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专利名称：修井自动化平台油管自适应对中扶正手及其使用方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111663829.6

专利申请（专利权）人：中石化四机石油机械有限公司,中石化石油机械股份有限公司
权利人地址：湖北省荆州市荆州区龙山寺街一号

专利发明（设计）人：发明人:陈克应,丁国栋,范新冉,宋一,罗天保,董兴望,邹康,夏颖韬

专利摘要：本发明提供一种修井自动化平台油管自适应对中扶正手及其使用方法，基座上铰接有臂架，臂架包括至少两个支撑杆体组成，两个杆体两端通过横杆连接，臂架的底部横杆与基座之间设有多个驱动液压缸，驱动液压缸两端分别与基座和臂架的支撑杆体铰接，臂架的顶部横杆上设有自适应抓手，自适应抓手用于自适应定心夹紧扶正管柱。具有结构简单、操作方便、可靠性好等优点，能够实现不同管径油管的自适应定心夹紧扶正，可以有效解决在上管过程中因大风、晃动等外界因素造成的管柱对中困难，起下油管效率低等问题。

主权利要求：
1.一种修井自动化平台油管自适应对中扶正手，其特征是：基座（1）上铰接有臂架（3），臂架（3）包括至少两个支撑杆体，两个支撑杆体两端均通过横杆连接，臂架（3）的底部横杆与基座（1）之间设有多个驱动液压缸（2），驱动液压缸（2）两端分别与基座（1）和臂架（3）的支撑杆体铰接，臂架（3）的顶部横杆上设有自适应抓手（4）；
自适应抓手（4）用于自适应定心夹紧扶正管柱；
自适应抓手（4）包括锁紧机构，自定心中心架机构，自适应抓手（4）包括U形结构外壳（401），锁紧机构设在外壳（401）上，自定心中心架机构设在外壳（401）下方；
锁紧机构的结构为：外壳（401）U形卡爪上两侧对称设有对夹的锁紧摆臂，锁紧摆臂包括左侧锁紧摆臂（405a）和右侧锁紧摆臂（405b），左侧锁紧摆臂（405a）一端与外壳（401）U形卡爪端部通过第一销轴（406a）转动连接，外壳（401）上设有第一导向销（402a），左侧锁紧摆臂（405a）尾部设有弧形的导向槽，左侧锁紧摆臂（405a）尾部的导向槽活动设在第一导向销（402a）上；
左侧锁紧摆臂（405a）和右侧锁紧摆臂（405b）尾端分别设有第一螺栓（403a）和第二螺栓（403b），左侧锁紧摆臂（405a）和右侧锁紧摆臂（405b）尾端通过弹簧（404）连接，弹簧（404）两端分别扣在第一螺栓（403a）和第二螺栓（403b）上；
自定心中心架机构的结构为：外壳（401）U形卡爪两侧对称设有对夹的夹紧手指，夹紧手指呈弧形结构，夹紧手指包括左侧夹紧手指（411a）和右侧夹紧手指（411b），左侧夹紧手指（411a）中部通过第三销轴（413a）与外壳（401）转动连接，外壳（401）中部设有气缸（409），气缸（409）伸缩杆与左侧夹紧手指（411a）和右侧夹紧手指（411b）尾端连接；
气缸（409）伸缩杆端部设有直行支架（408），直行支架（408）两侧对称设有第三导向销（410a）和第四导向销（410b），左侧夹紧手指（411a）尾端设有弧形的导向槽，左侧夹紧手指（411a）的弧形的导向槽活动设在第三导向销（410a）上；
气缸（409）伸缩杆端部还设有横向的大滚轮（407）；
左侧夹紧手指（411a）和右侧夹紧手指（411b）前端分别设有左侧小滚轮（412a）和右侧小滚轮（412b）。
