本實(shí)用新型涉及石油機(jī)械，具體涉及一種帶壓修井機(jī)利用機(jī)械手的智能起下管系統(tǒng)，使用智能PLC控制，實(shí)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(jī)構(gòu)，配有桅桿式鋼絲繩升降系統(tǒng)，進(jìn)行起下油管的作業(yè)，全部由人工在井口現(xiàn)場進(jìn)行操作。就是近幾年生產(chǎn)的帶壓修井機(jī)，也只解決了起、下油管的提升、下降動(dòng)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(jìn)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(shí)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(fù)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(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種帶壓修井機(jī)智能起下管系統(tǒng)，使用智能控制實(shí)現(xiàn)井口無人化作業(yè)。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：帶壓修井機(jī)智能起下管系統(tǒng)，包括修井機(jī)和控制裝置，修井機(jī)設(shè)有機(jī)架、管柱提升裝置和鐵鉆工裝置，鐵鉆工裝置包括背鉗機(jī)構(gòu)、旋扣鉗機(jī)構(gòu)、用于檢測油管接箍位置的接箍檢測部件，帶壓修井機(jī)智能起下管系統(tǒng)還包括用于收集卸下油管殘液的殘液收集裝置、用于油管的橫豎管狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置和設(shè)有抓握機(jī)械手的油管升降裝置，殘液收集裝置由兩個(gè)可以卡緊在管柱上構(gòu)成一個(gè)圓筒形的半圓筒體構(gòu)成，鐵鉆工裝置固定在一個(gè)可水平方向前后移動(dòng)的滑臺上，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處由背鉗機(jī)構(gòu)鉗緊接箍，旋扣鉗機(jī)構(gòu)旋下油管，鐵鉆工裝置移出，殘液收集裝置由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)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)，油管升降裝置通過其抓握機(jī)械手將水平狀態(tài)的油管送到地面。

本實(shí)用新型的技術(shù)效果是：它具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、使用方便可靠、定位精度高及自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，全部過程通過PLC控制進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，實(shí)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(shí)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(dòng)強(qiáng)度和安全操作。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型智能帶壓修井機(jī)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型鐵鉆工部分的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型油管提升裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型油管提升裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)換機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實(shí)用新型鐵鉆工部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本實(shí)用新型沖扣鉗部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本實(shí)用新型旋扣鉗部分的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本實(shí)用新型滑臺豎軌部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本實(shí)用新型鐵鉆工裝置背鉗機(jī)構(gòu)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本實(shí)用新型沖扣鉗鉗體部分的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至11所示，本實(shí)用新型是一種帶壓修井機(jī)智能機(jī)械手起、下管系統(tǒng)，采用在配有固定導(dǎo)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(jī)械手機(jī)構(gòu)，并在機(jī)械手手臂處安裝用以感知機(jī)械手壓力的應(yīng)變片壓力傳感器、鐵鉆工系統(tǒng)、提升機(jī)機(jī)械手系統(tǒng)、在修井機(jī)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(dòng)殘液收集機(jī)構(gòu)和帶壓修井機(jī)裝置安裝在一起，在PLC的控制下對油管的起、下井過程實(shí)現(xiàn)井口無人操作的智能作業(yè)。

帶壓修井機(jī)智能起下管系統(tǒng)：

帶壓修井機(jī)智能起下管系統(tǒng)，包括修井機(jī)和控制裝置，修井機(jī)設(shè)有機(jī)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(jī)構(gòu)3、旋扣鉗機(jī)構(gòu)4、用于檢測油管接箍位置的接箍檢測部件，其特征在于，帶壓修井機(jī)智能起下管系統(tǒng)還包括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和設(shè)有抓握機(jī)械手7的油管升降裝置8，殘液收集裝置5由兩個(gè)可以卡緊在管柱上構(gòu)成一個(gè)圓筒形的半圓筒體10構(gòu)成，鐵鉆工裝置2固定在一個(gè)可水平方向前后移動(dòng)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(jī)構(gòu)3鉗緊接箍，旋扣鉗機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)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(jī)械手7將水平狀態(tài)的油管送到地面。

