一种钻/修井作业新型管杆存储维护系统的制作方法

1.本实用新型涉及石油工业的机械化修井作业装置，具体地说是一种钻/修井作业新型管杆存储维护系统。


背景技术：

2.抽油井修井作业是油田在开发生产过程中必不可少一项作业措施。目前，大多数油田使用传统的设备作业，至少需要二名工人通过拉拽及搬运的方式，对抽油管杆进行输送及排放，其工作环境恶劣，工人劳动强度大，并且操作过程中存在安全隐患。其次，油管在移运存储过程中存在原油滴落污染，传统工艺中防止污染的做法是将三防布铺在整个修井作业的地面收集油污，由于三防布造价高，且只能使用一次，造成高额费用。管杆在下井时需2
‑
3人停工专门进行测量,增加作业工人劳动强度,人为测量、记录时易产生误差。
3.随着社会的进步和环保法的颁发，越来越严格的环保要求和作业规范要求让传统的作业方式越来越难满足新的作业要求标准。各石油机械生产厂家相继研发出了半自动化的修井管杆处理系统。这种设计在实际应用中没有系统考虑整个修井工艺及环保要求，仍需人力对管杆进行排放，并未广泛接受。
4.传统油井的修井作业的缺点如下：
5.1、人工摆放油管，占地面积大，劳动强度高，效率低下。
6.2、油管摆放搬运中污染土壤，无法清理，不符合绿色井场建设要求。
7.3、修井作业中的废油废水无法全面收集排出。
8.4、管杆数量、长度统计及补管自动化程度低。
9.5、现有作业方式需要大量人力资源，且涉及多行业工种协作，平均人力成本为采油行业之最。
10.因此，有必要实用新型一种钻/修井作业抽油管杆存储维护系统，为日常修井作业提供一个便捷高效的工作平台。


技术实现要素：

11.本实用新型为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种钻/修井作业新型管杆存储维护系统，本实用新型实现修井过程抽油杆和抽油管的自动排放、清洗、检查和分拣，降低劳动强度，提高作业效率，降低修井成本，保护自然环境。
12.本实用新型的技术解决方案是：本实用新型为一种钻/修井作业新型管杆存储维护系统，其特殊之处在于：所述维护系统包括主体管箱、管杆输送系统、分层托架结构、管杆承接系统和管杆摆放系统；管杆输送系统、分层托架结构和管杆承接系统均设置在主体管箱内，管杆承接系统设置在管杆输送系统和分层托架结构之间，管杆摆放系统设置在主体管箱上部，位于分层托架结构上方。
13.优选的，管杆摆放系统包括管杆摆放单元，管杆摆放单元包括垂直驱动装置、横向导轨、两个导向杆和齿条，齿条和两个导向杆分别与横向导轨连接，所述垂直驱动装置设置
在主体管箱上，通过齿轮驱动齿条带动横向导轨上、下移动，两个导向杆分别穿过设置在主体管箱上的两个导向轴承，两个导向杆底部内侧分别设置有防止导向杆摆动的竖向导轨，横向导轨上设置有第一横向链轮、第二横向链轮、第一横向链轮和第二横向链轮上缠绕封闭的横向链条，驱动第一横向链轮的横向驱动装置，第一横向链轮和第二横向链轮设置在横向导轨两端，横向链条上设置有拨叉，管杆摆放单元为两个，平行对称设置在主体管箱上。
14.优选的，管杆承接系统包括剪刀叉支架、传动轴、驱动传动装置、承接平台和检测开关，所述剪刀叉支架设置在主体管箱底部，与管杆输送系统位置对应，承接平台设置剪刀叉支架上，驱动传动装置通过传动轴与剪刀叉支架连接，检测开关设置在剪刀叉支架前端。
15.优选的，分层托架结构包括立柱，立柱竖直设置在主体管箱底部侧面，所述立柱内侧设置有可绕立柱旋转的旋转限位悬臂梁，旋转限位悬臂梁一端与立柱通过柱销连接，另一端为自由端，柱销下方设置有弹簧，自由端下方设置有定位块。
16.优选的，立柱为三个，成间隔设置，每个立柱从上到下依次均对应平行设置有多个旋转限位悬臂梁。
