油井小修自動作業(yè)系統(tǒng)
油井小修作業(yè)目前由修井機及5名現(xiàn)場作業(yè)人員完成，小修作業(yè)自動化輔助系統(tǒng)的設(shè)計目標為：基于現(xiàn)有修井機系統(tǒng)，在不降低作業(yè)效率的前提下，提高作業(yè)自動化程度，由機械完成盡可能多的重復性體力勞動，取代三名作業(yè)人員，保留的兩名作業(yè)人員分別為修井機司鉆及自動化系統(tǒng)操作員。
小修自動作業(yè)系統(tǒng)使用修井機車上液壓源驅(qū)動，采用24V電控方式，現(xiàn)場無需外接其它能源，結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場安裝工作簡單。
小修自動作業(yè)系統(tǒng)由機械手、自動液壓鉗（含油管及抽油桿兩套）、油管內(nèi)殘液收集器和其它環(huán)保系統(tǒng)、自動吊卡（含油管及抽油桿兩套）、油管卡瓦及抽油桿卡瓦、油管架及送管器等幾個主要部分、控制系統(tǒng)構(gòu)成；系統(tǒng)配合一般修井機作業(yè)，取代兩名井口工、一名場地工，起下管作業(yè)流程僅由修井機司鉆及自動化系統(tǒng)操作員兩人完成全部作業(yè)，所有工人在起下管作業(yè)全流程無需接觸管柱，大大降低了勞動強度，并提高作業(yè)安全性。
小修自動作業(yè)系統(tǒng)全部安裝或裝載于修井機上，系統(tǒng)中所有較重的組件都能使用修井機小鉤吊裝就位；所有不能由修井機自身吊裝的少量工具構(gòu)件重量都不超過80kg，可以由人工擺放；作業(yè)準備現(xiàn)場無需吊車和運輸卡車配合，單車上井即可完成作業(yè)。
小修自動作業(yè)系統(tǒng)作業(yè)效率較高，起/下管作業(yè)平均耗時約53s/根管。
小修自動作業(yè)系統(tǒng)機械手系統(tǒng)安裝于修井機井架側(cè)面，負責將起出的管柱遞交給提升機，或從提升機上抓取管柱對正井口前一根管接箍進行下管作業(yè)。機械手系統(tǒng)采用全液壓驅(qū)動，帶有水平180°/垂直90°旋轉(zhuǎn)功能，升降行程3.5米，上下運動速度≥50cm/s，抓取油管或抽油桿直徑范圍5/8-31/2英寸，單機械手額定抓舉重量1000Kg，卡緊/松開時間＜1s，垂直旋轉(zhuǎn)的額定較大偏載：遠端100kg，機械手系統(tǒng)抓取管柱→遞交給提升機→回復原位的流程時間＜35s（注：該時間小于系統(tǒng)其它組件同期流程工作時間）；機械手系統(tǒng)與修井機井架為固定式連接，一體運輸，每口井作業(yè)前后無需拆裝。機械手系統(tǒng)具備水平調(diào)整定位功能，對于修井機倒車對正井口的要求不高。
自動液壓鉗系統(tǒng)安裝于修井機車尾，分為油管及抽油桿兩套，用于油管及抽油桿的上卸扣作業(yè)；上扣扭矩可預先選擇，前后運動及上卸扣動作均為自動控制，也可以隨時切換為手動操作。
小修自動作業(yè)系統(tǒng)配備有環(huán)保系統(tǒng)，包含油管內(nèi)殘液收集器、油管刮油器、抽油桿刮油器等組件。殘液收集器可以將起油管過程中油管內(nèi)的殘液收集起來，輸送至指定液箱內(nèi)；兩種刮油器可將油管、抽油桿外表面的污物刮下來，留在井內(nèi)，避免污染環(huán)境。
自動吊卡系統(tǒng)分為油管及抽油桿兩套，可在修井機大鉤的行程上下兩端，由人工控制抓取或放開油管或抽油桿頂部接箍；油管自動吊卡可選作業(yè)管柱范圍27/8-31/2英寸，額定提升載荷≥1500kN，開閉時間＜4s。抽油桿自動吊卡作業(yè)抽油桿范圍3/4-1英寸，額定提升載荷≥250kN，開閉時間＜2s。
油管卡瓦及抽油桿卡瓦系統(tǒng)用于承載作業(yè)管柱串或抽油桿重量，與自動吊卡配合，可以取代人工搬動換吊卡作業(yè)，實現(xiàn)一吊一卡作業(yè)方式，降低工人作業(yè)勞動強度。
油管架及送管器系統(tǒng)由油管架機構(gòu)、送管器及托板機構(gòu)組成，油管架主要功能是在起下管過程中擺放油管；送管器及托板機構(gòu)在起管過程中，從機械手接過油管，下放到油管架上，在下管過程中將油管架上的油管托起上升后交給機械手，由機械手系統(tǒng)完成以后的動作。
