殘液收集裝置的製作方法

2023-12-10 12:59:46 1

本實用新型涉及石油機械，具體涉及一種殘液收集裝置，用於帶壓修井機利用機械手的智能起下管系統，使用智能PLC控制，實現井口無人作業。

背景技術：

現在石油行業的帶壓修井作業，大部分採用傳統的液壓提升機構，配有桅杆式鋼絲繩升降系統，進行起下油管的作業，全部由人工在井口現場進行操作。就是近幾年生產的帶壓修井機，也只解決了起、下油管的提升、下降動力和防止油井井噴等問題，地面以上的作業還是由桅杆鋼絲繩提升，人工來進行操作。井上作業經常會產生殘液噴出汙染井口的問題，還可能產生井噴、爆炸事故。管柱接箍螺紋連接處經常會由於泥沙栓塞、鏽蝕等原因出現卡死現象，旋扣鉗無法旋扣，也需要人工衝扣，人工作業又髒又累、還存在安全隱患。石油系統急需要智能化程度更高的無人操作平臺，來實現井口操作的智能控制，以替代傳統的作業形式。由於起下管作業智能控制系統技術複雜、需要克服的關鍵技術較多，多少年來一直沒有得到解決。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種殘液收集裝置，用於帶壓修井機智能起下管系統，使用智能控制實現井口無人化作業。

本實用新型的技術解決方案是：殘液收集裝置，包括將殘液收集到與其連接的容器內的殘液收集筒，所述殘液收集筒由兩個相鉸接的可以卡緊在管柱上構成一個緊密連接的整圓盤形的半圓筒體構成，其中一個半圓筒體固定在一支臂的端部上，支臂的另一端通過兩個連杆與機架呈四邊形結構連接，支臂可由驅動裝置驅動將其端部的半圓筒體靠近管柱，另一個半圓筒體通過兩個連杆首尾依次相鉸接在支臂上，半圓筒體鉸接在外側連杆的自由端，內側連杆與一液壓缸連接，通過該液壓缸驅動可以將兩個半圓筒體圍繞管柱合抱成一體。

本實用新型的技術效果是：它具有結構設計合理、使用方便可靠、定位精度高及自動化程度高的優點，全部過程通過PLC控制進行遠程操作，實現井口工作檯無人作業。徹底改變了傳統的全部由人工作業的模式，使油田的修井作業，實現了井口無人操作的智能化作業，提高工作效率、降低勞動強度和安全操作。

附圖說明

圖1為本實用新型智能帶壓修井機的俯視結構示意圖；

圖2為本實用新型鐵鑽工部分的俯視結構示意圖；

圖3為本實用新型油管提升裝置的結構示意圖；

圖4為本實用新型油管提升裝置的側視結構示意圖；

圖5為本實用新型轉換機械手的結構示意圖；

圖6為本實用新型鐵鑽工部分的結構示意圖；

圖7為本實用新型衝扣鉗部分的結構示意圖；

圖8為本實用新型旋扣鉗部分的俯視結構示意圖；

圖9為本實用新型滑臺豎軌部分的結構示意圖；

圖10為本實用新型鐵鑽工裝置背鉗機構的剖視結構示意圖；

圖11為本實用新型衝扣鉗鉗體部分的剖視結構示意圖。

具體實施方式

如圖1至11所示，本實用新型是一種帶壓修井機智能機械手起、下管系統，採用在配有固定導柱的大型升降液壓缸，在活塞杆頂部安裝能夠精確定位的水平方向旋轉180°、垂直方向旋轉90°的雙機械手機構，並在機械手手臂處安裝用以感知機械手壓力的應變片壓力傳感器、鐵鑽工系統、提升機機械手系統、在修井機上承載平臺400mm處安裝有用以檢測接箍的開放式渦流測試裝置、自動殘液收集機構和帶壓修井機裝置安裝在一起，在PLC的控制下對油管的起、下井過程實現井口無人操作的智能作業。

帶壓修井機智能起下管系統：

修井機設有機架1、管柱提升裝置和鐵鑽工裝置2，鐵鑽工裝置2包括背鉗機構3和旋扣鉗機構4，它還包括用於檢測油管接箍位置的接箍檢測部件、用於收集卸下油管殘液的殘液收集裝置5、用於油管的橫豎管狀態轉換裝置6、設有抓握機械手7的油管升降裝置8、油管存放裝置9和控制各部件動作的控制裝置，殘液收集裝置5由兩個可以卡緊在管柱上構成一個圓筒形的半圓筒體10構成，鐵鑽工裝置2固定在一個可水平方向前後移動的滑臺11上，油管提起後由接箍檢測部件檢測到接箍，通過管柱提升裝置將接箍定位到鐵鑽工裝置2處由背鉗機構3鉗緊接箍，旋扣鉗機構4旋下油管，鐵鑽工裝置2移出，殘液收集裝置5由驅動機構驅動卡緊在拆下油管下方的管柱上收集油管中流出的殘液，由橫豎管狀態轉換裝置6將油管移出井柱位置，再由豎直轉為水平狀態，油管升降裝置8通過其抓握機械手7將水平狀態的油管送到地面。

