一种车载修井机的游车大钩浮动导向与吊卡定位控制装置的制作方法

本发明涉及一种车载修井机游动系统的游车大钩浮动导向与吊卡定位控制装置，属石油装备的车载修井机配套设备技术领域。

背景技术：

现有车载修井机的游动系统都是针对人工作业设计的，游动系统和吊卡没有轨道导向，在没有提吊井内管柱时，只能靠游动系统和吊卡的自重实现简单的重力导向，这样在吊卡无负载的作业过程中会出现吊卡的晃动和摆动，且当需要吊卡进行水平移动或受水平外力作用而需要保持吊卡不动时只能依靠人工来完成。在下单根管柱（包括抽油杆、油管、套管等）作业时，吊卡下放离开单根管柱的接箍过低时会造成单根管柱因自重带动吊卡倾斜，当倾斜过大时容易产生接管柱上扣乱牙，影响作业质量和效率；为了提高作业效率，保证作业质量，需要使用管柱扶正装置。

随着科学技术的发展，由自动化井架工代替人工在修井机二层台上的作业已经成为一种趋势，使修井作业中最危险、最艰苦、最繁重的高空作业由自动化井架工代替，从本质上改变工人的作业状况，保证作业安全，减少作业人员。自动化井架工代替二层台上的人工作业，需要与液压吊卡配合使用，并且需要液压吊卡稳定和位置与状态可控，也就是保证液压吊卡在刹车、大风等条件下无大的晃动和摆动，且在与自动化井架工交接时受水平外力作用也能保持固定的位置。但在现有石油装备中，还没有能满足车载修井机这一作业要求的装置，在使用自动化井架工时，因大风、刹车等情况产生的液压吊卡晃动和自动化井架工与液压吊卡进行管柱交接时的液压吊卡退让等使交接作业时的效率很低，导致使用自动化井架工得不偿失。在车载修井机作业中由于井架倾斜作业，且角度也可能因作业过程而变化，加上为保证钻台面作业空间以及井架上部空间不够等特殊情况，导向轨道必须采用倾斜方式，所以必须采取浮动导向，因此目前也没有适合的有轨导向装置可以使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种适应车载修井机的倾斜井架与狭小空间要求，能实现液压吊卡与自动化井架工、气动卡瓦、自动化猫道等进行管柱快速交接，能替代管柱扶正装置保证下单根管柱作业的质量，实现提高作业效率，减少作业人员，减轻工人劳动强度，保障作业安全的车载修井机游动系统的游车大钩浮动导向与吊卡定位控制装置。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

该车载修井机游动系统的游车大钩浮动导向与吊卡定位控制装置由导向导轨机构、浮动导向与吊卡定位机构、电控系统和液气路控制阀组构成，其特征在于：导向导轨机构固定安装在井架上；浮动导向与吊卡定位机构吊装在游车大钩上，通过滑动导向小车与导向导轨机构浮动连接，浮动导向与吊卡定位机构竖直方向上的运动及其他方向的摆动由导向导轨机构进行约束；电控系统和液气路控制阀组安装在司钻房内或其它合适的地方，通过电控液的方式控制液压吊卡的位置和状态与作业要求相符。

所述的导向导轨机构由导向钢丝绳上固定机构、导向钢丝绳、导向钢丝绳下固定机构、索具螺旋扣和索具螺旋扣固定座组成，导向钢丝绳上固定机构安装在井架上部的接近天车底部的地方，导向钢丝绳下固定机构安装在井架接近钻台面的地方；导向钢丝绳横跨导向钢丝绳上固定机构并将导向钢丝绳分成相等的两部分后分别绕过导向钢丝绳上固定机构两侧的两个导轮与导向钢丝绳下固定机构连接，导向钢丝绳的下部两端分别绕过导向钢丝绳下固定机构两侧的两个导轮后分别与两个索具螺旋扣连接；索具螺旋扣通过索具螺旋扣固定座固定在井架的横梁上，导向钢丝绳的预紧力通过索具螺旋扣调节。

