一种油管及抽油杆周转系统及方法与流程

1.本发明涉及油田井下作业技术领域，具体涉及一种油管及抽油杆周转系统及方法。


背景技术：

2.油田用油管和抽油杆（简称管杆）从新品到报废的寿命周期中，历经多次起下作业并往返于井场和管杆修复（清洗、修复、检测）工厂之间，一个周转流程中最少有四次装卸车和四次排管（现在的周转流程为：
①
出厂合格的管杆在场地上排管存储，
②
装车发往井场，
③
在井场卸车，
④
井场排管，下管杆作业。修井作业起管杆，
⑤
井场排管，
⑥
装车回厂，
⑦
厂内卸车存储，
⑧
上管架排管，进入修复车间，完成一次周转），每个环节都需要人工和辅助机械的重复劳动。以一口泵挂深度1600m的油井为例，总搬运量就有128吨，一万口井的油田年周转搬运工作量就是百万吨级。
3.在修复厂排管基本靠人工，需要吊车、抓管机配合，劳动强度大也危险。排出的管排形状都是用横担隔开的多层管垛，造成排在下面的管子长期积压，按正常流程需要先取出最先存入的管杆，但为了方便取用，只能从最上层管垛取管，不符合同寿命的管理原则，装车时还要翻转腾挪，才能找到符合作业指导书要求的管杆。
4.在井场地面排管以人工为主，近年来也在推广井场排管机械，其结构复杂及可靠性问题，没有被广泛应用。排管机械本身也需要运输、拆装，包括管桥、管架、环保设施等的拆装工作量和劳动强度大，需要吊车（或随车吊）、抓管机等设备辅助，这些辅助设备也要往返于井场和工厂之间，造成浪费。井场上排管只为了下井方便，装车运回厂里后，不同规格的管杆混在一起，需要重新分选排列。
5.周转流程中的各单位都是各自为“站”，不管是在工厂还是在井场，排管和装卸车仅仅是满足本岗位的管理要求，没有上下游一体化的系统性解决方案，存在大量的重复劳动。管杆数据信息没有统一的数据库，周转过程中数据信息与管杆实物脱节，信息数据传递没有连贯性和可操作性。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种油管及抽油杆周转系统，整个周转流程中管杆不落地，具备简捷、可靠、耐用的矿场机械属性并能满足安全环保要求，各个环节都以轻便的单列管排为基础，不需要起吊等其它设备辅助，也不需要人工搬排，提高了管理水平和效率。
7.本发明的技术方案是：一种油管及抽油杆周转系统，包括：排管单元，所述排管单元包括辊道，所述辊道一侧设有倾斜的料架，所述料架一侧设有用于将管杆竖排放置的变位排管器，所述变位排管器的底部设有用于带动变位排管器转动的变位缸，所述变位排管器为u型结构，且变位排管器的开口端与料架一端活动连接；中转站存储单元，所述中转站存储单元为由基座和多根立柱组成的存储架，相邻
两根立柱与基座之间形成用于存储管杆的存储空间；进出站输送单元，所述进出站输送单元包括行走在排管单元与中转站存储单元之间的管杆中转机，所述管杆中转机将管排放入或取出存储空间；装车输送单元，所述装车输送单元包括作业辅助车，所述存储空间内的管排通过变位排管器输送至作业辅助车内。
8.优选的，所述管杆中转机包括在排管单元与中转站存储单元之间移动的机架，所述机架上滑动设有上下移动的动梁，所述动梁上设有多组用于固定管杆的管钩，所述机架上设有升降机构，所述升降结构的一端与动梁连接；所述动梁上还设有用于驱动管钩转动的转位机构。
9.优选的，所述转位机构包括与回转油缸连接的驱动齿轮，所述驱动齿轮的两侧啮合有两个曲柄轮，两个曲柄轮分别通过连杆和曲柄与管钩连接；每组管钩包括两个，分别位于管排的两侧。
10.优选的，所述升降结构包括设置在机架上的两个液压缸，两个液压缸的活塞杆分别通过钢丝绳和滑轮与动梁连接。
