本發(fā)明涉及石油機械，具體涉及一種殘液收集裝置，用于帶壓修井機利用機械手的智能起下管系統(tǒng)，使用智能PLC控制，實現(xiàn)井口無人作業(yè)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在石油行業(yè)的帶壓修井作業(yè)，大部分采用傳統(tǒng)的液壓提升機構(gòu)，配有桅桿式鋼絲繩升降系統(tǒng)，進行起下油管的作業(yè)，全部由人工在井口現(xiàn)場進行操作。就是近幾年生產(chǎn)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(yè)還是由桅桿鋼絲繩提升，人工來進行操作。井上作業(yè)經(jīng)常會產(chǎn)生殘液噴出污染井口的問題，還可能產(chǎn)生井噴、爆炸事故。管柱接箍螺紋連接處經(jīng)常會由于泥沙栓塞、銹蝕等原因出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，旋扣鉗無法旋扣，也需要人工沖扣，人工作業(yè)又臟又累、還存在安全隱患。石油系統(tǒng)急需要智能化程度更高的無人操作平臺，來實現(xiàn)井口操作的智能控制，以替代傳統(tǒng)的作業(yè)形式。由于起下管作業(yè)智能控制系統(tǒng)技術(shù)復雜、需要克服的關(guān)鍵技術(shù)較多，多少年來一直沒有得到解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種殘液收集裝置，用于帶壓修井機智能起下管系統(tǒng)，使用智能控制實現(xiàn)井口無人化作業(yè)。

本發(fā)明的技術(shù)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(nèi)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(gòu)成一個緊密連接的整圓筒形的半圓筒體構(gòu)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桿與機架呈四邊形結(jié)構(gòu)連接，支臂可由驅(qū)動裝置驅(qū)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桿首尾依次相鉸接在支臂上，半圓筒體鉸接在外側(cè)連桿的自由端，內(nèi)側(cè)連桿與一液壓缸連接，通過該液壓缸驅(qū)動可以將兩個半圓筒體圍繞管柱合抱成一體。

本發(fā)明的技術(shù)效果是：它具有結(jié)構(gòu)設計合理、使用方便可靠、定位精度高及自動化程度高的優(yōu)點，全部過程通過PLC控制進行遠程操作，實現(xiàn)井口工作臺無人作業(yè)。徹底改變了傳統(tǒng)的全部由人工作業(yè)的模式，使油田的修井作業(yè)，實現(xiàn)了井口無人操作的智能化作業(yè)，提高工作效率、降低勞動強度和安全操作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明智能帶壓修井機的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明鐵鉆工部分的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明油管提升裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明油管提升裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明轉(zhuǎn)換機械手的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明鐵鉆工部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明沖扣鉗部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明旋扣鉗部分的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明滑臺豎軌部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明鐵鉆工裝置背鉗機構(gòu)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明沖扣鉗鉗體部分的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1至11所示，本發(fā)明是一種帶壓修井機智能機械手起、下管系統(tǒng)，采用在配有固定導柱的大型升降液壓缸，在活塞桿頂部安裝能夠精確定位的水平方向旋轉(zhuǎn)180°、垂直方向旋轉(zhuǎn)90°的雙機械手機構(gòu)，并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、鐵鉆工系統(tǒng)、提升機機械手系統(tǒng)、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(gòu)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(xiàn)井口無人操作的智能作業(yè)。

帶壓修井機智能起下管系統(tǒng)：

修井機設有機架1、管柱提升裝置和鐵鉆工裝置2，鐵鉆工裝置2包括背鉗機構(gòu)3和旋扣鉗機構(gòu)4，它還包括用于檢測油管接箍位置的接箍檢測部件、用于收集卸下油管殘液的殘液收集裝置5、用于油管的橫豎管狀態(tài)轉(zhuǎn)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(gòu)成一個圓筒形的半圓筒體10構(gòu)成，鐵鉆工裝置2固定在一個可水平方向前后移動的滑臺11上，油管提起后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鉆工裝置2處由背鉗機構(gòu)3鉗緊接箍，旋扣鉗機構(gòu)4旋下油管，鐵鉆工裝置2移出，殘液收集裝置5由驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)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(tài)轉(zhuǎn)換裝置6將油管移出井柱位置，再由豎直轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)，油管升降裝置8通過其抓握機械手7將水平狀態(tài)的油管送到地面。

