CN114352270B - 一种不压井起下油管作业接箍识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于不压井作业技术领域，公开了一种不压井起下油管作业接箍识别系统，包括接箍识别装置，接箍识别装置包括清理模块和测径模块；清理模块包括底座、转动安装在底座上的行星外齿轮以及转动安装在底座上的中间齿轮，中间齿轮上设有多个立轴，立轴上转动安装有与行星外齿轮啮合的行星内齿轮，行星内齿轮上安装有刮板；行星外齿轮与第一驱动单元相连，中间齿轮与第二驱动单元相连。采用清理模块和测径模块相结合的方式，清理模块刮除管壁上的杂质能提高测径模块的精度，实现了对油管接箍位置的精准预测，彻底消除了传统接箍探测装置的测量误差导致的安全风险。

Description

一种不压井起下油管作业接箍识别系统

技术领域

本发明属于不压井作业技术领域，具体涉及一种不压井起下油管作业接箍识别系统。

背景技术

气井不压井作业属于高危作业，一旦发生井喷、泄露等事故，对人员安全危害极大，对井筒内工况识别是保障气井不压井作业安全的重要手段。油套管接箍探测方法主要有接触式探测法、电磁探测法和人工估算法，接触式探测法广泛用于修井作业中的油管接箍探测，也起到了不错的效果。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：单独使用接箍探测装置对油管接箍进行预测，由于井下环境复杂，高温高压以及可能存在油污、淤泥和废金属等探测干扰因素，会极大影响探测装置的准确性，导致接箍探测装置误报，从而在错误的时间打开防喷器闸板，增加了不必要的工作时间，降低了工作效率，可能会导致油管接箍直接撞到防喷器闸板，引起防喷器密封失效甚至被破坏，造成高压油、气泄漏，严重威胁现场作业人员的安全。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明目的在于提供一种不压井起下油管作业接箍识别系统。

本发明所采用的技术方案为：

一种不压井起下油管作业接箍识别系统，包括接箍识别装置，接箍识别装置包括清理模块和测径模块；所述清理模块包括底座、转动安装在底座上的行星外齿轮以及转动安装在底座上的中间齿轮，中间齿轮上设有多个立轴，立轴上转动安装有与行星外齿轮啮合的行星内齿轮，行星内齿轮上安装有刮板；行星外齿轮与第一驱动单元相连，中间齿轮与第二驱动单元相连。

优选地，所述第一驱动单元包括与行星外齿轮的外圆周面啮合的第一传动齿轮以及与第一传动齿轮相连的第一电机，第一电机上设有扭矩传感器。

优选地，所述第二驱动单元包括与中间齿轮啮合的第四传动齿轮、与第四传动齿轮同轴设置的第三传动齿轮、与第三传动齿轮啮合的第二传动齿轮以及与第二传动齿轮相连的第二电机。

优选地，所述测径模块包括相对设置的激光发生器和激光接收器。

优选地，所述接箍识别装置包括壳体，激光发生器的前端和激光接收器的前端均设有第一承压玻璃，第一承压玻璃通过密封压板安装在壳体上。

优选地，所述接箍识别装置还包括摄像模块，摄像模块包括密封端盖、安装在密封端盖上的第二承压玻璃，安装在第二承压玻璃后方的摄像头，摄像头依次与图像信号转换器、分路器和通讯器电性连接。

优选地，所述密封端盖的后端与密封安装座相连，摄像头安装在密封安装座的后端，密封安装座上设有用于摄像头拍摄的圆台形通道，密封端盖上安装有补光灯。

优选地，所述密封安装座与密封端盖之间设有密封压环，密封压环与第二承压玻璃的后端接触；第二承压玻璃与密封端盖之间以及第二承压玻璃与密封压环之间均安装有密封圈。

优选地，所述接箍识别装置下方设有接箍探测装置，接箍探测装置与接箍识别装置电性连接。

优选地，还包括液压控制装置、举升油缸和控制器，接箍探测装置下方设有下闸板防喷器，接箍识别装置上方设有上闸板防喷器；液压控制装置分别与上闸板防喷器、下闸板防喷器和举升油缸相连；控制器分别与接箍探测装置、接箍识别装置和液压控制装置电性连接。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供的一种不压井起下油管作业接箍识别系统，能准确判断油管接箍的位置和状态以及实现整个作业过程全自动化控制，消除了由接箍探测装置和人为因素所产生的判断误差，极大地提高了作业效率和作业安全性；