所述的浮动导向与吊卡定位机构由滑动导向小车、浮动架、摆动油缸、导向装置连接座、浮动滑杆、导套、锁止块、锁止油缸、摆动油缸吊环座、吊环、液压吊卡和大钩销轴组成；滑动导向小车采用滚轮式滑动结构，活动安装在导向导轨机构的两根导向钢丝绳上，能沿两根导向钢丝绳上下移动；浮动架的一端铰接在滑动导向小车上，另一端铰接在导向装置连接座的上部；导套、锁止块和锁止油缸成套安装在导向装置连接座的下部，浮动架的中部铰接有一浮动滑杆，浮动滑杆的另一端插入导套内，浮动滑杆随着导向装置连接座与导向钢丝绳的距离变化而在导套内滑动；锁止块上部和浮动滑杆下部均制作有相互啮合的齿，通过锁止油缸推动锁止块将浮动滑杆锁止；浮动架、浮动滑杆和导向装置连接座及安装在底部的导套构成三角形结构，在浮动滑杆被锁死的状态下，通过三角形结构的稳定性保证车载修井机的游车大钩的稳定位置；摆动油缸的一端铰接在导向装置连接座的上部，另一端与摆动油缸吊环座铰接，通过摆动油缸的伸缩使吊环带动液压吊卡前后摆动与琐止，从而保证液压吊稳定在作业需要的位置；导向装置连接座通过大钩销轴与车载修井机游动系统的游车大钩连接，通过游车大钩提供上下游动的动力；游车大钩两侧制作有大钩附耳，吊环活动连接在大钩附耳和液压吊卡之间。

所述的电控系统安装在司钻房内或其它位置，用于对本装置进行采集、传输、操作、控制和显示等，或将该电控系统集成到自动化井架工控制系统或其它集成控制系统中进行集成控制与操作。

所述的液气路控制阀组安装在司钻房内或其它位置，在控制系统的控制下通过液气路管线对液压吊卡、气动卡瓦、摆动油缸、锁止油缸等进行控制。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该车载修井机游动系统的游车大钩浮动导向与吊卡定位控制装置与传统的游动系统比较，可彻底改变吊卡几乎无约束的运动，使吊卡运行平稳及位置与状态可控，使液压吊卡与自动化井架工、气动卡瓦、自动化猫道等的交接过程变得非常简单、高效，彻底改变作业人员对液压吊卡直接推拉与开合的现状；本发明还可代替管柱扶正装置，保证管柱（包括抽油杆、油管、套管等）上部位置稳定地与井口中心一致，保证管柱下部与井口管柱对接上扣时不会出现乱扣情况，提高下管柱的作业质量与效率。本发明特别能适应车载修井机作业中由于井架倾斜导致的上下空间变化，以及能适应车载修井机已经配置的井架，不需要增加井架高度。本发明制造价格低，用途广，安装使用方便，工作效率高，不需要对现有车载修井机进行大的改造即能安装使用。

本发明彻底解决了液压吊卡晃动、摆动、退让的问题，在刹车、大风等条件下无大的晃动和摆动，且在与自动化井架工、气动卡瓦、自动化猫道等交接时受外力作用也能保持基本固定的位置，大大提高了作业效率，减轻劳动强度，而且通过电控系统可顺利地实现液压吊卡自动开门和关门，通过集成控制系统还可实现自动交接。

