一种钻修井超级单根作业工业机器人装置的制作方法

本实用新型涉及钻井或大修井工具井口自动化技术领域，具体为一种钻修井超级单根作业工业机器人装置。

背景技术：

目前，在石油钻井和大修井施工过程中，无论是钻进时单根钻杆上、下钻台、接单根操作还是起、下钻过程中双根及三根钻杆(一个立柱)在钻台上的摆放及拆卸工作大都是依靠人工操作完成的，特别是将钻杆从地面水平状态移送到钻台上垂直状态的这一摆放过程是钻修井施工过程中劳动强度最大、重复率最高的工作环节，也是钻修井施工过程中最危险的环节之一。在石油钻井或大修井作业过程中，一般都需要配备两到三名钳工在井口摆放及拆卸钻杆，平台以下也需要两名管工摆放及操作单根吊卡，同时在起下钻过程中井架二层台上还需要另外一名井架工操作吊卡和摆放钻杆，且这些操作工人的劳动强度都比较大，而且危险系数非常高。随着油田及社会对安全生产的重视及人们对工作环境要求的不断提高，这种长期靠人工手动的钻修井作业状态亟需改善。为了降低这种钻修井管柱起下及摆放工作的劳动强度和安全隐患，近几年来国内外出现了很多钻杆起下及摆放的机械化辅助设备，如中国专利：cn304209441s，动力猫道与钻杆盒、中国专利201610601774.9一种管杆自动运输机以及中国专利：cn204552645u一种钻杆盒和钻杆输送装置，均公开的是一种利用液压猫道输送钻杆或油管的方式，需要人工远程操作遥控器和配备专用的扶正机械臂(如中国专利：cn204386514u自动排放管装置及其机械臂)对钻杆进行扶正和推送，是实用效果上只是降低了操作工人的劳动强度，但井口工人的数量并没有得到减少。再如中国实用新型专利：201410583972.8随车折放式上下油管机械手，该专利只能适用于没有作业平台的小修作业井口上下油管使用，而对于4-6米高的钻井平台或大修井平台起、下及摆放钻杆也是无法实现的。再如中国实用新型专利：201610396782修井作业一体化设备，公布了一种利用液压猫道输送钻杆和轨道式铁钻工拆卸钻杆的修井作业一体化设备，同样存在液压猫道输送钻杆方式的空间吊装运输仍旧需要人工遥控实现，且轨道式铁钻工只能用于钻杆起下操作，无法满足钻进过程的方钻杆接单根操作，对于钻修井钻杆钻进和起下钻全过程实现不了全自动控制。因此设计一种钻修井超级单根作业工业机器人装置是十分有必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种钻修井超级单根作业工业机器人装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种钻修井超级单根作业工业机器人装置，包括井式机械手组件、翻转机械手组件、杆管排放架组件、摆臂式铁钻工组件、小鼠洞钻杆缓冲装置、软导正液压吊卡组件、扶正机械臂组件和动力卡瓦组件，所述井式机械手组件安装在钻台前方地面固定位置上，所述杆管排放架组件摆放在井式机械手组件一边相邻位置，所述翻转机械手组件位于井式机械手组件一侧，所述摆臂式铁钻工组件位于钻台面上，所述小鼠洞钻杆缓冲装置安装在钻台小鼠洞管侧面位置，所述扶正机械臂组件安装在井架底端近井口一侧，所述动力卡瓦组件分别安装在井口位置和小鼠洞管位置。

根据上述技术方案，所述井式机械手组件包括井式机械臂、旋转底座、摆臂机械手、第一机械抓手和旋转液压缸，所述旋转底座上安装有液压泵站，所述井式机械臂铰接在旋转底座上，所述旋转底座固定转动安装在撬装底座上，且撬装底座上安装有钻杆测长定位装置，所述摆臂机械手铰接在井式机械臂上，所述摆臂机械手末端固定连接有第一机械抓手。

根据上述技术方案，所述翻转机械手组件包括翻转缸和扭转缸，所述翻转机械手组件的铰支座部位设置有扭转缸，且扭转缸的扭转角度为90°。

根据上述技术方案，所述杆管排放架组件包括三角形支架、倾斜液压缸和横撑，所述三角形支架有三列，所述三角形支架上摆放有一层到三层钻杆，且多层钻杆间隔处设置有横撑，所述三角形支架两侧均设置有倾斜液压缸的铰支座，在起、下钻过程中分别将杆管排放架组件两端顶起倾斜即可。

根据上述技术方案，所述摆臂式铁钻工组件包括铁铰支座、摆动缸、伸缩臂，旋扣器和冲扣器，所述摆臂式铁钻工组件位于距离井口中心和小鼠洞中心等距的位置，所述摆动缸固定在铁铰支座上，所述伸缩臂连接铁铰支座和旋扣器，所述冲扣器位于旋扣器的底部。