所述背鉗機構(gòu)3和旋扣鉗機構(gòu)4之間還設有沖扣機構(gòu)12，背鉗機構(gòu)3、旋扣鉗機構(gòu)4和沖扣機構(gòu)12按從下至上的順序固定在一個可水平方向前后移動的滑臺上，沖扣機構(gòu)12上設有用于嵌入油管的鉗口部13、設于鉗口部13兩側(cè)用于鉗住油管的沖扣鉗夾緊裝置14和于鉗口部13的兩側(cè)作用在沖扣機構(gòu)12上的沖扣液壓缸15，背鉗機構(gòu)3鉗緊油管接箍，沖扣鉗夾緊裝置14鉗緊接箍上方的油管并由沖扣液壓缸15進行沖擊，使沖扣機構(gòu)12對鉗住的油管施加沖擊扭力，之后由旋扣鉗機構(gòu)4對油管旋扣。

鐵鉆工：

直線行走式小型鐵鉆工，包括背鉗機構(gòu)3和用于裝卸上方油管的旋扣鉗機構(gòu)4，所述背鉗機構(gòu)3和旋扣鉗機構(gòu)4之間還設有沖扣機構(gòu)12，背鉗機構(gòu)3、旋扣鉗機構(gòu)4和沖扣機構(gòu)12按從下至上的順序固定在一個可水平方向前后移動的滑臺11上，沖扣機構(gòu)12上設有可繞管柱轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動部40，轉(zhuǎn)動部40設有用于嵌入油管的鉗口部13、設于鉗口部13兩側(cè)采用液壓驅(qū)動的用于鉗住油管的沖扣鉗夾緊裝置14和于鉗口部13的兩側(cè)作用在轉(zhuǎn)動部40上的沖扣液壓缸15，背鉗機構(gòu)3鉗緊油管接箍，沖扣鉗夾緊裝置14鉗緊接箍上方的油管并由沖扣液壓缸15進行沖擊，使沖扣機構(gòu)12對鉗住的油管施加沖擊扭力，之后由旋扣鉗機構(gòu)4對油管旋扣。

所述沖扣機構(gòu)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，以獲得沖扣機構(gòu)12的轉(zhuǎn)角。

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

所述沖扣機構(gòu)12的轉(zhuǎn)動部40與背鉗機構(gòu)3之間設有相配合的由圓形的凸環(huán)和凹槽構(gòu)成的卡嵌部41，以使轉(zhuǎn)動部40繞管柱轉(zhuǎn)動。

所述旋扣鉗機構(gòu)4與沖扣機構(gòu)12間設有用于彈簧18。

所述旋扣鉗機構(gòu)4是通過液壓馬達19驅(qū)動旋扣部件20進行旋扣的。

開放式接箍渦流測試機構(gòu)，是精確設定接箍位置的關(guān)鍵，是解決無人操作起、下油管的必須要解決的技術(shù)問題。直線行走式小型鐵鉆工系統(tǒng)，鉗口的工作范圍為Φ60-145mm、旋扣器夾緊專用雙活塞桿油缸、背鉗機構(gòu)和沖扣鉗機構(gòu)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(guān)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(guān)鍵。沖扣機構(gòu)卸扣過程，在油管扣上銹或咬死時將扣沖開；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(nèi)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(gòu)成一個緊密連接的整圓筒形的半圓筒體10構(gòu)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桿23與機架1呈四邊形結(jié)構(gòu)連接，支臂22可由驅(qū)動裝置驅(qū)動將其端部的半圓筒體10靠近管柱，另一個半圓筒體10通過兩個連桿23首尾依次相鉸接在支臂22上，半圓筒體10鉸接在外側(cè)連桿23的自由端，內(nèi)側(cè)連桿23與一液壓缸24連接，通過該液壓缸24驅(qū)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(nèi)壁設有用于扶正油管的扶正部，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(jié)合的同時，其內(nèi)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(gòu)：