附图说明

图1为本发明在车载修井机上安装的结构示意图；

图2为图1的A处结构放大示意图；

图3为本发明的导向导轨机构的主视结构示意图；

图4为本发明的导向导轨机构的侧视结构示意图；

图5为本发明的浮动导向与吊卡定位机构的主视结构示意图；

图6为本发明的浮动导向与吊卡定位机构的侧视结构示意图；

图7为本发明与自动化井架工配合使用的示意图。

图中：1、绞车，2、井架，3、天车，4、导向导轨机构，4-1、导向钢丝绳上固定机构，4-2、导向钢丝绳，4-3、导向钢丝绳下固定机构，4-4、索具螺旋扣，4-5、索具螺旋扣固定座，5、大钩附耳，6、游车大钩，7、浮动导向与吊卡定位机构，7-1、滑动导向小车，7-2、浮动架，7-3、摆动油缸，7-4、导向装置连接座，7-5、浮动滑杆，7-6、导套，7-7、锁止块，7-8、锁止油缸，7-9、摆动油缸吊环座，7-10、吊环，7-11、液压吊卡，7-12、大钩销轴，8、二层台，9、自动化井架工，10、管柱，11、气动卡瓦，12、钻台，13、液气路控制阀组，14、电控系统，15、司钻房。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述如下。

图1和图2所示是本发明在车载修井机上的典型安装实施案例示意图。

图中井架2作为修井机游动系统的游车大钩6的提升与下放支撑，将修井机绞车1的转动经过天车3传递给游动系统的游车大钩6；导向导轨机构4的导向钢丝绳4-2通过导向钢丝绳上固定机构4-1和导向钢丝绳下固定机构4-3固定在井架2的上端和下端，为浮动导向与吊卡定位机构7提供上下游动导向和对其它方向的运动进行约束，为了保证钻台面的作业空间和克服井架顶部的空间不足，导向导轨机构4采取倾斜导向方式。浮动导向与吊卡定位机构7的导向装置连接座7-4通过大钩销轴7-12与游车大钩6连接后获得上下游动的动力；游车大钩6带动浮动导向与吊卡定位机构7通过滑动导向小车7-1顺着导向导轨机构4的导向钢丝绳4-2进行同步上下运动；由于导向导轨机构4采取倾斜导向方式，导向装置连接座7-4在随游车大钩6运动时与导向钢丝绳4-2的间距会发生变化，此时铰接于滑动导向小车7-1和导向装置连接座7-4上部之间的浮动架7-2通过转动来自动抵消这个间距变化，保证导向装置连接座7-4和液压吊卡7-11始终对应气动卡瓦11的中心进行上下移动；浮动滑杆7-5在浮动架7-2的带动下，其浮动端在导套7-6内自由滑动；为保证液压吊卡7-11能稳定地停在需要的位置，锁止油缸7-8在控制系统的控制下通过导套7-6和锁止块7-7将浮动滑杆7-5锁死来保证导向装置连接座7-4的稳定位置，同时通过控制系统控制摆动油缸7-3将液压吊卡7-11摆动和锁死在需要的位置；液压吊卡7-11通过吊环7-10与游车大钩副耳5连接，获得提升、下放、悬停管柱的动力；二层台8既是管柱10的上部支撑装置，也是人工作业的工作平台，还是自动化井架工9的安装与运行平台；自动化井架工9代替作业工人在二层台8上面的移动管柱等作业，使钻修井作业中最危险、最艰苦、最繁重的高空作业由自动化井架工9代替，从本质上改变工人的作业性质，保证作业安全，减少作业人员。管柱10是油管、钻杆等的统称，起下管柱是修井作业中最通常也最繁琐的工作，管柱10在液压吊卡7-11的提吊下在气动卡瓦11内作上下运动；气动卡瓦11坐在钻台12上，通过控制气动卡瓦11处于卡死状态来悬停管柱，气动卡瓦11的中心与地下井口的中心基本同心；钻台12是工人的作业平台，也是管柱10、气动卡瓦11和司钻房15等的放置平台；电控系统14一般安装在司钻房15内，由司钻操作，通过液气路控制阀组13对浮动导向与吊卡定位机构7进行控制，实现该装置的浮动导向与吊卡控制功能，同时也通过液气路控制阀组13对液压吊卡7-11和气动卡瓦11进行控制，保证安全、可靠地打开和锁死；液气路控制阀组13安装在司钻房15内或者其它方便的地方，在控制系统的控制下通过液气路管线对液压吊卡7-11、气动卡瓦11、锁止油缸7-8、摆动油缸7-3等进行控制。