所述背鉗機(jī)構(gòu)3和旋扣鉗機(jī)構(gòu)4之間還設(shè)有沖扣機(jī)構(gòu)12，背鉗機(jī)構(gòu)3、沖扣機(jī)構(gòu)12和旋扣鉗機(jī)構(gòu)4按從下至上的順序固定在一個(gè)可水平方向前后移動(dòng)的滑臺11上，沖扣機(jī)構(gòu)12上設(shè)有用于嵌入油管的鉗口部13、設(shè)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(jī)構(gòu)12上的沖扣液壓缸15，背鉗機(jī)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(jìn)行沖擊，使沖扣機(jī)構(gòu)12對鉗住的油管施加沖擊扭力，之后由旋扣鉗機(jī)構(gòu)4對油管旋扣。

鐵鉆工系統(tǒng)：

直線行走式小型鐵鉆工系統(tǒng)，包括背鉗機(jī)構(gòu)3和用于裝卸上方油管的旋扣鉗機(jī)構(gòu)4，所述背鉗機(jī)構(gòu)3和旋扣鉗機(jī)構(gòu)4之間還設(shè)有沖扣機(jī)構(gòu)12，背鉗機(jī)構(gòu)3、沖扣機(jī)構(gòu)12和旋扣鉗機(jī)構(gòu)4按從下至上的順序固定在一個(gè)可水平方向前后移動(dòng)的滑臺11上，沖扣機(jī)構(gòu)12上設(shè)有可繞管柱轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)部40，轉(zhuǎn)動(dòng)部40設(shè)有用于嵌入油管的鉗口部13、設(shè)于鉗口部13兩側(cè)采用液壓驅(qū)動(dòng)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(dòng)部40上的沖扣液壓缸15，背鉗機(jī)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(jìn)行沖擊，使沖扣機(jī)構(gòu)12對鉗住的油管施加沖擊扭力，之后由旋扣鉗機(jī)構(gòu)4對油管旋扣。

所述沖扣機(jī)構(gòu)12上設(shè)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(jī)構(gòu)12的轉(zhuǎn)角。

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

所述沖扣機(jī)構(gòu)12的轉(zhuǎn)動(dòng)部40與背鉗機(jī)構(gòu)3之間設(shè)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(dòng)部40繞管柱轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述旋扣鉗機(jī)構(gòu)4與沖扣機(jī)構(gòu)12間設(shè)有用于緩沖彈簧18。

所述旋扣鉗機(jī)構(gòu)4是通過液壓馬達(dá)19驅(qū)動(dòng)旋扣部件20進(jìn)行旋扣的。

開放式接箍渦流測試機(jī)構(gòu)，是精確設(shè)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(jī)構(gòu)和沖扣鉗機(jī)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(biāo)準(zhǔn)扭矩的關(guān)鍵。沖扣機(jī)構(gòu)卸扣過程，在油管扣上銹或咬死時(shí)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(gè)在邊角處相鉸接的可以卡緊在管柱上構(gòu)成一個(gè)緊密連接的整圓筒形的半圓筒體10構(gòu)成，其中一個(gè)半圓筒體10固定在一“L”形支臂22的端部上，支臂22的另一端通過第一支臂連桿231和第二支臂連桿232與機(jī)架1呈四邊形結(jié)構(gòu)連接，支臂22可由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)將其端部的半圓筒體10靠近管柱，另一個(gè)半圓筒體10通過外側(cè)連桿233和內(nèi)側(cè)連桿234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233的自由端，內(nèi)側(cè)連桿234與一支臂液壓缸241連接，通過該支臂液壓缸241驅(qū)動(dòng)可以將兩個(gè)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(shè)有用于扶正油管的扶正部。