17.优选的，管杆输送系统置包括猫道框架，所述猫道框架上设置管杆输送装置，管杆输送装置包括第一输送链轮、第二输送链轮、在第一输送链轮和第二输送链轮上缠绕封闭的输送链条、驱动第一输送链轮的输送传动装置、支撑架、上部运动支架和翻转导轨，第一输送链轮设置在猫道框架的前端，第二输送链轮设置在猫道框架的中部，上部运动支架设置在猫道框架上方，前端与输送链条连接，后部通过支撑架与猫道框架后部活动连接，支撑架中部与猫道框架中部之间接有可将支撑架顶起的顶起装置，翻转导轨设置在上部运动支架上，翻转导轨外侧与上部运动支架之间设置有可让翻转导轨翻转的翻转装置,猫道框架上方两侧设置有横向双导轨，上部运动支架前端底部两侧通过第一滚轮与横向双导轨连接，支撑架前端两侧通过第二滚轮与上部运动支架后部连接。
18.优选的，维护系统还包括自动排污系统，自动排污系统设置主体管箱底部，自动排污系统设置在主体管箱底部前端，包括吸污管，排污管，手动球阀和渣油泵，渣油泵栓结在吸污管上方，排污管和渣油泵连接，吸污管进水端安装有过滤网，手动球阀设置在吸污管末端，靠近吸污管的位置设置有液位检测装置。
19.优选的，维护系统还包括管杆长度测量系统，管杆长度测量系统包括第一传感器和第二传感器，猫道框架前端设置有第一传感器，猫道框架后端设置有第二传感器。
20.优选的，存储维护系统还包括控制系统，控制系统固定在主体管箱一端，控制系统包括井口防爆操作箱，户外控制柜和检测开关，井口防爆操作箱和检测开关分别与户外控制柜连接，户外控制柜包括主电源配电、管杆输送传动控制系统、管杆承接控制系统、管杆摆放控制系统、自动排污控制系统、管杆长度测量控制系统、逻辑控制系统及人机界面hmi，人机界面hmi安装在户外控制柜门上，主电源配电完成380vac的电源通断功能，逻辑控制系统分别与管杆输送传动控制系统、管杆承接控制系统、管杆摆放控制系统、自动排污控制系统、管杆长度测量控制系统连接。
21.优选的，主体管箱底部铺设钢格栅，将底部分为若干腔体，每一部分底腔结构由型材和钢板制成，所述主体管箱剩余面为开放式。
22.本实用新型具有以下优点：
23.1、本实用新型实现机电液一体化生产，实现修井过程抽油杆和抽油管的自动排放、清洗、检查和分拣，降低劳动强度，提高作业效率，降低修井成本，保护自然环境；
24.2、本实用新型设置有控制系统，可实现修井作业过程的抽油管及抽油杆的自动存取，运行状态及数据的监控、数据存储及分析；
25.3、本实用新型结构简单，移运方便，安装快速，占地面积小，适用于各种井场布置；
26.4、本实用新型设置有自动排污系统，保证油污不飞溅、不落地，符合国家及国际环保要求；
27.5、本实用新型的管箱是独立的，可以进行任意组合排放，提高排管容量；
28.6、本实用新型设计有管杆自动摆放就位功能，实现管杆的移运、存储，运行过程自动化程度高、智能排管。
附图说明
29.图1为本实用新型的总体结构示意图；
30.图2为本实用新型的主视图；
31.图3为本实用新型的管杆输送系统展开状态的结构示意图；
32.图4为本实用新型的管杆输送系统收起状态的结构示意图；
33.图5为图4的a
‑
a视图；
34.图6为图5的a部放大图；
35.图7为本实用新型的管杆输送系统承接管杆示意图；
36.图8为本实用新型的管杆输送系统偏转移运管杆示意图；
37.图9为本实用新型的分层托架结构示意图；
38.图10为图9的a部放大图；
39.图11为图9的b部放大图；
40.图12为本实用新型的分层托架结构的具体应用示意图；
41.图13为本实用新型的管杆承接系统结构示意图；
42.图14为本实用新型的管杆摆放系统结构示意图；
43.图15为图14的c部放大图；
44.图16为本实用新型的管杆摆放系统的侧面视图；
45.图17为本实用新型的自动排污系统结构示意图；
46.图18为图17的a部放大图；
47.图19为本实用新型控制系统的框图；
48.图20为本实用新型控制系统的控制原理示意图。
49.附图标记说明如下：