所述背鉗機構3和旋扣鉗機構4之間還設有衝扣機構12，背鉗機構3、旋扣鉗機構4和衝扣機構12按從下至上的順序固定在一個可水平方向前後移動的滑臺上，衝扣機構12上設有用於嵌入油管的鉗口部13、設於鉗口部13兩側用於鉗住油管的衝扣鉗夾緊裝置14和於鉗口部13的兩側作用在衝扣機構12上的衝扣液壓缸15，背鉗機構3鉗緊油管接箍，衝扣鉗夾緊裝置14鉗緊接箍上方的油管並由衝扣液壓缸15進行衝擊，使衝扣機構12對鉗住的油管施加衝擊扭力，之後由旋扣鉗機構4對油管旋扣。

鐵鑽工：

直線行走式小型鐵鑽工，包括背鉗機構3和用於裝卸上方油管的旋扣鉗機構4，所述背鉗機構3和旋扣鉗機構4之間還設有衝扣機構12，背鉗機構3、旋扣鉗機構4和衝扣機構12按從下至上的順序固定在一個可水平方向前後移動的滑臺11上，衝扣機構12上設有可繞管柱轉動的轉動部40，轉動部40設有用於嵌入油管的鉗口部13、設於鉗口部13兩側採用液壓驅動的用於鉗住油管的衝扣鉗夾緊裝置14和於鉗口部13的兩側作用在轉動部40上的衝扣液壓缸15，背鉗機構3鉗緊油管接箍，衝扣鉗夾緊裝置14鉗緊接箍上方的油管並由衝扣液壓缸15進行衝擊，使衝扣機構12對鉗住的油管施加衝擊扭力，之後由旋扣鉗機構4對油管旋扣。

所述衝扣機構12上設有圓弧形分布的齒牙16，通過齒牙16與角度傳感器連接，以獲得衝扣機構12的轉角。

所述滑臺11設有豎軌17及升降液壓缸42，背鉗機構3、旋扣鉗機構4和衝扣機構12固定在豎軌17上，由升降液壓缸42推動可上下移動。

所述衝扣機構12的轉動部40與背鉗機構3之間設有相配合的由圓形的凸環和凹槽構成的卡嵌部41，以使轉動部40繞管柱轉動。

所述旋扣鉗機構4與衝扣機構12間設有用於彈簧18。

所述旋扣鉗機構4是通過液壓馬達19驅動旋扣部件20進行旋扣的。

開放式接箍渦流測試機構，是精確設定接箍位置的關鍵，是解決無人操作起、下油管的必須要解決的技術問題。直線行走式小型鐵鑽工系統，鉗口的工作範圍為Φ60-145mm、旋扣器夾緊專用雙活塞杆油缸、背鉗機構和衝扣鉗機構之間的同心連接的卡嵌部，是在起管過程中，是保證油管扣全部能夠卸開的關鍵、在下管過程中，是保證油管扣全部能夠上到標準扭矩的關鍵。衝扣機構卸扣過程，在油管扣上鏽或咬死時將扣衝開；上扣過程，將各按箍處扣的扭矩上成一致，也就是說上扣的程度是一樣的。

殘液收集裝置：

殘液收集裝置5，包括將殘液收集到與其連接的容器內的殘液收集筒21，所述殘液收集筒21由兩個在邊角處相鉸接的可以卡緊在管柱上構成一個緊密連接的整圓筒形的半圓筒體10構成，其中一個半圓筒體10固定在一「L」形支臂22的端部上，支臂22的另一端通過兩個連杆23與機架1呈四邊形結構連接，支臂22可由驅動裝置驅動將其端部的半圓筒體10靠近管柱，另一個半圓筒體10通過兩個連杆23首尾依次相鉸接在支臂22上，半圓筒體10鉸接在外側連杆23的自由端，內側連杆23與一液壓缸24連接，通過該液壓缸24驅動可以將兩個半圓筒體10圍繞管柱合抱成一體。

殘液收集筒21的內壁設有用於扶正油管的扶正部，扶正部與管壁接觸部位的形狀為與油管形狀相適應的圓弧形。

自動殘液收集裝置在起油管時，收集筒底部與接箍結合的同時，其內壁的扶正部也抵靠在接箍上方的油管上，起到進一步扶正油管與接箍對位的作用用；在下油管時，在油管進入接箍口之前起扶正作用，確保正確對扣。