旋扣鉗機構(gòu)4，包括可豎向移動的旋扣鉗本體，旋扣鉗本體設有與驅(qū)動裝置連接用于卸扣的滾輪25，其特征在于，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(zhuǎn)動地固定在一軸上的連桿23的一端鉸接，該連桿23的另一端與液壓缸24缸桿鉸接，通過液壓缸24可以驅(qū)動兩對滾輪25夾緊油管，通過驅(qū)動滾輪25轉(zhuǎn)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(gòu)4是通過液壓馬達19驅(qū)動滾輪25同向轉(zhuǎn)動對油管進行旋扣的。

橫豎管狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置：

橫豎管狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置6，包括兩個轉(zhuǎn)換機械手28和兩個角度驅(qū)動裝置29，兩個轉(zhuǎn)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(qū)動裝置29的輸出端以實現(xiàn)轉(zhuǎn)換機械手28抓取的油管在豎平面上的轉(zhuǎn)動，該角度驅(qū)動裝置29固定在另一角度驅(qū)動裝置29的輸出端以實現(xiàn)轉(zhuǎn)換機械手28抓取的油管在水平面上的轉(zhuǎn)動。

角度驅(qū)動裝置29采用液壓馬達驅(qū)動的回轉(zhuǎn)減速器制成，并采用機械定位轉(zhuǎn)角。實現(xiàn)水平面上轉(zhuǎn)動的角度驅(qū)動裝置29由液壓缸驅(qū)動，可以上下移動，以使機械手抓取的油管能夠產(chǎn)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(gòu)31、設有豎向滑道32的支架和驅(qū)動剪叉機構(gòu)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(gòu)成，剪叉機構(gòu)31頂部的升降臺33兩側(cè)設有油管抓取裝置，油管抓取裝置由轉(zhuǎn)換機械手28和驅(qū)動其動作的抓取液壓缸35構(gòu)成，通過油管抓取裝置抓取油管并由剪叉式提升裝置完成油管的升降過程。

所述轉(zhuǎn)換機械手28由固定在所述抓取液壓缸35缸桿兩側(cè)的鉸接座36、一端與鉸接座36鉸接的連桿23和與連桿23另一端鉸接的卡爪37構(gòu)成，卡爪37于前段的內(nèi)側(cè)設有用于卡緊油管的卡緊部38，卡爪37于中段與連桿23鉸接，卡爪37于后端與抓取液壓缸35缸桿鉸接，通過缸桿伸縮可以控制轉(zhuǎn)換機械手28開合。該結(jié)構(gòu)可以使轉(zhuǎn)換機械手角度張開的最大化，便于油管的抓取和松脫，也可以適應不同粗細的管徑。

所述剪叉機構(gòu)31與所述豎向滑道32于接觸部位設有導向輪39。

剪叉式單側(cè)提升機機械手系統(tǒng)采用剪叉式單側(cè)提升機構(gòu)，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(tài)轉(zhuǎn)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(nèi)。

油管存放裝置：

用于在地面上存放油管，送管器托板為設有一個存放平面的架體結(jié)構(gòu)，油管平行放在油管存放裝置上，通過驅(qū)動裝置可以驅(qū)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(cè)滾動，下管時向內(nèi)側(cè)滾動則方便機械手抓取。

本發(fā)明鉗口的工作范圍為Φ60-145mm，整個系統(tǒng)可通過車載作業(yè)，可以適用于油管管徑Φ60-145mm的范圍進行修井作業(yè)。

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(tài)轉(zhuǎn)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(tǒng)上承載平臺400mm處，這時進入全自動過程。鐵鉆工前行，鉗口中心和油管中心重合，背鉗夾緊接箍，沖扣鉗夾緊油管，開始沖扣。檢測到油管扣松開后停止動作，松開沖扣鉗，旋扣鉗夾緊油管開始卸扣。當油管扣全部卸開后，鐵鉆工退回原位，殘液收集系統(tǒng)前行夾緊接箍，橫豎管狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置上升100mm放液。殘液放完后，殘液收集系統(tǒng)退回原位。橫豎管狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置水平方向旋轉(zhuǎn)先180°將管移出，再豎向旋轉(zhuǎn)90°將管平放交給剪叉式提升機將管下放到送管器托板上，送管器將油管下放到油管架上。反之，則完成下管過程，沖扣鉗可以按照壓力傳感器的指示將油管旋緊。