根据上述技术方案，所述小鼠洞钻杆缓冲装置包括液压绞车、缓冲底座和缓冲滑轮，所述液压绞车安装在小鼠洞管侧面的平台底部位置，所述缓冲滑轮位于小鼠洞管顶部侧面位置，所述液压绞车上的钢丝绳通过缓冲滑轮连接位于小鼠洞管内部的缓冲底座，所述缓冲底座上设有丝扣保护装置。

根据上述技术方案，所述软导正液压吊卡组件包括两根软导正钢丝绳和液压吊卡，所述软导正钢丝绳的一端固定在天车底座上，且另一端铰接在井口转盘两次并固定拉紧，所述液压吊卡设有两个导向臂分别贯穿在两根软导正钢丝绳上。

根据上述技术方案，所述扶正机械臂组件固定安装在修井机或钻机井架上，且由机械主臂、主推力缸、机械副臂、折叠缸、扶正缸和第二机械抓手组成，所述机械主臂铰接在井架上且一侧与主推力缸连接，所述机械副臂铰接机械主臂，并由折叠缸驱动伸长或折叠在井架一侧，所述扶正缸固定在机械副臂上，且机械副臂与位于扶正缸末端的第二机械抓手连接。

根据上述技术方案，所述动力卡瓦组件包括卡瓦座、动力缸和分瓣式卡瓦体，所述动力卡瓦组件为气动卡瓦或液压动力卡瓦组件，所述卡瓦座固定在井口位置，所述动力缸的输出端连接有分瓣式卡瓦体。

根据上述技术方案，所述井式机械手组件、翻转机械手组件、杆管排放架组件、摆臂式铁钻工组件、小鼠洞钻杆缓冲装置、软导正液压吊卡组件、扶正机械臂组件和动力卡瓦组件均与工控机和plc通过信号连接，且工控机和plc位于司钻房或司钻操作台上。

根据上述技术方案，所述井式机械手组件、翻转机械手组件、杆管排放架组件、摆臂式铁钻工组件、小鼠洞钻杆缓冲装置、软导正液压吊卡组件、扶正机械臂组件和动力卡瓦组件均选装智动脑和视觉识别系统。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：该钻修井超级单根作业工业机器人装置，各步骤均可通过位置传感器和可编程逻辑控制器顺序自动控制，也可以由人工随时干预远程控制，井口及杆管排放无人操作，自动化程度高，工人劳动强度低，实现了石油钻修井根管处理系统的智能化、自动化。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1是本实用新型的总体结构图；

图2是本实用新型的井式机械手结构示意图；

图3是本实用新型的翻转机械手结构示意图；

图4是本实用新型的杆管排放架结构示意图；

图5是本实用新型的摆臂式铁钻工结构示意图；

图6是本实用新型的小鼠洞钻杆缓冲装置结构示意图；

图7是本实用新型的软导正液压吊卡结构示意图；

图8是本实用新型的扶正机械臂结构示意图；

图9是本实用新型的动力卡瓦结构示意图；

图中：1、井式机械手组件；2、翻转机械手组件；3、杆管排放架组件；4、摆臂式铁钻工组件；5、小鼠洞钻杆缓冲装置；6、软导正液压吊卡组件；7、扶正机械臂组件；8、动力卡瓦组件；101、井式机械臂；102、旋转底座；103、摆臂机械手；104、第一机械抓手；105、旋转液压缸；201、翻转缸；202、扭转缸；301、三角形支架；302、倾斜液压缸；303、横撑；401、铁铰支座；402、摆动缸；403、伸缩臂；404、旋扣器；405、冲扣器；501、液压绞车；502、缓冲底座；503、缓冲滑轮；601、软导正钢丝绳；602、液压吊卡；701、机械主臂；702、主推力缸；703、机械副臂；704、折叠缸；705、扶正缸；706、第二机械抓手；801、卡瓦座；802、动力缸；803分瓣式卡瓦体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-9，本实用新型提供一种技术方案：一种钻修井超级单根作业工业机器人装置，包括井式机械手组件1、翻转机械手组件2、杆管排放架组件3、摆臂式铁钻工组件4、小鼠洞钻杆缓冲装置5、软导正液压吊卡组件6、扶正机械臂组件7和动力卡瓦组件8，井式机械手组件1安装在钻台前方地面固定位置上，杆管排放架组件3摆放在井式机械手组件1一边相邻位置，翻转机械手组件2位于井式机械手组件1一侧，摆臂式铁钻工组件4位于钻台面上，小鼠洞钻杆缓冲装置5安装在钻台小鼠洞管侧面位置，扶正机械臂组件7安装在井架底端近井口一侧，动力卡瓦组件8分别安装在井口位置和小鼠洞管位置。