11.优选的，所述作业辅助车包括底盘，还包括：固定单元，所述固定单元为底盘上设有的多个花盘支座，所述花盘支座的内圆轨道上安装有多个万向球；回转滚动单元，所述回转滚动单元包括转动设置在花盘支座内的花盘，相邻花盘通过连接板连接，所述花盘内设有多个呈中心放射状的管杆槽，且多个管杆槽的深度不一；驱动单元，所述驱动单元包括安装在底盘上的马达，所述马达经变速机构连接有主轴，所述主轴两端安装有轴承，多个花盘分别固定在主轴上，且两端的花盘通过连接板与轴承连接在一起；所述多个花盘、轴承和连接板形成一个整体结构的回转滚筒。
12.优选的，所述作业辅助车还包括固定在底盘两侧的高立柱，两个高立柱之间设有多个伸缩立柱，两个高立柱之间安装有位于伸缩立柱顶部的折叠平台，所述折叠平台的一端与高立柱铰接，高立柱下方还设有支撑缸，所述支撑缸的伸缩端与折叠平台的另一端铰接，所述折叠平台上还设有折叠管桥和动力猫道。
13.优选的，所述底盘上还设有油污收集系统，所述油污收集系统包括设置在底盘边缘的挡板，所述底盘上设有用于存储油液的积液槽，所述底盘上设有与积液槽连通的地漏孔。
14.优选的，所述中转站存储单元上通过多根立柱形成高度不同的整装管排和散装管排。
15.一种油管及抽油杆的周转方法，包括以下步骤：1）管杆排列，管杆由辊道和料架输送到变位排管器，并通过变位缸将倾斜的变位排管器转动为垂直位置，将单根管杆排成一列并完成基础数据采集，等待中转；2）管杆进入中转站，管杆中转机按要求通过管钩抱住管杆，通过升降机构带动动梁将变位排管器内的管杆上升，然后进入中转站到达指定位置后，动梁下降，管排进入存储空间内存储，管钩转动，动梁上升，管杆中转机返回起始位置，在排管器和中转站之间往返；3）出站装车，管杆中转机将存储空间内的管排搬运到变位排管器内，然后通过变位排管器通过料架将其装入作业辅助车花盘的管杆槽中，然后马达驱动主轴带动花盘转动
一个角度，继续装入下一个管杆槽，直到装满为止；4）辅助下管杆作业，作业辅助车载着管杆到达井场，通过支撑缸放下折叠平台，使动力猫道对准井口中心并呈向下倾斜状态，马达驱动主轴带动花盘转动，同时管杆槽内的管杆在倾斜的角度下依次滚出，当一个管杆槽的管杆卸载完成后，花盘转动一个角度，下一个管杆槽对准折叠管桥继续卸载，直到完成下管杆作业；5）辅助起管杆作业，作业辅助车空车到达井场，放下折叠平台，支撑缸将折叠平台向上倾斜，倾斜角度与管杆槽倾角一致，动力猫道中心对准井口中心，从动力猫道上来的管杆逐根送到折叠管桥上，然后逐根进入管杆槽，当一个管杆槽装满后，花盘转动一个角度，下一个管杆槽对准折叠管桥继续作业，直到完成起管杆作业；6）卸车，将井场回来的管杆从作业辅助车上卸载到料架上，按井号调取当初下管杆清单核对，完成数据信息的全部流程。
16.本发明与现有技术相比较，具有以下优点：1.由排管单元、中转站存储单元、进出站输送单元和装车输送单元组成的管杆周转系统，独立完成周转过程，不需要其它吊装运输辅助设备。
17.2.全流程自动化程度高，只需要操作控制系统（辅助作业车是司机驾驶）即可完成周转流程，不需要人工搬排。
18.3.将管排竖向设置，以单列管排为搬运单位不仅方便搬运，而且是管杆自动化周转的基础，单列管杆根数从1根至hn根，既解决了传统堆垛式排管造成的重复劳动问题，又实现了机械化组合配发管杆，符合管杆先进先出的管理原则。
19.4.管杆数据信息从单根汇集到单列，从单列汇集到一车或是一井，始终完整传递，管柱组配、长度测量计算等下管杆作业的技术准备工作前移到工厂，避开井场环境的不利影响，使技术准备更充分更准确。
20.5.排管单元结构简单，变位排管器动作单一，与前后工序无缝衔接，用简捷可靠的方式解决了管杆存放自动化的物理形态问题。
21.6.管杆中转机的管钩“双抱”管杆，使管杆中转机可以在狭窄的列间距内灵活存取；管钩升降和转位动作采用液压机械“死点”控制，不需要用其它方法检测是否到位，确保了运行的可靠性；动梁和滑轨的配合导向，保证了运行平稳性；行走伺服电机与机架上的编码器组成闭环控制，确保了定位准确性。
