[发明专利]一种自动化起下作业系统及操作方法

说明书

所属技术领域

一种新型的修井起下作业自动化系统，以及改进后的操作方法，能够实现高效率的井口无人自动化起下作业，完成管柱从起升、卸扣到管柱传送与排放的自动化操作。

背景技术

目前,油田小修使用传统作业方式与设备,需要4～5名工人协同作业,几乎每道工序都需要工人参与，尤其是随机性较大，灵活性、智能性要求较高的井口操作；修井机与液压大钳只起助力作用，因此工人劳动强度很大。

国内研制的多种自动化修井设备，基本延续了传统修井机的绞车—游车—大钩的起升方式；采用动力吊卡与及伸缩液缸实现吊卡自动开合与管柱外推；并配合管柱排放设备，实现管柱的传送与排列。设计中已经考虑到绞车大钩的起升方式，会加剧管柱运动过程中的晃动，给井口的自动化操作造成困难；因此上设计有稳定游车轨迹的导轨结构。

但管柱的传送过程中都需要游车大钩的配合外推动作，额外占用了起升装置的非工艺操作时间，增加了围绕大钩的辅助机构（管柱扶正装置等），增加了空行程，影响了起升装置工作的独立性，不能充分发挥出装备本身的效率。因此目前国内的自动化作业设备效率普遍较低，难以推广应用。

为了解决以上问题，设计一种油井起下作业自动化操作系统,采用新的作业工艺与设备，提高工作效率,减轻作业人员的体力劳动,减少作业操作人员数量,降低作业成本。

发明内容

为了实现起下作业的自动化，并获得较高的作业效率，本发明提供一种新的作业设备的设计方案与操作方法。

本发明所采用的技术方案包括：一种链条式循环起升装置、动力卡瓦、自动液压大钳、接箍监测装置、自动化管盒等。

涉及的链条式循环起升装置，可由平板半挂车托运，液压自动起升；其动力总成，包括液压马达、电子式自动变速器（AMT）、减速器等，安装在平行式支架的顶部支架上，驱动主动链轮；起升机构主要由主动链轮、前后两个导向链轮、曲柄让位机构、链条以及特殊链节上的两套夹具组成，其中两套夹具依据链条总长度均匀分布，以实现随链条转动依次循环经过井口，起升管柱；平行式支架的下端安装有两液压支腿和井口工作台，工作台高度可由支腿依据实际情况调定；井口工作台上安装动力卡瓦，其回转中心对中井口；此外工作台的前方一侧焊接有自动液压钳的伸缩导轨支架和导轨，以安装自动液压钳；平行式支架的中部，井口工作台上方，安装有链轮支撑平台，平台上安装导向链轮和链条曲柄让位机构；在顶部支架下方，与液压大钳支架相对的支腿上部，安装有管柱传送装置总成，包括液压马达、内齿轮减速器、传动轴、止推轴承、转动主轴、主传送臂、副传送臂，其中主传送臂安装在转动主轴的顶端，内部安装伸缩液缸和夹紧液缸，可实现伸缩与夹紧动作；而副传送臂只安装伸缩液缸，夹具开口，起到稳定管柱的作用。

动力卡瓦，安装在井口工作台上，与井口中心对齐；包括卡瓦、卡瓦支座、液压缸、摇臂、连杆；液压缸与固定在卡瓦本体上的摇臂销轴联接，驱动与卡瓦联接的连杆，带动卡瓦沿卡瓦支座内阶梯锥面上下滑动，实现对管柱的夹紧与放松。

自动液压大钳安装在井口工作台一侧，与支架间通过导轨联接。导轨中安装有伸缩液缸，推动液压钳伸出与缩回，以完成上卸扣与井口让位操作。该液压钳自带有扭矩计及圈数计数器，由电控系统控制，保证上卸扣的扭矩与圈数的自动调节。

接箍监测装置，主要包括两套接箍传感器和一套特殊链节行程开关；第一套接箍传感器安装在平行式支架靠近井口的一侧，位于动力卡瓦上方，以实现对井口待上卸扣接箍的检测；另一套传感器安装位置高于前者9至10米，用于检测卸扣后的管柱上端接箍位置，便于与管柱传送装置配合完成管柱向自动排放立式管盒的转移；特殊链节行程开关，位于链轮支撑平台上方，安装在近井口侧的支架上，当检测到特殊链节上的夹持臂经过时，将发出信号，触发自动液压钳的伸缩以及链条曲柄让位机构进行动作。

自动化管盒，位于起升装置与井口连线外侧，主要包括管盒架、指梁、导轨系统、横向推送装置、纵向排放装置、纵向摆动推送装置、横向移动总成等组成。以上各部件安装于指梁上方的管盒架。其中，横向推送装置位于固定导轨的正上方，包括液马达、滚珠丝杠机构及安装在丝杠螺母上的管柱推板组成，能够将由管柱传送装置移送的管柱推向指定的指梁槽之间；横向移动总成与管盒架顶部前后两条横梁上的导轨配合，由液马达通过滚珠丝杠机构驱动；纵向排放装置由特殊链节上安装有管柱推板的链传动机构组成，安装于横向移动总成上；纵向摆动推送装置，由液压缸、摆动臂组成，与移动导轨系统一起安装在横向移动总成上。

所述的一种自动化起下作业系统及操作方法包括以下操作步骤：