50.101、主体管箱；102、管杆输送系统；103、分层托架结构；104、管杆承接系统；105、管杆摆放系统；106、自动排污系统；107、控制系统；108、管杆长度测量系统；
51.201、猫道框架；202、输送传动装置；203、第一输送链轮；204、输送链条；205、第二输送链轮；206、翻转导轨；207、横向双导轨；208、支撑架；209、顶起装置；210、翻转装置；211、第一滚轮；212、第二滚轮；213、上部运动支架；214、管杆；
52.301、旋转限位悬臂梁；302、柱销；304、立柱；305、弹簧；306、定位块；
53.401、剪刀叉支架；402、传动轴；403、驱动传动装置；404、承接平台；405、检测开关；
54.501、横向驱动装置；502、竖向导轨；503、导向杆；504、导向轴承；505、垂直驱动装置；506、横向导轨；507、齿轮；508、齿条；509、第一横向链轮；510、第二横向链轮；511、横向链条；512、拨叉；
55.601、吸污管；602、手动球阀；603、过滤网；604、渣油泵；605、排污管；606、液位检测装置；
56.701、第一传感器；702、第二传感器。
具体实施方式
57.下面结合附图和具体实施例，对本实用新型的总体方案作进一步的详细说明：
58.参见图1、2，本实用新型包括主体管箱101、管杆输送系统102、分层托架结构103、管杆承接系统104、管杆摆放系统105、自动排污系统106、控制系统107和管杆长度测量系统108。管杆输送系统102、分层托架结构103和管杆承接系统104均设置在主体管箱101内，管杆承接系统104设置在管杆输送系统102和分层托架结构103之间，管杆摆放系统105设置在主体管箱101上部，位于分层托架结构103上方。
59.主体管箱101为型钢焊接而成，底部铺设钢格栅，尾部为封闭式，剩余面为开放式，底部分为若干腔体，每一部分底腔结构由型材和钢板制成，底部腔是一个污存储腔体，主体管箱101具有有吊装功能和废液收容功能；主体管箱101前端放置在靠近井口处，通过管杆输送系统102承接由上一个流程送来的管杆，管杆输送系统102将管杆送入主体管箱101后，由管杆承接系统104来承接，管杆摆放系统105设置在主体管箱101的顶部，管杆摆放系统105主要移运经管杆承接系统104运送来的管杆，管杆摆放系统105会将油管或油杆依次摆放到设置于主体管箱101内的分层托架系统103上，油管排放在主体管箱101内的废液会由设置在主体管箱101底部的自动排污系统106排出，当所有油管收纳入主体管箱101中，并完成清洗和维护后，管杆摆放系统105依次将管杆摆放在管杆承接系统104上，由管杆承接系统104移出主体管箱101，回到管杆输送系统102，通过管杆输送系统102将管杆返回井口处。控制系统107固定在主体管箱101一端，控制立体仓储管箱的智能运行，管杆长度测量系统108通过控制管杆输送系统102采集数据进行计算，可对油管油杆进行长度测量。
60.下面我们结合图3、4、5、6、7、8，对本实用新型的管杆输送系统102和管杆长度测量系统108具体说明：
61.参见图3、4、5、6，管杆输送系统102的结构包括猫道框架201，猫道框架201上设置管杆输送装置，管杆输送装置包括第一输送链轮203、第二输送链轮205、在第一输送链轮203和第二输送链轮205上缠绕封闭的输送链条204、驱动第一输送链轮203的输送传动装置202、支撑架208、上部运动支架213和翻转导轨206，第一输送链轮203设置在猫道框架201的前端，第二输送链轮205设置在猫道框架201的中部，上部运动支架213设置在猫道框架201上方，前端与输送链条204连接，后部通过支撑架208与猫道框架201后部活动连接，支撑架208中部与猫道框架201中部之间接有可将支撑架208顶起的顶起装置209，翻转导轨206设置在上部运动支架上，翻转导轨206外侧与上部运动支架213之间设置有可让翻转导轨206翻转的翻转装置210。猫道框架201上方两侧设置有横向双导轨207，上部运动支架213前端底部两侧通过第一滚轮211与横向双导轨207连接。支撑架208前端两侧通过第二滚轮212与