控制系統(tǒng)負責操作以上全部功能，采用電控操作，帶主操作面板及遙控操作面板，能夠?qū)崿F(xiàn)大多數(shù)情況下的自動化連續(xù)流程，每組流程由作業(yè)員人工選擇啟動時機，同時也可以手動控制任意單獨流程。
帶壓作業(yè)自動作業(yè)系統(tǒng)
帶壓作業(yè)自動作業(yè)系統(tǒng)適合安裝在各種獨立式帶壓作業(yè)裝置井口框架上，由機械手系統(tǒng)、修井專用鐵鉆工系統(tǒng)（含油管內(nèi)殘液收集系統(tǒng)）、管柱升降機系統(tǒng)、油管架及送管器系統(tǒng)、接箍探測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)構(gòu)成；系統(tǒng)可以取代修井機或桅桿，以及兩名井口工、一名場地工，僅由帶壓作業(yè)裝置司鉆及自動化系統(tǒng)操作員兩人完成全部作業(yè)，所有工人在起下管作業(yè)全流程無需接觸管柱，大大降低了勞動強度，并提高作業(yè)安全性。
機械手系統(tǒng)安裝于帶壓作業(yè)井口裝置框架內(nèi)，負責將起出的管柱遞交給提升機，或從提升機上抓取管柱對正井口前一根管接箍進行下管作業(yè)。機械手系統(tǒng)采用全液壓驅(qū)動，帶有水平180°/垂直90°旋轉(zhuǎn)功能，升降行程5.8米，上下運動速度≥50cm/s，抓取油管直徑范圍5/8-31/2英寸，抓緊管柱時允許管柱旋轉(zhuǎn)上/卸扣，單機械手額定抓舉重量300Kg，卡緊/松開時間＜1s，垂直旋轉(zhuǎn)的額定較大偏載：遠端200kg，機械手系統(tǒng)抓取管柱→遞交給提升機→回復原位的流程時間＜40s（注：該時間小于帶壓作業(yè)裝置同期流程工作時間）；機械手系統(tǒng)與井口裝置為固定式連接，一體運輸?shù)跹b，每口井作業(yè)前后無需拆裝。
修井專用鐵鉆工系統(tǒng)采用落地軌直線進退方式，固定于帶壓作業(yè)井口裝置上工作平臺上，與井口裝置一體運輸。鐵鉆工額定上/卸扣扭矩8kN·m，作業(yè)管柱范圍23/8-41/2英寸；鐵鉆工可實現(xiàn)近端控制與遠程遙控兩種控制方式，可按設(shè)定流程自動完成作業(yè)管柱的上、卸扣工作，也可由操作人員手動控制每個獨立的操作動作。鐵鉆工自帶油管內(nèi)殘液收集系統(tǒng)，在起管作業(yè)時可將油管內(nèi)殘液集中排至方罐。在全自動作業(yè)流程下，鐵鉆工完成起管卸扣作業(yè)和管內(nèi)殘液收集的全流程時間約為47s，下管上扣作業(yè)的全流程時間約為35s，作業(yè)效率與人工操作液壓鉗的作業(yè)效率接近。
管柱升降機系統(tǒng)固定于帶壓作業(yè)井口裝置框架側(cè)面，負責在機械手與油管架/送管器系統(tǒng)之間傳遞管柱。升降機自帶兩只機械手，在升降時可抓緊管柱并承受偏載荷，升降機上下運動速度≥50cm/s，額定舉升力24kN，較大行程按照配套的帶壓作業(yè)裝置選擇。升降機與井口裝置為固定式連接，一體運輸?shù)跹b，每口井作業(yè)前后無需拆裝。
油管架及送管器系統(tǒng)由油管架機構(gòu)、送管器及托板機構(gòu)組成，油管架主要功能是在起下管過程中擺放油管；送管器及托板機構(gòu)在起管過程中，從升降機接過油管，下放到油管架上，在下管過程中將油管架上的油管托起上升后交給升降機，由升降機系統(tǒng)完成以后的動作。
接箍探測系統(tǒng)固定在帶壓作業(yè)裝置舉升卡瓦上工作平臺上，負責探測作業(yè)管柱接箍位置，給出自動控制信號控制帶壓作業(yè)主油缸動作，確保起下管作業(yè)時每一根油管的接箍都處于合適的高度，簡化上卸扣作業(yè)流程（不用每次調(diào)整鐵鉆工高度）。
控制系統(tǒng)負責操作以上全部功能，用戶可選擇電控操作：帶主操作面板及遙控操作面板，能夠?qū)崿F(xiàn)大多數(shù)情況下的自動化連續(xù)流程，每組流程由作業(yè)員人工選擇啟動時機，同時也可以手動控制任意單獨流程；這樣的系統(tǒng)復雜，成本比較高，不容易與現(xiàn)有帶壓作業(yè)控制系統(tǒng)組合?；蛘咭部蛇x擇液壓直接控制方式：全部功能都由人工控制，不能實現(xiàn)自動作業(yè)流程；系統(tǒng)簡單，成本低，容易與帶壓作業(yè)裝置操作系統(tǒng)融合。
