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油井小修作業(yè)目前由修井機(jī)及5名現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員完成，小修作業(yè)自動(dòng)化輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)為：基于現(xiàn)有修井機(jī)系統(tǒng)，在不降低作業(yè)效率的前提下，提高作業(yè)自動(dòng)化程度，由機(jī)械完成盡可能多的重復(fù)性體力勞動(dòng)，取代三名作業(yè)人員，保留的兩名作業(yè)人員分別為修井機(jī)司鉆及自動(dòng)化系統(tǒng)操作員。

小修自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)使用修井機(jī)車上液壓源驅(qū)動(dòng)，采用24V電控方式，現(xiàn)場(chǎng)無需外接其它能源，結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)安裝工作簡(jiǎn)單。

小修自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)由機(jī)械手、自動(dòng)液壓鉗（含油管及抽油桿兩套）、油管內(nèi)殘液收集器和其它環(huán)保系統(tǒng)、自動(dòng)吊卡（含油管及抽油桿兩套）、油管卡瓦及抽油桿卡瓦、油管架及送管器等幾個(gè)主要部分、控制系統(tǒng)構(gòu)成；系統(tǒng)配合一般修井機(jī)作業(yè)，取代兩名井口工、一名場(chǎng)地工，起下管作業(yè)流程僅由修井機(jī)司鉆及自動(dòng)化系統(tǒng)操作員兩人完成全部作業(yè)，所有工人在起下管作業(yè)全流程無需接觸管柱，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，并提高作業(yè)安全性。

小修自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)全部安裝或裝載于修井機(jī)上，系統(tǒng)中所有較重的組件都能使用修井機(jī)小鉤吊裝就位；所有不能由修井機(jī)自身吊裝的少量工具構(gòu)件重量都不超過80kg，可以由人工擺放；作業(yè)準(zhǔn)備現(xiàn)場(chǎng)無需吊車和運(yùn)輸卡車配合，單車上井即可完成作業(yè)。

小修自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)作業(yè)效率較高，起/下管作業(yè)平均耗時(shí)約53s/根管。

小修自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)機(jī)械手系統(tǒng)安裝于修井機(jī)井架側(cè)面，負(fù)責(zé)將起出的管柱遞交給提升機(jī)，或從提升機(jī)上抓取管柱對(duì)正井口前一根管接箍進(jìn)行下管作業(yè)。機(jī)械手系統(tǒng)采用全液壓驅(qū)動(dòng)，帶有水平180°/垂直90°旋轉(zhuǎn)功能，升降行程3.5米，上下運(yùn)動(dòng)速度≥50cm/s，抓取油管或抽油桿直徑范圍5/8-31/2英寸，單機(jī)械手額定抓舉重量1000Kg，卡緊/松開時(shí)間＜1s，垂直旋轉(zhuǎn)的額定較大偏載：遠(yuǎn)端100kg，機(jī)械手系統(tǒng)抓取管柱→遞交給提升機(jī)→回復(fù)原位的流程時(shí)間＜35s（注：該時(shí)間小于系統(tǒng)其它組件同期流程工作時(shí)間）；機(jī)械手系統(tǒng)與修井機(jī)井架為固定式連接，一體運(yùn)輸，每口井作業(yè)前后無需拆裝。機(jī)械手系統(tǒng)具備水平調(diào)整定位功能，對(duì)于修井機(jī)倒車對(duì)正井口的要求不高。

自動(dòng)液壓鉗系統(tǒng)安裝于修井機(jī)車尾，分為油管及抽油桿兩套，用于油管及抽油桿的上卸扣作業(yè)；上扣扭矩可預(yù)先選擇，前后運(yùn)動(dòng)及上卸扣動(dòng)作均為自動(dòng)控制，也可以隨時(shí)切換為手動(dòng)操作。

小修自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)配備有環(huán)保系統(tǒng)，包含油管內(nèi)殘液收集器、油管刮油器、抽油桿刮油器等組件。殘液收集器可以將起油管過程中油管內(nèi)的殘液收集起來，輸送至指定液箱內(nèi)；兩種刮油器可將油管、抽油桿外表面的污物刮下來，留在井內(nèi)，避免污染環(huán)境。

