專利名稱：一種井架排管裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種石油鉆機和修井機輔助設備，具體用于抓取管柱和使管柱自動按照預設路線排列。
背景技術：
近年以來，自動化作業、生產安全以及人身安全越來越受到油田行業的重視，如何提高作業的自動化程度和工作效率、提高作業安全條件、改善油田作業工人的勞動強度，成為油田行業的一個重點工作。正是在這種大環境下，發明了該排管裝置，提高了自動化程度，并替代了井架操作工人的工作，消除了在井架工作中最危險的一個工種。該排管裝置也代表了石油行業向自動化、智能化發展的趨勢。
發明內容
本發明的技術難點在于提供一種自動化程度高、操作便捷靈活、易于推廣應用的井架二層臺排管裝置。該裝置能提升鉆機或修井機的科技技術水平，并提高工作效率，降低勞動強度和工作危險性。為了解決上述技術問題，本發明的設計方案如下該發明包括兩個X向主平行四邊形側支架，兩個Y向滑軌馬達，一個回轉機構，一個Y向滑動座，一個Y向滑軌，一個ζ向伸縮機構，一個液壓機械臂，一個液壓抓取裝置，兩個Y向伸縮油缸，兩個嚙合齒輪，自動排管控制系統，液壓動力單元。X向主平行四邊形側支架與Y向滑軌用銷軸鉸接在一起，組成基本框架，Y向滑動座安裝在Y向滑軌上，在Y向滑軌馬達的驅動下滑動；回轉機構固定在 Y向滑動座上方，帶動ζ向伸縮機構180度往復旋轉；Z向伸縮機構可以在Z向進行上下伸縮，液壓機械臂連接在Z向伸縮機構的下方，在液壓油缸的作用下可以進行X向和Z向兩個方向的動作，液壓抓取裝置鉸接在液壓機械臂下面，可以抓取鉆桿、套管等管柱；Y向伸縮油缸連接X向主平行四邊形側支架和井架二層臺，帶動所述X向主平行四邊形側支架沿 X向擺動；自動排管控制系統控制排管軌跡，并對于出現的危險進行報警；液壓動力單元可以放置在任何地方，給液壓部件提供足夠的動力。本發明采用了穩定的四邊形結構作為執行結構的骨架，保證了強度，提高了安全性；結合了機械、液壓、電氣等技術為一體，可按照設置的程序實現精確、自動的抓管、排管過程，并可以隨時轉到手動控制。排管裝置安裝在二層平臺的上面，通過二層平臺，可以很容易的到達排管裝置的任何部位進行安裝維修及更換零部件。
圖1是本發明的機構示意圖， 圖2是圖1的左視圖，
圖3是圖1的俯視圖， 圖4是液壓抓取裝置的機構示意圖，圖5是圖4左視圖， 圖6是回轉機構的機構示意圖， 圖7是Y向滑動座和Y向滑軌的機構示意圖， 圖8是Z向伸縮機構的機構示意圖， 圖9是液壓機械機構的機構示意圖。圖中1一X向主平行四邊形側支架，2— Y向滑軌馬達，3—回轉機構，301—傳感器護套，302—角度傳感器，303—連接軸，304—回轉油紅，305—支撐護套，306—載荷傳感器，307—承重法蘭，308—承重軸承，309—上連接體，4一Y向滑動座，401—定位軸，402— 滾輪，403—安裝座，404—減磨塊，405—定位塊，5— Y向滑軌，501—嚙合齒條，502—襯塊， 503—導軌，6— Z向伸縮機構，601—油缸，602—滑動套，603—外固定套，604—定位套I， 605—下封套，606—定位套II，607—下連接體，7—液壓機械臂，701-鉸接板，702-液壓油缸，703-后轉臂，704-前轉臂，8—液壓抓取裝置，801 —固定板I，802—可拆卸夾持塊， 803—限位塊，804—固定板II，805—連接板，806—夾持座，807—浮動V型導向塊，808—鎖緊套，809—固定銷，810—摩擦定位塊，811—壓緊彈簧，812—液壓缸柱塞I，813液壓缸柱塞II，814—液壓缸缸體，815—滑動導軌，9一Y向伸縮油缸，10—井架二層臺，11 一嚙合齒輪。
具體實施例方式
