碳纖維連續柔性抽油杆專用作業車的製作方法

2023-12-11 23:17:42

本發明屬於油田採油技術領域，尤其涉及一種碳纖維連續柔性抽油杆專用作業車。

背景技術：

抽油杆是石油生產過程中常用的一種設備，採油時，通過抽油杆帶動井下的抽油泵內的泵杆上下往復運動，從而將地層內的石油等液體泵送至地面。在使用過程中，通常要將抽油杆連接至上千米，在此種情況下，抽油杆要承受自身懸重和抽油泵的負荷，因此承受的拉力比較大。現有的抽油杆的長度通常在10米左右，作業時需要通過連接件將很多根抽油杆順次連接，形成抽油杆柱。這種抽油杆安裝過程比較複雜，作業成本也比較高。為了解決這個問題，技術人員發明了連續抽油杆，連續抽油杆是盤繞在絞盤上的一根具有一定柔性的超長抽油杆，施工時，先將絞盤上的抽油杆的端部引至井口內，然後通過轉動絞盤將抽油杆連續下放至油井中。但現有的連續抽油杆作業設備存在體積龐大，結構複雜且不合理、操作不便等諸多問題，因此亟待改進。另外，現有的連續抽油杆作業設備大多是為鋼製的連續抽油杆設計的，對於新型的碳纖維連續抽油杆並不適用。

技術實現要素：

本發明提供一種碳纖維連續柔性抽油杆專用作業車，通過縮小體積，簡化結構，改善操作便捷性，改善對碳纖維抽油杆的適應性等方式，以實現降低設備成本，提高施工效率的目的。

本發明所解決的技術問題採用以下技術方案來實現：一種碳纖維連續柔性抽油杆專用作業車，包括汽車底盤、絞盤和引導裝置；

汽車底盤的上側安裝有旋轉架，旋轉架的兩側設置有一對相互平行的直線軌道槽，旋轉架的中部通過固定在汽車底盤上的豎直軸連接在汽車底盤上，旋轉架的前後兩端各設置有弧形導軌，弧形導軌的下側設置有弧形軌道槽，在汽車底盤上，與兩個弧形軌道槽對應的位置分別固定設置有一組軌道支座，軌道支座支撐並引導旋轉架旋轉，所述的豎直軸上套有推力軸承，推力軸承位於汽車底盤和旋轉架之間，所述的汽車底盤和旋轉架之間連接有液壓缸A，旋轉架在液壓缸A的驅動作用下實現其與汽車底盤之間的相對轉動；

所述的旋轉架的上側安裝有主支架，所述的絞盤和引導裝置均安裝在主支架上，主支架的兩側各設置有一組滾輪，滾輪位於所述的直線軌道槽內，主支架通過滾輪和直線軌道槽的配合實現在旋轉架上的滑動，旋轉架與主支架之間連接有液壓缸B，液壓缸B為主支架在旋轉架上滑動提供動力；

所述的的絞盤通過旋轉軸安裝在主支架上，碳纖維抽油杆盤繞在絞盤上，絞盤在動力裝置的驅動下實現旋轉，絞盤的外側設置有用於對抽油杆進行徑向限位的限位輥，所述的限位輥共有三個，分別為限位輥A、限位輥B和限位輥C，限位輥A位於絞盤的上頂點處，限位輥B和限位輥C位於絞盤上朝向汽車底盤前端的一側，將各限位輥與絞盤的中心連線後，限位輥B和限位輥C所在的連線與限位輥A所在的連線的夾角分別為60度和120度；

所述的引導裝置包括支撐架和弧形引導架，支撐架的下端鉸接在主支架上，支撐架的上端與弧形引導架的上端鉸接相連，所述的支撐架分為上下兩段，支撐架上段與支撐架下段通過活動接頭連接，在活動接頭處，支撐架的上側通過銷軸連接，支撐架的下側通過插銷連接，支撐架下段與主支架之間連接有液壓缸C，液壓缸C為支撐架提供旋轉驅動力和側向支撐力，所述的弧形引導架與主支架之間連接有液壓缸D，液壓缸D為弧形引導架提供旋轉驅動力和側向支撐力；

所述的弧形引導架內設置有一組引導輪，弧形引導架的外側設置有弧形限位板，由絞盤上引出的碳纖維抽油杆從引導輪和弧形限位板之間的空間穿過弧形引導架，並在弧形引導架的引導下到達井口上方，所述的引導輪為兩端粗中間細的漏鬥形結構，引導輪與碳纖維抽油杆的接觸面由工程塑料製成，弧形引導架的下端懸掛有液壓鉗；

