一种碳纤维连续抽油杆作业车的整体设计

摘要

一种碳纤维连续抽油杆作业车的整体设计方案，其特征在于由可更换抽油杆滚筒系统、车载吊装系统、碳纤维抽油杆注入系统、碳纤维抽油杆清洗装置、作业防喷系统、液压系统、控制系统、二类车载底盘组成，能够实现碳纤维连续抽油杆的起升、下放作业；抽油杆滚筒采用独立式结构，在更换抽油杆过程中大幅提升更换效率，同时减少了抽油杆弯曲次数，提高抽油杆的使用寿命；车载吊装系统能够在现场使用中独立吊装注入头装置、防喷装置及抽油杆清洗装置，减少工作现场车辆数量，降低作业成本；碳纤维抽油杆清洗装置能够在碳纤维抽油杆起升过程中自动完成抽油杆的清洗工作，一方面避免井液对环境的污染，浪费能源，另一方面减少工人清洗抽油杆的劳动强度；本发明适用于油田碳纤维连续抽油杆的起下作业。

说明书

所属技术领域

该技术属于石油工业作业设备的领域，主要用于碳纤维连续抽油杆的起下作业与运输等。该碳纤维连续抽油杆作业车，通过设计可更换的抽油杆滚筒和携带自备吊车与抽油杆清洗系统，能够一台车实现用碳纤维连续抽油杆的运输、下入、起出、清洗等操作，可提高油田小修作业效率，减少抽油杆的弯曲和作业准备时间，降低工人劳动强度与作业成本，提升碳纤维连续抽油杆的使用寿命，降低作业成本，为推广碳纤维连续抽油杆，提供作业设备保障。

背景技术

目前，油田现场应用的连续抽油杆有钢制连续抽油杆和碳纤维连续抽油杆两种，由于两种抽油杆的材料属性不同，因此运输、作业方式有很大不同，主要体现在以下方面：

钢制连续抽油杆最小弯曲半径较大(按照目前的结构，一般不低于2.8m)，因此其运输抽油杆所需滚筒的整体尺寸较大，无法通过一体化作业机完成运输、作业功能，目前一般是单独设计抽油杆运输车；

钢制连续抽油杆的接头通过焊接完成，因此，其作业车辆需配备闪光焊运输车，而碳纤维连续抽油杆的接头由粘接而成，因此无须配装焊接作业设备；

钢制连续抽油杆的作业现场是在吊车辅助作用下将注入头、防喷器等部件吊装至井口上方，因此现场作业车辆较多、人员密集，安全生产风险较高，且辅助作业时间较长，作业成本高。

目前在油田使用碳纤维连续抽油杆作业车，主要存在以下不足：

碳纤维抽油杆作业车的滚筒与车上驱动系统采用一体化设计，因此，需要起下杆柱作业时，需要将碳纤维抽油杆从储存滚筒上倒到作业滚筒上，作业完成后，需要再从作业车滚筒上倒到储存滚筒上，不仅增加了作业周期，也增加了抽油杆的弯折次数，降低了抽油杆的寿命；

作业车上没有配置起吊系统，现场作业时，需要专门配置吊车，完成辅助起吊作业工作；

作业车没有设计抽油杆清洗系统，在碳纤维抽油杆起下工艺中，现场抽油杆无清洗装置，作业工人需人工除掉抽油杆覆盖的井液，劳动强度较大，安全性差，清洗程度低，且井液对作业现场会产生污染；

小修作业现场，抽油杆起升无防喷措施，作业风险较高；

为了解决以上问题，设计一种碳纤维连续抽油杆作业机设计方案，采用新的作业工艺与设备，能够明显提高工作效率，减轻作业人员的体力劳动，降低作业成本。

发明内容

为了实现碳纤维连续抽油杆的运输、作业一体化，获得较高的作业效率，本发明提供一种碳纤维连续抽油杆作业车整体方案与作业工艺。

本发明所采用的技术方案包括：一种独立式可整体更换抽油杆滚筒系统、车载吊装系统、抽油杆清洗装置系统、抽油杆防喷系统、注入头系统、液压系统、二类车底盘。其整体结构如附图1所示。