如圖1、圖2和圖3所示，該排管裝置本身又有多個分組件組成由二個油缸提供動力的一個主平行四邊形機構作為主載荷平臺，主要來完成X方向的運動；由一個油缸提供動力的次平行四邊形機構來完成將鉆桿擺放到井口位置或從井口位置抓取鉆桿，其運動為X 方向；齒輪齒條移動機構，來完成Y方向的運動；管子操縱機構，完成Z方向的運動，用于升降鉆桿，包括一個動力夾鉗，來夾住鉆桿；一個角旋轉裝置，安裝在移動平臺上，來完成180 度的旋轉運動，將管子從面向二層平臺轉到面向井口方向或者從面向井口方向旋轉至面向二層平臺方向。三個坐標軸的運動定義如下 X軸定義為二層平臺中心線，
Y軸定義為沿二層平臺的管子排放方向， Z軸定義為垂直于鉆井平臺的方向。包括兩個X向主平行四邊形側支架1，兩個Y向滑軌馬達2，一個回轉機構3，一個 Y向滑動座4，一個Y向滑軌5，一個Z向伸縮機構6，一個液壓機械臂7，一個液壓抓取裝置 8，兩個Y向伸縮油缸9，井架二層臺10，兩個嚙合齒輪11。X向主平行四邊形側支架1與Y 向滑軌5鉸接在一起，組成基本框架，Y向滑動座4安裝在Y向滑軌5上，在Y向滑軌馬達 2的驅動下滑動；回轉機構3固定在Y向滑動座4上方，帶動Z向伸縮機構6做180度往復旋轉；Z向伸縮機構6可以在Z向進行上下伸縮，液壓機械臂7連接在所述Z向伸縮機構 6的下方，在液壓油缸的作用下可以進行X向和Z向兩個方向的動作，液壓抓取裝置8鉸接在液壓機械臂7下面，可以抓取鉆桿、套管等管柱；Y向伸縮油缸9連接X向主平行四邊形側支架1和所述井架二層臺10，帶動X向主平行四邊形側支架1沿X向擺動。在管柱的抓取和排放過程中，三個坐標軸方向上的任何一個運動都是相對獨立進行的。因此，沒有任何復雜的復合運動需要控制，可靠性得到了很大的提高。另外，液壓抓取裝置在操作時抓在鉆桿頂端。無論是單根還是雙根或三根鉆桿的重心都在液壓抓取裝置下面，鉆桿沒有任何傾斜的趨勢，移動是很平穩的，不需要有另外的穩定機構。所有這些優點，都允許液壓抓取裝置可以很快地啟動，移動及停止，因此可以提高鉆井的速度。排管裝置可以不受外界任何影響，無間隙地工作，尤其適合深井作業。當排管裝置不能正常工作時，因為排管裝置不擋住鉆桿的正常移動路徑。因此，可以很容易回復到用人手操作的狀態而不致于影響正常的鉆井過程。如圖4和圖5所示，液壓抓取裝置(8)包括兩個固定板I 801、四個可拆卸夾持塊 802、兩個限位塊803、兩個固定板II 804、一個連接板805、兩個夾持座806、兩個浮動V型導向塊807、兩個鎖緊套808、兩個固定銷809、兩個摩擦定位塊810、四個壓緊彈簧811、四個液壓缸柱塞I 812、兩個液壓缸柱塞II 813、一個液壓缸缸體814、兩個滑動導軌815 ；液壓缸缸體814和兩個矩形截面滑動導軌815將兩個夾持座806和連接板805連接在一起，構成液壓抓取裝置8的主體，兩個液壓缸柱塞II 813安裝在液缸缸體814的內部，固定銷809將鎖緊套808固定在液壓缸柱塞II 813的端部，在液壓油的帶動下，鎖緊套808帶動夾持座806向中間收縮，夾持管柱；可拆卸夾持塊802和浮動V型導向塊807安裝在夾持座806內側面上， 起到導向和夾持管柱的作用，可根據管柱尺寸的不同進行更換；摩擦定位塊810、壓緊彈簧 811、液壓缸柱塞I (812)安裝在夾持座806內的液壓腔體內，組成壓緊油缸，夾持座806在滑動導軌815上滑動時，摩擦定位塊810可起到定位的作用，壓緊彈簧811提供預緊力，液壓油加壓后摩擦定位塊810松開，夾持座806可移動。