CN116181249B - 一种油田起下管柱高空无人作业装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油田起下管柱高空无人作业装置及使用方法，主要包括，吊卡、吊卡开合装置、抓管器和管柱上卸扣装置，其特征在于，吊卡部分吊卡体上平面连接提升卸扣，提升卸扣通过提升钢丝绳连接桅杆式带压作业装置，吊卡体中平面紧接销轴，销轴下端连接定向卸扣，定向卸扣连接定向钢丝绳一端，吊卡开合装置为一种机械夹紧结构，安装于立柱，夹钳位于吊卡后端或前端，抓管器一端连接定向钢丝绳另一端，抓管器另一端连接稳定钢丝绳，管柱上卸扣装置安装于高空平台适当位置。本发明采用钢丝绳***，远程实现管柱悬持、稳定移运和吊卡开合及定位，不依赖动力猫道和自动吊卡，解决原方案须高位人工操作的问题，降低了设备投资、运维成本及能耗。

Description

一种油田起下管柱高空无人作业装置及使用方法

技术领域

本发明涉及石油钻采作业悬持、输送管柱设备领域，具体涉及一种油田起下管柱高空无人作业装置及使用方法。

背景技术

相较于传统井筒作业，带压作业可在不压井的情况下进行各种井下完井作业，对页岩气井的高产稳产具有重要意义。高压带压作业装置的工作平台通常距离地面较高，在起下管柱时如果采用动力猫道、自动吊卡等方式则存在设备投资和运维成本高、能耗大等缺点。为降低成本，桅杆式带压作业装置自带卷扬机，采用钢丝绳吊运管柱，该方案实现了高效低成本，但是操作人员必须在高空平台上操作吊卡及管柱限位钩。为实现高压带压作业高空无人化，有必要提出一种起下管柱高空无人作业装置及使用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油田起下管柱高空无人作业装置及使用方法，以解决现有设备投资和运维成本高、能耗大以及需要人力参与的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种油田起下管柱高空无人作业装置，包括吊卡、吊卡开合装置、抓管器和管柱上卸扣装置，所述吊卡部分吊卡体的上平面连接提升卸扣，提升卸扣通过提升钢丝绳连接桅杆式带压作业装置，两半吊卡体中平面紧接着销轴，销轴下端连接定向卸扣，定向卸扣上连接定向钢丝绳一端，所述吊卡开合装置为一种机械夹紧结构，安装于立柱，夹钳位于吊卡后端或者前端，所述抓管器一端连接定向钢丝绳另一端，抓管器另一端连接稳定钢丝绳，抓管器上还连接有动力电缆，所述管柱上卸扣装置安装于高空平台适当位置。

进一步，所述吊卡为两半对开式结构，前端构成前大后小的楔形结构。

进一步，所述两半吊卡体上，紧接楔形结构，依据管柱外径不同设计有一个介于90度和180度之间的圆柱夹紧面。

进一步，所述圆柱夹紧面后是工作平面，紧接着工作平面是一个销轴，两半吊卡体可以绕该销轴形成一旋转结构。

进一步，所述紧接销轴又是一段有一定角度的装夹平面。

进一步，所述工作平面和装夹平面是镶有永磁体对称结构。

进一步，所述吊卡开合装置是由壳体、内部动力缸、滑块b、滑轨b、连杆b、夹钳共同组成一种机械夹紧结构。

进一步，所述吊卡开合装置安装在距离井口中心一定距离的立柱上,立柱上有滑轨a、连杆a、滑块a和外部动力缸。

进一步，所述抓管器上连接的稳定钢丝绳和动力电缆分别缠绕在两个同步传动的卷筒上。

一种油田起下管柱高空无人作业装置，包括以下步骤：

S1：下管柱工况，包括：

S11：管柱呈水平状态位于地面，操作桅杆卷扬机下放吊卡，在靠近管柱接头适当位置用外力闭合吊卡，在管柱下部适当位置吸附抓管器；

S12：操作桅杆卷扬机上提吊卡，稳定钢丝绳和动力电缆自适应随动，稳定钢丝绳适度绷紧，保持管柱呈前高后低的倾斜状态向上移送；

S13：继续上提吊卡直到管柱下端超过工作平台适当位置，停止桅杆卷扬机，操作稳定钢丝绳卷扬机直到管柱处于竖直状态并在重力作用下自动就位到井口中心，操作稳定钢丝绳卷扬机缓慢下放管柱直至管柱下端***井口已有管柱；

S14：抓管器通电使其与管柱分离，操作稳定钢丝绳卷扬机适度拉紧稳定钢丝绳和定位钢丝绳以避免干涉管柱上卸扣装置的移动，远程操作平台上的管柱上卸扣装置至井口中心，完成管柱旋扣和紧扣，操作管柱上卸扣装置归位；