22.7.中转站存储单元结构紧凑，单列存储为数据库管理和管杆数据信息传递创造了条件；整装管排和散装管排的设置，满足了机械化配发的需求。
23.管杆中转机采用动力电池驱动，控制信号采用无线传输，没有传统的电源线、信号线及繁杂的感应开关，使中转站存储单元占地利用率提高到极致，不影响厂房、道路及其他设备。
24.8.辅助作业车替代了井场上的管桥管架、人工排管、装卸车及运输；花盘回转替代了排管机械复杂的坐标运动及抓举机械手；井场面积减小并解决了地面排管的污染问题；折叠平台及动力猫道，避免了管杆二次搬运与装卸，做到管杆不落地。
25.9.进出站输送单元简单实用，避免了抓管机或吊车对管杆的损伤，降低了人身安全风险。
附图说明
26.图1为本发明的结构流程图；图2为本发明排管单元的结构示意图；图3为本发明排管单元的工作状态图；图4为本发明进出站输送单元的结构示意图；图5为图4的左视图；图6为本发明转位机构的结构示意图；图7为本发明管钩的工作位置示意图；图8为本发明中转站存储单元的结构示意图；图9为本发明装车输送单元的结构示意图；图10为本发明作业辅助车的结构示意图；图11为本发明图10中的b-b剖视图；图12为本发明图11中的c-c剖视图；图13为本发明作业辅助车的卸车状态图；图14为本发明翻板机构的结构示意图；图中：11.辊道，12.料架，13.变位排管器，14.变位缸，15.转轴，21.机架，22.动梁，23.升降机构，24.管钩，25.转位机构，25.1.驱动齿轮，25.2.曲柄轮，25.3.连杆，25.4.曲柄，26.滑轨，31.基座，32.垫管，33.散装管排，34.立柱，35.整装管排，51.驱动马达，52.齿轮，53.主轴，54.轴承，55.轴承座，56.花盘，57.管杆槽，58.纵向连接板，59.花盘支座，60.万向球，61.高立柱，62.支撑缸，63.动力猫道，64.折叠平台，65.折叠管桥，66.翻板机构，67.伸缩立柱，68.挡板，69.地漏孔，70.积液槽，71.车辆底盘。
具体实施方式
27.下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。
28.实施例1参见图1-图9，一种油管及抽油杆周转系统，包括排管单元、中转站存储单元、进出站输送单元和装车输送单元。
29.其中，排管单元包括辊道，辊道11一侧设有倾斜的料架12，料架12一侧设有用于将管杆竖排放置的变位排管器13，变位排管器13底部通过转轴15与支架上端转动连接，变位排管器13的底部设有用于带动变位排管器13转动的变位缸14，变位排管器13为u型结构，且变位排管器13的开口端与料架12一端活动连接。
30.管杆排列是周转流程第一步，将单根管杆排成一列并完成基础数据采集，作为后续流程中的基本单位。周转流程的起点是管杆修复车间合格品出口，经由测长称重喷标设备和翻板机构66，到达辊道11，出厂时每根管杆带钢级标识。准备发往井场的新管杆，也要从这一步开始。
31.具体为：管杆由辊道11输送到排管单元，如图2所示，由翻板机构66举升到料架12上，翻板机构66为拉杆式翻板，如图14所示，翻板放平状态下管杆进入辊道11，在伸缩缸拉动翻板立起来的同时管杆被举升到翻板的斜面上，管杆沿翻板斜面滚动到翻板端部，当翻板再次放平时，管杆就落到了料架12上，完成一次横向移动。翻板机构66也用于管杆从料架
