独立式液压伸缩井架的制作方法

本发明涉及石油天然气行业修井用的井架领域，特别是一种独立式液压伸缩井架。

背景技术

目前，石油天然气行业修井设备主要采用自走式车装修井机。然而在我国四川油田、长庆油田等地的油气井多位于山区、丘陵地带，油区道路运输条件较差，常规的自走式车装修井机因为越野能力、转弯半径等原因，导致其通过性能不佳、无法适应该类地区的作业环境。

据调研分析，油区为解决这一问题，所采取的主流解决方案如下：使用一种通过性极好的履带式通井机替代常规修井机的绞车，配合一种独立式两节销接或栓接式井架，该井架净空高度29m，运输时两节折叠用平板拖车拖运，作业时先使用吊车协助将上下两节连接在一起，然后起吊至一种专用井架立放车的托架上，借助井架立放车上的起升油缸推动托架起升井架到位，然后打好绷绳，井架立放车收回托架后自行驶离，履带式通井机到位进行修井作业。例如中国专利文献cn2769489y中记载的大操作空间伸缩式井架。

该解决方案存在的主要问题如下：

1、独立式两节销接或栓接的井架运输长度较大。净空高为29米的两节销接或栓接井架，运输状态两节折叠后的总长度约为15米，转弯半径要求高；

2、将上下两节井架进行连接的过程费时、费力、且安全性不佳，起升操作困难；

3、将井架吊装至井架立放车托架的过程费时、费力、且安全性不佳；

4、配备的井架立放车成本高昂。常规的井架立放车主要由二类底盘、液压油箱、前支撑、后支撑、井架托架、起升油缸、锁紧油缸、调节油缸等组成，成本较为昂贵。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种独立式液压伸缩井架，能够缩短井架的运输长度，大幅降低井架的架设难度，减少井架的起升操作难度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种独立式液压伸缩井架，它包括互相套合的井架下节、井架中节和井架上节，在井架下节与井架中节之间设有中节伸缩油缸，在井架中节与井架上节之间设有上节伸缩油缸。

优选的方案中，所述的井架下节横截面包括两个下节侧桁架和一个下节底桁架，下节底桁架与下节侧桁架的端头固定连接；

所述的井架中节横截面包括两个中节侧桁架和一个中节底桁架，中节底桁架与靠近中节侧桁架端头的位置固定连接，井架中节横截面成“h”形，中节伸缩油缸位于下节底桁架与中节底桁架之间；

所述的井架上节横截面包括两个上节侧桁架和上节底桁架，上节底桁架与靠近上节侧桁架端头的位置固定连接，井架上节横截面成“h”形，上节伸缩油缸位于中节底桁架与上节伸缩油缸之间。

优选的方案中，在下节侧桁架的内侧两端分别设有下节底限位杆和下节顶限位杆；

在中节侧桁架的两端分别中节底限位杆和中节顶限位杆，下节底限位杆与中节底限位杆之间滑动接触，下节顶限位杆与中节顶限位杆之间滑动接触；

在中节侧桁架的内侧自由端设有中节第一限位杆，在中节底桁架设有中节第二限位杆，在上节侧桁架的两端分别设有上节顶限位杆和上节底限位杆，中节第一限位杆与上节顶限位杆之间滑动接触，中节第二限位杆与上节底限位杆之间滑动接触。

优选的方案中，在在井架中节与井架上节之间设有一个上节伸缩油缸，还设有油缸导向装置，所述的油缸导向装置中，两个上导向摆臂位于上节伸缩油缸的两侧，上导向摆臂与固设在井架中节的上导向摆动座铰接，在上导向摆臂的自由端设有上导向环；

上导向摆臂与井架中节之间设有上导向拉簧；

在上导向摆臂上设有上导向碰块，在井架上节上固设有上导向滑轨，上导向滑轨与导向碰块滑动接触，以使上导向摆臂在井架上节顶升的部分行程内处于张开状态，而在部分行程内导向环合拢抱住上节伸缩油缸。