S15：操作桅杆卷扬机下放吊卡，稳定钢丝绳自适应随动，保持吊卡开口方向始终不变，操作稳定钢丝绳卷扬机使抓管器逐渐靠近管柱直至吸附，操作吊卡开合装置外部动力缸使其旋转，直至夹钳位于吊卡后端位置，操作内部动力缸控制夹钳夹紧打开吊卡，操作稳定钢丝绳卷扬机将吊卡拉离高空平台，操作桅杆卷扬机下放吊卡；

S2：起管柱工况，包括：

S21：操作桅杆卷扬机和稳定钢丝绳卷扬机使吊卡进入管柱，操作吊卡开合装置使吊卡闭合，再操作吊卡开合装置归位，操作管柱上卸扣装置使管柱与下部管柱分离；

S22：操作桅杆卷扬机上提吊卡至其与管柱接头台阶接触，松开管柱卡瓦，操作桅杆卷扬机上提吊卡及管柱至适当位置；

S33：操作稳定钢丝绳卷扬机使抓管器与管柱吸附，操作稳定钢丝绳卷扬机牵引管柱离开平台，同时操作桅杆卷扬机下放管柱至水平位置；

S14：抓管器通电使其与管柱分离，使用外力或吊卡开合装置打开吊卡；

S15：操作桅杆卷扬机上提吊卡至平台上方适当位置，稳定钢丝绳卷扬机自适应随动。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

1、本发明提供的装置采用钢丝绳***远程实现管柱悬持及稳定移运和吊卡开合及定位，解决原有方案必须高位人工操作的问题。

2、本发明提供的装置不依赖动力猫道和自动吊卡，降低了设备投资、运维成本以及能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1本发明结构示意图；

图2是本发明中吊卡结构图；

图3是本发明中吊卡闭合状态俯视图；

图4是本发明中吊卡打开状态俯视图；

图5是本发明中吊卡***图；

图6是本发明中吊卡闭合状态轴测图；

图7是本发明中吊卡打开状态轴测图；

图8是本发明中吊卡悬持管柱示意图；

图9是本发明中拆除上盖后的吊卡开合装置轴测图；

图10是本发明中抓管器吸附在管柱上的示意图；

图11是本发明中吊卡开合装置操作吊卡示意图；

图12是本发明中吊卡开合装置归位示意图；

图中：1-吊卡、2-吊卡开合装置、3-管柱、4-立柱、5-滑轨a、6-连杆a、7-滑块a、8-外部动力缸、9-抓管器、10-提升卸扣、11-吊卡体、12-工作平面、13-装夹平面、14-销轴、15-圆柱夹紧面、16-楔形结构、17-稳定钢丝绳、18-定向卸扣、19-夹钳、20-壳体、21-提升钢丝绳、22-定向钢丝绳、23-动力电缆、24-滑轨b、25-连杆b、26-滑块b、27-内部动力缸。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，以下结合附图及施例，对本发明一种油田起下管柱高空无人作业装置及使用方法做进一步详细的描述。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，在本发明的描述中指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-图12所示，一种油田起下管柱高空无人作业装置，包括吊卡1、吊卡开合装置2、抓管器9和管柱3上卸扣装置。所述吊卡1，用于悬持管柱3。吊卡开合装置2，用于远程操作打开和闭合吊卡1。抓管器9，用于稳定管柱3和辅助输送管柱3。管柱3上卸扣装置，用于管柱3旋扣、紧扣和绷扣。吊卡1为对开式结构，前端构成前大后小的楔形结构16，方便管柱3进出吊卡1。当吊卡1闭合时，圆柱夹紧面15构成的空间既可以悬持管柱3，又可以防止管柱3脱出；而当吊卡1打开时，管柱3能够快速脱出。吊卡开合装置2由壳体20、内部动力缸27、滑块b26、滑轨b24、连杆b25、夹钳19组成。吊卡开合装置2安装在距离井口中心一定距离的立柱4上，依靠外部动力缸8推动旋转，使夹钳19位于吊卡1前端或后端。当内部动力缸27伸出时，推动滑块b26沿滑轨b24移动，滑块b26带动连杆b25，连杆b25带动夹钳19旋转，两个夹钳19头部相互靠近。当夹钳19挤压吊卡1前端时，工作平面12相互贴合，吊卡1闭合；当夹钳19挤压吊卡1后端时，装夹平面13相互贴合，吊卡1打开。工作平面12与装夹平面13上镶嵌有永磁体，作用是在工作平面12或装夹平面13贴合时保持贴合状态。当内部动力缸27缩回时，两个夹钳19头部相互远离以便有足够空间脱离吊卡1。也可以在地面再设置一套吊卡开合装置2实现吊卡1在地面的打开和闭合。吊卡1的上平面连接有提升卸扣10，与桅杆式带压作业装置卷扬机钢丝绳连接，作用是提升吊卡1。销轴14下端连接1个定向卸扣18，定向卸扣18上连接定向钢丝绳22，作用是定向吊卡1，维持吊卡1开口始终朝向一个方向。抓管器9一端连接吊卡1的定向卸扣18上的定向钢丝绳22的另一端，抓管器9另一端连接一根稳定管柱3用钢丝绳，抓管器9上还连接一根动力电缆23，稳定钢丝绳17和动力电缆23分别缠绕在两个同步传动的卷筒上。该卷筒采用可通过程序控制的伺服电机驱动以便实现与提升钢丝绳21自适应随动。抓管器9采用自保持吸盘电磁铁。抓管器9未通电时，吸附在管柱3上，通电后即与管柱3分离。当抓管器9吸附管柱3后，通过稳定钢丝绳卷扬机控制稳定钢丝绳17实现对管柱3的移运控制。当抓管器9未吸附管柱3时，通过稳定钢丝绳卷扬机控制定向钢丝绳22实现对吊卡1的开口朝向定位，还可控制稳定钢丝绳17实现抓管器9的定位。