2.根据权利要求1所述的一种修井自动化平台油管自适应对中扶正手，其特征是：左侧锁紧摆臂（405a）前端设有弧形的凸起，左侧锁紧摆臂（405a）和右侧锁紧摆臂（405b）的弧形的凸起形成缩口。
3.根据权利要求1所述的一种修井自动化平台油管自适应对中扶正手，其特征是：基座（1）上开有四个吊眼孔，通过螺栓与自动化平台进行固定；
臂架（3）的支撑杆体采用异平面弯折结构。
4.根据权利要求1所述的一种修井自动化平台油管自适应对中扶正手的使用方法，其特征是：该方法包括：
S1、修井自动化平台在起升管柱过程中，当管柱一端被液压吊卡吊起后，驱动液压缸（2）的活塞杆分别从驱动液压缸缸筒中伸出，推动臂架（3）转动在自适应抓手（4）空档中心位于井口正上方后停止；
S2、在管柱进入自适应抓手（4）中心空档后，自适应抓手（4）将管柱夹紧并定心，防止管柱摇摆晃动，从而达到井口管柱精准对扣的目的；
S3、管柱进入自适应抓手时通过左侧锁紧摆臂（405a）和右侧锁紧摆臂（405b）使它们绕第一销轴（406a）和第二销轴（406b）向两侧摆动，当管柱完全进入自适应抓手（4）的中心空档后，左侧锁紧摆臂（405a）和右侧锁紧摆臂（405b）在弹簧（404）的作用下向自适应抓手（4）的对称面回拢并在第一导向销（402a）和第二导向销（402b）的限制下回归到初始位置；
S4、当管柱完全进入自适应抓手（4）的中心空档后，自定心中心架机构的气缸活塞杆伸出并带动直行支架（408）沿活塞杆伸出方向做直线运动，位于直行支架（408）上表面的第三导向销（410a）和第四导向销（410b）会沿着左侧夹紧手指（411a）和右侧夹紧手指（411b）末端的两个导向槽滑动，从而带动左侧夹紧手指（411a）和右侧夹紧手指（411b）绕着第三销轴（413a）和第四销轴（413b）转动将管柱抓紧；
S5、左侧夹紧手指（411a）和右侧夹紧手指（411b）末端的两个导向槽能够保证直行支架（408）向管柱中心运动的距离和两侧左侧夹紧手指（411a）和右侧夹紧手指（411b）向中心摆动的距离相同，从而实现管柱半径变动时其圆心位置始终不变的自定心功能。 说明书 : 修井自动化平台油管自适应对中扶正手及其使用方法技术领域[0001] 本发明涉及油管自适应对中扶手领域，尤其是涉及一种修井自动化平台油管自适应对中扶正手及其使用方法。背景技术[0002] 我国传统油气生产过程中，管柱的处理大多采用人工作业的方式，采油工人的工作强度较大、工作环境恶劣、危险系数高。为了能缓解油气工作者的工作强度，降低作业风险，现已出现了诸多自动化工具。车载集成式小修自动化平台，可以实现快速运输和管柱的高效处理，已在各大油田得到了广泛的应用。平台在处理管柱时，会因为强风、碰撞、管径变化等原因引起管柱中心的波动和变化，进而上卸扣过程管柱对重困难，需要通过井扶装置来进行扶正。现有的井扶装置在扶管时均采用半环持接触的方式，无法有效解决上述管柱对中问题，严重影响自动化作业效率，不能满足现场修井作业需求。随着修井自动化的深入发展，自动化平台作业现场对能有效解决上述问题的管柱扶正装置的需求愈加迫切。[0003] 中国专利CN2177796Y一种装在井架上用于石油井下套管对中的套管连接扶正装置,实现气控机械扶正,省力安全。可在井架上装有螺旋(8,10)带动的伸缩内套(3),内套端铰接相对如同两手臂的弧形腕臂(4,5),其一腕臂较长,可使从地面吊入井架的套管从腰拦住,另在腕臂的外侧与内套之间各铰接气缸6,实现气控两腕的张开与合拢,达到连接套管对中扶正的目的。无法有效解决上述管柱对中问题，严重影响自动化作业效率，不能满足现场修井作业需求。