优选的方案中，在井架下节与井架中节之间设有两个中节伸缩油缸，还设有油缸导向装置，所述的油缸导向装置中，位于中间的中导向摆臂与井架下节的下节底桁架铰接，位于两侧的中侧导向摆臂与井架下节的下节侧桁架铰接，中导向摆臂和中侧导向摆臂的自由端设有中导向环；

中导向摆臂通过中导向拉簧与井架下节连接，中侧导向摆臂通过中侧导向拉簧与井架下节连接；

在井架中节还设有中导向滑轨，中导向滑轨与中导向摆臂和中侧导向摆臂滑动接触，以使中导向摆臂和中侧导向摆臂在井架中节顶升的部分行程内处于张开状态，而在部分行程内中导向环合拢抱住中节伸缩油缸。

优选的方案中，在井架下节靠近顶部端头的位置设有锁销装置，所述的锁销装置中，转销座与井架下节固定连接，转销的一端与转销座铰接，所述的转销为“l”形，在转销中部弯折的外部设有凸起部，锁销缸一端与凸起部连接，另一端与井架下节固定连接，当锁销缸缩回时，转销的自由端伸入到井架下节内。

优选的方案中，在井架上节靠近底部端头的位置设有自锁装置，所述的自锁装置中，分别位于两侧的自锁楔块的一端与井架上节铰接，自锁楔块为“l”形，自锁楔块中部弯折的外部与自锁推杆的一端铰接，自锁推杆的另一端与自锁摆杆铰接，自锁摆杆的中部与井架上节铰接，自锁摆杆还通过自锁拉簧与井架上节连接，以使自锁楔块趋于张开且自由端伸出到井架上节之外的状态；

自锁楔块的自由端设有楔形面，以使井架上节在顶升过程中可以滑开，而在下落过程中形成支撑。

优选的方案中，在井架下节和井架中节的端头位置还设有防振装置，所述的防振装置位于靠近底桁架的位置，所述的防振装置中，防振横梁与底桁架滑动连接，防振横梁的一侧固设有用于插入限位杆之间的防振楔块，防振横梁通过防振拉簧与底桁架连接，在防振横梁与底桁架之间设有脱开缸。

优选的方案中，井架下节的底部与井架基础铰接，井架下节的一侧与井架斜撑连接，以使整个井架倾斜3~8°。

优选的方案中，整个井架与绷绳总成连接；

在井架上节的顶部设有吊架总成；

在井架中节设有操作平台。

本发明提供的一种独立式液压伸缩井架，通过采用以上的方案，具有以下的有益效果：

1、能够克服现有技术中的缺陷，运输长度更小，道路运输性能更佳。净空高为29米的三节伸缩式井架，运输状态上节和中节收回至下节后的总长度仅为12.8米，比前者的运输长度短2.2米。

2、本发明的安装过程更为便捷、安全。独立式液压伸缩井架，运输时井架上节和井架中节回收至井架下节内，作业时先使用吊车协助将井架吊起，与预埋在井口附近锚坑内的井架基础销接，再次使用吊车将井架整体由水平状态起吊至与地面约85°状态，拉好绷绳，操控伸缩油缸依次伸出中节、上节，履带式通井机到位即可进行修井作业。

3、本发明所配备的液压站及伸缩油缸亦比井架立放车经济很多。本发明所用的平板拖车、吊车、液压站、井架立放车均可实现多井位共用，它们可以一对多地完成井架运输、起升、下放作业。因此在比较独立式两节销接或栓接式井架与本发明的三节式独立式液压伸缩井架的成本时，差别在于，前者需要配备专用的井架立放车，而本发明则仅需配备用于井架起升的液压站及伸缩油缸，能够大幅节约成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明起吊时的结构示意图。