上部运动支架213后部连接。顶起装置209为电缸或液压油缸，翻转装置210为电缸或液压油缸。
62.管杆输送系统102的原始状态如图4所示，当管杆输送系统102工作时，如图3所示，由顶起装置209推动支撑架208，并带动上部运动支架213前端经由第一滚轮211，沿横向双导轨207向左移动，当支撑架208到达指定位置后，由顶起装置209和支撑架208形成稳定三角形结构支撑上部运动支架213，此时，输送传动装置202驱动第一输送链轮203带动输送链条204，输送链条204带动上部运动支架213前端经由第一滚轮211，沿横向双导轨207向左移动，由上部运动支架213经第二滚轮212沿支撑架208前端运行，带动翻转导轨206接近垂直状态，到达井口，将上一道工序的油管或油杆在运送过程中由90
°
放置翻转导轨206上，此时输送传动装置202驱动第一输送链轮203反向旋转，然后将顶起装置209收起，上部运动支架213和支撑架208均回复到水平状态，此时油管或油杆由90
°
放置为水平状态。
63.参见图5、6，当翻转导轨206上的管杆214需要输送到管杆承接系统104上时，由翻转装置210带动翻转导轨206旋转至设定角度，管杆214滚动至设定位置，管杆214进入管杆承接系统104。
64.管杆长度测量系统108包括第一传感器701和第二传感器702，在猫道框架201前端设置有第一传感器701，后端设置有第二传感器702。当管杆经由管杆输送系统102承接运输，从井口将管杆由垂直变为水平，当管杆末端到达猫道框架201起始0位时，第一传感器701给出信号。此时输送传动装置202，驱动第一输送链轮203，带动输送链条204，经横向双导轨207将翻转导轨206整体前移，可以对管杆的长度进行测量操作。当管杆前端端头到达猫道框架201墙壁时，此处设置第二传感器202，第二传感器202工作，发出信号，管杆长度测量系统108记录管杆移动距离l2。而第一传感器701与第二传感器702之间的距离为l1。由此可得出管杆的长度为l1
‑
l2。
65.下面我们结合图9、10、11、12，对本实用新型的分层托架结构103具体说明：
66.参见图9、10、11，分层托架结构103主要作用是分层摆放管杆，此结构架设在主体管箱101一侧内壁，分层托架103包括立柱304和旋转限位悬臂梁301，立柱304竖直设置在主体管箱101底座侧面，立柱304内侧设置旋转限位悬臂梁301，旋转限位悬臂梁301一端与立柱304通过柱销302连接，另一端为自由端。旋转限位悬臂梁301可以为多个，工作时，人工将旋转限位悬臂梁301旋转至横向位置，未工作时，旋转限位悬臂梁301为收起状态，在主体管箱101侧壁平行位置，避开垂直运动件，旋转限位悬臂梁301即为实现管杆分层摆放的管杆架。旋转限位悬臂梁301上下两侧间的间距根据实际需求设计，在使用过程中起到对管杆的支撑作用。旋转限位悬臂梁301间隔一定距离分别固定在立柱304之间，配合用于实现分层摆放管杆的作用，
67.在较佳实施例中，旋转限位悬臂梁301与柱销302连接的一端下方设置有弹簧305，自由端下方设置有定位块306。工作时旋转限位悬臂梁301旋转至横向位置，摆放油管或油杆，弹簧305收缩，旋转限位悬臂梁301下部通过定位块306压在下层旋转限位悬臂梁301上，定位块306起支撑油管和油杆的作用。