2.采用清理模块和测径模块相结合的方式，清理模块刮除管壁上的杂质能提高测径模块的精度，实现了对油管接箍位置的精准预测，彻底消除了传统接箍探测装置的测量误差导致的安全风险；

3.清理模块采用可旋转的点接触刮板，比传统的开合式刮板能更全面的刮除油管外壁的污垢和杂质，且对任何尺寸的管柱均能很好的适用，对接箍通过时所带给刮板的径向冲击力也有较好的适应性，保证了刮板的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种不压井起下油管作业接箍识别系统的原理框图。

图2是本发明接箍识别装置的立体图。

图3是本发明接箍识别装置的剖视图。

图4是本发明接箍识别装置另一方向的剖视图。

图5是本发明摄像模块的示意图。

图6是本发明测径模块的示意图。

图7是本发明清理模块的立体图。

图8是本发明清理模块的俯视图。

图9是本发明测径模块的工作原理图一。

图10是本发明测径模块的工作原理图二。

图11是本发明油管起升工作流程图。

图12是本发明油管下放工作流程图。

图中：1-移动卡瓦；2-固定卡瓦；3-上闸板防喷器；4-环形防喷器；5-接箍识别装置；51-壳体；52-摄像模块；521-密封端盖；522-密封安装座；523-第二承压玻璃；524-摄像头；525-图像信号转换器；526-分路器；527-通讯器；528-补光灯；529-密封压环；53-测径模块；531-密封压板；532-第一承压玻璃；533-激光发生器；534-激光接收器；54-清理模块；541-底座；542-行星外齿轮；543-中间齿轮；544-行星内齿轮；545-刮板；546-第一传动齿轮；547-第一电机；548-第四传动齿轮；549-第二传动齿轮；5410-第二电机；5411-顶盖；6-举升油缸；7-接箍探测装置；8-平衡短节；9-下闸板防喷器；10-三闸板防喷器；100-液压控制装置；200-控制器；300-油管；400-接箍。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

如图1至图12所示，本实施例的一种不压井起下油管作业接箍识别系统，包括接箍识别装置5，接箍识别装置5包括壳体51、摄像模块52、测径模块53和清理模块54，摄像模块52、测径模块53和清理模块54均安装在壳体51内。

清理模块54包括底座541、行星外齿轮542、中间齿轮543、行星内齿轮544、刮板545、第一驱动单元和第二驱动单元，行星外齿轮542和中间齿轮543均转动安装在底座541上，行星外齿轮542的外圆周面和内圆周面上均设有轮齿，中间齿轮543的外圆周面上设有轮齿。中间齿轮543上竖直设有三个立轴，每个立轴上均转动安装有行星内齿轮544，行星内齿轮544与行星外齿轮542啮合，为了防止行星内齿轮544阻挡油管，行星内齿轮544设置为半圆形，但并不影响与行星外齿轮542的啮合传动；行星内齿轮544上固定安装有刮板545，清理模块54通过可绕管柱旋转的刮板545对管柱外壁进行清理。

第一驱动单元用于驱动行星外齿轮542转动，第二驱动单元用于驱动中间齿轮543转动，具体的，第一驱动单元包括与行星外齿轮542的外圆周面啮合的第一传动齿轮546以及与第一传动齿轮546相连的第一电机547，第一电机547上设有扭矩传感器。第二驱动单元包括与中间齿轮543啮合的第四传动齿轮548、与第四传动齿轮548同轴设置的第三传动齿轮、与第三传动齿轮啮合的第二传动齿轮549以及与第二传动齿轮549相连的第二电机5410。第一电机547和第二电机5410分别设于壳体51两侧。

