CN114837582B - 油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田修井作业设备技术领域，公开了油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置。该装置包括第一滑座，所述第一滑座固设在安装座上；所述第一滑座内转动安装有固定块；所述固定块上设有夹持机构、定位机构；第二滑座及转动设于第二滑座的上卸扣机构。通过定位机构，找到接箍的夹持平面，进而使夹持机构通过夹持平面夹紧接箍，然后通过上卸扣机构使接箍上方的抽油杆与接箍分离或连接，完成接箍上方的抽油杆与接箍的上卸扣工作。夹持机构通过夹持平面夹紧接箍，使夹持效果更好，有效的防止松动。

Description

油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置

技术领域

本发明属于油田修井作业设备技术领域，涉及油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置。

背景技术

修井作业需要将抽油杆从油井抽出，放置到排管架，问题解决后，需要将抽油杆重新下放到油井内。相邻的抽油杆之间由接箍连接，需要将接箍夹紧固定，然后旋转已夹紧的接箍上方的抽油管，使之与已夹紧的接箍脱离或连接，完成抽油杆的上卸扣工作。人工操作的话，需要多人协作，劳动强度大，效率低，还存在一定安全隐患。对接箍的夹紧固定上，如果夹持不牢固，容易松动，影响已夹紧的接箍上方的抽油杆的上卸扣动作。

为解决上述问题，本发明提出了油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置，包括：第一滑座，所述第一滑座固设在安装座上；所述第一滑座内转动安装有固定块；所述固定块上设有夹持机构、定位机构；所述定位机构包括套筒、与套筒滑动连接的套杆、限位转动设置于套杆远离套筒的端面上的滚珠；设在套筒内的压力传感器和弹簧；所述弹簧抵接在套杆和压力传感器之间；所述夹持机构通过定位机构测算出的结果而动作进而夹紧接箍的夹持平面处；第二滑座，所述第二滑座设于第一滑座的上方，且与第一滑座共轴线；所述第二滑座上转动安装有上卸扣机构；所述上卸扣机构动作而夹紧已夹紧的接箍上方的抽油杆，并带动已夹紧的接箍上方的抽油杆旋转，使已夹紧的接箍上方的抽油杆与已夹紧的接箍脱离。

进一步地，所述定位机构还包括第二气缸；第二气缸的底座固定在固定块内；第二气缸的推杆与套筒固定连接；所述固定块上开设有安装槽，套筒滑动设置在固定块的安装槽内。

进一步地，所述夹持机构包括两组夹持组件；两组所述夹持组件分设在固定块的两侧；所述夹持组件包括第一气缸、第一夹板、固定杆；所述固定杆的一端与固定块固定连接；所述固定杆的另一端与第一气缸的底座固定连接；所述第一气缸的推杆与第一夹板固定连接。

进一步地，所述第一滑座内设有滑槽；所述滑槽滑动设置有第一滑块；所述固定块固定在第一滑块上。

进一步地，所述第一滑座上固设有第一电机；所述第一电机的电机轴上固设有第一齿轮；所述第一滑块上设有与第一齿轮相啮合的第一齿环。

进一步地，所述上卸扣机构包括驱动组件和夹紧组件；所述夹紧组件对已夹紧的接箍上方的抽油杆进行夹紧，然后驱动组件带动已夹紧的接箍上方的抽油杆转动而使已夹紧的接箍上方的抽油杆与已夹紧的接箍脱离。

进一步地，所述驱动组件包括第二电机、第二齿轮、第二滑块；所述第二电机固定在第二滑座上；所述第二齿轮固定设置在第二电机的电机轴上；第二滑座内滑动设置有所述第二滑块；所述第二滑块上固定设有与第二齿轮相啮合的第二齿环。

进一步地，所述夹紧组件包括第三气缸、第二夹板；所述第三气缸有两个，其底座对称固设在第二滑块的内圈上；所述第三气缸的推杆与第二夹板固定连接。

进一步地，还包括控制器；所述压力传感器、第一电机、第二电机、第一气缸的电气控制阀、第二气缸的电气控制阀、第三气缸的电气控制阀分别与控制器电性连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过定位机构，找到接箍的夹持平面，进而使夹持机构通过夹持平面夹紧接箍，然后通过上卸扣机构使已夹紧的接箍上方的抽油杆与接箍分离或连接，完成已夹紧的接箍上方的抽油杆与已夹紧的接箍的上卸扣工作。降低了劳动强度，节省了人力，提高了工作效率，提高了安全性。夹持机构通过夹持平面夹紧接箍，使夹持效果更好，有效的防止松动。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中接箍的结构示意图；