所述的弧形引導架的下端設置有定位軸，弧形引導架與井口之間設置有定位杆，定位軸插在定位杆的上端，定位杆的下端通過法蘭與井口連接。

所述的汽車底盤後端的邊緣為圓弧結構，該圓弧結構的圓心位於所述的豎直軸的軸線上，且該圓弧所在的平面與所述豎直軸的軸線垂直。所述的軌道支座為長條形且具有與所述的弧形軌道槽相匹配的弧度，軌道支座的頂部至少設置有兩個圓柱狀的滾子，滾子通過旋轉軸安裝在軌道支座上，滾子的旋轉軸與弧形軌道槽內側的弧面垂直。所述的動力裝置為液壓馬達和減速器組成，減速器的輸出軸通過鏈傳動機構與絞盤的旋轉軸連接。所述的絞盤上纏繞抽油杆的最小直徑為3米。所述的支撐架的下端設置有用於調整支撐架長度的調節螺杆。所述的支撐架為梯子形結構。為了便於本發明的存放，同時降低本發明的製造成本，可將汽車底盤替換為撬座。在所述的的絞盤上，所述的碳纖維抽油杆纏繞1～2層。所述的定位杆的下端固定連接有一個環形的旋轉套，旋轉套的周圍設置有至少一個銷釘，所述的法蘭上與所述的銷釘對應的位置設置有環形槽，銷釘的端部插在環形槽內，所述的旋轉套的上側設置有用於將旋轉套鎖定在法蘭上的鎖緊螺栓。

本發明的有益效果為：本發明專門針對碳纖維連續抽油杆的施工作業而設計，通過對現有的連續抽油杆作業車進行優化和改進，縮小了設備體積，簡化了設備結構，同時使作業機可以更好地滿足碳纖維抽油杆的施工需求。

附圖說明：

圖1是本發明工作狀態下的結構示意圖；

圖2是本發明在行進狀態下的結構示意圖；

圖3是圖1中A處的局部放大圖；

圖4是圖1中B處的局部放大圖；

圖5是圖1中C處的局部放大圖；

圖6是圖1中D處的局部放大圖；

圖7是弧形引導架的內部結構示意圖；

圖8是圖1中E處的局部放大圖；

圖9是定位杆與井口的連接結構示意圖；

圖10是碳纖維抽油杆與引導輪之間的配合結構示意圖；

圖11是支撐架的結構示意圖；

圖12是限位輥與絞盤之間的配合結構示意圖；

圖13是旋轉架在汽車底盤上的安裝結構示意圖；

圖14是圖13中F處的局部放大圖；

圖15是本發明採用撬裝結構時的結構示意圖。

圖中：1-汽車底盤，2-旋轉架，3-主支架，4-絞盤，5-液壓缸C，6-定位杆，7-井口，8-液壓鉗，9-弧形引導架，10-液壓缸D，11-支撐架，12-碳纖維抽油杆，13-限位輥A,14-限位輥B，15-限位輥C，16-動力裝置，17-液壓缸B，18-滾輪，19-軌道支座，20-滾子，21-引導輪，22-弧形導軌，23-調節螺杆，24-支撐架下段，25-支撐架上段，26-插銷，27-銷軸，28-弧形限位板，29-定位軸，30-法蘭，31-豎直軸，32-液壓缸A，33-弧形軌道槽，34-撬座，35-旋轉套，36-銷釘，37-鎖緊螺栓。

具體實施方式：

以下結合附圖對本發明的實施方式做進一步描述：

本實施例包括汽車底盤1、絞盤4和引導裝置，汽車底盤1作為本發明中除汽車底盤1以外的其它所有作業設備的載體，絞盤4用於盤繞碳纖維抽油杆12，引導裝置用於將碳纖維抽油杆12引至井口7中。

汽車底盤1的上側安裝有旋轉架2，旋轉架2可在一定範圍內與汽車底盤1相對旋轉，旋轉架2的上側安裝有主支架3，主支架3可在一定範圍內與旋轉架2相對滑動，所述的絞盤4和引導裝置均安裝在主支架3上，所述的汽車底盤1和旋轉架2之間連接有液壓缸A32，旋轉架2在液壓缸A32的驅動作用下實現其與汽車底盤1之間的相對轉動。汽車底盤1、旋轉架2和主支架3之間的連接結構是本發明最主要的創新點。

