油田注水间机械手智能配注装置的制作方法

本实用新型属于石油开采技术领域，具体涉及到一种油田注水间机械手智能配注装置。

背景技术：

注水是油田开发生产的重要手段，同时也是耗能大户，约占油田总能耗的40%左右，如何合理优化并精细注水具有重大意义。

依据地质要求，注水流量误差应在±15%以内，现有油田注水间采用人工调控注水方式，当地下压力与管网压力波动，导致注水井的实际注水量出现变化时无法及时进行调整，另外人工调节水量全凭经验，费时费力，无法在全区间统筹优化调节。

另外，人工调控注水工艺要求，当单井注水流量出现变化时，需对该单井所在的整个注水阀组的开启程度同时进行调节，以保证其它单井的瞬时流量不受影响。根据现场工况，单井调节每天多次，而一名工人调节一口单井流量的过程大约在5～10分钟之间，费力耗时，而且配水间调节工作属于高压环境作业，现场人工手动调节存在安全隐患。注水间保持24小时不间断运行，如果配备工人进行全天监控操作，这无疑也会增加人工成本。

为解决上述问题，急需一种油田注水间机械手智能配注装置，以提高调节精度，减少人工和降低劳动强度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种油田注水间机械手智能配注装置，以代替人工调节注水井阀门开度，实现无人值守，并提高调节精度，减少人工和降低劳动强度，保证安全性

本实用新型的油田注水间机械手智能配注装置包括水平行走机构、垂直升降机构、旋转调节机构及用于控制上述各个机构工作的伺服控制器，所述伺服控制器与注水间的调节控制单元相连；所述旋转调节机构通过垂直升降机构安装于水平行走机构上，旋转调节机构由卡盘及用于驱动卡盘转动的转动驱动机构构成，所述卡盘上间隔设有若干卡爪。

上述油田注水间机械手智能配注装置的工作原理如下：

伺服控制器接收来自注水间调节控制单元的调节指令，并根据该调节指令（包括待调节阀门的位置信息、目标开度信息）来控制各个机构的动作，首先使旋转调节机构移动至待调节阀门的上方，然后再逐渐降低旋转调节机构的高度，使得旋转调节机构的卡爪伸入到待调节阀门处，最后在控制卡盘转动，从而通过卡爪来带动阀门转动，实现调节阀门开度的目的。在上述工作过程中，并不需要人工干预，因此可以减少人工。上述调节指令是注水间的中央控制单元根据各个注水井的压力、流量情况自动生成的，已经广泛应用于油田的生产中，此处不再赘述。

进一步地，由于不同阀门的开度不一致，在调节过程中，有时存在卡爪恰好顶在阀门上而无法伸入到阀门的转盘内对阀门进行调节的情形，为解决上述问题，在本实用新型中，所述卡爪为弹性卡爪，弹性卡爪的弹力方向垂直于卡盘，这样即使有某个卡爪恰好顶在阀门上，也不会妨碍其它的卡爪伸入到阀门的转盘内对阀门进行调节。

具体来说，所述卡爪由套筒、伸缩杆和弹簧构成；所述套筒一端开口，所述弹簧位于套筒内，所述伸缩杆的一端设有直径大于伸缩杆主体直径的活塞，所述活塞伸入到套筒内，弹簧的两端分别与套筒的端部内壁、活塞相抵，所述套筒的开口端安装有直径小于活塞直径且大于伸缩杆主体直径的防脱环。当伸缩杆顶到阀门上时，就会压缩套筒内的弹簧，使得伸缩杆向套筒内移动，从而避免对卡盘的移动造成影响，这样其它卡爪就会随着卡盘继续移动而伸入到阀门的转盘内。

一般来说，注水间的阀门都是成行（组）排列的，根据注水间的规模，可能有一行（组）或者多行（组），其所采用的水平行走机构也有所不同：

针对只有一行（组）阀门的注水间，所述水平行走机构包括支撑架及固定架设于支撑架上的第一水平导轨，所述垂直升降机构包括水平调节滑块和升降架，水平调节滑块通过垂直设置的升降导轨与升降架连接，所述水平调节滑块活动架设于第一水平导轨上，且水平调节滑块上设有第一驱动齿轮以及用于驱动第一驱动齿轮的第一驱动电机，所述第一水平导轨设有与第一驱动齿轮配合的第一水平齿条；所述旋转调节机构固定于升降架的底端，且水平调节滑块设有第二驱动齿轮以及用于驱动第二驱动齿轮的第二驱动电机，所述升降架设有与第二驱动齿轮配合的垂直齿条。