设计的独立式可更换抽油杆滚筒系统，从车辆的整体设计出发，为了避免转向桥过载，因此安装于二类车底盘二、三轴之间中部位置，其主要包括抽油杆滚筒及其支架、滚筒刹车盘、主从链轮、链条及其支架、液压马达、减速箱；其动力传递路线为液压站液压泵为液压马达提供动力及扭矩，经过减速箱后，驱动小链轮带动大链轮进行转动，抽油杆滚筒在大链轮作用下进行回转，进行抽油杆的下放及卷收过程。其中，大链轮轴与抽油杆滚筒转轴采用独立连轴器连接，能够仅切断抽油杆滚筒的动力传递路线实现抽油杆滚筒及其支架更换；滚筒刹车盘与链轮、链条及其支架固定在底盘之上，滚筒带有排杆机构与长度测量装置，能够在抽油杆起升时将抽油紧密缠绕于滚筒，并准确测量抽油杆下放、卷收长度，便于了解工作进度；

车载吊装系统，安装在二类车底盘尾部，包括：回转装置、起重装置与支撑装置，回转装置主要由转台、回转机构及其驱动装置组成，安装于二类底盘上方；起重装置主要由提取装置(吊钩)、钢丝绳、油轮组、起重绞车、吊臂、吊臂伸缩和变幅的驱动装置组成，安装于转台上方；车载吊装系统主要满足作业前后注入头模块、抽油杆清洗装置、抽油杆防喷器在井口的吊装，以及整盘更换抽油杆滚筒的要求，该系统要求具备足够的起吊能力与吊装半径；

注入头系统，安装在二类车底盘尾部车载吊装系统之间，包括：注入头导向器、注入头框架、注入头，注入头安装于注入头框架上方。注入头导向器滑轮与碳纤维抽油杆接触，为抽油杆提供支撑，保证抽油杆的合理弯曲半径，避免抽油杆弯曲半径过小造成的损伤；注入头框架为井口上方作业提供足够的空间，以便于安装防喷器及清洗装置，并支撑抽油杆注入头夹持与传动机构。注入头夹持与传动机构安装于注入头框架上方，作业高度可根据现场实际情况进行调整，注入头框架上方安装导轨，能够实现注入头中心与井口中心的对中；注入头包括夹持、输送、导向机构组成，为起升、下放抽油杆时提供起升、下放的动力，该系统要求注入头有足够的夹持能力及提供合理的起升、下放速度；

液压系统是碳纤维抽油杆作业时的动力来源，包括液压缸、液压马达、液压泵、液压管线，作业机的动力传递路线为发动机输出功率与扭矩，经过减速器、变速箱、角传动箱、传动轴、液压泵，将发动机的机械能转化为液压系统的液压能，其中作业时液压支腿伸出，为作业机底盘提供支撑，液压马达将液压能转化为机械能，为抽油杆滚筒系统、注入头提供动力。

抽油杆清洗装置系统采用卡箍式结构，包括高压水泵、水箱、清洗喷嘴、刮水环、刮泥环、壳体、端盖、及其附属装置，工作时先将清洗装置安装于注入头、抽油杆防喷器之间，使抽油杆清洗系统中心线与井口中心线重合；工作时随着抽油杆的回收起升，杆体表面泥沙、油污等杂质由刮油器(粗刮)刮除后，在重力作用下沿刮泥环表面流至集污筒；高压水泵将清洗剂经进水口，清洗喷嘴节流作用下，将高压、高流速液体冲刷杆体，将抽油杆表面油污除去，污水沿清洗喷嘴下端溢流通道流至底部集污筒，经过清洗回路回收至作业机水箱，经过二次分离后，泥沙沉积在水箱底部；抽油杆在提升过程中由清洗装置上端刮水器将杆体表面水分清除，完成清洗过程。。