图3是本发明中第一滑座的结构示意图；

图4是本发明中第一滑座的局部爆炸示意图；

图5是本发明中固定块的剖面图；

图6是本发明中第二滑座的结构示意图。

图中：1、底座；2、安装座；3、第一滑座；4、滑槽；5、第一电机；6、第一齿轮；7、第一滑块；8、第一齿环；9、固定块；10、固定杆；11、第一气缸；12、第一夹板；13、第二气缸；14、套筒；15、套杆；16、滚珠；17、压力传感器；18、滑动块；19、弹簧；20、固定板；21、连接杆；22、第二滑座；23、第二滑块；24、第二电机；25、第二齿轮；26、第三气缸；27、第二夹板；28、抽油杆；29、接箍。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图6所示，本发明采用的技术方案如下：油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置，包括底座1。底座1上固定有安装座2。安装座2上固设有第一滑座3，第一滑座3上开设有滑槽4，滑槽4内滑动设置有第一滑块7，第一滑块7上固定设有固定块9。第一固定块9上设有夹持机构和定位机构。

如图1所示，第一滑座3的上方设有第二滑座22。安装座2的上端固定安装有四根连接杆21，连接杆21的上端固定安装有固定板20，第二滑座22固设在固定板20上。第二滑座22和第一滑座3共轴线。第二滑座22上转动安装有上卸扣机构。第一滑座3和第二滑座22均为具有缺口的环形，且第一滑座3的缺口处和第二滑座22的缺口处上下对应。

抽油杆柱包括依次相连的若干节抽油杆28，相邻抽油杆28之间由接箍29连接。抽油杆28与接箍29螺纹连接。接箍29的外侧面上开设有夹持平面，接箍29的外侧平面除去夹持平面外均为外圆面。夹持平面为对称的两个平面。这两个夹持平面方便夹持机构对接箍29夹持。

如图5所示，定位机构包括套筒14、套杆15、滚珠16、压力传感器17、弹簧19、第二气缸13。

固定块9内开设有安装槽，第二气缸13的底座固定在固定块9的安装槽内，第二气缸13的推杆与套筒14固定连接。套筒14滑动设置在固定块9的安装槽内。套杆15的一端滑动设置在套筒14内，滚珠16限位转动设置于套杆15的另一端的端面上。套杆15正指向第一滑块7的轴心线。压力传感器17固设在套筒14内远离套杆15的一端。套筒14内滑动设有抵压压力传感器17的滑动块18，弹簧19抵接在滑动块18和套杆15之间。弹簧19通过滑动块18对压力传感器17施加压力。

通过已知的现有提拉设备使抽油杆柱处于第一滑座3的中间，使抽油杆柱和第一滑座3共轴线，并且待夹紧的接箍29与滚珠16、夹持机构处于同一水平面。启动第二气缸13，使第二气缸13伸长，推动套筒14向靠近接箍29的方向移动。当滚珠16与接箍29接触后，继续使套筒14移动，套杆15会向套筒14的内部移动，进而使弹簧19被压缩，弹簧19对压力传感器17产生压力。套杆15位移一定距离后，压力传感器17有一个压力值。关闭第二气缸13。使固定块9沿着滑槽4转动，进而使套筒14、套杆15绕着第一滑座3的轴线转动。以接箍29的轴心线为中心线，滚珠16抵着接箍29的外侧面进行公转。滚珠16公转180°。

此过程中，当滚珠16处于夹持平面的中心点处时，压力传感器17受到的压力最小，此时压力传感器17的读数最小。滚珠16由中心点处向一侧移动时，套杆15向靠近压力传感器17方向移动，进而压缩弹簧19，使弹簧19的弹性势能增大，压力传感器17受到的压力逐渐增加，到达外圆面时达到最大。滚珠16在外圆面移动时，压力传感器17受到的压力恒定，压力传感器17的读数不变。当滚珠16由夹持平面的一侧向夹持平面的中心点处运动过程中，在弹簧19的作用下套杆15向接箍29的方向移动，弹簧19的弹性势能变小，进而对压力传感器17的压力变小，使压力传感器17的读数变小。