作業時，將作業車駛至作業位置後，往往需要對引導裝置的位置進行精細調整，以使引導裝置的下端與井口7的位置上下對應。現有技術中，通常採用橫向和縱向兩個直線滑動運動副，通過在橫縱兩個方向上移動絞盤4和引導裝置來實現引導裝置與井口相對位置的調整，這種結構存在的弊端是：1、受機構原理所限，現有機構的調整速度比較慢；2、受作業車的寬度所限，這種結構對絞盤4和引導裝置的調整範圍小；3、調整範圍較大時，絞盤4和引導裝置會一同平移至作業車的一側，此時，作業車的重心會嚴重偏向一側，對作業車的單側承載能力的要求較高。

本發明通過對絞盤4和引導裝置的位置調整方式進行了改進，實現了如下的功能和效果：

首先，通過汽車底盤1與旋轉架2之間的旋轉運動副和旋轉架2與主支架3之間的滑動運動副的配合，可對引導裝置的位置進行快速調整，這一點主要體現在對旋轉架2的旋轉驅動過程中。無論採用旋轉運動副還是滑動運動副，運動的動力均由液壓缸來提供，但採用旋轉運動副時，將液壓缸A32設置在靠近豎直軸31的位置，液壓缸A32的活塞杆只需運動很小的行程，便可以使旋轉架2大幅旋轉，因此，旋轉架2的設置可明顯地提高位置調整時的響應速度，從而改善設備的操控性能，縮短設備的調整時間，提高操作效率。

其次，通過汽車底盤1與旋轉架2之間的旋轉運動副和旋轉架2與主支架3之間的滑動運動副的配合，與現有技術相比，引導裝置的位置調整範圍可以擴展至作業車的寬度範圍以外，從而改善可作業車對井口位置的適應性。

再次，對本發明的引導裝置進行調整時，絞盤4與引導裝置不是同時平移至作業車的一側，而是分別向作業車的左右兩側轉動，從而使作業車的重心基本恆定，使作業車兩側的支撐點(車輪和液壓支腿)的載荷分配更均勻，更平衡，從而降低了對作業車的單側承載能力的要求。

最後，通過汽車底盤1與旋轉架2之間的旋轉運動副和旋轉架2與主支架3之間的滑動運動副的配合，可將引導裝置從作業車的後端斜向伸出後與井口對應，從而在作業車的側面留出較大的作業空間，便於施工的進行。

旋轉架2在汽車底盤1上的安裝結構如下：

旋轉架2的中部通過固定在汽車底盤1上的豎直軸31連接在汽車底盤1上，旋轉架2的前後兩端各設置有弧形導軌22，弧形導軌22的下側設置有弧形軌道槽33，在汽車底盤1上，與兩個弧形軌道槽33對應的位置分別固定設置有一組軌道支座19。旋轉架2旋轉時，所述的豎直軸31作為其旋轉軸，所述的軌道支座19與所述的弧形軌道槽33配合，從而支撐並引導旋轉架2旋轉。

所述的軌道支座19為長條形且具有與所述的弧形軌道槽33相匹配的弧度，將軌道支座設置成此種形狀而不是設置成圓柱狀，可使軌道支座19在作業車的寬度方向上的支撐範圍更大，從而使得支撐穩定性得到保證。在旋轉架2的前後兩端各設置有弧形導軌22，進一步保證了支撐穩定性。使用時，為了改善汽車底盤1和旋轉架2之間的支撐穩定性，可在二者之間臨時設置墊塊。

軌道支座19的頂部至少設置有兩個圓柱狀的滾子20，滾子20通過旋轉軸安裝在軌道支座19上，滾子20的設置，可有效降低軌道支座19與弧形導軌之間的摩擦力，從而改善了旋轉架2的轉動靈活性。

滾子20的旋轉軸與弧形軌道槽33內側的弧面垂直，如此設置，可使滾子20旋轉時，滾子20上的圓柱面不會與弧形軌道槽33之間發生明顯的相對滑動，從而有效減少了滾子20和弧形軌道槽33的磨損。

所述的豎直軸31上套有推力軸承，推力軸承位於汽車底盤1和旋轉架2之間。推力軸承的設置可有效減少旋轉架2旋轉時豎直軸31處的摩擦阻力，進一步改善了旋轉架2的轉動靈活性。

旋轉架2的兩側設置有一對相互平行的直線軌道槽，主支架3的兩側各設置有一組滾輪18，滾輪18位於所述的直線軌道槽內，主支架3通過滾輪18和直線軌道槽的配合實現在旋轉架2上的滑動。在實施本發明時，直線軌道槽可由槽鋼製成，槽鋼上的凹槽作為滾輪18運行的軌道。直線軌道槽的作用是對安裝在主支架3上的引導裝置的位置進行平移調整，以使其與井口7的位置相對應。由於本發明所述的作業車結構比較簡單，汽車底盤1上的作業設備的自重較小，因此，採用滾輪18與直線軌道槽配合的機構即可滿足對滑動運動副的性能要求，而不必採用承重能力較強但製造成本較高的滑軌結構。