[0004] 中国专利CN113638701A本发明公开了一种顶驱式地热钻机的钻杆扶正器，所述顶驱式地热钻机的钻杆扶正器包括固定座、第一夹钳体、第二夹钳体、第一驱动装置和第二驱动装置，固定座上设有供钻杆穿过的避让部，第一夹钳体和第二夹钳体中的每一者在扶正位置和避让位置之间可活动地设置在固定座上，第一夹钳体和第二夹钳体中的每一者包括适配部，位于扶正位置的第一夹钳体的适配部与位于扶正位置的第二夹钳体的适配部对合限定出钻杆扶正部，钻杆扶正部用于与钻杆适配，第一驱动装置与第一夹钳体相连，第二驱动装置与第二夹钳体相连。井扶装置在扶管时均采用半环持接触的方式，无法有效解决上述管柱对中问题，严重影响自动化作业效率，不能满足现场修井作业需求。发明内容[0005] 本发明的主要目的在于提供一种修井自动化平台油管自适应对中扶正手及其使用方法，解决现有的井扶装置在扶管时均采用半环持接触的方式，无法有效解决上述管柱对中问题的问题。[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种修井自动化平台油管自适应对中扶正手，基座上铰接有臂架，臂架包括至少两个支撑杆体组成，两个杆体两端通过横杆连接，臂架的底部横杆与基座之间设有多个驱动液压缸，驱动液压缸两端分别与基座和臂架的支撑杆体铰接，臂架的顶部横杆上设有自适应抓手；[0007] 自适应抓手用于自适应定心夹紧扶正管柱。[0008] 优选方案中，自适应抓手包括锁紧机构，自定心中心架机构，自适应抓手包括U形结构外壳，锁紧机构设在外壳上，自定心中心架机构设在下方。[0009] 优选方案中，锁紧机构的结构为：外壳U形卡爪上两侧对称设有对夹的锁紧摆臂，锁紧摆臂包括左侧锁紧摆臂和右侧锁紧摆臂，左侧锁紧摆臂一端与外壳U形卡爪端部通过第一销轴转动连接，外壳上设有第一导向销，左侧锁紧摆臂尾部设有弧形的导向槽，左侧锁紧摆臂尾部的导向槽活动设在第一导向销上。[0010] 优选方案中，左侧锁紧摆臂和右侧锁紧摆臂尾端分别设有第一螺栓和第二螺栓，左侧锁紧摆臂和右侧锁紧摆臂尾端通过弹簧连接，弹簧两端分别扣在第一螺栓和第二螺栓上。[0011] 优选方案中，左侧锁紧摆臂前端设有弧形的凸起，左侧锁紧摆臂和右侧锁紧摆臂的弧形的凸起形成缩口。[0012] 优选方案中，自定心中心架机构的结构为：外壳U形卡爪两侧对称设有对夹的夹紧手指，夹紧手指呈弧形结构，夹紧手指包括左侧夹紧手指和右侧夹紧手指，左侧夹紧手指中部通过第三销轴与外壳卡爪通过第三销轴转动连接，外壳中部设有气缸，气缸伸缩杆与左侧夹紧手指和右侧夹紧手指尾端连接。[0013] 优选方案中，气缸伸缩杆端部设有直行支架，直行支架两侧对称设有第三导向销第四导向销，左侧夹紧手指尾端设有弧形的导向槽，左侧夹紧手指的弧形的导向槽活动设在第三导向销上。[0014] 优选方案中，气缸伸缩杆端部还设有横向的大滚轮；[0015] 左侧夹紧手指和右侧夹紧手指前端分别设有左侧小滚轮和右侧小滚轮。[0016] 优选方案中，底座上开有四个吊眼孔，通过螺栓与自动化平台进行固定；[0017] 臂架的支撑杆体采用异平面弯折结构。