由于两个夹持平面关于接箍29的轴线对称，在滚珠16绕着接箍29公转180°过程中，滚珠16一定经过了夹持平面的中间位置，此时压力传感器17的读数最小。根据控制器的计算，可以算出当滚珠16公转了多少角度，达到了夹持平面的中间位置。滚珠16与接箍29贴紧且压力传感器17与接箍29之间产生压力值，此时，压力传感器17与接箍29之间处于初始位置。然后滚珠16在第一电机5的带动下匀速驱动旋转，在此过程中，控制器对压力传感器17的压力值与旋转时间进行记载，形成压力传感器17的压力值与旋转时间的一一对应关系。压力传感器17的压力值与旋转时间建立关系图。滚珠16绕着接箍29的轴心线旋转180°需要时间Q。滚珠16绕着接箍29的轴心线旋转，当压力传感器17的读数达到最小时记为第二位置，滚珠16由初始位置旋转至第二位置需要时间X。滚珠16由初始位置正向旋转180°后需反转的角度Y=180°-180°×（X/Q），此时滚珠16达到了夹持平面的中间位置。另外，滚珠16由初始位置正向旋转180°后需反转的角度Z=180°-180°×（X/Q）+90°，此时两个第一夹板12正对夹持平面。

如图4所示，夹持机构包括两组夹持组件。两组夹持组件分设在固定块9的两侧。夹持组件包括第一气缸11、第一夹板12、固定杆10。固定杆10的一端与固定块9固定连接，固定杆10的另一端与第一气缸11的底座固定连接。第一气缸11的推杆与第一夹板12固定连接。两个第一夹板12相对设置并关于第一滑座3的轴线对称。第一夹板12与滚珠16成90度，并与滚珠16处于同一高度。

当得出滚珠16的公转角度后，进一步的可以计算出固定块9应该反转多少角度时，使第一夹板12正好与夹持平面相对。然后根据得出的数值，驱动固定块9沿着滑槽4反转相应角度，此时，第一夹板12正好与夹持平面相对。然后启动第一气缸11，使第一夹板12逐渐靠近夹持平面，直到夹紧夹持平面。

第一滑座3的两端均固设有第一电机5，第一电机5的电机轴固设有第一齿轮6。第一滑块7上固设有与第一齿轮6相啮合的第一齿环8。

第一电机5启动，带动第一齿轮6转动，第一齿轮6带动第一齿环8转动，进而使第一滑块7沿着滑槽4转动。进而带动固定块9绕着接箍29的轴线转动。

上卸扣机构包括驱动组件和夹紧组件。夹紧组件对已夹紧的接箍29上方的抽油杆28进行夹紧，然后启动驱动组件，使驱动组件带动夹紧组件旋转，进而使已夹紧的接箍29上方的抽油杆28转动，使该抽油杆28与接箍29脱离。

驱动组件包括第二电机24、第二齿轮25、第二滑块23。

第二电机24有两个，分别固设在第二滑座22的两端。

第二齿轮25有两个，分别固定在对应的第二电机24的电机轴上。

第二滑座22内侧滑动设置有第二滑块23。第二滑块23上设有与第二齿轮25相啮合的第二齿环。夹紧组件固设在第二滑块23上。

夹紧组件包括第三气缸26、第二夹板27。

第三气缸26有两个，其底座对称固设在第二滑块23的内圈上。第二夹板27有两个，分别固定在对应的第三气缸26的推杆上。

当夹持机构夹紧待夹紧的接箍29后，启动第三气缸26，使第三气缸26伸长，使第二夹板27逐渐靠近已夹紧的接箍29上方的抽油杆28并夹紧该抽油杆28。然后提拉设备提拉已夹紧的接箍29上方的抽油杆28。启动第二电机24，第二电机24通过第二齿轮25、第二齿环带动第二滑块23绕着抽油杆28的轴线转动，进而使已夹紧的接箍29上方的抽油杆28转动，使已夹紧的接箍29上方的抽油杆28与已夹紧的接箍29脱离。

所述装置还包括控制器。且压力传感器17、第一电机5、第二电机24、第一气缸11的电气控制阀、第二气缸13的电气控制阀、第三气缸26的电气控制阀均与控制器电性连接。

工作原理：使用时，将该装置通过底座1安装在修井工作平台上，使第一滑座3和第二滑座22的圆心与井口的圆心处于同一竖直线上。启动提拉设备，使提拉设备向上提拉抽油杆柱，并使待夹紧的接箍29定位至与第一夹板12处于同一高度，停止运行提拉设备。提拉设备为现有常规设备。每个抽油杆的长度均相等，第一滑座3距离井口的高度为确定数值，当提拉设备将抽油杆柱上端的接箍夹持提拉抽油杆柱上行，抽油杆柱被提出油井口。提拉设备首次提拉抽油杆柱伸出油井口的高度为一个抽油杆的长度与第一滑座3距离井口的高度之和。之后，提拉设备每次拆卸一个抽油杆之后，在此提拉抽油杆柱的长度均是一个抽油杆的长度。提拉设备首次提拉抽油杆柱伸出油井口，此时待夹紧的接箍29正好与第一滑座3相对应，以满足待夹紧的接箍29的夹持平面与夹持机构的的第一夹板12处于同一高度的要求。实际使用中，夹持平面在竖直方向上具有一定的长度，也可方便第一夹板12对夹持平面的夹持。