图3和图4所示是本发明的导向导轨机构的结构示意图；

图中导向钢丝绳上固定机构4-1作为导向钢丝绳4-2的上部支撑，安装在井架2上部接近天车3底部的地方，既保证导向行程，又避免万一发生修井机游车撞天车时给本发明造成破坏；导向钢丝绳下固定机构4-3安装在井架2接近钻台12的地方，为导向钢丝绳4-2提供下部支撑，同时保证滑动导向小车有足够的下行空间；导向钢丝绳4-2横跨导向钢丝绳上固定机构4-1并将导向钢丝绳4-2分成相等的两部分后分别绕过导向钢丝绳上固定机构4-1两侧的两个导轮与导向钢丝绳下固定机构4-3连接，导向钢丝绳4-2的下部两端分别绕过导向钢丝绳下固定机构4-3两侧的两个导轮后分别与两个索具螺旋扣4-4连接；索具螺旋扣4-4连接导向钢丝绳4-2和索具螺旋扣固定座4-5，用来调节导向钢丝绳4-2的预紧力，保证导向和支撑功能的良好实现；索具螺旋扣固定座4-5固定在井架本体后面的横梁上，为导向钢丝绳提供最终固定点和拉力支撑点。为了保证钻台12的作业空间和克服井架顶部的空间不足，且适应井架2的倾斜，导向导轨机构4采取倾斜导向方式。导向钢丝绳4-2通过滑动导向小车7-1为浮动导向与吊卡定位机构7提供竖直方向上的导向与其他方向的约束，使浮动导向与吊卡定位机构7随游车大钩6移动时不至于跑偏、摇晃，同时为液压吊卡7-11处理管柱10时提供反作用力与摆动反扭矩，避免液压吊卡7-11出现大的退让和摆动。

图5和图6所示是本发明的浮动导向与吊卡定位机构的结构示意图。

图中浮动导向与吊卡定位机构7的滑动导向小车7-1随车载修井机的游车大钩6沿导向钢丝绳4-2上下滑动，依靠导向钢丝绳4-2为浮动导向机构提供垂直方向导向和水平方向移动与摆动约束；浮动架7-2通过铰接结构连接滑动导向小车7-1和导向装置连接座7-4上部，依靠转动自动抵消导向装置连接座7-4在提升下放过程中与倾斜的导向钢丝绳的间距变化，保证导向装置连接座7-4和液压吊卡7-11始终对应气动卡瓦11的中心进行上下移动；浮动滑杆7-5一端铰接在浮动架7-2的中部，另一浮动端插入导向装置连接座7-4下部的导套7-6内，随着导向装置连接座7-4与导向钢丝绳4-2的距离变化，浮动滑杆7-5的浮动端在导套7-6内滑动，且浮动滑杆7-5下部制作成齿条状，方便被锁定；导套7-6、锁止块7-7和锁止油缸7-8成套安装在导向装置连接座7-4的下部，在需要锁定浮动滑杆7-5时，通过锁止油缸7-8推动锁止块7-7将浮动滑杆7-5锁止；为保证锁止效果，锁止块7-7的锁止面也制作成齿条状；导向装置连接座7-4通过大钩销轴7-12与车载修井机游动系统的游车大钩6连接，为本发明提供上下方向的游动动力，同时作为其它机构的支撑，导向装置连接座7-4通过与游车大钩6多条轮廓相契合的结构形式形成多方向的位置约束；浮动架7-2、浮动滑杆7-5和导向装置连接座7-4及下部的导套7-6构成三角形结构，浮动滑杆7-5被锁止块7-7锁定后形成稳定的三角形，依靠三角形结构的稳定性保证车载修井机的游车大钩6的稳定位置；吊环7-10连接游车大钩附耳5和液压吊卡7-11，传递修井机游动系统的提升力；液压吊卡7-11用来夹持、提升和下放管柱10；摆动油缸7-3铰接导向装置连接座7-4上部和摆动油缸吊环座7-9；调节摆动油缸吊环座7-9在吊环7-10上的安装位置可以适当调节吊环7-10的最大前后摆动角度；通过摆动油缸7-3的伸缩使吊环7-10带动液压吊卡7-11前后摆动与琐止，从而保证液压吊卡7-11稳定在作业需要的位置，通过摆动油缸7-3的顺应功能来保证本发明在上下移动时液压吊卡7-11始终对应气动卡瓦11的中心位置。

