一种地面单根一体化处理方法及装置与流程

本发明涉及石油设备，具体涉及一种地面单根一体化处理方法及装置。

背景技术：

1、带压作业作为油气田开发中后期保障油井高效运行的关键技术，可在不压井、不放喷的前提下完成井筒维护、储层改造等作业，避免了压井液对储层的污染，减少了资源浪费，显著缩短了作业周期。

2、在进行带压作业前，需要对油管进行拆卸端部护丝、通径清洗、丝扣清洗、测长、烘干、丝扣检测以及喷码标记等一系列预处理操作。目前，这些工序通常由多台独立设备分步完成，例如：拆护丝机、通径机、清洗机、测长仪、烘干机、丝牙检测仪和喷码机等。这些设备分散布置、功能单一，相互之间缺乏有效的集成与协同。操作人员需要将油管在各设备间反复吊装、搬运，不仅作业链路长、耗时费力，而且多次装夹容易损伤油管表面和丝扣。

3、现有技术中，公开日为2018年8月3日、公开号为cn108362245a、名称为“一种钻井现场管柱检测一体机”的中国发明专利，将丝扣清洗、通径检测、长度测量和喷码标识等功能集成于一台设备中。然而现有集成方案的整体结构和应用模式仍存在以下不足：

4、其一，该一体机仅集成了丝扣清洗、通径检测、长度测量和喷码标识四道工序，未涵盖拆护丝、烘干、丝扣检测等同样必要的预处理工序，油管完成处理后仍需转运至其他设备进行剩余工序。

5、其二，现有集成方案采用定点作业模式，即油管在设备内固定后，各功能模块依次移动至油管位置完成作业。这种模式下，各工序之间为串联关系，同一时刻仅有一个工位处于作业状态，其他功能模块处于等待状态，设备利用率和作业效率低。

6、其三，现有集成方案中功能模块与搬运机构为分体布置——功能模块安装于设备底座，搬运机构独立设置于外部。两者之间缺乏统一的安装基础和布局规划，油管在各工序间的流转完全依赖外部搬运机构的跨区域输送，不仅增加了工序衔接时间和整体占用空间，而且功能模块与搬运机构之间的对位精度受限于两者的独立安装状态，难以保证油管在各工位间的准确定位。

7、其四，缺乏上下料自动化衔接。无论是独立设备还是集成一体机，油管的取放仍依赖人工吊装或外部机械手完成上料与下料，未能实现从供料到预处理再到送出的全流程自动化，人工干预环节多，影响整体作业效率。

技术实现思路

1、针对现有集成设备工序覆盖不全、定点作业效率低，以及功能模块与搬运机构分体布置导致流转受限的问题，本发明提供一种地面单根一体化处理方法及装置，将一体化底架、上下料搬运组件、旋转搬运组件与功能组件集成为一体，由上下料搬运组件自动取放油管，旋转搬运组件带动油管依次经过各工位，功能组件从两端同步完成全流程预处理，实现从外部供料到送出的一体化连续作业。

2、为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

3、一种地面单根一体化处理装置，包括：

4、一体化底架；

5、两个撬装结构，相对设置于所述一体化底架上，且两个撬装结构之间的间距可调；

6、每个所述撬装结构上由外向内依次设置有功能组件、旋转搬运组件和上下料搬运组件；

7、两个所述上下料搬运组件相对设置，用于从两端同步托举油管，将油管移送至对应旋转搬运组件的夹持位上以完成上料，以及将完成预处理的油管从对应旋转搬运组件的夹持位移出以完成下料；

8、两个所述旋转搬运组件相对设置，用于从两端夹持油管并同步带动油管分度旋转，以将油管依次输送至两侧的所述功能组件的各工位；

9、所述功能组件用于在油管到达各工位时，从油管两端同步进行预处理作业。

10、进一步地，所述功能组件包括相对设置的第一圆弧安装座和第二圆弧安装座，所述第一圆弧安装座设置于其中一个撬装结构上，所述第二圆弧安装座设置于另一个撬装结构上；

11、所述第一圆弧安装座上沿周向依次设置有第一粗对中单元、第一拆护丝单元、第一通径清洗单元、第一丝扣清洗单元、第一测长单元、第一烘干单元、第一丝扣检测单元和第一喷码单元；

12、所述第二圆弧安装座上沿周向依次设置有与所述第一圆弧安装座上各单元一一对应的第二粗对中单元、第二拆护丝单元、第二通径清洗单元、第二丝扣清洗单元、第二测长单元、第二烘干单元、第二丝扣检测单元和第二喷码单元；

13、第一圆弧安装座和第二圆弧安装座上成对的两个单元沿轴向相对设置，并可沿油管轴向滑动以与油管端口对位或复位。

14、所述一体化底架包括底部框架，所述底部框架顶面沿其长度方向平行设置有两条底部导轨和位于两条底部导轨之间的底部齿轨，所述底部齿轨的一侧设置有底部齿条；所述撬装结构底部设有撬装安装底座，所述撬装安装底座跨设于所述底部导轨和所述底部齿轨上，所述撬装安装底座上安装有撬装驱动电机，所述撬装驱动电机的输出端设有撬装驱动齿轮，所述撬装驱动齿轮与所述底部齿条啮合，以驱动所述撬装结构沿所述底部导轨移动。