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

旋扣鉗機(jī)構(gòu)：

旋扣鉗機(jī)構(gòu)4，包括可豎向移動(dòng)的旋扣鉗本體，旋扣鉗本體設(shè)有與驅(qū)動(dòng)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(gè)滾輪架26上，兩個(gè)滾輪架26可相向運(yùn)動(dòng)地固定在導(dǎo)軌27上，滾輪架26與一可轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)兩對滾輪25夾緊油管，通過驅(qū)動(dòng)滾輪25轉(zhuǎn)動(dòng)可以進(jìn)行旋扣動(dòng)作。導(dǎo)軌27起限位作用，使兩對滾輪25，只能在直線上運(yùn)動(dòng)，確保對位精確。旋扣鉗機(jī)構(gòu)4是通過液壓馬達(dá)19驅(qū)動(dòng)滾輪25同向轉(zhuǎn)動(dòng)對油管進(jìn)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(gè)轉(zhuǎn)換機(jī)械手28和兩個(gè)角度驅(qū)動(dòng)裝置29，兩個(gè)轉(zhuǎn)換機(jī)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(dòng)裝置29的輸出端以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換機(jī)械手28抓取的油管在豎平面上的轉(zhuǎn)動(dòng)，該角度驅(qū)動(dòng)裝置29固定在另一角度驅(qū)動(dòng)裝置29的輸出端以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換機(jī)械手28抓取的油管在水平面上的轉(zhuǎn)動(dòng)。

角度驅(qū)動(dòng)裝置29采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)減速器制成，并采用機(jī)械定位轉(zhuǎn)角。實(shí)現(xiàn)水平面上轉(zhuǎn)動(dòng)的角度驅(qū)動(dòng)裝置29由液壓缸驅(qū)動(dòng)，可以上下移動(dòng)，以使機(jī)械手抓取的油管能夠產(chǎn)生豎向的位移。

油管升降裝置：

包括剪叉式提升裝置，所述剪叉式提升裝置由剪叉機(jī)構(gòu)31、設(shè)有豎向滑道32的支架和驅(qū)動(dòng)剪叉機(jī)構(gòu)31使其頂部的升降臺33沿豎向滑道32升降的升降機(jī)液壓缸34構(gòu)成，剪叉機(jī)構(gòu)31頂部的升降臺33兩側(cè)設(shè)有油管抓取裝置，油管抓取裝置由轉(zhuǎn)換機(jī)械手28和驅(qū)動(dòng)其動(dòng)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(jī)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鉸接的卡爪連桿235和與卡爪連桿235另一端鉸接的卡爪37構(gòu)成，卡爪37于前段的內(nèi)側(cè)設(shè)有用于卡緊油管的卡緊部38，卡爪37于中段與卡爪連桿235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(jī)械手28開合。該結(jié)構(gòu)可以使轉(zhuǎn)換機(jī)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(yīng)不同粗細(xì)的管徑。

所述剪叉機(jī)構(gòu)31與所述豎向滑道32于接觸部位設(shè)有導(dǎo)向輪39。

剪叉式單側(cè)提升機(jī)機(jī)械手系統(tǒng)采用剪叉式單側(cè)提升機(jī)構(gòu)，頂部配有兩個(gè)機(jī)械手抓起油管；起管時(shí)，將油管從橫豎管狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置主機(jī)械手手爪中接過。送到油管架上、下管時(shí)，從油管架上將油管抓住，上升交給主機(jī)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(shè)有一個(gè)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(dòng)裝置可以驅(qū)動(dòng)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(dòng)，起管存放時(shí)向外側(cè)滾動(dòng)，下管時(shí)向內(nèi)側(cè)滾動(dòng)則方便機(jī)械手抓取。

本實(shí)用新型鉗口的工作范圍為Φ60-145mm，整個(gè)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(jìn)行修井作業(yè)。

起管過程，操作工首先操作帶壓修井機(jī)，將油管從井口提起。這時(shí)橫豎管狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置的機(jī)械手可以起到扶正油管的作用。當(dāng)接箍到達(dá)接箍渦流測量裝置時(shí)，由PLC控制，使接箍頂部停在帶壓修井機(jī)提升系統(tǒng)上承載平臺400mm處，這時(shí)進(jìn)入全自動(dòng)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(dòng)作，松開沖扣鉗，旋扣鉗夾緊油管開始卸扣。當(dāng)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(jī)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。