根据上述技术方案，井式机械手组件1包括井式机械臂101、旋转底座102、摆臂机械手103、第一机械抓手104和旋转液压缸105，旋转底座102上安装有液压泵站，井式机械臂101铰接在旋转底座102上，旋转底座102固定转动安装在撬装底座上，且撬装底座上安装有钻杆测长定位装置，摆臂机械手103铰接在井式机械臂101上，摆臂机械手103末端固定连接有第一机械抓手104。

根据上述技术方案，翻转机械手组件2包括翻转缸201和扭转缸202，翻转机械手组件2的铰支座部位设置有扭转缸202，且扭转缸202的扭转角度为90°。

根据上述技术方案，杆管排放架组件3包括三角形支架301、倾斜液压缸302和横撑303，三角形支架301有三列，三角形支架301上摆放有一层到三层钻杆，且多层钻杆间隔处设置有横撑303，三角形支架301两侧均设置有倾斜液压缸302的铰支座，在起、下钻过程中分别将杆管排放架组件3两端顶起倾斜即可。

根据上述技术方案，摆臂式铁钻工组件4包括铁铰支座401、摆动缸402、伸缩臂403，旋扣器404和冲扣器405，摆臂式铁钻工组件4位于距离井口中心和小鼠洞中心等距的位置，摆动缸402固定在铁铰支座401上，伸缩臂403连接铁铰支座401和旋扣器404，冲扣器405位于旋扣器404的底部。

根据上述技术方案，小鼠洞钻杆缓冲装置5包括液压绞车501、缓冲底座502和缓冲滑轮503，液压绞车501安装在小鼠洞管侧面的平台底部位置，缓冲滑轮503位于小鼠洞管顶部侧面位置，液压绞车501上的钢丝绳通过缓冲滑轮503连接位于小鼠洞管内部的缓冲底座502，缓冲底座502上设有丝扣保护装置。

根据上述技术方案，软导正液压吊卡组件6包括两根软导正钢丝绳601和液压吊卡602，软导正钢丝绳601的一端固定在天车底座上，且另一端铰接在井口转盘两次并固定拉紧，液压吊卡602设有两个导向臂分别贯穿在两根软导正钢丝绳601上。

根据上述技术方案，扶正机械臂组件7固定安装在修井机或钻机井架上，且由机械主臂701、主推力缸702、机械副臂703、折叠缸704、扶正缸705和第二机械抓手706组成，机械主臂701铰接在井架上且一侧与主推力缸702连接，机械副臂703铰接机械主臂701，并由折叠缸704驱动伸长或折叠在井架一侧，扶正缸705固定在机械副臂703上，且机械副臂703与位于扶正缸705末端的第二机械抓手706连接。

根据上述技术方案，动力卡瓦组件8包括卡瓦座801、动力缸802和分瓣式卡瓦体803，动力卡瓦组件8为气动卡瓦或液压动力卡瓦组件，卡瓦座801固定在井口位置，动力缸802的输出端连接有分瓣式卡瓦体803。

根据上述技术方案，井式机械手组件1、翻转机械手组件2、杆管排放架组件3、摆臂式铁钻工组件4、小鼠洞钻杆缓冲装置5、软导正液压吊卡组件6、扶正机械臂组件7和动力卡瓦组件8均与工控机和plc通过信号连接，且工控机和plc位于司钻房或司钻操作台上。

根据上述技术方案，井式机械手组件1、翻转机械手组件2、杆管排放架组件3、摆臂式铁钻工组件4、小鼠洞钻杆缓冲装置5、软导正液压吊卡组件6、扶正机械臂组件7和动力卡瓦组件8均选装智动脑和视觉识别系统。

综上所述，井式机械手组件1为撬装式拖挂结构，独立安装在钻台前方地面上并自行调整高度和准确位置，杆管排放架组件3摆放在井式机械手组件1左侧，翻转机械手组件2位于井式机械手组件1上左部位置，可以将杆管排放架组件3上的钻杆翻转到井式机械手组件1指定位置，摆臂式铁钻工组件4位于钻台面上，小鼠洞管处安装小鼠洞钻杆缓冲装置5，自动缓冲下入到小鼠洞管的钻杆单根，软导正液压吊卡组件6安装在绞车大钩上并沿着井架到钻台上的两根钢丝绳上下移动，扶正机械臂组件7安装在井架底端对钻杆进行扶正定位，两个动力卡瓦组件8分别安装在井口位置和小鼠洞管位置，对管柱本体进行卡持作用，方便实现井口管柱或单根的遥控上卸扣作业；本实用新型实现了钻井或大修井超级单根钻杆的上、下钻台自动控制、工作效率高、降低了工人劳动强度、提高了钻机操作的安全性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。