图2为本发明安装完成后的结构示意图。

图3为本发明的横截面示意图。

图4为本发明中井架中节与井架上节之间的油缸导向装置合拢时的结构示意图。

图5为本发明中井架中节与井架上节之间的油缸导向装置张开时的结构示意图。

图6为图5中b-b剖视示意图。

图7为图4中a-a剖视示意图。

图8为本发明中井架下节与井架中节之间的油缸导向装置的主视结构示意图。

图9为本发明中井架下节与井架中节之间的油缸导向装置的主视结构示意图。

图10为本发明中中导向滑轨驱动油缸导向装置中中导向摆臂张开时的结构示意图。

图11为图9的c-c剖视示意图。

图12为本发明中吊架总成的结构示意图。

图13为本发明中锁销装置的结构示意图。

图14为本发明中自锁装置的结构示意图。

图15为本发明中防振装置的结构示意图。

图中：井架下节1，下节侧桁架101，下节限位块102，下节底桁架103，下节底限位杆104，下节顶限位杆105，井架中节2，中节第一限位杆201，中节顶限位杆202，中节侧桁架203，中节底限位杆204，中节底桁架205，中节伸缩油缸206，中节第二限位杆207，井架上节3，上节顶限位杆301，上节侧桁架302，上节底限位杆303，上节底桁架304，上节伸缩油缸305，防振装置4，防振楔块41，防振横梁42，脱开缸43，防振拉簧44，井架基础5，吊架总成6，吊架总成6，第一导向轮62，滑轮组63，第二导向轮64，自锁装置7，自锁楔块71，自锁推杆72，自锁拉簧73，自锁摆杆74，油缸导向装置8，上导向摆臂81，上导向碰块82，上导向环83，上导向拉簧84，上导向滑轨85，上导向摆动座86，中导向摆臂801，中导向环802，中侧导向摆臂803，中侧导向拉簧804，中导向拉簧805，中导向滑轨806，锁销装置9，转销座91，转销92，凸起部93，锁销缸94，井架斜撑10，井口中心线11，操作平台12，绷绳总成13，套合状态井架14。

具体实施方式

如图1~3中，一种独立式液压伸缩井架，它包括互相套合的井架下节1、井架中节2和井架上节3，在井架下节1与井架中节2之间设有中节伸缩油缸206，在井架中节2与井架上节3之间设有上节伸缩油缸305。由此结构，通过互相套合的井架下节1、井架中节2和井架上节3能够大幅降低运输长度，减小转弯半径，能够适应山区油田的运输道路特点。设置的顶升油缸能够大幅降低对吊车起吊高度的需求。

优选的方案如图3中，所述的井架下节1横截面包括两个下节侧桁架101和一个下节底桁架103，下节底桁架103与下节侧桁架101的端头固定连接；

所述的井架中节2横截面包括两个中节侧桁架203和一个中节底桁架205，中节底桁架205与靠近中节侧桁架203端头的位置固定连接，井架中节2横截面成“h”形，中节伸缩油缸206位于下节底桁架103与中节底桁架205之间；

所述的井架上节3横截面包括两个上节侧桁架302和上节底桁架304，上节底桁架304与靠近上节侧桁架302端头的位置固定连接，井架上节3横截面成“h”形，上节伸缩油缸305位于中节底桁架205与上节伸缩油缸305之间。由此结构，能够获得较大的安装顶升油缸的位置空间。而且受力条件也较为可靠。进一步优选的，本例中的上节伸缩油缸305与中节伸缩油缸206采用多级油缸的结构，例如三级油缸，由此结构，进一步减小油缸的安装空间。进一步优选的方案中，中节底限位杆204与下节底限位杆104上还设有孔板，当套合时，两个孔板重叠，便于穿入锁定销，以避免运输过程中脱开。在上节底限位杆303与中节第二限位杆207之间也设有用于互相锁定的孔板。便于穿入锁定销，以避免运输过程中脱开。