旋轉架2與主支架3之間連接有液壓缸B17，液壓缸B17為主支架3在旋轉架2上滑動提供動力。

所述的的絞盤4通過旋轉軸安裝在主支架3上，碳纖維抽油杆12盤繞在絞盤4上，絞盤4在動力裝置16的驅動下實現旋轉。絞盤4的外側設置有用於對碳纖維抽油杆12進行徑向限位的限位輥，限位輥可有效防止碳纖維抽油杆12翹起，從而使得碳纖維抽油杆12穩定、勻速地下放或上提。所述的限位輥共有三個，分別為限位輥A13、限位輥B14和限位輥C15，限位輥A13位於絞盤4的上頂點處，碳纖維抽油杆12在限位輥A13處沿絞盤4的切向伸出後，引至引導裝置內，由於引導裝置的高度上限與絞盤4上碳纖維抽油杆12的最大高度基本一致，因此，將限位輥A13設置在絞盤4的上頂點處可保證碳纖維抽油杆12可以順暢地穿入引導裝置內。另外，碳纖維抽油杆12在捲起或下放過程中也可能發生意外斷脫，當斷脫點位於井下時，不會對施工人員的安全造成威脅，當斷脫點位於井上時，斷脫點上側的碳纖維抽油杆12便可能在自身彈性回復力的作用下從引導裝置的上端甩出，而設置在絞盤4的上頂點處的限位輥A13可最大限度地限制斷脫後的碳纖維抽油杆12的擺動範圍，防止傷人事故的發生。

限位輥B14和限位輥C15位於絞盤4上朝向汽車底盤1前端的一側，將各限位輥與絞盤4的中心連線後，限位輥B14和限位輥C15所在的連線與限位輥A13所在的連線的夾角分別為60度和120度。若發生絞盤4逆時針旋轉(從井中上提碳纖維抽油杆)時，發生碳纖維抽油杆12斷脫事故，而此時絞盤4又不能及時制動的情況，限位輥B14和限位輥C15可以將絞盤4與作業機的車頭之間的作業空間保護起來，防止碳纖維抽油杆12傷人。

本發明對抽油杆的引導裝置進行了重新設計，採用了結構極其簡單的四連杆機構，與現有技術相比，有效降低了作業機的自重，並縮小了引導裝置的體積，從而降低了對汽車底盤1的車長要求。

所述的引導裝置包括支撐架11和弧形引導架9，支撐架11的下端鉸接在主支架3上，支撐架11的上端與弧形引導架9的上端鉸接相連，支撐架11與主支架3之間連接有液壓缸C5，液壓缸C5為支撐架11提供旋轉驅動力和側向支撐力，所述的弧形引導架9與主支架3之間連接有液壓缸D10，液壓缸D10為弧形引導架9提供旋轉驅動力和側向支撐力。通過液壓缸C5驅動支撐架11旋轉，可改變弧形引導架9向作業車後端懸出的長度，以使弧形引導架9的位置與井口的位置相匹配。通過液壓缸D10驅動弧形引導架9旋轉，可改變弧形引導架9與井口7之間的夾角，從而使得碳纖維抽油杆12可以沿豎直方向下入井中。

所述的支撐架11分為上下兩段，支撐架上段25與支撐架下段24通過活動接頭連接，在活動接頭處，支撐架11的上側通過銷軸27連接，支撐架11的下側通過插銷26連接。活動接頭是實現引導裝置摺疊的關鍵結構，作業完畢後，將活動接頭處的插銷拔下，便可將支撐架11的上下兩段對摺，支撐架11的上下兩段對摺後，再將液壓缸C5和液壓缸D10收起，便可以實現引導裝置的摺疊，將引導裝置摺疊不但便於作業車的行進和停放，而且可以降低引導裝置的重心(也降低了作業車的重心)，從而有效減少作業車行進過程中的振動，同時提高了作業車行進時的穩定性(根據物理常識，重心越低，車輛行進越穩定)。

所述的弧形引導架9內設置有一組引導輪21，弧形引導架9的外側設置有弧形限位板28，由絞盤4上引出的碳纖維抽油杆12從引導輪21和弧形限位板28之間的空間穿過弧形引導架9，並在弧形引導架9的引導下到達井口7上方，引導輪21可以有效減小摩擦，防止碳纖維抽油杆12在流轉時磨損，與限位輥的作用相似，弧形限位板28可有效防止碳纖維抽油杆12斷脫時甩出。