上述第一水平导轨与阀门的排列方向平行，这样第一水平导轨、垂直升降机构共同实现了水平方向（即沿着阀门排列方向）和垂直方向的调节功能，具体来说，第一驱动齿轮转动时，使得支撑架沿第一水平导轨移动；第二驱动齿轮转动时，使得升降架沿升降导轨移动，这样就能够使旋转调节机构移动到待调节的阀门处。

针对有多行阀门的注水间，水平行走机构除了上述的结构以外，还包括与第一水平导轨垂直的第二水平导轨，所述第一水平导轨通过支撑架活动架设于第二水平导轨上，且支撑架的底端设有第三驱动齿轮以及用于驱动第三驱动齿轮的第三驱动电机，所述第二水平导轨设有与第三驱动齿轮配合的第二水平齿条。通过增设第二水平导轨，可以使旋转调节机构在多排阀门之间行进，实现平面范围内的随意移动。

进一步地，在阀门调节过程中，有时卡爪的侧面并没有与阀门的转盘相抵，这样卡盘就会出现一定的空转，只有当卡爪的侧面与阀门的转盘相抵后，才会带动阀门转动，为了消除上述空转造成调节不准确的问题，在本实用新型中，所述卡爪的两侧侧面设有压力传感器，所述压力传感器与伺服控制器通讯连接。只有当卡爪的压力传感器所测到的压力值大于预定值，伺服控制器才认为卡爪的侧面与阀门的转盘相抵，伺服控制器此时才开始记录卡盘的转动角度，而所记录的卡盘的转动角度即为阀门的转动角度，这样就确保了调节的精确度。

本实用新型的油田注水间机械手智能配注装置可以安装于注水间内，在无需人工干预的情况下，根据注水间的监控信息来自动、精确地调节各个阀门的开度，满足注水井的注水需求，有利于提高注水间的自动化程度，降低人工成本。

附图说明

图1是实施例1的油田注水间机械手智能配注装置的整体结构立体示意图。

图2是图1中a部分的放大结构示意图。

图3是实施例1的油田注水间机械手智能配注装置的整体结构正视图。

图4是图2中b部分的放大结构示意图。

图5是实施例1的油田注水间机械手智能配注装置的整体结构俯视图。

图6是图5中c部分的放大结构示意图。

图7是实施例1的油田注水间机械手智能配注装置的整体结构侧视图。

图8是实施例1的卡爪的正视图。

图9是实施例1的卡爪的剖视图。

图10是实施例1中注水间阀门的布置示意图。

图11是图10中d部分的放大结构示意图。

图12是实施例2的水平行走机构的部分结构示意图。

附图标示：1、支撑架；2、第一水平导轨；3、水平调节滑块；4、升降架；5、升降导轨；6、第一驱动齿轮；7、第一驱动电机；8、第一水平齿条；9、第二驱动齿轮；10、第二驱动电机；11、垂直齿条；12、卡盘；13、转动驱动机构；14、卡爪；141、套筒；142、伸缩杆；143、弹簧；144、活塞；145、防脱环；15、第二水平导轨；16、第三驱动电机；17、第二水平齿条；18、阀门。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

本实施例针对具有单排（组）阀门的注水间（如图10所示），提出了一种油田注水间机械手智能配注装置，以代替人工对注水井阀门的开度进行调节，并提高调节精度，减少人工和降低劳动强度。

本实施例的油田注水间机械手智能配注装置包括水平行走机构、垂直升降机构、旋转调节机构及用于控制上述各个机构工作的伺服控制器，所述伺服控制器与注水间的调节控制单元相连；所述旋转调节机构通过垂直升降机构安装于水平行走机构上。

在本实施例中，所述注水间的调节控制单元分别与注水间中用于检测注水管路流量的流量感器以及用于检测注水管路压力的压力传感器相连，以获取注水管路的流量以及压力信息，并根据上述信息计算得到对应注水管路的阀门的目标开度。