启动第二气缸13，第二气缸13伸长，推动套筒14移动。使套筒14、套杆15、滚珠16向靠近待夹紧的接箍29的方向移动，当滚珠16接触待夹紧的接箍29后，第二气缸13继续推动套筒14移动，套杆15会向套筒14的内部移动，使弹簧19被压缩，进而对压力传感器17产生压力。套杆15向套筒14内移动一定距离后，此时压力传感器17会有一个数值。然后关闭第二气缸13。启动第一电机5，第一电机5带动第一齿轮6转动，通过第一齿环8使第一滑块7转动，进而通过固定块9带动套筒14、套杆15、滚珠16绕着待夹紧的接箍29的轴线公转。滚珠16公转180°后，关闭第一电机5。滚珠16公转速度始终保持等速。

此过程中，当滚珠16在接箍29的外圆面运动时，套杆15、弹簧19没有相对于压力传感器17产生位移，压力传感器17受到的压力恒定，压力读数不变。

当滚珠16在接箍29夹持平面移动时，如果滚珠16从夹持平面的中心点处向一侧移动时，套杆15向靠近压力传感器17的方向移动，进而压缩弹簧19，使弹簧19的弹性势能增大，对压力传感器17的压力逐渐增大，使压力传感器17的读数逐渐变大。如果滚珠16是从夹持平面的一侧向靠近夹持平面的中心点处移动，套杆15在弹簧19的作用向接箍29的方向移动，弹簧19的弹性势能变小，进而对压力传感器17的压力逐渐变小，使压力传感器17的读数逐渐变小。

滚珠16处于夹持平面的中心点处时，压力传感器17受到的压力最小，此时压力传感器17的读数最小。滚珠16由中心点处向一侧移动使，压力传感器17受到的压力逐渐增到，到达外圆面时达到最大。

压力传感器17与接箍29之间处于初始位置。然后滚珠16在第一电机5的带动下匀速驱动旋转，在此过程中，控制器对压力传感器17的压力值与旋转时间进行记载，形成压力传感器17的压力值与旋转时间的一一对应关系。压力传感器17的压力值与旋转时间建立坐标系关系图。滚珠16绕着接箍29的轴心线旋转180°需要时间Q。滚珠16绕着接箍29的轴心线旋转，当压力传感器17的读数达到最小时记为第二位置，滚珠16由初始位置旋转至第二位置需要时间X。滚珠16由初始位置正向旋转180°后需反转的角度Y=180°-180°×（X/Q），此时滚珠16达到了夹持平面的中间位置。另外，滚珠16由初始位置正向旋转180°后需反转的角度Z=180°-180°×（X/Q）+90°，此时两个第一夹板12正对夹持平面。

例如，滚珠16旋转180°需要60s，滚珠16由初始位置旋转至第二位置需要时间18s。滚珠16达到了夹持平面的中间位置需要滚珠16反转的角度Y=180°-180°×（18/60）=126°。两个第一夹板12正对夹持平面需要滚珠16反转的角度Z=180°-180°×（18/60）+90°=216°。启动第一电机5，使滚珠16正向旋转180°之后反转角度216°，第一夹板12正好与夹持平面相对。关闭第一电机5，启动第一气缸11，使第一夹板12逐渐靠近夹持平面，直到夹紧夹持平面。进而夹紧待夹紧的接箍29。然后关闭第一气缸11。

然后启动第三气缸26，使第二夹板27逐渐靠近已夹紧的接箍29上方的抽油杆并夹紧该抽油杆28。关闭第三气缸26。然后控制提拉设备向上提拉已夹紧的接箍29上方的抽油杆28。启动第二电机24，第二电机24通过第二齿轮25、第二齿环带动第二滑块23绕着抽油杆28的轴线转动，进而使已夹紧的接箍29上方的抽油杆28相对与已夹紧的接箍29转动，使已夹紧的接箍29上方的抽油杆28与已夹紧的接箍29脱离。完成已夹紧的接箍29上方的抽油杆28与已夹紧的接箍29之间的卸扣。

