一体化管柱自动排送装置及方法技术领域
本发明涉及石油工业的机械化作业辅助装置，具体地说是一体化管柱自动排送装置
及方法。
背景技术
普通作业修井时，管柱的排放及输送需要两名场地工人配合进行搬抬油管、甩油管、
推放小滑车等操作，工序复杂，劳动强度大，作业效率低，容易造成工人的人身伤害。
目前国内外机械化管柱排送技术，主要有管柱竖排及横排两种方式。其中，管柱竖
排的方式占地面积小，但对设备的要求较高，不适应国内修井作业尤其是小修作业现场。
管柱横排目前研究较多，专利200910218830.0水平自动排管装置中在管排两侧设计了抓
管装置，抓管装置可沿管排两侧的轨道运行实现管柱的运移及排放。专利200610048084.1
作业井场油管自动拉排装置利用液压升降台调整油管高度，行走滑车带动油管在管排上
运移。上述装置都存在设备结构复杂，实现同步性困难及导轨安装对井场要求高等问题，
现场应用较少。美国专利US4604724(Automatedapparatusforhandlingelongatedwell
elementssuchaspipes)设计了管柱多层排放系统，依靠重力实现管柱的运移，旋转型
机械手可向不同层的管排取、放管柱，不同层的管排根据机械手旋转轨迹具有不同的长
度，该装置需要设计不同长度的管排，且从管排中取出管柱时，管排顶端与机械手精确
对正较为困难。US7736119B2(Horizontalpipehandlingsystem)提出了另一种重力多
层排管的方式，该装置设计了一个管柱取放机构可将单根管柱从输送机构放入管排活从
管排上取出放至输送机构，管柱取放机构可沿着一根立柱上下移动，从而实现在不同高
度的管排上取放油管。该装置由于管排高度和油管输送机构的高度存在差异因此每根油
管都要进行抓取、上下运移、释放及管柱在管排上滚动等四个步骤，系统工作效率不高。
因此有必要研发一种适应国内作业现状的机械化作业管柱排放及输送装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一体化管柱自动排送装置及方法，具有安装方便，方便运输，
操作方便，重力排管等特点。适用于机械化作业中管柱的自动排放及管柱在管排与井口
之间的输送，确保管柱顺利起下。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一体化管柱自动排送装置，包括
排管装置、送管装置，所述送管装置通过连接液压缸连接在排管装置侧面，所述排管装
置包括油管横担和管排升降装置，所述管排升降装置位于油管横担下方用以顶住和升降
油管横担，所述油管横担右端铰接在套板上，而套板则套在右侧的横担立柱上能在该立
柱上纵向移动，所述管排升降装置和送管装置之间设置单根分离装置。
所述送管装置包括送管装置底座、送管液压缸、油管槽，所述油管槽通过送管液压
缸与送管装置底座连接，送管液压缸可带动油管槽完成油管在井场和井口之间的运移，
即实现大立顶起；所述油管槽侧方还设置有油管槽液压缸，可以使油管槽向一侧倾倒，
即实现小立翻转。
所述管排升降装置为液压升降装置或丝杠升降装置或卷扬升降装置。
所述管排升降装置包括管排升降液压缸、管排倾斜液压缸、管排主梁、倾斜液压缸
横担、升降装置底座，所述管排主梁四角底部均设置管排升降液压缸，管排升降液压缸
安装在管排主梁和升降装置底座之间，其中，靠近送管装置一侧的两个管排升降液压缸
的安装高度低于另一侧两个管排升降液压缸，四个管排升降液压缸同步运动，可以实现
管排主梁的上下平移。
靠近送管装置一侧的两个管排升降液压缸底部设有管排倾斜液压缸并且和管排倾
斜液压缸之间设置倾斜液压缸横担，管排倾斜液压缸带动该侧的两个管排升降液压缸上
下运动一定距离，可以造成管排主梁向不同方向倾斜，从而控制油管的滚动方向。
所述单根分离装置包括自上而下依次连接的分离头、分管液压缸、分管装置底座，
所述分离头上端具有倾斜面，分离头在分管液压缸带动下上下运动，可以完成油管单根
的分离。
为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，一体化管柱自动排送方法，
其步骤为，修井作业时，首先需要从井内起出管柱，此时管排倾斜液压缸伸出，将管排
主梁靠近送管装置的一侧顶起，管排升降液压缸伸出，将管排主梁推至最高点，与送管
装置的位置相吻合；井内起出的油管从送管装置接下，送管液压缸将油管槽带至地面，
油管槽液压缸将油管槽推向一侧倾倒，油管从油管槽中滚出，并滚至管排主梁上，并沿
着管排主梁滚至另一侧直至由横担立柱挡住，当起出的油管排满一排时，在油管上搭上
另一层横担，管排升降液压缸下降一定高度，使新一排的高度与送管装置相配合，进行
下一排油管的摆放，重复上述过程，直至井内油管全部起出；
修井作业完成后，需要将油管下入井内，先将管排倾斜液压缸收回，使得管排主梁
靠近送管装置一侧高度低于另一侧，管柱滚向送管装置一侧，最上层管排的第一根油管
滚至管柱分离装置上方，管柱分离头在分管液压缸的带动下，将管排第一根油管向上顶
出，同时分离头的侧面可以防止管排第二根油管的滚动。此时，送管装置的油管槽在油
管槽液压缸的推动下处于倾斜位置，当油管高于管排两侧的横担立柱时，油管沿着分离
头的斜面滚入油管槽，油管槽被液压缸扶正，并送至井口；分离头下降，管排上下一根
油管滚入分离头的斜面，进行下一根油管的分离及输送；完成一排油管的输送后，取走
该层横担，管排升降液压缸同时上行，将下一排油管上移，进行下一排油管的输送作业；