防喷系统安装于井口上方注入头框架下方，包括半封与剪切，正常作业时半封防喷器密封抽油杆、油管环空，并进行带压起下；发生事故时，通过剪切闸板将碳纤维抽油杆剪断，实现紧急封井的目的，该系统要求防喷器具备足够的带压作业能力。

二类底盘是作业机的载体，满足作业机运移、作业要求，保证底盘前、后桥轴载合理分布以及车辆稳定性。

本发明采用以上技术方案与已有技术相比，具有以下优点：

碳纤维连续抽油杆作业所有设备均由同一台二类底盘车承载、运移，各作业子系统在二类底盘布置合理，作业车结构紧凑。

注入系统注入头框架可根据现场情况对作业高度进行调节，注入头可进行手动进行两个方向调节，保证注入头中心与井口中心线重合。

作业车自动化程度较高，辅助作业车辆较少，减少准备时间，降低工人劳动强度。

抽油杆起升作业时作业车具备清洗能力。

抽油杆具有快速更换的能力。

作业车具有防喷系统，作业安全系统较高。

所述的一种碳纤维连续抽油杆作业车及作业工艺，可分为下放作业、起升作业以及抽油杆更换作业三个环节：

1、抽油杆下放作业工艺，包括以下步骤：

1)将作业车倒至井口合适位置，放下车身支腿并调平车辆；

2)用随车吊依次将注入头框架、注入头、抽油杆防喷器吊装至井口，并进行调整，使注入头中心、防喷器与井口中心线重合；

3)使用随车吊牵引碳纤维抽油杆，依次穿过注入头、抽油杆防喷器，并现场粘结抽油杆接头后，使用液压大钳与加重杆完成上扣操作；

4)操纵滚筒马达及注入头马达转速，使抽油杆以合理的下放速度缓慢下放，直至下放完成；

5)现场联接抽油杆接头，使用液压大钳与光杆完成上扣操作；

6)随车吊将注入头、防喷器等部件调装至作业车指定位置，液压支腿收回，完成碳纤维连续抽油杆下放作业。

2、抽油杆起升作业工艺，包括以下步骤：

1)将作业车倒至井口合适位置，放下车身支腿并调平车辆；

2)用车载起吊系统依次将注入头框架、注入头、抽油杆防喷器及抽油杆清洗装置吊装至井口，并进行调整，使注入头中心、防喷器、清洗装置与井口中心线重合；

3)使用车载起吊系统起升碳纤维抽油杆，依次穿过抽油杆防喷器、清洗装置与注入头后，利用注入头起升，使随车吊将抽油杆接头牵引至抽油杆滚筒并固定，在此期间，抽油杆清洗装置自动清洗抽油杆表面；

4)操纵滚筒马达与注入头马达转速，使抽油杆以合理的起升速度进行卷收，直至抽油杆下端接头起升至井口；

5)使用吊卡将加重杆卡在井口，使用液压大钳完成与加重杆卸扣操作；

6)滚筒将剩余碳纤维抽油杆卷收到位；

7)随车吊将注入头、防喷器、抽油杆清洗装置等部件调装至作业车指定位置，液压支腿收回，完成碳纤维连续抽油杆卷收作业。

3、更换抽油杆滚筒工艺，包括以下步骤：

1)将作业车倒至合适位置，放下车身支腿并调平车辆；

2)打开抽油杆滚筒轴与驱动大链轮轴联轴器，使滚筒动力与液压马达脱开；

3)使用随车吊将抽油杆滚筒吊离作业车并放置于指定位置；

4)吊装待更换抽油杆滚筒，至作业车指定位置；

5)安装抽油杆滚筒轴与驱动大链轮轴联轴器，恢复滚筒动力传递路线；

6)液压支腿收缩，抽油杆滚筒更换完成。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本发明作进一步说明；