68.参见图12，在本实用新型的一个应用实施例中，立柱304为三个，成间隔设置，每个立柱304从上到下依次均对应平行设置有8个旋转限位悬臂梁301。24个旋转限位悬臂梁301构成8层分层托架结构，上面5层摆放油管，下部3层摆放油杆。三个立柱304之间的间距均大
于限位悬臂梁301的长度，使限位悬臂梁301不工作时，即不摆放管杆时，旋转回收在立柱304之间。
69.下面我们结合图13，对管杆承接系统104具体说明：
70.参见图13，管杆承接系统104用来承接管杆输送系统102送来的管杆，承运上下运送，此结构架设在主体管箱101内部，包括剪刀叉支架401、传动轴402、驱动传动装置403、承接平台404和检测开关405，剪刀叉支架401设置在主体管箱101底部结构件上，与管杆输送系统102位置对应，承接平台404设置剪刀叉支架401上，驱动传动装置403通过传动轴402与剪刀叉支架401连接，检测开关405设置在剪刀叉支架401前端。
71.在较佳实施例中，剪刀叉支架401、传动轴402和承接平台404均为两个，分别设置在驱动传动装置403两侧，驱动传动装置403两端分别通过两个传动轴402接两个剪刀叉支架401的底部。
72.工作时，驱动传动装置403驱动传动轴402将剪刀叉支架401顶起，带动承接平台404到达设置高度，接撑油管、油杆，承接平台404拖动油管或油杆沿主体管箱101垂直上下运行，直到油管或油杆离开检测开关405后，控制系统107判定管杆运送到位。
73.下面我们结合图14、15、16，对本实用新型的管杆摆放系统105具体说明：
74.参见图14、15、16，管杆摆放系统105是一套油管、油杆两用的移运系统，此系统架设在主体管箱101顶部，管杆摆放系统105包括管杆摆放单元，管杆摆放单元包括垂直驱动装置505、横向导轨506、两个导向杆503和齿条508，齿条508和两个导向杆503分别与横向导轨506连接，垂直驱动装置505设置在主体管箱101上，通过齿轮507驱动齿条508带动横向导轨506上、下移动，两个导向杆503分别穿过设置在主体管箱101上的两个导向轴承504，两个导向杆503底部内侧分别设置有防止导向杆503摆动的竖向导轨502，横向导轨506上设置有第一横向链轮509、第二横向链轮510、第一横向链轮509和第二横向链轮510上缠绕封闭的横向链条511，驱动第一横向链轮509的横向驱动装置501，第一横向链轮509和第二横向链轮510设置在横向导轨506两端，横向链条511上设置有拨叉512，拨叉512负责拨动管杆进、出。垂直驱动装置505与横向驱动装置501均为电机。
75.在本实用新型的较佳实施例中，管杆摆放单元为两个，平行对称设置在主体管箱101上。
76.本实用新型工作时，首先将分层托架结构103中的旋转限位悬臂梁301人工旋转至横向位置，管杆承接系统104的承接平台404承接管杆后，升至与旋转限位悬臂梁301平行的位置，此时管杆摆放系统105中的两个管杆摆放单元中的垂直驱动装置505驱动齿轮507，齿轮507驱动齿条508，带动横向导轨506同步上、下移动，在此过程中，导向杆503及导向轴承504，起到导向定位作用，当横向导轨506移动至承接平台404承接的管杆上方时，横向驱动装置501驱动第一横向链轮509和第二横向链轮510、同步带动横向链条511上的拨叉512移动，拨动管杆从管杆承接系统104的承接平台404上进入旋转限位悬臂梁301，使管杆滑动进入管位，拨动到位后，通过垂直驱动装置505提升横向导轨506，将拨叉512移动到承接平台404的下一个待拨动的管杆上方，垂直驱动装置505下降横向导轨506，横向驱动装置501开始工作，拨叉512将待拨动的管杆拨动，从管杆承接系统104的承接平台404上进入旋转限位悬臂梁301，如此往复，依次摆放，将同一旋转限位悬臂梁301上的管杆摆满，摆满后，将摆满旋转限位悬臂梁301的上方一层的旋转限位悬臂梁旋转至横向位置，管杆摆放系统105和管