重复上述过程，完成管排上所有油管的输送。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
油管输送装置与油管排放装置通过液压缸连接在一起，使用时液压缸伸出，进行管
柱排送作业，运输时液压缸收回，可以大大减少设备运输宽度。油管排放装置包括两组
液压缸，其中四只管排升降液压缸可以同步运动，实现管排的上升及下降，靠近油管输
送装置的两只管排升降液压缸的安装位置低于另一侧两只液压缸，使管排具有一定的倾
斜角度，使油管滚动。另一组是两只管排倾斜液压缸，安装在靠近油管输送装置一侧，
可通过横担带动输送装置一侧的两只管排升降液压缸上下移动，当伸长到最大长度后，
使该侧的管排高于远离油管输送装置的一侧，使油管向另一侧滚动。管排与油管输送装
置之间具有楔形的油管单根分离装置，可以实现油管单根的分离。
本发明优点：
1、管柱输送与排放装置采取一体化设计，安装方便；装置收起时整体宽度大大减
小，方便运输。
2、楔形取管机构结构简单，操作方便。
3、重力排管，不需专门的动力装置带动单根管柱在管排上移动。
4、管排整体上下移动，配合输送装置，每排管柱只需改变一次管排高度，相比于
运移机构带动单根移动的方案操作更简单，效率更高。
附图说明
图1为本发明的一体化管柱自动排送装置结构俯视图；
图2a为送管装置的结构图；
图2b为图2a的侧视图；
图3为单根分离装置示意图；
图4a为管排升降装置的俯视图；
图4b为管排升降装置的主视图；
图5为起油管时装置工作原理图；
图6a、图6b为下油管时装置工作的两个原理图。
图中，1、送管装置；2、连接液压缸；3、单根分离装置；4、油管；5、管排升降
装置；6、横担立柱；7、横担。
101、送管液压缸；102、送管装置底座；103、油管槽；104、油管槽液压缸。
301、分离头；302、分管液压缸；303、分管装置底座。
501、管排升降液压缸；502、管排倾斜液压缸；503升降装置主梁。
501、管排升降液压缸；502、管排倾斜液压缸；503升降装置主梁；504、倾斜液压
缸横担；505、升降装置底座。
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。
根据图1-图6所示，一体化管柱自动排送装置，送管装置1通过连接液压缸2连接
在排管装置上，运输时，连接液压缸2收回，减少设备的整体宽度，使用时，连接液压
缸2伸出，将送管装置1推至适当位置，通过销孔锁紧。油管逐层堆放在管排升降装置5
上，各层油管之间有油管横担7，油管横担7的一端通过旋转铰接头固定在横担立柱6
上。管排升降装置5和送管装置1之间有单根分离装置3，可以将管排升降装置5上的油
管分离出单根，送入送管装置。
送管装置1结构如图2所示，油管置于油管槽103内，油管槽103通过送管液压缸
101与送管装置底座102连接，送管液压缸102可带动油管槽103完成油管在井场和井口
之间的运移。油管槽103上有油管槽液压缸104，可以使油管槽103向一侧倾倒。
单根分离装置3包括分离头301，分管液压缸302，分管装置底座303，如图3所示。
分离头301在分管液压缸302带动下上下运动，可以完成油管单根的分离。
管排升降装置5包括管排升降液压缸501，管排倾斜液压缸502，管排主梁503，倾
斜液压缸横担504，升降装置底座505组成，如图4所示。4个管排升降液压缸501分别
安装在管排主梁503和升降装置底座505之间，其中，靠近送管装置一侧的两个液压缸
的安装高度低于另一侧两个液压缸。4个液压缸同步运动，可以实现管排主梁503的上下
平移。管排主梁503的一侧设有两个管排倾斜液压缸502，通过倾斜液压缸横担504带动
该侧的两个管排升降液压缸501上下运动一定距离，可以造成管排主梁503向不同方向
倾斜，从而控制油管的滚动方向。
修井作业时，首先需要从井内起出管柱，此时管排倾斜液压缸502伸出，将管排主
梁503靠近送管装置1的一侧顶起，管排升降液压缸501伸出，将管排主梁503推至最
高点，与送管装置1的位置相吻合。井内起出的油管从由送管装置1接下，送管液压缸
101将油管槽103带至地面，油管槽液压缸104将油管槽103推向一侧倾倒，油管从油管
槽103中滚出，并滚至管排主梁503上，并沿着管排主梁503滚至另一侧直至由立柱6
挡住，如图5所示。当起出的油管排满一排时，在油管上搭上横担7，管排升降液压缸
501下降一定高度，使新一排的高度与送管装置1相配合，进行下一排油管的摆放，重复
上述过程，直至井内油管全部起出。
修井作业完成后，需要将油管下入井内。首先将管排倾斜液压缸502收回，使得管
排主梁503靠近送管装置1一侧高度低于另一侧，管柱滚向送管装置1一侧，最上层管
排的第一根油管滚至管柱分离装置上方，如图6(a)所示。管柱分离头301在分管液压
缸302的带动下，将管排第一根油管向上顶出，同时分离头301的侧面可以防止管排第
二根油管的滚动。此时，送管装置1的油管槽103在油管槽液压缸104的推动下处于倾
斜位置，当油管高于管排两侧的立柱时，油管沿着分离头301的斜面滚入油管槽103，如
图6(b)所示。油管槽103被液压缸104扶正，并送至井口。分离头301下降，管排上
下一根油管滚入分离头301的斜面，进行下一根油管的分离及输送。完成一排油管的输
送后，取走横担，4个管排升降液压缸501同时上行，将下一排油管推至适宜高度，进行
下一排油管的输送作业。重复上述过程，完成管排上所有油管的输送。
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。