图1中：1-二类车底盘；2-液压站；3-清洗水箱；4-滚筒系统；5-注入头系统；6-1-抽油杆防喷器；6-2-抽油杆清洗装置；7-注入头框架；8-司钻工作室；9-随车吊系统；10-液压支腿。

图2中：1-抽油杆滚筒；2-滚筒轴端盖；3-滚筒半轴；4-滚筒支架；5-链条；6-液压马达；7-小链轮；8-盘式制动器；9-制动盘；10-大链轮；11-滚筒半轴-链轮轴联轴器；12-链轮轴；13-链轮轴端盖；14-链轮支架。

图3中：1-刮水环；2-清洗器上端盖；3-清洗器上壳体；4-清洗喷嘴；5-清洗器下壳体；6-刮泥环；7-碳纤维抽油杆。

具体实施方法

所述的一种碳纤维连续抽油杆作业车，可分为下放作业、起升作业以及抽油杆更换作业三个环节：

结合附图1、2、3，具体说明该系统自动化起下作业的操作流程：

1、从油井内起升碳纤维连续抽油杆作业工艺，包括以下步骤：

1)将作业车1倒至井口合适位置，放下车身支腿10并调平车辆；

2)用随车吊9依次将注入头框架7、注入头5、抽油杆防喷器6-1及抽油杆清洗装置6-2吊装至井口，并进行调整，使注入头5中心、防喷器6-1、清洗装置6-2与井口中心线重合；

3)使用随车吊9起升碳纤维抽油杆，依次穿过抽油杆防喷器6-1、清洗装置6-2与注入头5后，利用注入头5液压马达带动起升链轮起升，使随车吊9将抽油杆接头牵引至抽油杆滚筒1并固定，在此期间，抽油杆清洗装置6-2自动清洗抽油杆表面；

4)操纵滚筒1动力马达与注入头5马达转速，使抽油杆以合理的起升速度进行卷收，直至抽油杆下端接头起升至井口；

5)使用吊卡将加重杆卡在井口，使用液压大钳完成与加重杆卸扣操作；

6)滚筒将剩余碳纤维抽油杆卷收到位；

7)随车吊9将注入头5、防喷器6-1、抽油杆清洗装置6-2等部件调装至作业车1指定位置，液压支腿10收回，完成碳纤维连续抽油杆卷收作业。

2、从碳纤维连续抽油杆作业车下放抽油杆作业工艺，包括以下步骤：

1)将作业车1倒至井口合适位置，放下车身支腿10并调平车辆；

2)用随车吊9依次将注入头框架7、注入头5、抽油杆防喷器6-1吊装至井口，并进行调整，使注入头中心、防喷器与井口中心线重合；

3)使用随车吊9牵引碳纤维抽油杆，依次穿过注入头5、抽油杆防喷器6-1，并现场粘结抽油杆接头后，使用液压大钳与加重杆完成上扣操作；

4)操纵滚筒马达及注入头马达转速，使抽油杆以合理的下放速度缓慢下放，直至下放完成；

5)现场粘结抽油杆接头，使用液压大钳与光杆完成上扣操作；

6)随车吊将注入头5、防喷器6-1等部件调装至作业车1指定位置，液压支腿10收回，完成碳纤维连续抽油杆下放作业。

3、从碳纤维连续抽油杆作业车更换抽油杆滚筒工艺，包括以下步骤：

1)将作业车1倒至合适位置，放下车身支腿10并调平车辆；

2)打开抽油杆滚筒半轴-链轮轴联轴器11，使滚筒半轴3与液压马达6脱开；

3)使用随车吊9将抽油杆滚筒1吊离作业车并放置于指定位置；

4)使用随车吊9将更换后抽油杆滚筒吊装至作业车指定位置；

5)安装抽油杆滚筒半轴-链轮轴联轴器11，恢复抽油杆滚筒1动力传递路线；

6)液压支腿收缩，抽油杆滚筒更换完成；

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构连接方式都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。