杆承接系统104的承接平台404均上移一层，继续依次将管杆摆放至该旋转限位悬臂梁，重复以上过程，直至将管杆摆放完毕。
77.管杆运出主体管箱101的过程中，运行方向与存储刚好相反，管杆摆放系统105中的两个管杆摆放单元中的垂直驱动装置505驱动齿轮507，齿轮507驱动齿条508，带动横向导轨506移动至分层托架结构103中最上层的旋转限位悬臂梁301上方,管杆承接系统104的承接平台404上移至与最上层的旋转限位悬臂梁301平齐,横向驱动装置501驱动第一横向链轮509和第二横向链轮510、同步带动横向链条511上的拨叉512反向移动,将旋转限位悬臂梁301上的整层管杆拨动到承接平台404上,然后人工将最上层的旋转限位悬臂梁301旋转收起，然后将管杆摆放系统105和管杆承接系统104的承接平台404均下移一层，继续依次将下一层的旋转限位悬臂梁301上存放的管杆拨动到承接平台404上，依次类推，取完后将管杆承接系统104的承接平台404提升至管杆输送系统102的翻转导轨206处，通过管杆输送系统102将管杆送回井口。
78.下面我们结合图17、18，对本实用新型的自动排污系统106具体说明：
79.参见图17、18，自动排污系统106包括焊接在主体管箱101前端的吸污管601，手动球阀602和液位检测装置606安装在底腔内靠近吸污管601的位置，用于控制自动排污，吸污管601进水端安装有可拆卸的过滤网603，渣油泵604栓结在吸污管601上方，排污管605和渣油泵604连接，手动球阀602安装在吸污管601在腔体外末端。
80.自动排污系统106工作时，主体管箱101底部的腔体内收集的污水水位漫过液位检测装置606时，控制系统107控制渣油泵604自动开启，通过底部的腔体外的渣油泵604产生强大的负压吸引力，经吸污管601将经可拆卸的过滤网603初步过滤的污物吸入，由底腔外排污装置将污物经排污管605排出至井口回收，实现了箱体底腔污物和清洗废水的自动排放。
81.下面我们结合图19、20，对本实用新型的控制系统107具体说明：
82.参见图19，控制系统107包含井口防爆操作箱、户外控制柜和检测开关，经由电缆和接插件将井口防爆箱、检测开关和户外控制柜连接，井口防爆箱为可移动设备，放置在井口操作平台上，主要完成设备自动运行的操作。户外控制柜固定在主体管箱101的一端。户外控制柜包括主电源配电、管杆输送传动控制系统、管杆承接控制系统、管杆摆放控制系统、自动排污控制系统、管杆长度测量控制系统、逻辑控制系统及人机界面，主电源配电主要完成380vac的电源通断功能，通过电气元件对电源进行短路过载保护。逻辑控制系统分别与管杆输送传动控制系统、管杆承接控制系统、管杆摆放控制系统、自动排污控制系统、管杆长度测量控制系统连接，人机界面安装在户外控制柜门上。
83.参见图20，操作人员通过井口防爆操作箱对设备进行操作，操作命令通过电缆及接插件连接进入控制器中，系统通过控制器对系统进行速度、位置、方向的控制，控制器通过通讯对各系统的传动装置发出速度、位置控制的命令，传动装置通过控制电机完成速度、位置的控制。每一电机均配备高精度速度传感器，采集电机的实时转速，反馈到传动装置及控制器中，形成闭环控制。在设备运行的轨迹中设置上限位，下限位对设备进行保护，并通过零位开关防止积累误差的产生。可通过人机界面对设备进行状态监控。控制系统的特点是自动化程度高、一键运行、精准定位、智能排管。
84.本实用新型内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。
85.以上，仅为本实用新型公开的具体实施方式，但本实用新型公开的保护范围并不局限于此，本实用新型公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。