本項目兩種自動作業(yè)系統(tǒng)與國內(nèi)其它廠家產(chǎn)品的對比
1、整體工作原理不同，本項目系統(tǒng)效率更高。
目前已知的其它自動作業(yè)系統(tǒng)，基本采用傳統(tǒng)修井機+鐵鉆工+動力貓道+液壓翻轉(zhuǎn)吊卡的組合形式，有些系統(tǒng)還配備有油管下端推拉簡易機械手。此類系統(tǒng)作業(yè)流程與人工作業(yè)相似，起下管時需要大鉤、液壓吊卡和動力貓道全程配合，占用大鉤時間長，因此起下管動作流程耗時較長，效率低下。從現(xiàn)場作業(yè)視頻來看，其它廠家系統(tǒng)起下一根管耗時一般90-180秒，甚至更多。
本項目小修自動作業(yè)系統(tǒng)采用的升降機械手與修井機大鉤、液壓吊卡互相配合，同時作業(yè)，互不干涉，也無需動力貓道，對大鉤的占用時間比人工作業(yè)更少，作業(yè)效率高。例如起管作業(yè)提出油管卸開扣之后，機械手抓緊管柱，液壓吊卡松開，機械手橫向移走，大鉤僅需等待2-3s即可下落抓取下一根油管，等待和銜接時間比人工作業(yè)更少，效率遠高于其它小修自動作業(yè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)起下一根管的總時間約53秒，超過人工作業(yè)水平。
在國內(nèi)公開報道中未見過其它可使用的帶壓作業(yè)自動化系統(tǒng)。
2、本系統(tǒng)可實現(xiàn)單車（單機）上井作業(yè)，作業(yè)準備時間更短，無需輔助車輛，作業(yè)成本更低。
其它廠家的小修自動作業(yè)系統(tǒng)中配備的鐵鉆工、動力貓道等組件，必須由單獨的車輛運輸，到達作業(yè)現(xiàn)場后由吊車擺放到位。運輸車輛和吊車的使用費用較高，大大提升了單井作業(yè)成本，中淺井的作業(yè)成本超過傳統(tǒng)人工作業(yè)方式兩倍以上。
本系統(tǒng)的全部組件全部安裝或裝載于修井機上，機械手與井架固定連接，每口井無需拆裝；卡瓦、吊卡等較重組件都能使用修井機小鉤吊裝就位；提升機、油管架等單件重量都不超過80kg，可以由人工擺放就位；作業(yè)準備現(xiàn)場無需吊車和運輸卡車配合，單車上井即可完成作業(yè)。修井作業(yè)成本比傳統(tǒng)人工作業(yè)略低，遠低于其它廠家的小修自動作業(yè)系統(tǒng)。
帶壓作業(yè)自動化系統(tǒng)安裝于帶壓作業(yè)井口裝置框架內(nèi)部、上平臺及側(cè)面，整體單機上井，無需作業(yè)現(xiàn)場安裝，作業(yè)及準備工作效率高于人工作業(yè)，成本低。
3、本系統(tǒng)有多個專為小修作業(yè)、帶壓作業(yè)自動化設(shè)計的組件，功能更完善細致，安全性更高，效率更高。
國內(nèi)尚無其它可遠程控制的抽油桿吊卡，這就決定了其它廠家的自動作業(yè)系統(tǒng)，在起下抽油桿過程必須有人工參與，不能真正實現(xiàn)自動作業(yè)。本系統(tǒng)為此設(shè)計了一種新型液壓抽油桿吊卡，可實現(xiàn)大鉤行程任意位置抓取抽油桿接箍的功能，為小修全流程自動化提供了基礎(chǔ)。
本系統(tǒng)專門為油水井自動作業(yè)設(shè)計了一種新結(jié)構(gòu)機械手，卡緊范圍能夠涵蓋5/8英寸-31/2英寸之間的全部管柱或抽油桿，并且卡緊任意直徑工件時中心位置不變；這就保證了本系統(tǒng)每口井作業(yè)時只需給機械手調(diào)定一次位置，作業(yè)流程簡單。其它廠家系統(tǒng)切換管柱直徑或管-桿交替時需要重新調(diào)定機械手，甚至需要更換不同型號的機械手，大大增加了作業(yè)復雜程度，降低了作業(yè)效率。
4、本系統(tǒng)具有全部自主知識產(chǎn)權(quán)，截至目前已獲得發(fā)明專利2項，實用新型專利5項，還有4項發(fā)明專利在審核中。
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