[0018] 该方法包括：[0019] S1、在修井自动化平台在起升管柱过程中，当管柱一端被液压吊卡吊起后，驱动液压缸的活塞杆分别从驱动液压缸缸筒中伸出，推动臂架转动在自适应抓手空档中心位于井口正上方后停止；[0020] S2、在管柱进入自适应抓手中心空档后，自适应抓手将管柱夹紧并定心，防止管柱摇摆晃动，从而达到井口管柱精准对扣的目的；[0021] S3、管柱进入自适应抓手时通过左侧锁紧摆臂和右侧锁紧摆臂使它们绕第一销轴和第二销轴向两侧摆动，当管柱完全进入自适应抓手的中心空档后，左侧锁紧摆臂和右侧锁紧摆臂再拉弹簧的作用下向自适应抓手的对称面回拢并在第一导向销和第二导向销的限制下回归到初始位置；[0022] S4、当管柱完全进入自适应抓手的中心空档后，自定心中心架机构的气缸活塞杆伸出并带动直行支架沿活塞杆伸出方向做直线运动，位于直行支架上表面的第三导向销和第四导向销会沿着左侧夹紧手指和右侧夹紧手指末端的两个导向槽滑动，从而带动左侧夹紧手指和右侧夹紧手指绕着第三销轴和第四销轴转动将管柱抓紧；[0023] S5、左侧夹紧手指和右侧夹紧手指末端的两个导向槽为特殊形状，能够保证直行支架向管柱中心运动的距离和两侧左侧夹紧手指和右侧夹紧手指向中心摆动的距离相同，从而实现管柱半径变动时其圆心位置始终不变的自定心功能。[0024] 本发明提供了一种修井自动化平台油管自适应对中扶正手及其使用方法，扶正手臂架铰接于基座上，臂架顶端设置有自适应抓手，基座两侧均设置有驱动液压缸，驱动液压缸的缸筒铰接于基座上，其活塞杆顶部则与臂架铰接。本发明具有结构简单、操作方便、可靠性好等优点，能够实现不同管径油管的自适应定心夹紧扶正，可以有效解决在上管过程中因大风、晃动等外界因素造成的管柱对中困难，起下油管效率低等问题。[0025] 其具有结构简单，便于拆卸与安装，操作方便，对中性好，防摆晃能力强等优点。通过本装置可以实现对不同管径管柱的自定心夹持，有效解决管柱因摆动所导致的对扣困难的问题，大大提升修井自动化平台的作业效率。附图说明[0026] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：[0027] 图1是本发明自适应抓手整体结构示意图；[0028] 图2是本发明修井平台油管自适应对中扶正手的初始位和工作位的结构布局图；[0029] 图3是本发明自适应抓手整体结构示意图；[0030] 图4是本发明自适应抓手各组成部件爆炸示意图；；[0031] 图5是本发明自定心抓取不同管径管柱的原理示意图；；[0032] 图中：基座1；驱动液压缸2；左侧驱动液压缸缸筒201a；左侧驱动液压缸活塞杆202a；右侧驱动液压缸缸筒201b；右侧驱动液压缸活塞杆202b；臂架3；自适应抓手4；外壳401；第一导向销402a；第二导向销402b；第一螺栓403a；第二螺栓403b；弹簧404；左侧锁紧摆臂405a；右侧锁紧摆臂405b；第一销轴406a；第二销轴406b；大滚轮407；直行支架408；气缸409；第三导向销410a；第四导向销410b；左侧夹紧手指411a；右侧夹紧手指411b；左侧小滚轮412a；右侧小滚轮412b；第三销轴413a；第四销轴413b。具体实施方式[0033] 实施例1[0034] 如图1 5所示，一种修井自动化平台油管自适应对中扶正手，基座1上铰接有臂架~3，臂架3包括至少两个支撑杆体组成，两个杆体两端通过横杆连接，臂架3的底部横杆与基座1之间设有多个驱动液压缸2，驱动液压缸2两端分别与基座1和臂架3的支撑杆体铰接，臂架3的顶部横杆上设有自适应抓手4，自适应抓手4用于自适应定心夹紧扶正管柱。自适应抓手4方便夹紧和定位整个管柱。[0035] 优选方案中，自适应抓手4包括锁紧机构，自定心中心架机构，自适应抓手4包括U形结构外壳401，锁紧机构设在外壳401上，自定心中心架机构设在401下方。锁紧机构锁紧整个管柱，自定心中心架机构对管柱进行保持定心。