自動(dòng)吊卡系統(tǒng)分為油管及抽油桿兩套，可在修井機(jī)大鉤的行程上下兩端，由人工控制抓取或放開油管或抽油桿頂部接箍；油管自動(dòng)吊卡可選作業(yè)管柱范圍27/8-31/2英寸，額定提升載荷≥1500kN，開閉時(shí)間＜4s。抽油桿自動(dòng)吊卡作業(yè)抽油桿范圍3/4-1英寸，額定提升載荷≥250kN，開閉時(shí)間＜2s。

油管卡瓦及抽油桿卡瓦系統(tǒng)用于承載作業(yè)管柱串或抽油桿重量，與自動(dòng)吊卡配合，可以取代人工搬動(dòng)換吊卡作業(yè)，實(shí)現(xiàn)一吊一卡作業(yè)方式，降低工人作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度。

油管架及送管器系統(tǒng)由油管架機(jī)構(gòu)、送管器及托板機(jī)構(gòu)組成，油管架主要功能是在起下管過程中擺放油管；送管器及托板機(jī)構(gòu)在起管過程中，從機(jī)械手接過油管，下放到油管架上，在下管過程中將油管架上的油管托起上升后交給機(jī)械手，由機(jī)械手系統(tǒng)完成以后的動(dòng)作。

    控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)操作以上全部功能，采用電控操作，帶主操作面板及遙控操作面板，能夠?qū)崿F(xiàn)大多數(shù)情況下的自動(dòng)化連續(xù)流程，每組流程由作業(yè)員人工選擇啟動(dòng)時(shí)機(jī)，同時(shí)也可以手動(dòng)控制任意單獨(dú)流程。

帶壓作業(yè)自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)

帶壓作業(yè)自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)適合安裝在各種獨(dú)立式帶壓作業(yè)裝置井口框架上，由機(jī)械手系統(tǒng)、修井專用鐵鉆工系統(tǒng)（含油管內(nèi)殘液收集系統(tǒng)）、管柱升降機(jī)系統(tǒng)、油管架及送管器系統(tǒng)、接箍探測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)構(gòu)成；系統(tǒng)可以取代修井機(jī)或桅桿，以及兩名井口工、一名場(chǎng)地工，僅由帶壓作業(yè)裝置司鉆及自動(dòng)化系統(tǒng)操作員兩人完成全部作業(yè)，所有工人在起下管作業(yè)全流程無需接觸管柱，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，并提高作業(yè)安全性。

機(jī)械手系統(tǒng)安裝于帶壓作業(yè)井口裝置框架內(nèi)，負(fù)責(zé)將起出的管柱遞交給提升機(jī)，或從提升機(jī)上抓取管柱對(duì)正井口前一根管接箍進(jìn)行下管作業(yè)。機(jī)械手系統(tǒng)采用全液壓驅(qū)動(dòng)，帶有水平180°/垂直90°旋轉(zhuǎn)功能，升降行程5.8米，上下運(yùn)動(dòng)速度≥50cm/s，抓取油管直徑范圍5/8-31/2英寸，抓緊管柱時(shí)允許管柱旋轉(zhuǎn)上/卸扣，單機(jī)械手額定抓舉重量300Kg，卡緊/松開時(shí)間＜1s，垂直旋轉(zhuǎn)的額定較大偏載：遠(yuǎn)端200kg，機(jī)械手系統(tǒng)抓取管柱→遞交給提升機(jī)→回復(fù)原位的流程時(shí)間＜40s（注：該時(shí)間小于帶壓作業(yè)裝置同期流程工作時(shí)間）；機(jī)械手系統(tǒng)與井口裝置為固定式連接，一體運(yùn)輸?shù)跹b，每口井作業(yè)前后無需拆裝。