12到辊道11的横向移动，步骤相同，斜度方向不同。管杆在动力猫道63和折叠管桥65之间的移动也用翻板机构66。此为现有技术，不再赘述。变位缸14为伸缩缸，通过变位缸14控制变位排管器13处于倾斜位置，且变位排管器13的倾斜度与料架12相同，使其开口端与料架12接触；这样管杆滚动进入变位排管器13。变位排管器13宽度略大于管杆直径d，排管器内部用衬板调节不同直径的管杆对应的宽度，管杆根数从1到hn，hn与d的乘积就是单列管排的高度。当根数等于hn后，停止排管，变位缸14工作，变位排管器13以转轴15为中心，由倾斜变为垂直位置，等待中转。从此开始，变位排管器13内的管排叫做单列管排：垂直方向有一层或多层、水平方向每层只有一根管杆，称作单列管排。
32.上述的中转站存储单元为由基座31和多根立柱34组成的存储架，相邻两根立柱34与基座31之间形成用于存储管杆的存储空间；中转站在管杆轴向分布四条基座31，基座31上有垫管32和立柱34，基座31加垫管32的高度一般500mm，立柱34高度等于hn*d 2d，相邻两立柱34列宽略大于d，存储空间内设有衬板，可根据管杆的不同直径d用衬板调节列宽。中转站长度由管排列数决定，最大列数ln越大，场地利用率越高。单列管排根数hn为设计最大根数，根数为hn的管排称为整装管排35，中转站内还设置有若干散装管排33，散装管排基本根数为1、2、5，也可根据需要设置其它根数，具体搬运时，通过整装管排35内的管排加上散装管排33内的管杆数量即可达到装车数量，无需拆散整装管排35，便于搬运，也能减少搬运次数。这些散装管排33从变位排管器13那里开始由管杆中转机搬运过来，而不是人工搬排。出站时用这些散装管排33满足作业指导书要求的规格数量，这个“凑数”过程由中转机完成，不需要人工搬排。
33.进出站输送单元包括行走在排管单元与中转站存储单元之间的管杆中转机，管杆中转机将管排放入或取出存储空间；其中，管杆中转机包括在排管单元与中转站存储单元之间移动的机架21，机架21上滑动设有上下移动的动梁22，动梁22上设有多组用于固定管杆的管钩24，机架21上设有升降机构23，升降机构23的一端与动梁22连接；动梁22上还设有用于驱动管钩24转动的转位机构25。
34.升降机构23包括设置在机架21上的两个液压缸，两个液压缸的活塞杆分别通过钢丝绳和滑轮与动梁22连接，活塞行程与起升高度相同，左右死点就是动梁升降的上下死点，不用检测位置。
35.转位机构25包括与回转油缸连接的驱动齿轮25.1，驱动齿轮25.1的两侧啮合有两个曲柄轮25.2，两个曲柄轮25.2分别通过连杆25.3和曲柄25.4与管钩24连接；每组管钩24包括两个，分别位于管排的两侧。管钩24随着曲柄25.4转位，实现管钩a、b两个位置的转换，如图7所示。
36.机架21两端设置滑轨26，动梁22两侧有轴，轴上安装滚轮轴承，滚轮轴承在滑轨26内两个方向上都能定位扶正，使动梁22和管排在升降、行走过程中，准确导向，不晃不摇，平稳运行。
37.变位排管器13在完成排管后处于垂直状态，管杆中转机按指令从起始位置到达变位排管器13位置，动梁22下降到下死点，转位机构25将管钩24由a位转至b位，动梁22上升，左右两管钩抱住管排上升，动梁22继续上升至上死点，管杆中转机开始在轨道上运行进入中转站，到达指定位置后，动梁22下降，管排进入两立柱34之间的存储空间，将管排放到基
座31和垫管32上，到达下死点后，管钩24由b位转为a位，动梁22上升至上死点，管杆中转机按指令返回起始位置待命。
38.管杆中转机在场地轨道上运行，采用动力电池驱动，停留在初始位置（中转站某一特定位置）待机时充电；电池箱、电气控制系统及液压站安装在机架21上，电气控制系统与控制中心之间采用无线通信；中转站周围没有线缆及支架，不影响其他设备通行。轨道侧面装有同步齿条与安装在机架21上的编码器齿轮啮合，该编码器与伺服驱动电机组成闭环控制，确保在运行轨道上的精准定位。
39.管杆中转机把中转站内的管排搬运到装车输送单元。管杆中转机的动作顺序是进站流程的逆动作，不再赘述。
