一种煤层气、油气井下管柱提升设备

摘要

本发明公开了一种煤层气、油气井下管柱提升设备，包括支撑框体，在支撑框体上自上而下依次设有上水平支架、中水平支架和下水平支架，在上水平支架上固定有向上通孔内对射设置的上非接触式测距传感器，在中水平支架上固定有向中通孔内对射设置的中非接触式测距传感器；在下水平支架上设有用于穿过抽油杆或油管的下通孔，在下水平支架上固定有向下通孔内对射设置的下非接触式测距传感器；在上水平支架与中水平支架之间、在中水平支架与下水平支架之间均左右滑动连接有夹持提升装置；本发明采用两组相互配合的履带式提升机构对井下管柱循环夹持，从而避免采用了原来常规油气井常用的结构复杂的大型起吊设备。

说明书

技术领域

本发明属于煤层气及油气开发技术领域，特别涉及一种煤层气、油气井下管柱提升设备。

背景技术

煤层气是一种主要成分为甲烷的可燃气体，通常吸附于煤颗粒表面、游离于煤孔隙以及溶解在煤层水中，是煤炭的伴生物。在我国煤层气的储量十分丰富，居世界第三，拥有巨大的 开发潜力。煤层气是一种清洁能源，在当前环保的大趋势下以及煤炭开采安全压力下，大力开发煤层气资源势在必行。

目前，在煤层气地面开采领域普遍采用常规油气田开采配套的设备进行抽采、检修、维护等，相对于常规油气井煤层气井井身较浅的事实，若仍采用常规油气田开采配套的设备会造成能源消耗大、运行效率低、设备繁重，致使煤层气开采成本较高。

其中煤层气井检修设备就是一个典型的例子，需要一台专业的检修作业车（属于特种设备），一个班组需要配备10位工人（专业资质，持证上岗）以上，管理一个专业的检修队伍成本很高，致使检修井的成本也很高。现实是为了节约成本，小的煤层气公司不组建自己的专业检修作业队伍，当需要修井作业时再现找检修作业队伍，有可能就耽误了生产；还有就是专业修井作业设备简陋，或者是设备故障很多，还有就是人员简配，或有专业资质的人员较少。

发明内容

本发明目的是为解决上述现有技术中存在的问题而提出了一种针对煤层气井内管柱进行检修的提升设备及提升方法；为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种煤层气、油气井下管柱提升设备，包括支撑框体，在支撑框体上自上而下依次设有上水平支架、中水平支架和下水平支架，在上水平支架上设有用于穿过抽油杆或油管的上通孔，在上水平支架上固定有向上通孔内对射设置的上非接触式测距传感器；在中水平支架上设有用于穿过抽油杆或油管的中通孔，在中水平支架上固定有向中通孔内对射设置的中非接触式测距传感器；在下水平支架上设有用于穿过抽油杆或油管的下通孔，在下水平支架上固定有向下通孔内对射设置的下非接触式测距传感器；

在上水平支架与中水平支架之间、在中水平支架与下水平支架之间均左右滑动连接有夹持提升装置，所述夹持提升装置包括左右滑动运动的左提升机构和右提升机构，在左提升机构和右提升机构底部均设有沿左右方向设置的螺纹孔，且左提升机构和右提升机构螺纹孔螺纹方向相反，在支撑框体上转动连接有穿过螺纹孔的动力丝杠，所述动力丝杠上左右两部分的螺纹方向相反，在支撑框体上固定有用于带动动力丝杠转动的第一伺服电机，动力丝杠转动的转动带动左提升机构和右提升机构向中间运动以用于对抽油杆或油管的夹持和提升。

优选的，所述左提升机构包括支撑架，在支撑架上沿上下设有驱动轮和诱导轮，绕驱动轮和诱导轮连接有承重履带，在驱动轮和诱导轮右侧上下并排设有多个承重轮，在承重履带转动过程中位于多个承重轮位置处的承重履带呈竖直状态；所述承重履带由多个履带板依次铰接连接而成，相邻两个履带板之间通过铰接轴铰接，在履带板上设有用于增大摩擦力的防滑纹，在支撑架上设有用于带动驱动轮转动的第二伺服电机。

优选的，在下水平支架上设有防坠落机构，所述防坠落机构包括左抱箍和右抱箍，所述左抱箍和右抱箍对称分布在下通孔左右两侧，在左抱箍和右抱箍的前后对应两端部之间均设有双向动力液压缸；在下水平支架上设有向抽油杆或油管对射设置的辅助非接触式测距传感器，下非接触式测距传感器和辅助非接触式测距传感器的信号输出端与双向动力液压缸控制器的信号输入端相连接。