所述的引導輪21為兩端粗中間細的漏鬥形結構，該結構可使碳纖維抽油杆12始終位於引導輪21的中部，防止其從引導輪21上滑下。

引導輪21與碳纖維抽油杆12的接觸面由工程塑料製成，此處可選用尼龍材料作為引導輪21的外層材料，尼龍材料的耐磨性能可以保證引導輪21具有較長的使用壽命，尼龍材料的自潤滑性能可以在不施加潤滑劑的情況下提供潤滑性能，防止碳纖維抽油杆12在運動中磨損。

弧形引導架9的下端懸掛有液壓鉗8，正常工作時，液壓鉗8不工作(即處於打開狀態)，碳纖維抽油杆12在自身懸重的作用下下入井中。當絞盤4的制動失效時，碳纖維抽油杆12會不受控制地加速下落，為使這種緊急情況得到控制，可儘快啟動液壓鉗8，液壓鉗8可將碳纖維抽油杆12夾住，防止事態進一步惡化。

所述的弧形引導架9的下端設置有定位軸29，弧形引導架9與井口7之間設置有定位杆6，定位軸29插在定位杆6的上端，定位杆6的下端通過法蘭30與井口7連接。定位軸29和定位杆6的配合，以井口為支點為弧形引導架9提供了輔助支撐，可防止弧形引導架9在碳纖維抽油杆12起下時發生振動或小幅度擺動，從而使碳纖維抽油杆12時刻保持在井口7的中心位置，防止碳纖維抽油杆12與井口7的邊緣摩擦磕碰。

所述的定位杆6的下端固定連接有一個環形的旋轉套35，旋轉套35的周圍設置有至少一個銷釘36，所述的法蘭30上與所述的銷釘36對應的位置設置有環形槽，銷釘36的端部插在環形槽內。通過銷釘36的連接，旋轉套15可環繞法蘭30旋轉，從而使得定位杆6可環繞井口7旋轉，這樣的設計使得定位杆6的方位可自如地、連續地調節，便於定位杆6與定位軸29的匹配安裝。所述的旋轉套35的上側設置有用於將旋轉套35鎖定在法蘭30上的鎖緊螺栓37，鎖緊螺栓37可在定位杆6的位置確定後將定位杆6的位置鎖定，從而保證定位杆6與井口7之間的穩定連接。

所述的汽車底盤1後端的邊緣為圓弧結構，該圓弧結構與所述的豎直軸31同心。與常規的方形結構相比，上述的圓弧結構可為從弧形引導架9下端伸出的碳纖維抽油杆12讓出活動空間。

所述的動力裝置16由液壓馬達和減速器組成，減速器的輸出軸通過鏈傳動機構與絞盤4的旋轉軸連接。採用鏈傳動機構可保證動力裝置16與絞盤4運轉時的同步性。

所述的絞盤4上纏繞碳纖維抽油杆12的最小直徑為3米，如果直徑過小，碳纖維抽油杆12會產生不可逆的塑形變形，從而損壞碳纖維抽油杆12。在實際使用過程中，碳纖維抽油杆12通常纏繞1～2層，如果纏繞層數過多，那麼位於內層的碳纖維抽油杆12與各限位輥的間距會過大，進而使各限位輥的限位作用大大折扣。

所述的支撐架11的下端設置有用於調整支撐架11長度的調節螺杆23，設置調節螺杆23，可將支撐架11的長度繼續加大，在不增大支撐架11摺疊後的體積的情況下進一步擴展引導裝置的調整範圍。

進行作業前，需要將絞盤4上的碳纖維抽油杆12引至引導裝置上的弧形引導架9內，由於弧形引導架位於高處，工人站在汽車底盤1上無法觸及，因此必須另外準備梯子來輔助工人操作。而本發明將支撐架11設置成梯子形結構，通過梯子上的階梯，工人可以方便地攀爬至弧形引導架9所在位置進行操作，有效改善了操作的便捷性。

為了便於本發明的存放和碳纖維抽油杆12的周轉，同時降低本發明的製造成本，可將汽車底盤替換為撬座34，也就是說，可將旋轉架2安裝在具有軌道支座19和豎直軸31的撬式底座上。生產碳纖維抽油杆12時，將撬座34連同其上的設備一同放置在生產線的末端，生產出的碳纖維抽油杆12可直接纏在絞盤4上，繼而將撬座34連同其上的設備存入庫房中，此時，本發明作為抽油杆產品的中轉和存放裝置使用。井場作業時，可將帶有撬座34的本發明調運至通用的載重卡車上並固定，然後運往井場進行作業。