15、所述底部框架的四个角均设置有底部升降千斤顶，所述底部升降千斤顶配合角度传感器对所述底部框架进行整体调平。

16、进一步地，所述旋转搬运组件包括可绕自身轴线旋转的搬运转盘和沿所述搬运转盘周向布置的多组搬运夹持组件；所述搬运转盘设置于所述第一圆弧安装座与所述第二圆弧安装座之间，且与所述第一圆弧安装座和所述第二圆弧安装座同轴设置；所述搬运转盘上沿周向均匀布置的多组搬运夹持组件形成多个工位，各工位与所述第一圆弧安装座和所述第二圆弧安装座上的各单元一一对应；所述搬运转盘每旋转一个工位角度，油管从一个单元的工作位置移动至下一个单元的工作位置。

17、进一步地，每组所述搬运夹持组件包括两块夹持块、一个夹持机架、一条夹块导轨、一个夹持驱动电机、一根夹持丝杆和一个夹持齿轮组；

18、所述夹持机架固定安装在所述搬运转盘上，所述夹块导轨固定设置在所述夹持机架的顶部，所述夹持驱动电机固定设置在所述夹持机架的底部；

19、所述夹持丝杆可旋转地设置在所述夹持机架的内部，夹持丝杆的两端具有旋向相反的外螺纹；

20、所述夹持驱动电机的输出轴通过所述夹持齿轮组与所述夹持丝杆的一端传动连接；两块所述夹持块滑动安装在所述夹块导轨上，每块所述夹持块的底部固定连接有一根连接杆，两根所述连接杆分别与所述夹持丝杆的两端螺纹配合。

21、进一步地，所述上下料搬运组件包括固定于撬装结构上的搬运底座以及分别位于上料侧和下料侧的两个油管支撑架；每个所述油管支撑架分别通过对应的水平驱动机构和垂直驱动机构实现水平和竖直方向的移动；两个撬装结构上料侧的两个油管支撑架协同托举油管以完成上料，两个所述撬装结构下料侧的两个油管支撑架协同托举油管以完成下料。

22、进一步地，所述第一通径清洗单元为通径推送端，第二通径清洗单元为通径接收端；第一通径清洗单元包括前进后退模组、软管、旋转喷头和通径规；所述软管前端连接所述旋转喷头，所述通径规设置于所述旋转喷头的前端；所述前进后退模组包括伺服电机、扭矩离合器、传动机构和行进轮组；所述伺服电机通过所述扭矩离合器及所述传动机构驱动所述行进轮组转动，所述行进轮组夹持所述软管外壁，驱动所述软管沿油管轴向前进或后退，使软管带动所述旋转喷头及所述通径规同步移动。

23、进一步地，所述传动机构包括同步轴、主动锥齿轮、从动锥齿轮、主齿轮和从齿轮；所述伺服电机的输出端通过所述扭矩离合器与所述同步轴的一端传动连接；所述同步轴上固定设置有若干主动锥齿轮；所述行进轮组包括多组成对设置的主动导向辊和从动导向辊，所述主动导向辊和所述从动导向辊分别位于所述软管输送路径的两侧；每个主动导向辊上同轴固定连接有一从动锥齿轮和一主齿轮，所述从动锥齿轮与所述同步轴上的主动锥齿轮一一对应啮合；每个从动导向辊上同轴固定连接有一从齿轮，所述主齿轮与所述从齿轮一一对应啮合。

24、进一步地，所述通径接收端包括接规机构和用于感应通径规是否到达接收端的传感器。

25、进一步地，所述第一丝扣清洗单元为外丝清洗单元，所述第二丝扣清洗单元为内丝清洗单元；所述第一丝扣清洗单元包括清洗电机、传动齿轮组、高压旋转接头和外丝清洗头，所述外丝清洗头包括毛刷组和喷水管，所述毛刷组和所述喷水管均沿所述外丝清洗头的周向均匀分布；所述传动齿轮组与外丝清洗头固定连接；所述高压旋转接头穿设于所述传动齿轮组和所述外丝清洗头的中心，其后端静止且连接高压水管，前端与所述喷水管连通；所述清洗电机通过所述传动齿轮组驱动所述外丝清洗头转动。

26、进一步地，所述第一粗对中单元和第二粗对中单元的结构相同，均包括对中外壳、移动杆、挡板、油管盖板和弹簧；所述移动杆穿设于所述对中外壳并可相对其滑动，移动杆的前端伸出所述对中外壳并与所述油管盖板固定连接，后端通过弹簧与固定于所述对中外壳后端的所述挡板连接。

27、进一步地，所述第一拆护丝单元和第二拆护丝单元的结构相同，均包括前后伸缩电机、伸缩传动机构、拆护丝旋转电机、旋转传动齿轮组、旋转套筒和夹持头；所述旋转套筒与所述夹持头固定连接；所述前后伸缩电机通过所述伸缩传动机构驱动所述夹持头沿油管轴向伸缩，并驱动所述夹持头开合；所述拆护丝旋转电机通过所述旋转传动齿轮组与所述旋转套筒传动连接，以驱动所述旋转套筒带动所述夹持头绕油管轴线回转。