优选的方案如图3中，在下节侧桁架101的内侧两端分别设有下节底限位杆104和下节顶限位杆105；

在中节侧桁架203的两端分别中节底限位杆204和中节顶限位杆202，下节底限位杆104与中节底限位杆204之间滑动接触，下节顶限位杆105与中节顶限位杆202之间滑动接触；

在中节侧桁架203的内侧自由端设有中节第一限位杆201，在中节底桁架205设有中节第二限位杆207，在上节侧桁架302的两端分别设有上节顶限位杆301和上节底限位杆303，中节第一限位杆201与上节顶限位杆301之间滑动接触，中节第二限位杆207与上节底限位杆303之间滑动接触。由此结构，能够提高井架下节1、井架中节2和井架上节3之间的滑动配合精度，在本申请中，井架下节1、井架中节2和井架上节3之间的间隙在5mm之内。更高的精度有利于减少井架的振动。

优选的方案如图4~7中，在在井架中节2与井架上节3之间设有一个上节伸缩油缸305，还设有油缸导向装置8，所述的油缸导向装置8中，两个上导向摆臂81位于上节伸缩油缸305的两侧，上导向摆臂81与固设在井架中节2的上导向摆动座86铰接，在上导向摆臂81的自由端设有上导向环83；

上导向摆臂81与井架中节2之间设有上导向拉簧84；

在上导向摆臂81上设有上导向碰块82，在井架上节3上固设有上导向滑轨85，上导向滑轨85与导向碰块82滑动接触，以使上导向摆臂81在井架上节3顶升的部分行程，例如顶升的前半个行程内处于张开状态，而在部分行程，例如顶升的后半个行程内导向环83合拢抱住上节伸缩油缸305。通过设置的油缸导向装置8，能够引导上节伸缩油缸305的运动，减少上节伸缩油缸305的侧向受力。设置的上导向滑轨85与摆动的上导向摆臂81，能够避开干涉。

优选的方案如图8~11中，在井架下节1与井架中节2之间设有两个中节伸缩油缸206，还设有油缸导向装置，所述的油缸导向装置中，位于中间的中导向摆臂801与井架下节1的下节底桁架103铰接，位于两侧的中侧导向摆臂803与井架下节1的下节侧桁架101铰接，中导向摆臂801和中侧导向摆臂803的自由端设有中导向环802；

中导向摆臂801通过中导向拉簧805与井架下节1连接，中侧导向摆臂803通过中侧导向拉簧804与井架下节1连接；

在井架中节2还设有中导向滑轨806，中导向滑轨806与中导向摆臂801和中侧导向摆臂803滑动接触，以使中导向摆臂801和中侧导向摆臂803在井架中节2顶升的部分行程，例如顶升的前半个行程内处于张开状态，而在部分行程，例如顶升的后半个行程内中导向环802合拢抱住中节伸缩油缸206。由上述的结构，能够引导中节伸缩油缸206的运动，减少中节伸缩油缸206的侧向受力，提高顶升的可靠性和安全性。

优选的方案如图13中，在井架下节1靠近顶部端头的位置设有锁销装置9，所述的锁销装置9中，转销座91与井架下节1固定连接，转销92的一端与转销座91铰接，所述的转销92为“l”形，在转销92中部弯折的外部设有凸起部93，锁销缸94一端与凸起部93连接，另一端与井架下节1固定连接，当锁销缸94缩回时，转销92的自由端伸入到井架下节1内。由此结构，当井架上节3开始顶升前，锁销缸94的活塞杆伸出，使转销92旋转，转销92的自由部离开井架下节1的侧壁，此时井架中节2可以自由顶升。当井架中节2顶升到位时，锁销缸94的活塞杆缩回，使转销92旋转，转销92搁置在转销座91上，且转销92的自由端伸入到井架下节1内，位于井架中节2的下方，或井架中节2的销孔内，此时泄压中节伸缩油缸206，井架中节2落在转销92上，将井架中节2支撑。