底座541上覆盖安装有顶盖5411，用于保护清理模块54的各部件。

清理模块54清理管柱的过程和原理为：首先第二电机5410处于自锁状态，第一电机547开始带动第一传动齿轮546顺时针转动，进而带动行星外齿轮542逆时针转动，行星外齿轮542再带动行星内齿轮544转动，刮板545同步转动并接触管柱对管柱进行夹紧；夹紧后行星外齿轮542会反馈一个扭矩给第一电机547上的扭矩传感器，当扭矩达到预设值时系统将控制第一电机547停止转动并自锁，第二电机5410开始带动第二传动齿轮549转动，通过第三传动齿轮依次带动第四传动齿轮548和中间齿轮543顺时针转动，此时刮板545进一步夹紧管柱，传递至扭矩传感器的扭矩也进一步增大，当扭矩超过预设值时，系统将控制第一电机547开始反向旋转，使扭矩保持在预设范围内浮动，此时随着中间齿轮543保持顺时针转动，刮板545也一直绕着管柱进行刮除清理。

清理模块54采用三爪（或者多爪）环抱式刮板的设计，其对比普通的开合式刮板更适用于各种直径的油管和接箍。本实施例的刮板抓紧管壁后，会绕着管柱中心旋转，同时管柱进行径向举升运动，相当于刮板对管柱进行周向螺旋式向下刮除，对于管壁的污垢有着较强的清除能力，又由于刮板与管壁是点接触且保持旋转状态，即使接箍以较大的提升速度通过，刮板也不会受到很大的径向冲击力，保证了清理模块有较长工作寿命。

测径模块53包括相对设置的激光发生器533和激光接收器534，具体的，激光发生器533和激光接收器534分别安装在壳体51的左右通道内。如图9和图10所示，激光发生器533由若干个激光发光单元组成，每个发光单元均能产生一束激光，若干束密集的激光从激光发生器533产生，穿过壳体51的上下通道到达激光接收器534上，由于油管300和接箍400直径不同，尺寸具有明显差异，其对激光的遮挡范围也不同，由此可判断接箍是否到达指定位置。

激光发生器533的前端和激光接收器534的前端均设有第一承压玻璃532，第一承压玻璃532通过密封压板531安装在壳体51上。第一承压玻璃532与壳体51之间安装有密封圈，第一承压玻璃532与密封压板531之间也安装有密封圈。

壳体51的左右通道内分别安装有一个摄像模块52，摄像模块52用于采集并传输起升油管作业时油管接箍和管柱表面状态的实时影像。摄像模块52包括密封端盖521，密封端盖521上安装有第二承压玻璃523，第二承压玻璃523后方安装有摄像头524，摄像头524依次与图像信号转换器525、分路器526和通讯器527电性连接。

密封端盖521的后端与密封安装座522相连，摄像头524安装在密封安装座522的后端，密封安装座522上设有用于摄像头524拍摄的圆台形通道，密封端盖521上安装有补光灯528。密封安装座522与密封端盖521之间设有密封压环529，密封压环529与第二承压玻璃523的后端接触；第二承压玻璃523与密封端盖521之间安装有密封圈，第二承压玻璃523与密封压环529之间也安装有密封圈。

摄像模块52包括常规的视频采集功能外以及视频分路和远程传输功能，通过摄像头524和图像信号转换器525对图像进行采集和信号转换，实现视频采集功能；分路器526接收到图像信号后，分别将两路信号整合成一路信号，实现视屏分路功能；通讯器527采用远程无线信号发生器，其能将分路器526处理好图像信号通过无线信号实时传递至控制中心，实现远程传输功能。

控制中心包括控制器200、无线信号发生器、无线信号接收器和显示屏，显示屏用于将各类信号以及作业工况集中显示，控制器200分别与接箍探测装置7和接箍识别装置5通讯连接，控制器200分别与无线信号发生器、无线信号接收器和显示屏电性连接。在实际应用中，可将控制器200、无线信号发生器、无线信号接收器和显示屏集成为一可编程的PLC控制柜，可编程控制系统，并将PLC控制柜安装在控制室内。

摄像模块52能实时提供油管和接箍的影像，工作人员只需通过显示屏便能发现管壁是否被腐蚀或部分破损等情况，就能够在油管取出之前暂停举升，在做好相应的井口特种解决措施后再重新举升，将井口的安全风险降到最低。

