一种油气田修井井口多功能无人作业机器人的制作方法

本发明涉及油气田修井作业设备，尤其涉及一种油气田修井井口多功能无人作业机器人。

背景技术：

1、在油气田修井作业中，井口作业是核心关键环节，主要负责油管杆起下、接箍上卸扣、吊卡开合、管柱对中、井口清理及应急处置等操作，直接影响修井作业的效率、安全性与质量。目前，油气田井口作业仍以人工操作为主，作业人员需在修井机井架下方的井口区域持续作业，而修井作业多在野外露天环境开展，面临高温、严寒、粉尘、暴雨、强风等恶劣条件，且井口存在高压、机械伤害、井喷、溢流等安全风险，属于高风险作业环节。

2、目前，市场上的修井辅助设备仍存在诸多缺陷：其一，安全风险高，人员伤亡事故频发，井口作业人员需近距离接触吊卡、液压钳、油管杆等设备，配合失误或设备故障易导致夹伤、砸伤、高压流体喷溅等事故，据统计修井作业中80%以上的工伤事故发生在井口作业环节，不符合安全生产规范中风险减量降级的要求；其二，作业效率低，人工操作一致性差，井口作业需4-5人协同配合，人员劳动强度大，易疲劳误判，导致接箍错扣、管柱对中偏差、吊卡操作失误等问题，返工率高，单井修井周期长，非生产时间占比达25%-35%；其三，人工成本攀升，人才流失严重，高强度高风险的作业环境导致年轻劳动力不愿入行，传统技能工人老龄化严重，单井井口作业人工成本占总修井成本的35%以上，“招工难、用工贵”成为行业发展制约；其四，普通工业机器人适配性差，未配备修井专用执行机构，无法完成油管杆抓取、接箍上卸扣等专用动作，且缺乏抗恶劣环境设计，野外工况下运行稳定性差，与修井机控制系统协同性不足，难以实现全流程自动化作业；其五，作业质量不稳定，人工操作受经验、状态影响大，油管杆对中精度、接箍扭矩控制精度不足，易引发螺纹损伤、管柱密封不严等隐患，影响修井作业质量与油气井生产寿命。

3、因此，研发一种具备全工序作业能力、适配野外恶劣环境、可完全替代人工的修井井口无人作业机器人，成为解决现有技术痛点的关键。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种油气田修井井口多功能无人作业机器人，解决了现有技术中的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的一种油气田修井井口多功能无人作业机器人，包括工业机器人主体，所述工业机器人主体的末端设有修井专用执行机构，所述工业机器人主体底部设有固定安装机构，所述工业机器人主体电连接有智能控制系统；所述工业机器人主体电连接有安全防护系统；所述智能控制系统分别与修井专用执行机构和安全防护系统电连接；所述修井专用执行机构由油管杆抓取与对中执行器、接箍上卸扣钳执行器、吊卡操作与井口清理执行器组成，所述油管杆抓取与对中执行器、所述接箍上卸扣钳执行器和所述吊卡操作与井口清理执行器均通过快换接头与工业机器人主体的末端执行器可拆卸连接；所述快换接头由主动快换单元与从动快换单元组成；所述主动快换单元设置与工业机器人主体的末端法兰，所述从动快换单元设置在修井专用执行机构的输入端；所述工业机器人主体上设有环境适配模块。

3、其中，所述主动快换单元由主动盘主体、中心定位件、气动锁紧执行组件与扭矩传递键组成；所述中心定位给组件设置与主动盘主体对接端面的中心位置，所述气动锁紧执行组件内置在主动盘主体内部，所述扭矩传递键周向分布于主动盘主体的对接端面。

4、其中，所述气动锁紧执行组件由活塞驱动腔、钢珠滚道、钢珠与复位弹簧组成；所述活塞驱动腔与主动盘侧壁的气动接口连通，钢珠嵌装于径向布置的钢珠滚道内，复位弹簧设置在活塞驱动腔内。

5、其中，所述从动快换单元由从动盘主体、环形锁紧卡槽、定位配合结构与执行器安装法兰组成；所述环形锁紧卡槽开设于从动盘主体的对接内侧壁，与主动快换单元伸出的钢珠卡接配合实现轴向锁紧；所述定位配合结构与中心定位组件位置对应、形状适配，完成对接时的同轴对中。

6、其中，所述油管杆抓取与对中执行器采用自适应夹爪结构，夹爪内侧设有防滑防损伤橡胶垫，适配直径73-140mm的油管杆与钻杆，夹爪开合行程可调节；夹爪中部集成激光对中传感器。

7、其中，所述接箍上卸扣钳执行器采用伺服驱动式钳体操控结构，配备扭矩传感器与档位调节模块；执行器头部设有钳体适配夹持卡爪，集成扭矩反馈单元，用于夹持驱动外置上卸扣钳完成接箍上卸扣作业，自身不直接对接箍施加扭转力矩。

8、其中，所述吊卡操作与井口清理执行器的吊卡操作部件采用机械钩爪结构，钩爪内侧设有定位凹槽；井口清理部件采用高压气流与毛刷组合结构，配套设置废液收集槽。

9、其中，所述固定安装机构由固定底座、调节支架与减震模块组成；固定底座采用高强度钢板焊接结构，通过膨胀螺栓固定；调节支架可实现三维位置调节；减震模块采用橡胶减震垫与弹簧组合结构。

10、其中，所述修井专用执行机构还增设有应急关井执行部件；所述固定安装机构采用配备履带式行走机构的可移动底座；所述智能控制系统的ai视觉识别模块可识别油管杆损伤、接箍磨损异常状态，配套作业数据存储与追溯单元。

11、其中，所述应急关井执行部件采用电动驱动式闸阀操作结构；所述履带式行走机构的爬坡角度≥15°；ai视觉识别准确率≥98%。

12、有益效果：

13、本发明通过六自由度工业机器人与修井专用执行机构的组合设计，配合全链路智能控制与安全防护体系，实现了修井井口全工序的无人化作业，从源头杜绝了井口作业的安全风险，同时大幅提升了作业效率与质量稳定性，适配各类野外恶劣修井环境。

14、本发明通过双型号方案设计，分别覆盖常规修井基础无人化与复杂井况增强作业两大核心场景，基础型实现单人运维、单井周期缩短25%以上、全工序替代人工，增强型实现应急关井、多井口连续作业与智能缺陷识别，完美适配油气田常规修井、规模化井组维护、复杂井况作业等多场景的无人化转型需求。

1.一种油气田修井井口多功能无人作业机器人，包括工业机器人主体（1），所述工业机器人主体（1）的末端设有修井专用执行机构（2），所述工业机器人主体（1）底部设有固定安装机构（3），其特征在于，

2.如权利要求1所述的油气田修井井口多功能无人作业机器人，其特征在于，

3.如权利要求2所述的油气田修井井口多功能无人作业机器人，其特征在于，

4.如权利要求3所述的油气田修井井口多功能无人作业机器人，其特征在于，

5.如权利要求1所述的油气田修井井口多功能无人作业机器人，其特征在于，

6.如权利要求5所述的油气田修井井口多功能无人作业机器人，其特征在于，

7.如权利要求6所述的油气田修井井口多功能无人作业机器人，其特征在于，

8.如权利要求7所述的油气田修井井口多功能无人作业机器人，其特征在于，

9.如权利要求1所述的油气田修井井口多功能无人作业机器人，其特征在于，

10.如权利要求9所述的油气田修井井口多功能无人作业机器人，其特征在于，