40.上述的装车输送单元包括作业辅助车，存储空间内的管排通过变位排管器13输送至作业辅助车内。
41.管杆中转机出站到达装车输送单元，此时变位排管器13处于垂直状态，中转机动梁22下降到下死点，将管排放入变位排管器13，然后返回中转站。变位缸14动作，将变位排管器13变为倾斜状态并与料架12倾斜角度相同。此时料架12与作业辅助车的花盘56上某一个管杆槽57对应，管杆滚入管杆槽57中，然后花盘56转动一个角度，下一个管杆槽57继续，直到装满为止。
42.实施例2基本与实施例1相同，不同之处在于：如图9和图10所示，作业辅助车包括车辆底盘71，还包括固定单元、回转滚动单元和驱动单元。
43.其中，固定单元为车辆底盘71上设有的多个花盘支座59，如图12所示，花盘支座59的内圆轨道上安装有多个万向球60；回转滚动单元包括转动设置在花盘支座59内的花盘56，相邻花盘56通过连接板58连接，花盘56内设有多个呈中心放射状的管杆槽57，且多个管杆槽57的深度不一，这样在保证强度的前提下，尽可能使管杆槽57多一些。管杆槽57宽度略大于管杆直径，花盘支座59用于支撑管杆重量；通过万向球60能减轻管杆在运动中与花盘支座59的摩擦阻力。
44.如图11所示，驱动单元包括安装在车辆底盘71上的马达51，马达51经变速机构连接有主轴53，主轴53两端安装有轴承54，轴承54安装在轴承座55上，多个花盘56分别固定在主轴53上，且两端的花盘56通过连接板58与轴承54连接在一起；多个花盘56、轴承54和连接板58形成一个整体结构的回转滚筒。
45.作业辅助车还包括固定在车辆底盘71两侧的高立柱61，两个高立柱61之间设有多个伸缩立柱67，两个高立柱61之间安装有位于伸缩立柱67顶部的折叠平台64，折叠平台64的一端与高立柱61铰接，高立柱61下方还设有支撑缸62，支撑缸62的伸缩端与折叠平台64的另一端铰接，折叠平台64上还设有折叠管桥65和动力猫道63，折叠管桥65上也设有翻板机构66。
46.运输途中，折叠平台64处于折叠状态，如图10所示，此时支撑缸62将折叠平台64立起处于垂直状态，用插销固定在高立柱61上；在下管杆作业时，折叠平台64处于伸展状态，如图12所示，支撑缸62将折叠平台64放平并向下倾斜，倾斜角度基本与管杆槽57倾角一致，便于管杆滚动。然后将折叠管桥65立起来，管杆槽57内的管杆依次滚到折叠管桥65上，在翻板机构66的控制下逐根将管杆送到
动力猫道63上。当一个管杆槽57的管杆卸载完成后，花盘56转动一个角度，下一个管杆槽57对准折叠管桥65继续卸载，直到完成下管杆作业。
47.在起管杆作业时，折叠平台64处于伸展状态，支撑缸62将折叠平台64向上倾斜，倾斜角度基本与管杆槽57倾角一致，便于管杆滚动。从动力猫道63上来的管杆在翻板机构66的控制下逐根送到折叠管桥65上。然后逐根进入管杆槽57，当一个管杆槽57装满后，花盘56转动一个角度，下一个管杆槽57对准折叠管桥65继续作业，直到完成起管杆作业。
48.卸车料架一般是进修复车间的进料管架，也可以是待修复的存储管架。如图13所示，此时料架12与作业辅助车花盘56上某一个管杆槽57对应，管杆滚到料架12上，由翻板机构66将管杆移动到辊道11上送入车间；花盘56转动一个角度，下一个管杆槽57继续，直到卸完为止。也可以卸载到带变位排管器13的装置上（与排管装置相同），然后单列存储。
49.至此，一个管杆周转流程结束，进入下一次周转。
50.数据流程：在排管单元，通过测长称重装置自动采集单根管杆信息：长度、重量、直径，壁厚（衍生数据），将钢级、直径、壁厚、长度这一组数据喷标在管杆表面，便于井场技术人员现场检查复核；单列排管结束后可得这一列管排的以下数据：合计重量
①
、合计长度
②
、根数
③
，用鼠标选择输入这一列管排的名称