接箍识别装置5下方设有接箍探测装置7，接箍探测装置7采用现有技术，并将接箍探测装置7安装在接箍识别装置5的壳体51下端，起升油管作业时油管接箍经过接箍探测装置7时接箍探测装置7发出报警信号。接箍探测装置7与控制器200电性连接，其能将警报信号通过无线实时传递至控制中心。

接箍探测装置7检测到接箍后产生警报，此时作业现场和控制中心都能得到报警信息，提醒工作人员查看显示屏，同时接箍识别装置5的清理模块54开始工作，对油管外壁进行刮除清理，刮除干净后的油管继续上升通过测径模块53，测径模块53准确的测定油管直径从而判断接箍是否到达，进而将接箍到达的信号传递给控制中心，系统自动控制防喷器的闸板打开，接箍因此顺利通过，消除了由接箍探测装置的误差带来的风险，控制过程全面自动化也提高了作业效率。

不压井起下油管作业接箍识别系统还包括液压控制装置100和举升油缸6，接箍探测装置7下方依次设有平衡短节8、下闸板防喷器9和三闸板防喷器10，接箍识别装置5上方依次设有环形防喷器4、上闸板防喷器3、固定卡瓦2和移动卡瓦1；液压控制装置100通过液压管道分别与上闸板防喷器3、下闸板防喷器9和举升油缸6相连；控制器200与液压控制装置100通讯连接。

液压控制装置100采用液压控制柜，液压控制柜安装在钻井平台上，其具有控制防喷器液压装置开关的动力装置。

上述不压井起下油管作业接箍识别系统的工作过程和原理为：不压井起升油管作业开始进行时，控制室的PLC控制柜传递给控制带压作业管柱举升的液压控制柜一个举升信号，液压控制柜控制管柱进行上升动作。管柱在上升过程中，当接箍或异物碰到接箍探测装置7，引起接箍探测装置7发出报警信号，此时作业平台和控制室均会响起报警信号，从而引起工作人员的注意。PLC控制柜收到报警信号后，将控制清理模块54开始工作，被刮除干净的管柱继续上行，此前测径模块53一直保持工作状态，激光接收器534收到的激光宽度保持不变或在一个很小的范围内浮动，若此时激光接收器534收到的激光宽度没有变化，则说明之前触发接箍探测装置7报警的是油管上的污垢和异物所致，被清理模块54刮除后恢复了油管原有直径，所以没有改变激光的宽度；于是PLC控制柜控制管柱继续上升，而防喷器闸板不打开；如果此时激光接收器534上的激光宽度改变且保持一段时间不变或在很小的范围内浮动，测径模块53将此时间值发送至PLC控制柜，PLC控制柜将此时间值与预设的接箍通过时间值进行对比，若该时间值在预设时间值误差范围内，则说明接箍已到达预定位置，此时PLC控制柜控制防喷器闸板打开，接箍顺利通过防喷器，同时在系统确认接箍到达预定位置后，将控制清理模块54停止工作并回到初始状态，以延长刮板的工作寿命。

同时工作人员在控制室收到报警信号后，通过查看显示屏观察管柱外壁是否存在腐蚀破损，也能进一步实时确认接箍是否到达预定位置，以确保万无一失地掌握接箍的位置，即使系统出现误判也能通过人为控制的方式打开防喷器闸板，从根本上杜绝了对接箍位置的误判而带来的作业安全风险。

如图11和图12所示，以下详细说明油管起升过程中整个系统的工作流程：

1.正确安装接箍探测装置和接箍识别装置后，操作人员启动液压控制柜，上闸板防喷器和下闸板防喷器均处于关闭状态，此时平衡短节的平衡阀打开，上闸板防喷器和下闸板防喷器之间的环空压力增大，当环空压力增大至于井下压力一致时，停止增压并打开下闸板防喷器，开始对管柱进行举升作业；

2.管柱在上升过程中，接箍被举升至预定位置并触碰接箍探测装置，接箍探测装置发出报警信号，同时将信号传递给PLC控制柜，PLC控制柜产生反馈信号令清理模块开始工作；