28、进一步地，所述第一烘干单元和第二烘干单元的结构相同，均包括烘干伺服电机、热风机、齿轮组、连接管和喷气嘴，所述热风机通过所述连接管与所述喷气嘴连通，所述烘干伺服电机通过齿轮组与所述喷气嘴传动连接，以驱动所述喷气嘴围绕油管端面或内壁旋转。

29、进一步地，所述第二丝扣检测单元中，其中一个为ccd相机，另一个为激光检测装置；所述ccd相机设置于油管公扣端对应的丝扣检测单元，用于对公扣端丝口进行图像采集；所述激光检测装置设置于油管母扣端对应的丝扣检测单元，用于对母扣端丝口进行激光测量。

30、进一步地，还包括与所述丝扣检测单元配合的夹持旋转机构，所述夹持旋转机构设置于对应的撬装座上，用于夹持油管并带动油管旋转；

31、所述夹持旋转机构包括进退电机、前进后退丝杆、夹持开合电机、夹持开合丝杆、旋转电机、齿轮传动副、旋转滚轮和两个夹爪；

32、所述进退电机通过所述前进后退丝杆驱动所述夹持旋转机构整体前后移动；

33、所述夹持开合电机通过所述夹持开合丝杆驱动两个所述夹爪同步相向或背向移动，以夹紧或松开油管；

34、所述旋转电机通过所述齿轮传动副驱动所述旋转滚轮转动，以带动油管旋转。

35、进一步地，所述第一喷码单元和第二喷码单元的结构相同，均包括喷码伺服电机、喷码导轨、喷码机和丝杆，所述喷码机滑动安装于所述喷码导轨上，所述喷码伺服电机通过丝杆与喷码机传动连接，以驱动所述喷码机沿所述喷码导轨往复移动。

36、另一方面，基于上述的一种地面单根一体化处理装置，本发明还提出了一种地面单根一体化处理方法，包括：

37、s1、上料：两个撬装结构上料侧的两个油管支撑架分别由对应的水平驱动机构和垂直驱动机构驱动，从两端同步托举同一根油管，将油管放置于对应旋转搬运组件的夹持位上；

38、s2、输送与预处理：旋转搬运组件夹紧油管并带动油管分度旋转，将油管依次输送至功能组件的各预处理工位，功能组件在油管到达各工位时从油管两端同步进行预处理作业；

39、s3、下料：完成全部预处理后，两个撬装结构下料侧的两个油管支撑架分别由对应的水平驱动机构和垂直驱动机构驱动，从两端同步托举油管，将油管从旋转搬运组件的夹持位上取下，移送至下一工序。

40、进一步地，所述预处理作业依次包括：粗对中、拆护丝、通径与高压清洗、丝扣清洗、测长、烘干、丝扣检测和喷码。

41、优选的，当各工位均完成当前处理动作后，所述旋转搬运组件旋转一个工位角度，各工位上的油管同步前移一个工位；此时，位于最后工位的油管完成全部预处理并移出，同时第一工位空出，下一根油管进入第一工位；多根油管分别处于不同工位并行处理，形成流水线式连续作业。

42、综上所述，本发明具有以下优点：

43、1.本发明将一体化底架、上下料搬运组件、旋转搬运组件与功能组件集成为同一装置，实现了从取管、全流程预处理再到送出的连续自动化作业，无需人工吊装干预，大幅缩短了作业链路，减少了人力投入。

44、2. 本发明中，上下料搬运组件与旋转搬运组件协同配合——上下料搬运组件从两端同步托举油管并放置于旋转搬运组件上，旋转搬运组件夹持油管并带动其分度旋转，使油管依次经过各预处理工位，实现了一根油管在各工位间的自动流转，无需依赖外部搬运设备。

45、3. 本发明中，功能组件沿周向依次设置有多个预处理工位，旋转搬运组件的搬运转盘上沿周向设置有多个夹持位，可同时夹持多根油管并行处理，搬运转盘每旋转一个工位角度各油管同步前移一个工位，单根油管的出料节拍等于最慢工位的处理时间而非各工位时间之和，设备利用率高，批量处理效率大幅提升。

46、4. 本发明中，功能组件由相对设置的两个圆弧安装座构成，两侧对应的单元沿轴向相对设置，在同一工位上从油管两端同步进行处理，单根油管的处理时间缩短一半，避免了因两端处理不同步导致的偏载或定位误差。

47、5. 本发明中，两个撬装结构之间的间距可调，一体化底架通过底部升降千斤顶与角度传感器实现整体调平，可灵活适应不同长度油管的处理需求，保证作业精度。

48、6. 本发明中，上下料搬运组件固定安装于撬装结构上，随撬装结构同步移动，当两个撬装结构调节间距以适应不同长度油管时，上下料搬运组件始终与旋转搬运组件保持正确的相对位置，确保上料和下料动作的准确性。