优选的，在支撑框体顶部设有工作平台以及用于攀登到工作平台的脚梯，在工作平台周围设有围栏，在工作平台中间设有用于抽油杆或油管伸出的管道穿孔，在工作平台上安装有与管道穿孔位置相对应的驱动式液压扳手，所述通孔驱动式液压扳手用于对抽油杆或油管接箍的拆卸。

优选的，在工作平台上设有横支撑臂，在横支撑臂上设有定滑轮。

优选的，在支撑框体上设有起吊臂和卷扬机，在卷扬机上设有起拉绳，起拉绳沿着起吊臂布置通过起吊臂末端的滑轮组而悬垂在起吊臂末端。

优选的，所述起吊臂为多级伸缩臂。

本发明所具有的有益效果为：（1）本发明采用两组相互配合的履带式提升机构对井下管柱循环夹持，从而避免采用了原来常规油气井常用的结构复杂的大型起吊设备；

（2）左提升机构和右提升机构之间的距离可以根据井下管径尺寸适应性调整，从而使用范围更加广泛，应用性更强。

（3）通过两半部分螺纹相反的丝杠控制，实现了左提升机构和右提升机构精确通过对中运动的效果。

（4）上下两组夹持提升装置对井下管柱进行同时或者交替夹持动作，实现了井下管柱持续无间断地向上或向下运动。

（5）通过双重设计防坠落机构的设置，无论是井下管柱在提升还是在下放的过程中均避免坠落危险情况的发生，从而提高了设备的运作安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为夹持提升装置的结构示意图；

图3为防坠落机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1所示，一种煤层气、油气井下管柱提升设备，包括支撑框体，在支撑框体上自上而下依次设有上水平支架14、中水平支架15和下水平支架16，在上水平支架14上设有用于穿过抽油杆或油管的上通孔7，在上水平支架14上固定有向上通孔7内对射设置的上非接触式测距传感器10；在中水平支架15上设有用于穿过抽油杆或油管的中通孔5，在中水平支架15上固定有向中通孔5内对射设置的中非接触式测距传感器6；在下水平支架16上设有用于穿过抽油杆或油管的下通孔1，在下水平支架16上固定有向下通孔1内对射设置的下非接触式测距传感器4；上通孔7、中通孔5和下通孔1同轴设置。

在上水平支架14与中水平支架15之间、在中水平支架15与下水平支架16之间均左右滑动连接有夹持提升装置3，如图2所示，所述夹持提升装置3包括左右滑动运动的对称设置的左提升机构和右提升机构，在左提升机构和右提升机构底部均设有沿左右方向设置的螺纹孔，且左提升机构和右提升机构螺纹孔螺纹方向相反，在支撑框体上转动连接有穿过螺纹孔的动力丝杠302，所述动力丝杠302上左右两部分的螺纹方向相反，在支撑框体上固定有用于带动动力丝杠302转动的第一伺服电机（本设备中的伺服电机及电器配件为防爆设计）301，动力丝杠302的转动带动左提升机构和右提升机构同步向中间或者向两侧运动，向中间运动时对井下管柱的夹持和提升。

所述左提升机构包括支撑架306，在支撑架306上沿上下设有驱动轮305和诱导轮303，绕驱动轮305和诱导轮303连接有承重履带304，在驱动轮305和诱导轮303右侧上下并排设有多个承重轮307，在承重履带307转动过程中位于多个承重轮307位置处的承重履带304呈竖直状态；所述承重履带304由多个履带板依次铰接连接而成，相邻两个履带板之间通过铰接轴铰接，在履带板上设有用于增大摩擦力的防滑纹，在支撑架306上设有用于带动驱动轮305转动的第二伺服电机。

为了防止在非正常情况下抽油杆或油管的坠落，在下水平支架16上设有防坠落机构2，如图3所示，所述防坠落机构包括左抱箍202和右抱箍203，所述左抱箍202和右抱箍203对称分布在下通孔1左右两侧，在左抱箍202和右抱箍203的前后对应两端部之间均设有双向动力液压缸201；在下水平支架16上设有向抽油杆或油管对射设置的辅助非接触式测距传感器17，下非接触式测距传感器4和辅助非接触式测距传感器17的信号输出端与双向动力液压缸201控制器的信号输入端相连接。

为了对提升出来或将进行井下安装下放的抽油杆或油管进行下一步相应的操作，在支撑框体顶部设有工作平台13以及用于攀登到工作平台13的脚梯，在工作平台13周围设有围栏，在工作平台中间设有用于抽油杆或油管伸出的管道穿孔9，在工作平台13上安装有与管道穿孔9位置相对应的驱动式液压扳手，所述通孔驱动式液压扳手用于对抽油杆或油管接箍的拆卸。