修井專用鐵鉆工系統(tǒng)采用落地軌直線進(jìn)退方式，固定于帶壓作業(yè)井口裝置上工作平臺(tái)上，與井口裝置一體運(yùn)輸。鐵鉆工額定上/卸扣扭矩8kN·m，作業(yè)管柱范圍23/8-41/2英寸；鐵鉆工可實(shí)現(xiàn)近端控制與遠(yuǎn)程遙控兩種控制方式，可按設(shè)定流程自動(dòng)完成作業(yè)管柱的上、卸扣工作，也可由操作人員手動(dòng)控制每個(gè)獨(dú)立的操作動(dòng)作。鐵鉆工自帶油管內(nèi)殘液收集系統(tǒng)，在起管作業(yè)時(shí)可將油管內(nèi)殘液集中排至方罐。在全自動(dòng)作業(yè)流程下，鐵鉆工完成起管卸扣作業(yè)和管內(nèi)殘液收集的全流程時(shí)間約為47s，下管上扣作業(yè)的全流程時(shí)間約為35s，作業(yè)效率與人工操作液壓鉗的作業(yè)效率接近。

管柱升降機(jī)系統(tǒng)固定于帶壓作業(yè)井口裝置框架側(cè)面，負(fù)責(zé)在機(jī)械手與油管架/送管器系統(tǒng)之間傳遞管柱。升降機(jī)自帶兩只機(jī)械手，在升降時(shí)可抓緊管柱并承受偏載荷，升降機(jī)上下運(yùn)動(dòng)速度≥50cm/s，額定舉升力24kN，較大行程按照配套的帶壓作業(yè)裝置選擇。升降機(jī)與井口裝置為固定式連接，一體運(yùn)輸?shù)跹b，每口井作業(yè)前后無需拆裝。

油管架及送管器系統(tǒng)由油管架機(jī)構(gòu)、送管器及托板機(jī)構(gòu)組成，油管架主要功能是在起下管過程中擺放油管；送管器及托板機(jī)構(gòu)在起管過程中，從升降機(jī)接過油管，下放到油管架上，在下管過程中將油管架上的油管托起上升后交給升降機(jī)，由升降機(jī)系統(tǒng)完成以后的動(dòng)作。

接箍探測(cè)系統(tǒng)固定在帶壓作業(yè)裝置舉升卡瓦上工作平臺(tái)上，負(fù)責(zé)探測(cè)作業(yè)管柱接箍位置，給出自動(dòng)控制信號(hào)控制帶壓作業(yè)主油缸動(dòng)作，確保起下管作業(yè)時(shí)每一根油管的接箍都處于合適的高度，簡(jiǎn)化上卸扣作業(yè)流程（不用每次調(diào)整鐵鉆工高度）。

控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)操作以上全部功能，用戶可選擇電控操作：帶主操作面板及遙控操作面板，能夠?qū)崿F(xiàn)大多數(shù)情況下的自動(dòng)化連續(xù)流程，每組流程由作業(yè)員人工選擇啟動(dòng)時(shí)機(jī)，同時(shí)也可以手動(dòng)控制任意單獨(dú)流程；這樣的系統(tǒng)復(fù)雜，成本比較高，不容易與現(xiàn)有帶壓作業(yè)控制系統(tǒng)組合。或者也可選擇液壓直接控制方式：全部功能都由人工控制，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)作業(yè)流程；系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本低，容易與帶壓作業(yè)裝置操作系統(tǒng)融合。

本項(xiàng)目?jī)煞N自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)與國(guó)內(nèi)其它廠家產(chǎn)品的對(duì)比

1、整體工作原理不同，本項(xiàng)目系統(tǒng)效率更高。

目前已知的其它自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)，基本采用傳統(tǒng)修井機(jī)+鐵鉆工+動(dòng)力貓道+液壓翻轉(zhuǎn)吊卡的組合形式，有些系統(tǒng)還配備有油管下端推拉簡(jiǎn)易機(jī)械手。此類系統(tǒng)作業(yè)流程與人工作業(yè)相似，起下管時(shí)需要大鉤、液壓吊卡和動(dòng)力貓道全程配合，占用大鉤時(shí)間長(zhǎng)，因此起下管動(dòng)作流程耗時(shí)較長(zhǎng)，效率低下。從現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻來看，其它廠家系統(tǒng)起下一根管耗時(shí)一般90-180秒，甚至更多。