优选的方案如图14中，在井架上节3靠近底部端头的位置设有自锁装置7，所述的自锁装置7中，分别位于两侧的自锁楔块71的一端与井架上节3铰接，自锁楔块71为“l”形，自锁楔块71中部弯折的外部与自锁推杆72的一端铰接，自锁推杆72的另一端与自锁摆杆74铰接，自锁摆杆74的中部与井架上节3铰接，自锁摆杆74还通过自锁拉簧73与井架上节3连接，以使自锁楔块71趋于张开且自由端伸出到井架上节3之外的状态；

自锁楔块71的自由端设有楔形面，以使井架上节3在顶升过程中可以滑开，而在下落过程中形成支撑。由此结构，当顶升井架上节3时，由于楔形面的存在，自锁楔块71不会形成干涉，而当井架上节3顶升到位后，泄压上节伸缩油缸305，井架上节3落在自锁楔块71上，形成可靠支撑。优选的方案中，还设有转动销，转动销与井架上节3铰接，转动销的顶端设有勾头，在自锁楔块71上设有销，转动销用于在自锁楔块71收缩时，将自锁楔块71的销勾住，从而将自锁楔块71的位置锁定，以便于井架上节3降下。

优选的方案如图15中，在井架下节1和井架中节2的端头位置还设有防振装置4，所述的防振装置4位于靠近底桁架的位置，所述的防振装置4中，防振横梁42与底桁架滑动连接，防振横梁42的一侧固设有用于插入限位杆之间的防振楔块41，防振横梁42通过防振拉簧44与底桁架连接，在防振横梁42与底桁架之间设有脱开缸43。由此结构，能够避免井架下节1、井架中节2和井架上节3之间的晃动，提高整个井架的稳定性，尤其是降低振动产生的交变应力对整个井架的影响。默认状态下，防振楔块41插入到井架下节1与井架中节2，或者井架中节2与井架上节3之间，当需要顶升或收回井架时，脱开缸43的活塞杆伸出，使防振楔块41脱出。

优选的方案如图1、2中，井架下节1的底部与井架基础5铰接，井架下节1的一侧与井架斜撑10连接，以使整个井架倾斜3~8°。优选的方案中，井架倾斜5°。由此结构，增大井架的工作空间。

优选的方案如图2中，整个井架与绷绳总成13连接，以确保井架的稳固；

优选的方案如图2、12中，在井架上节3的顶部设有吊架总成6；所述的吊架总成6中，吊架61内设有第一导向轮62、滑轮组63和第二导向轮64，用于安装钢丝绳。

优选的方案如图2中，在井架中节2设有操作平台12。

本发明的独立式液压伸缩井架通过吊车整体起吊并与预埋在井口附近锚坑中的井架基础5销接，然后通过吊车起吊井架整体，将井架起升至接近工作位，先将井架下节1顶部的四根绷绳连接好，摘除井架下节1、井架中节2与井架上节3间的锁定销。开启液压站使其正常工作，使用中节伸缩油缸206伸出井架中节2，油缸导向装置8为中节伸缩油缸206导向，井架下节1与井架中节2之间的锁销装置9由外向内插至工作位置。采用上节伸缩油缸305伸出井架上节3。井架中节2与井架上节3之间的自锁装置7伸出提供支撑，即完成了本发明的独立式液压伸缩井架的伸出过程。井架回收时，开启液压站使其正常工作，使用上节伸缩油缸305收回井架上节3，再使用中节伸缩油缸206收回井架中节2，将井架上节3与井架中节2间、井架中节2与井架下节1间的锁定销连接。使用吊车起吊井架整体起吊架，松开井架下节1顶部的四根绷绳，将井架整体下放至接近水平位，这样三节井架即可套合运输。运输时在井架的底部设置多个三角形的运输支架，然后固设在平板拖车上。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。