[0036] 优选方案中，锁紧机构的结构为：外壳401U形卡爪上两侧对称设有对夹的锁紧摆臂，锁紧摆臂包括左侧锁紧摆臂405a和右侧锁紧摆臂405b，左侧锁紧摆臂405a一端与外壳401U形卡爪端部通过第一销轴406a转动连接，外壳401上设有第一导向销402a，左侧锁紧摆臂405a尾部设有弧形的导向槽，左侧锁紧摆臂405a尾部的导向槽活动设在第一导向销402a上。左侧锁紧摆臂405a和右侧锁紧摆臂405b尾端分别设有第一螺栓403a和第二螺栓403b，左侧锁紧摆臂405a和右侧锁紧摆臂405b尾端通过弹簧404连接，弹簧404两端分别扣在第一螺栓403a和第二螺栓403b上。左侧锁紧摆臂405a和右侧锁紧摆臂405b对称布置，且能够对称展开。[0037] 优选方案中，左侧锁紧摆臂405a前端设有弧形的凸起，左侧锁紧摆臂405a和右侧锁紧摆臂405b的弧形的凸起形成缩口。如图3所示结构，形成缩口方便卡主管柱。[0038] 优选方案中，自定心中心架机构的结构为：外壳401U形卡爪两侧对称设有对夹的夹紧手指，夹紧手指呈弧形结构，夹紧手指包括左侧夹紧手指411a和右侧夹紧手指411b，左侧夹紧手指411a中部通过第三销轴413a与外壳401卡爪通过第三销轴413a转动连接，外壳401中部设有气缸409，气缸409伸缩杆与左侧夹紧手指411a和右侧夹紧手指411b尾端连接。气缸409伸缩杆端部设有直行支架408，直行支架408两侧对称设有第三导向销410a第四导向销410b，左侧夹紧手指411a尾端设有弧形的导向槽，左侧夹紧手指411a的弧形的导向槽活动设在第三导向销410a上。气缸409伸缩杆端部还设有横向的大滚轮407；气缸409顶推，左侧夹紧手指411a和右侧夹紧手指411b与大滚轮407形成环抱结构，适应不同的管径的管柱。[0039] 左侧夹紧手指411a和右侧夹紧手指411b前端分别设有左侧小滚轮412a和右侧小滚轮412b。左侧小滚轮412a和右侧小滚轮412b使卡入更加顺畅。[0040] 优选方案中，底座1上开有四个吊眼孔，通过螺栓与自动化平台进行固定；臂架3的支撑杆体采用异平面弯折结构，整个结构更加稳定实用。通过螺栓与自动化平台进行固定，左右安装位的设定是可调。[0041] 实施例2[0042] 结合实施例1进一步说明，如图1?5所示，本发明一种修井自动化平台油管自适应对中扶正手包括基座1，驱动液压缸2，臂架3，自适应抓手4。[0043] 其中，基座1的底板上对称设置有四个吊眼孔，基座1通过四根螺栓固定在修井平台上，驱动液压缸包括左侧驱动液压缸缸筒201a和右侧驱动液压缸缸筒201b，左侧驱动液压缸活塞杆202a和右侧驱动液压缸活塞杆202b，两个驱动液压左侧驱动液压缸缸筒201a和右侧驱动液压缸缸筒201b分别安装在基座1左右两侧的安装耳板上可绕销轴相对基座1转动，左侧驱动液压缸活塞杆202a和右侧驱动液压缸活塞杆202b分别与臂架3左右两侧的弯折杆相铰接。臂架3的底部横杆铰接于基座1底板上表面的耳板上，臂架3在左侧驱动液压缸缸筒201a和右侧驱动液压缸缸筒201b带动下可以绕销轴相对基座1做前后摆动运动。自适应抓手4固定安装在臂架3顶杆的中间位置。在修井自动化平台在起升管柱过程中，当管柱一端被液压吊卡吊起后，驱动液压缸2的活塞杆分别从驱动液压缸缸筒中伸出，推动臂架3转动在自适应抓手4空档中心位于井口正上方后停止。