一种油田起下管柱高空无人作业装置的使用方法，包括以下步骤：

起管柱时，操作桅杆卷扬机下放吊卡1至比管柱3接头台阶略低的位置，操作稳定钢丝绳卷扬机控制定向钢丝绳22使吊卡1开口方向正确，放松定向钢丝绳22使吊卡1进入管柱3，此时稳定钢丝绳17应适当收紧确保不干涉管柱3上卸扣装置工作。操作吊卡开合装置2闭合吊卡1，操作吊卡开合装置2归位。上提吊卡1使其接触管柱3台阶，松开管柱3卡瓦，继续上提吊卡1至管柱3与下端管柱3连接处到达适当位置。操作管柱3上卸扣装置完成管柱3松扣和旋扣。放松稳定钢丝绳17，抓管器9在重力作用下靠向管柱3，同时稳定钢丝绳17维持抓管器9朝向管柱3。抓管器9吸附管柱3后，下放吊卡1，收紧稳定钢丝绳17，管柱3呈倾斜状态逐渐被放至地面。操作地面吊卡开合装置2打开吊卡1，抓管器9通电，与管柱3分离。

下管柱时，操作地面吊卡开合装置2闭合吊卡1，放松稳定钢丝绳17，使抓管器9与管柱3吸附。提升吊卡1，稳定钢丝绳17随动，管柱3呈倾斜状态逐渐被提升至高空平台以上适当位置。放松稳定钢丝绳17，管柱3在重力作用下逐渐向井口中心靠拢并最终呈竖直状态。下放吊卡1，使管柱3***下端管柱3中。抓管器9通电后与管柱3分离，收紧稳定钢丝绳17带动定位钢丝绳至不干涉上卸扣装置位置。操作上卸扣装置完成管柱3旋扣和紧扣。下放吊卡1同时收紧稳定钢丝绳17。操作吊卡开合装置2打开吊卡1。收紧稳定钢丝绳17带动定位钢丝绳将吊卡1拉离管柱3。继续收紧稳定钢丝绳17并下放吊卡1至地面。

本发明采用钢丝绳***，远程实现管柱悬持、稳定移运和吊卡开合及定位，解决原有方案必须高位人工操作的问题，实现高压带压作业高空无人化。不依赖动力猫道和自动吊卡，降低了设备投资、运维成本以及能耗。

可以理解，本发明使通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (5)

1.一种油田起下管柱高空无人作业装置，包括，吊卡（1）、吊卡开合装置（2）、抓管器（9）和管柱（3）上卸扣装置，其特征在于，所述吊卡（1）部分吊卡体（11）的上平面连接提升卸扣（10），提升卸扣（10）通过提升钢丝绳（21）连接桅杆式带压作业装置，两半吊卡体（11）中平面紧接着销轴（14），销轴（14）下端连接定向卸扣（18），定向卸扣（18）上连接定向钢丝绳（22）一端，所述吊卡开合装置（2）为一种机械夹紧结构，安装于立柱（4），夹钳（19）位于吊卡（1）后端或者前端，所述抓管器（9）一端连接定向钢丝绳（22）另一端，抓管器（9）另一端连接稳定钢丝绳（17），抓管器（9）上还连接有动力电缆（23），所述管柱（3）上卸扣装置安装于高空平台适当位置，所述吊卡（1）为两半对开式结构，前端构成前大后小的楔形结构（16），所述两半吊卡体（11）上，紧接楔形结构（16），依据管柱（3）外径不同设计有一个介于90度和180度之间的圆柱夹紧面（15），所述吊卡开合装置（2）是由壳体（20）、内部动力缸（27）、滑块b（26）、滑轨b（24）、连杆b（25）、夹钳（19）共同组成一种机械夹紧结构，所述吊卡开合装置（2）安装在立柱（4）上，立柱（4）上有滑轨a（5）、连杆a（6）、滑块a（7）和外部动力缸（8）。