3.控制室操作人员得到报警信号后，查看显示屏，以及时发现管柱外壁是否存在破损，同时测径模块对油管进行检测，若确认接箍到达预定位置，PLC控制柜则发出关闭下闸板防喷器指令；若没有发现油管接箍，则管柱继续上升；

4.接箍出现在预定位置，此时下闸板防喷器关闭，平衡短节的泄压阀打开，当上闸板防喷器和下闸板防喷器环空压力降低至大气压时，液压控制柜打开上闸板防喷器，进而控制管柱上行，完成举升过程。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种不压井起下油管作业接箍识别系统，其特征在于：包括接箍识别装置（5），接箍识别装置（5）包括清理模块（54）和测径模块（53）；所述清理模块（54）包括底座（541）、转动安装在底座（541）上的行星外齿轮（542）以及转动安装在底座（541）上的中间齿轮（543），中间齿轮（543）上设有多个立轴，立轴上转动安装有与行星外齿轮（542）啮合的行星内齿轮（544），行星内齿轮（544）上安装有刮板（545）；行星外齿轮（542）与第一驱动单元相连，中间齿轮（543）与第二驱动单元相连。

2.根据权利要求1所述的不压井起下油管作业接箍识别系统，其特征在于：所述第一驱动单元包括与行星外齿轮（542）的外圆周面啮合的第一传动齿轮（546）以及与第一传动齿轮（546）相连的第一电机（547），第一电机（547）上设有扭矩传感器。

3.根据权利要求1所述的不压井起下油管作业接箍识别系统，其特征在于：所述第二驱动单元包括与中间齿轮（543）啮合的第四传动齿轮（548）、与第四传动齿轮（548）同轴设置的第三传动齿轮、与第三传动齿轮啮合的第二传动齿轮（549）以及与第二传动齿轮（549）相连的第二电机（5410）。

4.根据权利要求1所述的不压井起下油管作业接箍识别系统，其特征在于：所述测径模块（53）包括相对设置的激光发生器（533）和激光接收器（534）。

5.根据权利要求4所述的不压井起下油管作业接箍识别系统，其特征在于：所述接箍识别装置（5）包括壳体（51），激光发生器（533）的前端和激光接收器（534）的前端均设有第一承压玻璃（532），第一承压玻璃（532）通过密封压板（531）安装在壳体（51）上。

6.根据权利要求1所述的不压井起下油管作业接箍识别系统，其特征在于：所述接箍识别装置（5）还包括摄像模块（52），摄像模块（52）包括密封端盖（521）、安装在密封端盖（521）上的第二承压玻璃（523），安装在第二承压玻璃（523）后方的摄像头（524），摄像头（524）依次与图像信号转换器（525）、分路器（526）和通讯器（527）电性连接。

7.根据权利要求6所述的不压井起下油管作业接箍识别系统，其特征在于：所述密封端盖（521）的后端与密封安装座（522）相连，摄像头（524）安装在密封安装座（522）的后端，密封安装座（522）上设有用于摄像头（524）拍摄的圆台形通道，密封端盖（521）上安装有补光灯（528）。

8.根据权利要求7所述的不压井起下油管作业接箍识别系统，其特征在于：所述密封安装座（522）与密封端盖（521）之间设有密封压环（529），密封压环（529）与第二承压玻璃（523）的后端接触；第二承压玻璃（523）与密封端盖（521）之间以及第二承压玻璃（523）与密封压环（529）之间均安装有密封圈。

9.根据权利要求1-8任一所述的不压井起下油管作业接箍识别系统，其特征在于：所述接箍识别装置（5）下方设有接箍探测装置（7），接箍探测装置（7）与接箍识别装置（5）电性连接。

10.根据权利要求9所述的不压井起下油管作业接箍识别系统，其特征在于：还包括液压控制装置（100）、举升油缸（6）和控制器（200），接箍探测装置（7）下方设有下闸板防喷器（9），接箍识别装置（5）上方设有上闸板防喷器（3）；液压控制装置（100）分别与上闸板防喷器（3）、下闸板防喷器（9）和举升油缸（6）相连；控制器（200）分别与接箍探测装置（7）、接箍识别装置（5）和液压控制装置（100）电性连接。

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