如圖6所示，回轉機構3包括一個傳感器護套301、一個角度傳感器302、一個連接軸303、一個回轉油缸304、一個支撐護套305、一個載荷傳感器306、一個承重法蘭307、一個承重軸承308、一個上連接體309 ；角度傳感器302安裝在回轉機構的上部，用連接軸303 連接到上連接體309上，回轉油缸304安裝在上部，法蘭形式連接到上連接體309上；載荷傳感器306將上連接體309和承重法蘭307連接在一起，測量管柱的重量，上連接體309連接到所述的Z向伸縮機構6。如圖7所示，Y向滑動座4包括八個定位軸401，八個滾輪402，一個安裝座403，兩個減磨塊404，八個定位塊405 ；Y向滑軌5包括兩組嚙合齒條501，兩組襯塊502，一組導軌 503 ；Y向滑動座4安裝在Y向滑軌5上，Y向滑軌5的截面為矩形，Y向滑動座4的八個滾輪402在Y向滑軌5的上下矩形面接觸滾動；Y向滑軌馬達2安裝在Y向滑動座4上，Y向滑軌馬達2下面安裝所述嚙合齒輪11，與滑軌5上安裝的嚙合齒條501配合，在滑軌馬達2 驅動下做往復運動；Y向滑動座4與Y向滑軌5之間設置有減磨塊404。如圖8所示，Z向伸縮機構6包括一個油缸601、一個滑動套602、一個外固定套 603、一個定位套I 604、一個下封套605、一個定位套II 606、一個下連接體607 ；油缸601上面連接到上連接體309，下面連接到下連接體607，油缸伸縮時就帶動管柱上下移動；油缸外圍安裝有外固定套603和滑動套602，設置定位套I 604和定位套II 606，在油缸伸縮時起到導向作用。如圖9所示，液壓機械臂7包括兩個鉸接板701、一個液壓油缸702、一個后轉臂 703、一個前轉臂704 ；鉸接板701、后轉臂703、前轉臂704和液壓抓取裝置8鉸接組成一個四邊形框架結構，液壓油缸702安裝到四邊形框架內，推動四邊形，形成的不同變形尺寸。
權利要求
1.一種井架排管裝置，其特征在于包括兩個X向主平行四邊形側支架(1)，兩個Y向滑軌馬達(2)，一個回轉機構(3)，一個Y向滑動座(4)，一個Y向滑軌(5)，一個Z向伸縮機構(6)，一個液壓機械臂(7)，一個液壓抓取裝置(8)，兩個Y向伸縮油缸(9)，兩個嚙合齒輪 (11)，自動排管控制系統，液壓動力單元。所述X向主平行四邊形側支架(1)與所述Y向滑軌(5)用銷軸鉸接在一起，組成基本框架，所述Y向滑動座(4)安裝在Y向滑軌(5)上，在Y 向滑軌馬達(2)的驅動下滑動；所述回轉機構(3)固定在所述Y向滑動座(4)上方，帶動所述Z向伸縮機構(6) 180度往復旋轉；所述Z向伸縮機構(6)可以在Z向進行上下伸縮，所述液壓機械臂(7)連接在所述Z向伸縮機構(6)的下方，在液壓油缸的作用下可以進行X向和Z向兩個方向的動作，所述液壓抓取裝置(8)鉸接在所述液壓機械臂(7)下面，可以抓取鉆桿、套管等管柱；所述Y向伸縮油缸(9)連接所述X向主平行四邊形側支架(1)和所述井架二層臺(10)，帶動所述X向主平行四邊形側支架(1)沿X向擺動；自動排管控制系統控制排管軌跡，并對于出現的危險進行報警；液壓動力單元可以放置在任何地方，給液壓部件提供足夠的動力。
2.如權利要求書1所述井架排管裝置，其特征在于Y向滑動座(4)安裝在Y向滑軌 (5)上，Y向滑軌(5)的截面為矩形，Y向滑動座(4)的八個滾輪(402)在Y向滑軌(5)的上下矩形面接觸滾動；Y向滑軌馬達(2)安裝在Y向滑動座(4)上，Y向滑軌馬達(2)下面安裝所述嚙合齒輪(11)，與嚙合齒條(501)配合，在滑軌馬達(2)驅動下做往復運動；Y向滑動座(4 )與Y向滑軌(5 )之間設置有減磨塊(404 )。