2.根据权利要求1所述的一种油田起下管柱高空无人作业装置，其特征在于，所述圆柱夹紧面（15）后是工作平面（12），紧接着工作平面（12）是一个销轴（14），两半吊卡体（11）绕该销轴（14）形成一旋转结构。

3.根据权利要求2所述的一种油田起下管柱高空无人作业装置，其特征在于，所述销轴（14）紧接有角度的装夹平面（13），所述工作平面（12）和装夹平面（13）是镶有永磁体对称结构。

4.根据权利要求1所述的一种油田起下管柱高空无人作业装置，其特征在于，所述抓管器（9）上连接的稳定钢丝绳（17）和动力电缆（23）分别缠绕在两个同步传动的卷筒上。

5.一种油田起下管柱高空无人作业装置的使用方法，基于如权利要求1-4任意一项所述的一种油田起下管柱高空无人作业装置，其特征在于，包括下管柱工况和起管柱工况的步骤：

S1：下管柱工况，包括：

S11：管柱（3）呈水平状态位于地面，操作桅杆卷扬机下放吊卡（1），在靠近管柱（3）接头适当位置用外力闭合吊卡（1），在管柱（3）下部适当位置吸附抓管器（9）；

S12：操作桅杆卷扬机上提吊卡（1），稳定钢丝绳（17）和动力电缆（23）自适应随动，稳定钢丝绳（17）适度绷紧，保持管柱（3）呈前高后低的倾斜状态向上移送；

S13：继续上提吊卡（1）直到管柱（3）下端超过工作平台适当位置，停止桅杆卷扬机，操作稳定钢丝绳卷扬机直到管柱（3）处于竖直状态并在重力作用下自动就位到井口中心，操作稳定钢丝绳卷扬机缓慢下放管柱（3）直至管柱（3）下端***井口已有管柱；

S14：抓管器（9）通电使其与管柱（3）分离，操作稳定钢丝绳卷扬机适度拉紧稳定钢丝绳（17）和定位钢丝绳以避免干涉管柱（3）上卸扣装置的移动，远程操作平台上的管柱（3）上卸扣装置至井口中心，完成管柱（3）旋扣和紧扣，操作管柱（3）上卸扣装置归位；

S15：操作桅杆卷扬机下放吊卡（1），稳定钢丝绳（17）自适应随动，保持吊卡（1）开口方向始终不变，操作稳定钢丝绳卷扬机使抓管器（9）逐渐靠近管柱（3）直至吸附，操作吊卡开合装置（2）外部动力缸（8）使其旋转，直至夹钳（19）位于吊卡（1）后端位置，操作内部动力缸（27）控制夹钳（19）夹紧打开吊卡（1），操作稳定钢丝绳卷扬机将吊卡（1）拉离高空平台，操作桅杆卷扬机下放吊卡（1）；

S2：起管柱工况，包括：

S21：操作桅杆卷扬机和稳定钢丝绳卷扬机使吊卡（1）进入管柱（3），操作吊卡开合装置（2）使吊卡（1）闭合，再操作吊卡开合装置（2）归位，操作管柱（3）上卸扣装置使管柱（3）与下部管柱（3）分离；

S22：操作桅杆卷扬机上提吊卡（1）至其与管柱（3）接头台阶接触，松开管柱（3）卡瓦，操作桅杆卷扬机上提吊卡（1）及管柱（3）至适当位置；

S23：操作稳定钢丝绳卷扬机使抓管器（9）与管柱（3）吸附，操作稳定钢丝绳卷扬机牵引管柱（3）离开平台，同时操作桅杆卷扬机下放管柱（3）至水平位置；

S24：抓管器（9）通电使其与管柱（3）分离，使用外力或吊卡开合装置（2）打开吊卡（1）；

S25：操作桅杆卷扬机上提吊卡（1）至平台上方适当位置，稳定钢丝绳卷扬机自适应随动。