旋扣鉗機構：

旋扣鉗機構4，包括可豎向移動的旋扣鉗本體，旋扣鉗本體設有與驅動裝置連接用於卸扣的滾輪25，其特徵在於，所述滾輪25為兩對，分別固定兩個滾輪架26上，兩個滾輪架26可相向運動地固定在導軌27上，滾輪架26與一可轉動地固定在一軸上的連杆23的一端鉸接，該連杆23的另一端與液壓缸24缸杆鉸接，通過液壓缸24可以驅動兩對滾輪25夾緊油管，通過驅動滾輪25轉動可以進行旋扣動作。導軌27起限位作用，使兩對滾輪25，只能在直線上運動，確保對位精確。旋扣鉗機構4是通過液壓馬達19驅動滾輪25同向轉動對油管進行旋扣的。

橫豎管狀態轉換裝置：

橫豎管狀態轉換裝置6，包括兩個轉換機械手28和兩個角度驅動裝置29，兩個轉換機械手28分隔一段距離固定在一梁架30上，該梁架30固定在一角度驅動裝置29的輸出端以實現轉換機械手28抓取的油管在豎平面上的轉動，該角度驅動裝置29固定在另一角度驅動裝置29的輸出端以實現轉換機械手28抓取的油管在水平面上的轉動。

角度驅動裝置29採用液壓馬達驅動的迴轉減速器製成，並採用機械定位轉角。實現水平面上轉動的角度驅動裝置29由液壓缸驅動，可以上下移動，以使機械手抓取的油管能夠產生豎向的位移。

油管提升裝置：

剪叉式油管提升機，包括剪叉式提升裝置，所述剪叉式提升裝置由剪叉機構31、設有豎向滑道32的支架和驅動剪叉機構31使其頂部的升降臺33沿豎向滑道32升降的升降機液壓缸34構成，剪叉機構31頂部的升降臺33兩側設有油管抓取裝置，油管抓取裝置由轉換機械手28和驅動其動作的抓取液壓缸35構成，通過油管抓取裝置抓取油管並由剪叉式提升裝置完成油管的升降過程。

所述轉換機械手28由固定在所述抓取液壓缸35缸杆兩側的鉸接座36、一端與鉸接座36鉸接的連杆23和與連杆23另一端鉸接的卡爪37構成，卡爪37於前段的內側設有用於卡緊油管的卡緊部38，卡爪37於中段與連杆23鉸接，卡爪37於後端與抓取液壓缸35缸杆鉸接，通過缸杆伸縮可以控制轉換機械手28開合。該結構可以使轉換機械手角度張開的最大化，便於油管的抓取和鬆脫，也可以適應不同粗細的管徑。

所述剪叉機構31與所述豎向滑道32於接觸部位設有導向輪39。

剪叉式單側提升機機械手系統採用剪叉式單側提升機構，頂部配有兩個機械手抓起油管；起管時，將油管從橫豎管狀態轉換裝置主機械手手爪中接過。送到油管架上、下管時，從油管架上將油管抓住，上升交給主機械手，放到井口內。

油管存放裝置：

用於在地面上存放油管，送管器託板為設有一個存放平面的架體結構，油管平行放在油管存放裝置上，通過驅動裝置可以驅動存放平面向一邊傾斜，從而可以使排列在其上的油管向一邊滾動，起管存放時向外側滾動，下管時向內側滾動則方便機械手抓取。

本實用新型鉗口的工作範圍為Φ60-145mm，整個系統可通過車載作業，可以適用於油管管徑Φ60-145mm的範圍進行修井作業。

起管過程，操作工首先操作帶壓修井機，將油管從井口提起。這時橫豎管狀態轉換裝置的機械手可以起到扶正油管的作用。當接箍到達接箍渦流測量裝置時，由PLC控制，使接箍頂部停在帶壓修井機提升系統上承載平臺400mm處，這時進入全自動過程。鐵鑽工前行，鉗口中心和油管中心重合，背鉗夾緊接箍，衝扣鉗夾緊油管，開始衝扣。檢測到油管扣鬆開後停止動作，鬆開衝扣鉗，旋扣鉗夾緊油管開始卸扣。當油管扣全部卸開後，鐵鑽工退回原位，殘液收集系統前行夾緊接箍，橫豎管狀態轉換裝置上升100mm放液。殘液放完後，殘液收集系統退回原位。橫豎管狀態轉換裝置水平方向旋轉先180°將管移出，再豎向旋轉90°將管平放交給剪叉式提升機將管下放到送管器託板上，送管器將油管下放到油管架上。反之，則完成下管過程，衝扣鉗可以按照壓力傳感器的指示將油管旋緊。