如图1～7所示，水平行走机构包括支撑架1及固定架设于支撑架1上的第一水平导轨2，所述垂直升降机构包括水平调节滑块3和升降架4，水平调节滑块3通过垂直设置的升降导轨5与升降架4连接，所述水平调节滑块3活动架设于第一水平导轨2上，且水平调节滑块3上设有第一驱动齿轮6以及用于驱动第一驱动齿轮6的第一驱动电机7，所述第一水平导轨2设有与第一驱动齿轮6配合的第一水平齿条8；所述旋转调节机构固定于升降架4的底端，且水平调节滑块3设有第二驱动齿轮9以及用于驱动第二驱动齿轮9的第二驱动电机10，所述升降架4设有与第二驱动齿轮9配合的垂直齿条11。

上述第一水平导轨2与阀门的排列方向平行，这样第一水平导轨2、垂直升降机构共同实现了水平方向（即沿着阀门排列方向）和垂直方向的调节功能，具体来说，第一驱动齿轮6转动时，使得支撑架1沿第一水平导轨2移动；第二驱动齿轮9转动时，使得升降架4沿升降导轨5移动，这样就能够使旋转调节机构移动到待调节的阀门处。

如图8、9所示，旋转调节机构由卡盘12及用于驱动卡盘12转动的转动驱动机构13（具体可利用电机充当）构成，所述卡盘12上间隔设有若干弹性卡爪14，弹性卡爪14的弹力方向垂直于卡盘12。具体来说，所述卡爪14由套筒141、伸缩杆142和弹簧143构成；所述套筒141一端开口，所述弹簧143位于套筒141内，所述伸缩杆142的一端设有直径大于伸缩杆142主体直径的活塞144，所述活塞144伸入到套筒141内，弹簧143的两端分别与套筒141的端部内壁、活塞144相抵，所述套筒141的开口端通过螺纹配合方式安装有直径小于活塞144直径且大于伸缩杆142主体直径的防脱环145。

上述油田注水间机械手智能配注装置的工作原理如下：

伺服控制器接收来自注水间调节控制单元的调节指令，并根据该调节指令（包括待调节阀门的位置信息、目标开度信息）来控制各个机构的动作，首先使旋转调节机构移动至待调节阀门18的上方，然后再逐渐降低旋转调节机构的高度，使得旋转调节机构的卡爪14伸入到待调节阀门18处，最后在控制卡盘12转动，从而通过卡爪14来带动阀门18转动，实现调节阀门开度的目的（如图11所示）。在本实施例中，阀门18为水平设置，因此卡爪14为垂直设置，以便于卡爪14能够向下插入到阀门18处。当然，也可以将阀门18垂直设置，而将卡爪14水平设置，同样可以将卡爪14水平插入到阀门18处，对阀门18进行调节。

如果某一卡爪14恰好对准了阀门的转盘的辐条，当该伸缩杆142顶到阀门上时，就会压缩套筒141内的弹簧143，使得伸缩杆142向套筒141内移动，从而避免对卡盘12的移动造成影响，使得卡盘12能够继续向阀门方向移动，这样其它卡爪14就会随着卡盘12继续移动而伸入到阀门的转盘内。

进一步地，在阀门调节过程中，有时卡爪14的侧面并没有与阀门的转盘相抵，这样卡盘12就会出现一定的空转，只有当卡爪14的侧面与阀门的转盘相抵后，才会带动阀门转动，为了消除上述空转造成调节不准确的问题，在本实施例中，所述卡爪14的两侧侧面设有压力传感器，所述压力传感器与伺服控制器通讯连接。只有当卡爪14的压力传感器所测到的压力值大于预定值，伺服控制器才认为卡爪14的侧面与阀门的转盘相抵，伺服控制器此时才开始记录卡盘12的转动角度，而所记录的卡盘12的转动角度即为阀门的转动角度，这样就确保了调节的精确度。

在上述工作过程中，并不需要人工干预，因此可以减少人工。上述调节指令是注水间的中央控制单元根据各个注水井的压力、流量情况自动生成的，已经广泛应用于油田的生产中，此处不再赘述。

实施例2：

如图12所示，本实施例是针对有多行（组）阀门的注水间的，注水间中的阀门构成了阵列结构，与实施例1的水平行走机构不同的是，本实施例中的水平行走机构还与第一水平导轨2垂直的第二水平导轨15，所述第一水平导轨2通过支撑架1活动架设于第二水平导轨15上，且支撑架1的底端设有第三驱动齿轮以及用于驱动第三驱动齿轮的第三驱动电机16，所述第二水平导轨15设有与第三驱动齿轮配合的第二水平齿条17。通过增设第二水平导轨15，可以使旋转调节机构在多排阀门之间行进，实现平面范围内的随意移动。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体设计并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。