图7所示是本发明与自动化井架工配合使用的典型应用示意图。

本装置最典型的应用是在下钻时保证自动化井架工9与液压吊卡7-11进行管柱10交接作业的效率。下钻作业过程中，在游动系统上提时液压吊卡7-11是空载，快速上提后正常刹停也会出现液压吊卡的晃动和摆动，大风情况下晃动和摆动更大。自动化井架工9需要代替人将管柱10从二层台8的指梁内取出后送进开口并不大的液压吊卡7-11内，然后由液压吊卡7-11关闭吊卡门闩后上提管柱10，使管柱10下部能移至井口中心与井内管柱相接；在液压吊卡7-11晃动和摆动很大的情况下，自动化井架工9夹持的管柱10很难对准液压吊卡7-11的开口，因此效率非常低。另一方面，液压吊卡7-11的内部空间只比管柱10大约大2mm，倾斜的管柱10要几乎紧贴液压吊卡7-11的内壁才能很顺利、安全的关闭液压吊卡7-11的门闩，因此必须有足够的推力才能到位（要通过推力改变液压吊卡7-11和管柱10的斜度），由于液压吊卡7-11处于悬吊状态，在重力作用下内壁几乎与地面垂直，且无大的反作用推力导致液压吊卡7-11产生退让，只能依靠加大自动化井架工9的推送距离和液压吊卡7-11强行关门来解决，因此效率也低，且不能实现自动控制。本装置彻底解决了液压吊卡7-11 晃动、摆动、退让问题，在刹车、大风等条件下无大的晃动和摆动，且在与自动化井架工9交接时受水平外力作用也能保持基本固定的位置，在自动化井架工9推力作用下使管柱10与液压吊卡7-11的内壁很好地贴合，大大提高了作业效率，而且通过电控系统可顺利地实现自动关门，还可以通过集成控制系统实现自动交接。

本发明的浮动导向与吊卡定位机构7，通过电控系统14和液气路控制阀组13控制锁止油缸7-8和摆动油缸7-3处于浮动状态，利用浮动导向机构的自动浮动功能和吊环的顺应功能保证液压吊卡7-11始终对应气动卡瓦11中心进行上下移动，特别适合带倾斜角度的井架的安装使用；利用锁止油缸7-8和摆动油缸7-3的锁止功能以及摆动油缸的摆动功能，保证液压吊卡7-11稳定的处于作业需要的位置和状态，能与自动化井架工9、气动卡瓦11和自动化猫道等进行管柱高效交接；在作为管柱10扶正装置使用时，吊卡下放离开管柱10（包括抽油杆、油管、套管等）的上面接箍一段距离，依靠自身的稳定功能不提着管柱10时也能保证管柱10上部位置稳定地与井口中心基本一致，保证管柱10在上扣时不会出现乱扣情况，提高下管柱的作业质量与效率。本发明采用电控液（气）方式，通过电控系统14对液气路控制阀组13进行远程操作和自动控制，操作非常方便，效率高，且可以由司钻一人操作，还可以与其它集成系统实现集成控制与自动控制，减少作业人员，保证作业安全。本发明也可以采用液气路阀直接控制模式，但不方便实现集成控制和自动控制，且操作多、效率低。

该车载修井机游动系统的游车大钩浮动导向与吊卡定位控制装置还可以用于车载钻机、普通钻机实现以上功能，且经过改进后可用于钻井作业的各种工况。

以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制（包括但不限于如采用钢丝绳导向、滚轮式滑动小车、框架式浮动架、液压驱动等），所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形、简化或增加部分功能，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。