    本項(xiàng)目小修自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)采用的升降機(jī)械手與修井機(jī)大鉤、液壓吊卡互相配合，同時(shí)作業(yè)，互不干涉，也無需動(dòng)力貓道，對(duì)大鉤的占用時(shí)間比人工作業(yè)更少，作業(yè)效率高。例如起管作業(yè)提出油管卸開扣之后，機(jī)械手抓緊管柱，液壓吊卡松開，機(jī)械手橫向移走，大鉤僅需等待2-3s即可下落抓取下一根油管，等待和銜接時(shí)間比人工作業(yè)更少，效率遠(yuǎn)高于其它小修自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)起下一根管的總時(shí)間約53秒，超過人工作業(yè)水平。

在國(guó)內(nèi)公開報(bào)道中未見過其它可使用的帶壓作業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。

2、本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)單車（單機(jī)）上井作業(yè)，作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間更短，無需輔助車輛，作業(yè)成本更低。

其它廠家的小修自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)中配備的鐵鉆工、動(dòng)力貓道等組件，必須由單獨(dú)的車輛運(yùn)輸，到達(dá)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)后由吊車擺放到位。運(yùn)輸車輛和吊車的使用費(fèi)用較高，大大提升了單井作業(yè)成本，中淺井的作業(yè)成本超過傳統(tǒng)人工作業(yè)方式兩倍以上。

本系統(tǒng)的全部組件全部安裝或裝載于修井機(jī)上，機(jī)械手與井架固定連接，每口井無需拆裝；卡瓦、吊卡等較重組件都能使用修井機(jī)小鉤吊裝就位；提升機(jī)、油管架等單件重量都不超過80kg，可以由人工擺放就位；作業(yè)準(zhǔn)備現(xiàn)場(chǎng)無需吊車和運(yùn)輸卡車配合，單車上井即可完成作業(yè)。修井作業(yè)成本比傳統(tǒng)人工作業(yè)略低，遠(yuǎn)低于其它廠家的小修自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)。

帶壓作業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)安裝于帶壓作業(yè)井口裝置框架內(nèi)部、上平臺(tái)及側(cè)面，整體單機(jī)上井，無需作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝，作業(yè)及準(zhǔn)備工作效率高于人工作業(yè)，成本低。

3、本系統(tǒng)有多個(gè)專為小修作業(yè)、帶壓作業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的組件，功能更完善細(xì)致，安全性更高，效率更高。

國(guó)內(nèi)尚無其它可遠(yuǎn)程控制的抽油桿吊卡，這就決定了其它廠家的自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)，在起下抽油桿過程必須有人工參與，不能真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)作業(yè)。本系統(tǒng)為此設(shè)計(jì)了一種新型液壓抽油桿吊卡，可實(shí)現(xiàn)大鉤行程任意位置抓取抽油桿接箍的功能，為小修全流程自動(dòng)化提供了基礎(chǔ)。

本系統(tǒng)專門為油水井自動(dòng)作業(yè)設(shè)計(jì)了一種新結(jié)構(gòu)機(jī)械手，卡緊范圍能夠涵蓋5/8英寸-31/2英寸之間的全部管柱或抽油桿，并且卡緊任意直徑工件時(shí)中心位置不變；這就保證了本系統(tǒng)每口井作業(yè)時(shí)只需給機(jī)械手調(diào)定一次位置，作業(yè)流程簡(jiǎn)單。其它廠家系統(tǒng)切換管柱直徑或管-桿交替時(shí)需要重新調(diào)定機(jī)械手，甚至需要更換不同型號(hào)的機(jī)械手，大大增加了作業(yè)復(fù)雜程度，降低了作業(yè)效率。

4、本系統(tǒng)具有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，截至目前已獲得發(fā)明專利2項(xiàng)，實(shí)用新型專利5項(xiàng)，還有4項(xiàng)發(fā)明專利在審核中。