3.如權利要求書1所述井架排管裝置，其特征在于所述液壓抓取裝置(8)包括兩個固定板I (801)、四個可拆卸夾持塊(802)、兩個限位塊(803)、兩個固定板II (804)、一個連接板(805)、兩個夾持座(806)、兩個浮動V型導向塊(807)、兩個鎖緊套(808)、兩個固定銷 (809)、兩個摩擦定位塊(810)、四個壓緊彈簧(811)、四個液壓缸柱塞I (812)、兩個液壓缸柱塞II (813)、一個液壓缸缸體(814)、兩個滑動導軌(815)；所述液壓缸缸體(814)和兩個矩形截面滑動導軌(815)將兩個夾持座(806 )和連接板(805 )連接在一起，構成液壓抓取裝置(8 )的主體，兩個液壓缸柱塞II (813 )安裝在液缸缸體(814)的內部，固定銷(809 )將鎖緊套(808)固定在液壓缸柱塞II (813)的端部，在液壓油的帶動下，鎖緊套(808)帶動夾持座(806)向中間收縮，夾持管柱；可拆卸夾持塊(802)和浮動V型導向塊(807)安裝在夾持座(806)內側面上，起到導向和夾持管柱的作用，可根據管柱尺寸的不同進行更換；摩擦定位塊(810)、壓緊彈簧(811)、液壓缸柱塞I (812)安裝在夾持座(806)內的液壓腔體內，組成壓緊油缸，夾持座(806)在滑動導軌(815)上滑動時，摩擦定位塊(810)可起到定位的作用，壓緊彈簧(811)提供預緊力。
4.如權利要求書1所述井架排管裝置，其特征在于所述回轉機構(3)包括一個傳感器護套(301)、一個角度傳感器(302)、一個連接軸(303)、一個回轉油缸(304)、一個支撐護套(305 )、一個載荷傳感器(306 )、一個承重法蘭(307 )、一個承重軸承(308 )、一個上連接體 (309)；角度傳感器(302)安裝在回轉機構的上部，用連接軸(303)連接到上連接體(309) 上，回轉油缸(304)安裝在上部，法蘭形式連接到上連接體(309)上；載荷傳感器(306)將上連接體(309)和承重法蘭(307)連接在一起，測量管柱的重量，上連接體(309)連接到所述的Z向伸縮機構(6)。
5.如權利要求書1所述井架排管裝置，其特征在于所述Z向伸縮機構(6)包括一個油缸(601)、一個滑動套(602)、一個外固定套(603)、一個定位套I (604)、一個下封套(605)、 一個定位套II (606)、一個下連接體(607)；油缸(601)上面連接到上連接體(309)，下面連接到下連接體(607)，油缸伸縮時就帶動管柱上下移動；油缸外圍安裝有外固定套(603)和滑動套(602)，設置定位套I (604)和定位套II (606)，在油缸伸縮時起到導向作用。
6.如權利要求書1所述井架排管裝置，其特征在于所述液壓機械臂(7)包括兩個鉸接板(701)、一個液壓油缸(702)、一個后轉臂(703)、一個前轉臂(704)；鉸接板(701)、后轉臂(703)、前轉臂(704)和液壓抓取裝置(8)鉸接組成一個四邊形框架結構，液壓油缸(702) 安裝到四邊形框架內，推動四邊形，形成的不同變形尺寸。
全文摘要
本發明涉及一種安裝在現有的井架二層平臺之上，可以很方便進行自動抓管和自動排管的裝置，包括排管裝置、電控組件以及液壓動力單元。該排管裝置由多個分組件組成由一個主平行四邊形機構作為主載荷平臺，由一個次平行四邊形機構來完成將鉆桿擺放到井口位置或從井口位置抓取鉆桿；管子操縱機構，用于升降鉆桿，包括一個動力夾鉗，來夾住鉆桿；一個角旋轉裝置，安裝在移動平臺上，來完成180度的旋轉運動，將管子從面向二層平臺轉到面向井口方向或者從面向井口方向旋轉至面向二層平臺方向。本發明可以便捷的安裝到井架上，可很大程度上提高作業的自動化程度，提高作業效率，降低操作人員的工作強度和危險性。
文檔編號E21B19/14GK102383744SQ20101026497
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月28日 優先權日2010年8月28日
發明者于清峰, 劉 東, 張樹立, 胡國強, 趙衛東 申請人:煙臺杰瑞石油裝備技術有限公司, 胡國強