[0044] 其中，自适应抓手4包括外壳401，锁紧机构，自定心中心架机构，锁紧机构前端两侧通过第一销轴406a和第二销轴406b安装于外壳401上，外壳401上表面左右两侧的第一导向销402a和第二导向销402b；穿过锁紧机构上设置的导向槽；自定心中心架机构安装于外壳401内部，自定心中心架下平面与外壳401下底板内侧平面通过螺栓相固接，自定心中心架机构两侧的左侧小滚轮412a和右侧小滚轮412b通过第三销轴413a和第四销轴413b固定安装于外壳401的上端面内侧，两夹紧手指的左侧小滚轮412a和右侧小滚轮412b可分别绕第三销轴413a和第四销轴413b相对外壳401转动。在管柱进入自适应抓手4中心空档后，自适应抓手4将管柱夹紧并定心，防止管柱摇摆晃动，从而达到井口管柱精准对扣的目的。[0045] 锁紧机构包括两个左侧锁紧摆臂405a和右侧锁紧摆臂405b，拉伸弹簧404，弹簧安装第一螺栓403a和第二螺栓403b，左侧锁紧摆臂405a和右侧锁紧摆臂405b的前端分别通过销轴406a和406b与外壳401相连，锁紧摆臂405a和405b可以绕第一销轴406a和第二销轴406b相对外壳401进行旋转，左侧锁紧摆臂405a和右侧锁紧摆臂405b中间设置的导向槽分别与固定于外壳401上表面的第一导向销402a和第二导向销402b相配合，左侧锁紧摆臂405a和右侧锁紧摆臂405b末端通过一根拉伸弹簧404相连。管柱进入自适应抓手时通过左侧锁紧摆臂405a和右侧锁紧摆臂405b使它们绕第一销轴406a和第二销轴406b向两侧摆动，当管柱完全进入自适应抓手4的中心空档后，左侧锁紧摆臂405a和右侧锁紧摆臂405b再拉弹簧404的作用下向自适应抓手4的对称面回拢并在第一导向销402a和第二导向销402b的限制下回归到初始位置。[0046] 自定心中心架机构包括大滚轮407，直行支架408，气缸409，导向销410a和410b，夹紧手指411a和411b，小滚轮412a和412b，圆柱销轴413a和413b，大滚轮407通过销轴安装于直行支架408的前端，气缸409的活塞杆与直行支架408通过螺纹相连，气缸409的缸筒与外壳401的下底板内侧通过螺栓固接，直行支架408上表面设置有两根第三导向销410a和第四导向销410b，它们分别穿过左侧夹紧手指411a和右侧夹紧手指411b末端的两个导向槽，第三销轴413a和第四销轴413b的一端固定于外壳401的顶盖内侧，另一端穿过左侧夹紧手指411a和右侧夹紧手指411b中间部位的通孔，左侧夹紧手指411a和右侧夹紧手指411b可分别绕第三销轴413a和第四销轴413b作旋转运动，两个左侧小滚轮412a；右侧小滚轮412b分别通过销轴安装于左侧夹紧手指411a和右侧夹紧手指411b的前端下表面。当管柱完全进入自适应抓手4的中心空档后，自定心中心架机构的气缸活塞杆伸出并带动直行支架408沿活塞杆伸出方向做直线运动，位于直行支架408上表面的第三导向销410a和第四导向销410b会沿着左侧夹紧手指411a和右侧夹紧手指411b末端的两个导向槽滑动，从而带动左侧夹紧手指411a和右侧夹紧手指411b绕着第三销轴413a和第四销轴413b转动将管柱抓紧。[0047] 左侧夹紧手指411a和右侧夹紧手指411b末端的两个导向槽为特殊形状，能够保证直行支架408向管柱中心运动的距离和两侧左侧夹紧手指411a和右侧夹紧手指411b向中心摆动的距离相同，从而实现管柱半径变动时其圆心位置始终不变的自定心功能。[0048] 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。

专利地区：湖北

专利申请日期：2021-12-31

专利公开日期：2024-10-15

专利公告号：CN114320193B