需要上扣作业时，通过提拉设备，使待夹紧的接箍29上方的抽油杆28位于第一滑座3的轴线上，并使待夹紧的接箍29与第一夹板12处于同一水平面。启动定位机构和夹紧机构，使夹紧机构夹紧待夹紧的接箍29处的夹持平面。然后通过提拉设备，使已夹紧的接箍29上方的抽油杆28处于第二滑座22的轴线上，并使其下端靠近接箍29的上端，启动第三气缸26，使第二夹板27夹紧已夹紧的接箍29上方的抽油杆28。通过提拉设备使已夹紧的接箍29上方的抽油杆28具有向下移动的趋势。启动第二电机24，使已夹紧的接箍29上方的抽油杆28转动，进而使已夹紧的接箍29上方的抽油杆28与接箍29螺纹连接。完成已夹紧的接箍29上方的抽油杆28与接箍29的上扣工作。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置，其特征在于，包括：

第一滑座（3），所述第一滑座（3）固设在安装座（2）上；所述第一滑座（3）内转动安装有固定块（9）；所述固定块（9）上设有夹持机构、定位机构；

所述定位机构包括套筒（14）、与套筒（14）滑动连接的套杆（15）、限位转动设置于套杆（15）远离套筒（14）的端面上的滚珠（16）；设在套筒（14）内的压力传感器（17）和弹簧（19）；所述弹簧（19）抵接在套杆（15）和压力传感器（17）之间；

所述夹持机构通过定位机构测算出的结果而动作进而夹紧接箍（29）的夹持平面处；

当滚珠（16）与接箍（29）接触，使套筒（14）移动，套杆（15）会向套筒（14）的内部移动，使弹簧（19）被压缩，弹簧（19）对压力传感器（17）产生压力，套杆（15）位移过程中，当滚珠（16）处于夹持平面的中心点处时，压力传感器（17）受到的压力最小；

第二滑座（22），所述第二滑座（22）设于第一滑座（3）的上方，且与第一滑座（3）共轴线；所述第二滑座（22）上转动安装有上卸扣机构；

所述上卸扣机构动作而夹紧已夹紧的接箍（29）上方的抽油杆（28），并带动已夹紧的接箍（29）上方的抽油杆（28）旋转，使已夹紧的接箍（29）上方的抽油杆（28）与已夹紧的接箍（29）脱离。

2.根据权利要求1所述的油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置，其特征在于：所述定位机构还包括第二气缸（13）；第二气缸（13）的底座固定在固定块（9）内；第二气缸（13）的推杆与套筒（14）固定连接；所述固定块（9）上开设有安装槽，套筒（14）滑动设置在固定块（9）的安装槽内。

3.根据权利要求2所述的油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置，其特征在于：所述夹持机构包括两组夹持组件；两组所述夹持组件分设在固定块（9）的两侧；

所述夹持组件包括第一气缸（11）、第一夹板（12）、固定杆（10）；

所述固定杆（10）的一端与固定块（9）固定连接；所述固定杆（10）的另一端与第一气缸（11）的底座固定连接；所述第一气缸（11）的推杆与第一夹板（12）固定连接。

4.根据权利要求3所述的油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置，其特征在于：所述第一滑座（3）内设有滑槽（4）；所述滑槽（4）滑动设置有第一滑块（7）；所述固定块（9）固定在第一滑块（7）上。

5.根据权利要求4所述的油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置，其特征在于：所述第一滑座（3）上固设有第一电机（5）；所述第一电机（5）的电机轴上固设有第一齿轮（6）；所述第一滑块（7）上设有与第一齿轮（6）相啮合的第一齿环（8）。

6.根据权利要求1所述的油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置，其特征在于：所述上卸扣机构包括驱动组件和夹紧组件；

所述夹紧组件对已夹紧的接箍（29）上方的抽油杆（28）进行夹紧，然后驱动组件带动已夹紧的接箍（29）上方的抽油杆（28）转动。

7.根据权利要求6所述的油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置，其特征在于：所述驱动组件包括第二电机（24）、第二齿轮（25）、第二滑块（23）；

所述第二电机（24）固定在第二滑座（22）上；

所述第二齿轮（25）固定设置在第二电机（24）的电机轴上；

第二滑座（22）内侧滑动设置有所述第二滑块（23）；所述第二滑块（23）上固定设有与第二齿轮（25）相啮合的第二齿环。

8.根据权利要求6所述的油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置，其特征在于：所述夹紧组件包括第三气缸（26）、第二夹板（27）；

所述第三气缸（26）有两个，其底座对称固设在第二滑块（23）的内圈上；所述第三气缸（26）的推杆与第二夹板（27）固定连接。

9.根据权利要求1所述的油井大修作业自动化用抽油杆自动上卸扣装置，其特征在于：还包括控制器；所述压力传感器（17）、第一电机（5）、第二电机（24）、第一气缸（11）的电气控制阀、第二气缸（13）的电气控制阀、第三气缸（26）的电气控制阀分别与控制器电性连接。

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