35，第二推杆35推动卡爪36绕第一轴38旋转，卡爪滑块42同时向上推动定位钩41，使定位钩41绕第二轴39旋转，直至旋转至定位钩39钩住卡爪滑块42，卡爪36打开，吊卡开卡，开卡后第二推杆33在弹簧34弹力的作用下复位；吊卡13开卡后，油管(抽油杆)通过滑车8在滑轨9上滑动，滑车8是受油管(抽油杆)重力的作用前移，直至油管(抽油杆)整体滑出修井操作机，此时油管(抽油杆)逐渐由倾斜状态变成水平状态；最后，由人工把油管(抽油杆)从滑轨9上卸下来，甩管作业完成。
如图9所示，油管(抽油杆)下放作业甩管过程为：
先将已处于开卡状态的吊卡13导向和定位到龙头吊卡限位块19的位置，然后由人工将油管(抽油杆)放置在滑轨9上，油管(抽油杆)最底端抵接在滑车8上，油管(抽油杆)首端与过渡滑道7下端相抵接，甩管作业开始；滑车8在液压绞车6的作用下由钢丝绳11牵引前移，此时油管(抽油杆)由水平状态逐渐转变成倾斜状态，其首端也依次滑过过渡滑道7、机身滑道5和龙头滑道3，并最终穿过吊卡13；龙头下检测光幕17检测到油管(抽油杆)首端穿过吊卡13之后，控制系统将龙头下检测光幕17检测到的信号传递给龙头锁卡器15，龙头锁卡器15推动吊卡13两侧上方的第一推杆33，第一推杆33推动定位钩41绕第二轴39旋转，当旋转至定位钩41钩住卡爪滑块42的力小于卡爪36自身重力及卡爪扭簧37的弹力时，卡爪滑块42从定位钩41中脱落，卡爪36靠卡爪扭簧37的弹力和自身的重力复位，吊卡锁卡，锁卡后第一推杆33在弹簧34弹力的作用下复位；吊卡13在修井操作机作用下上提，控制系统(本发明的控制系统为现有技术)给液压缸30一个信号，液压缸30驱动齿条31与齿轮28啮合传动，使转臂27摆动，推杆29在转臂27的带动同步对油管(抽油杆)进行辅助扶持，此时油管(抽油杆)逐渐由倾斜状态转变成垂直状态，甩管作业完成。
本发明的主要技术参数指标：导向斗控制范围为φ300mm，导向斗的外形尺寸(长×宽×高)为1400mm×950mm×500mm，龙头伸缩行程为1200mm，吊卡额定载荷为：60t，吊卡基本尺寸为640mm×270mm×350mm，龙头尺寸(长×宽×高)为5800mm×1600mm×1400mm。