④
、规格（直径）
⑤
、钢级
⑥
、来源井号（或年限）
⑦
、管排顺序号
⑧
，此时管杆数据信息从单根汇集到单列，这些数据信息都归集到控制中心数据库中；在中转站存储单元，获取单列管排的位置号
⑨
、进站日期
⑩
。
51.为实现自动化操作，列位编号１～ln的每一个立柱34上都有物料感应器，数据管理系统中实时显示物料状态，每一列都有独立的数据信息
①
～
⑩
，在这10组数据的基础上，可实现统计、查询、输出等功能，实时提供管杆存量分析报告。
52.在装车输送单元，按管柱设计或作业指导书的要求制定管杆配发方案，确认本次出站的各列位置号，按照下井顺序逐列出站，数据从单列汇集到一车或是一井，同时获取这一列管排的出站日期
⑪
录入数据库，列位标识为空。打印管杆出站清单随货同行。
53.在辅助下管杆单元，工厂配发的管杆完全符合管柱设计要求，按顺序操作即可。若需要管柱分段长度，就直接在管体上找喷涂标识长度累加计算，不必再在井场用人工拉卷尺测量长度。
54.在卸载单元，卸车完成后或在进车间时，按井号调取当初下管杆清单核对，对单井管杆进行物理隔断标识，为下一个周转过程提供数据。修复过程中的检测结果，将成为井况分析依据。
55.至此完成数据信息的全部流程。
56.实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于，所述车辆底盘71上还设有油污收集系统，如图12所示，油污收集系统包括设置在车辆底盘71边缘的挡板68，车辆底盘71上设有用于存储油液的积液槽70，车辆底盘71上设有与积液槽70连通的地漏孔69。管杆携带的油污汇集到车辆底盘71上，受挡板68阻隔不会流向地面。车辆底盘71上的油污通过地漏孔69流入积液槽70，回厂后清空积液槽70。作业辅助车油污收集系统替代了传统地面管架的防渗布或船型接油盘。
57.另外，本发明利用上述结构还提出一种油管及抽油杆的周转方法，包括以下步骤：1）管杆排列，管杆由辊道11和料架12输送到变位排管器13，并通过变位缸14将倾斜的变位排管器13转动为垂直位置，将单根管杆排成一列并完成基础数据采集，等待中转；2）管杆进入中转站，管杆中转机按要求通过管钩24抱住管杆，通过升降机构23带动动梁22将变位排管器13内的管杆上升，然后进入中转站到达指定位置后，动梁22下降，管排进入存储空间内存储，管钩24转动，动梁22上升，管杆中转机返回起始位置，在排管器和中转站之间往返；3）出站装车，管杆中转机将存储空间内的管排搬运到变位排管器13内，然后通过变位排管器13通过料架12将其装入作业辅助车花盘56的管杆槽57中，然后马达51驱动主轴53带动花盘56转动一个角度，继续装入下一个管杆槽57，直到装满为止；4）辅助下管杆作业，作业辅助车载着管杆到达井场，通过支撑缸62放下折叠平台64，使动力猫道63对准井口中心并呈向下倾斜状态，马达51驱动主轴53带动花盘56转动，同时管杆槽57内的管杆在倾斜的角度下依次滚出，当一个管杆槽57的管杆卸载完成后，花盘56转动一个角度，下一个管杆槽57对准折叠管桥65继续卸载，直到完成下管杆作业；5）辅助起管杆作业，作业辅助车空车到达井场，放下折叠平台64，支撑缸将折叠平台64向上倾斜，倾斜角度与管杆槽57倾角一致，动力猫道63中心对准井口中心，从动力猫道63上来的管杆逐根送到折叠管桥65上，然后逐根进入管杆槽57，当一个管杆槽57装满后，花盘56转动一个角度，下一个管杆槽57对准折叠管桥65继续作业，直到完成起管杆作业；6）卸车，将井场回来的管杆从作业辅助车上卸载到料架12上，按井号调取当初下管杆清单核对，完成数据信息的全部流程。
58.本发明并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。