在工作平台13上直接设有横支撑臂12，从工作平台13到工作平台12的支撑体设计为可自由拉伸，以便于运输及井下管柱的适应性，在横支撑臂12上设有定滑轮11，拉绳8通过定滑轮11一端绑扎在井下管柱上，另一端人工拉拽或使用卷扬机即可。

本发明在使用时，将本发明提升设备坐落在煤层气井或油气井口上，以井下套管进行定位固定，让上通孔7、中通孔5和下通孔1与井口同轴对准，然后第一伺服电机301动作带动动力丝杠302转动，从而带动左提升机构和右提升机构同步对中向中间靠拢，根据井下管柱的尺寸控制左提升机构和右提升机构承重履带304之间的合适距离，调整完毕后，人工或者机械动力将第一节井下管柱放入下方夹持提升装置3的左提升机构和右提升机构之间，左右两个第二伺服电机分别带动两侧的驱动轮305同步转动，两侧的承重履带304对井下管柱夹持并向上提升直至提升到工作平台13处，驱动式液压扳手对两节井下管柱连接处的接箍进行自动拆卸，然后通过拉绳8起吊到指定位置处。在提升的过程中，当两节井下管柱连接处的接箍第一次到达下非接触式测距传感器4时，两个下非接触式测距传感器4相互配合作用检测到井下管柱尺寸变大即判断为有管柱接箍要经过，此时将此信号传递给下方的第一伺服电机301控制器，第一伺服电机301反向转动让下方的左提升机构和右提升机构向两侧退让接箍通过，当接箍到达中非接触式测距传感器6时，中非接触式测距传感器6将此信号传递给上方和下方的两个第一伺服电机301控制器，下方的第一伺服电机301先于上方的第一伺服电机301动作，从而下方的左提升机构和右提升机构向中间运动夹紧井下管柱，上方的左提升机构和右提升机构向两侧退让接箍通过，依次类推上下两个夹持提升装置3对井下管柱进行同时或者交替夹持动作，实现了井下管柱持续无间断地向上运动。当需要对井下管柱进行下方安装时，将上述过程反方向操作即可，包括通过对井下管柱链接处接箍的检测控制顺序相应地做相反控制即可，不再赘述。

无论是在提升还是在下放的过程中，都需要避免非正情况下出现井下管柱坠落现象的发生，因此在下水平支架16上设置了防坠落机构2，其工作过程为：在提升或者下放过程中，下非接触式测距传感器4和辅助非接触式测距传感器17相互配合作用能够判断出同一个井下管柱链接处接箍经过的先后顺序和时间间隔，据此以判断井下管柱是否出现坠落情况，当检测到坠落时双向动力液压缸201动作带动左抱箍202和右抱箍203同步快速向中间运动抱紧井下管柱从而避免坠落。

另外，对井下管柱是否出现坠落的判断还可以采用一下两种方式进行：

（1）在支撑框体上固定用于对井下管柱运动速度和运动方向进行检测的成对设置的非接触式速度传感器等现有技术手段进行检测；让后将此信号发送给双向动力液压缸201控制器，双向动力液压缸201动作带动左抱箍202和右抱箍203同步快速向中间运动抱紧井下管柱从而避免坠落。

（2）在井下管柱左右两侧的支撑框体上对称设有两个防坠传感机构，所述防坠传感机构包括沿着井下管柱径向方向设置的滑槽，在滑槽内滑动连接有滚轮支撑座，在滚轮支撑座底部与滑槽底部之间设有弹簧，在滚轮支撑座上转动连接有凹槽滚轮，在弹簧的作用下将凹槽滚轮紧压在井下管柱上，这样井下管柱的运动速度和运动方向均传递到凹槽滚轮上，然后通过检测凹槽滚轮的转速和转动方向即可判断井下管柱运动速度和运动方向，从而将此信号发送给双向动力液压缸201控制器，双向动力液压缸201动作带动左抱箍202和右抱箍203同步快速向中间运动抱紧井下管柱从而避免坠落；这种防坠传感机构在遇到井下管柱接箍时可以实现自动避让，从而可以全程对井下管柱进行运动速度和方向的传动。

（3）还可以将顶部的定滑轮11替换成单向棘轮式滑轮，这样在井下管柱刚露出井口进入下方的夹持提升装置3时就将拉绳8绑扎在井下管柱上，或者在拉绳8末端设置卡箍等连接方式对井下管柱进行预固定，在提升的过程中，拉绳8一直对井下管柱进行牵拉，在单向棘轮式滑轮作用下进一步对井下管柱防坠落起到双保险作用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。