双自锁平衡式气动套管扶正台的设计.pdf

2 0 1 0年 第 3 9卷 第 8 期第 2 7页 石 油矿 场机械 OI L F I EL D EQUI P MENT 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 0 1 0 0 8 0 0 2 7 - 0 4 双 自锁 平衡 式气 动套管扶正 台的设计 刘 刚强 ． 一 ， 朱小军 ， 李 全星。 ， 黎善猛 1 ． 西安石油 大学 ， 西安 7 1 0 0 6 5 ； 2 ． 宝鸡 石油机械有限责任公司 ， 陕西 宝鸡 7 2 1 0 0 2 摘 要 重 点介 绍 了双 自锁 平衡 式 气动 套 管扶 正 台 的技 术 方 案 、 结构 型 式 、 性 能特 点 、 主 要 技 术 参数 等 。与 常规 气动套 管扶 正 台相 比 ， 该 套管 台采 用 了双 自锁 机 构及 平衡 系统 ， 使操 作 台垂 直升 降 时灵 活 自如 ， 并配备翻转装置及防坠落装置 ， 操作简便 、 可靠。经过 多次改进后 已完成 了定型 ， 目前已大 量投产， 其零部件 的设计具有通用性， 可广泛配套于陆地、 海洋钻机各种型式的井架上。 关 键词 套 管扶 正 台 ； 双 自锁机 构 ； 升 降 台； 防 坠落装 置 中图分 类号 T E 9 2 3 文 献标识 码 B De s i g n o f Ba l a nc e d Pa i r s o f S e l f - l o c k i ng Pne u m a t i c Tu b e S t a t i o n LI U Ga n g q i a n g ’ ， ZHU Xi a o j u n ， LI Qu a n x i n g ， LI S h a n me n g 。 1 ． Xi ’ a n S h i yo u Un i v e r s i t y， Xi ’ a n 7 1 0 0 6 5， C h i n a； 2 ． Ba o j i Oi l f i e l d Ma c h i n e r y Co ． ， Lt d ．， Ba o j i ， 7 2 1 0 0 2 ， Ch i n a Ab s t r a c t Th e d oub l e s e l f - l o c k i ng p ne uma t i c c a s i ng ba l a n c e d pr o gr a m wa s i n t r od uc e d，a nd t he s t r u c t u r e a nd pe r f o r m a n c e a s we l 1 ．Compa r e d wi t h c o nv e nt i o na l o ne s ， t hi s d e v i c e a d op t e d d ou bl e s e l f l o c k i ng d e v i c e a nd ba l a n c e s ys t e m ， wh i c h ma d e i t wo r ki n g f l e x i bl e u p a n d d own， a nd e q ui p pe d wi t h ov e r t ur n a nd a nt i f a i l i ng． Af t e r i mpr o ve m e nt s ， i t s p a r t s a r e i nt e r c ha n ge a bl e t o be us e d i n o f f s ho r e r i g． Ke y wo r ds t ub e s t a b bi n g； d oub l e s e l f l o c k i ng me c ha n i s m ； l i f t s； a nt i f a l l de vi c e 看 ， 设备主要性能参数 达到设计要求 ， 设备运 转可 靠 。该 设备 基本 能 满 足 江汉 油 田和 周 边 中、 深 井 连 续 油管 施工 要求 ， 而 且 在 江 汉 油 田特殊 复 杂 井 作 业 中起着关键性 的作用 ， 设备操作集 中、 使用方便、 自 动化程度高 ， 大大减轻了作业工人 的劳动强度。与 常规作业相 比， 节省 费用 1 ／ 2 ， 节约 作业 时 间 1 ／ 2 以 上 。 6 结 语 研 制 的 L G C 2 3 0型连 续油 管作 业 车采用 主辅 车 布置方式 ， 全液压驱 动， 电、 气、 液集中控制 ， 具有移 运性 能 好 、 传 动平 稳 、 操 作 方 便 、 节 约作 业 时 间及 作 业 费用 等优 点 。主参 数 的选定 充分 考虑 了国 内多个 油 田区块作业 井 深 现 状 ， 具 有 针 对 性 和 实用 性 。现 场试验及应用表明， L GC 2 3 0型连续油管作业车适 用 作业 范 围广 ， 能进 行不 压 井带 压作 业 ， 有 利于 保护 油气层 ， 节 约作 业 时 间及 作业 费用 ， 具 有显 著 的经济 效 益 和社会 效 益 ， 应 用前 景 良好 。 参 考 文 献 [ 1 ] 张嗣伟． 连续 柔性 管技术 的现状 与进 展[ J ] ． 石 油专 用 管 ， 1 9 9 7， 5 3 1 - 7 ． E 2 2 赵旭升． 连续 油管设备技术指标优选 [ J ] _ 油 气井测试 ， 2 0 0 7， 1 6 1 7 0 7 1 ． [ 3 2 王峻乔． 连续 油管技术分析与研究 [ J ] ． 石 油矿 场机械 ， 2 0 0 5， 3 4 5 3 4 3 6 ． E 4 ] 邓平 ， 王定 亚 ， 杨建武 ， 等． 连续 管钻机技术研究及 开 发建议E J ] ． 石油矿场 机械 ， 2 0 0 9 ， 3 8 1 1 3 6 4 0 ． 收 稿 E t 期 2 0 1 0 0 4 1 6 作者 简 介 刘 刚 强 1 9 7 9 一 ， 男 ， 内蒙 古 巴彦 淖 尔 人 ， 工 程 师 ， 硕士 研 究 生 ， 现从 事 石 油 机 械 研 究 与 开 发 工 作 ， E ma i l 1 3 3 7 9 3 7 6 7 7 6 1 8 9 ． C O rn。 套管扶正台是安装在井架体上进行扶正套 管、 对扣作业的操作平 台， 是钻机起下钻作业 的必备设 备口 ] 。目前套管扶正台种类繁多， 按驱动方式分为 电动、 气动、 手动、 液压等型式， 按轨道型式分为单导 轨 型和 多导轨 型 。液 压套 管 扶 正 台 由于 结 构 复杂 ， 制造 、 使用、 维护成本普遍较高 ， 且连接处易发生泄 漏 ， 可 操作 性 也 欠 佳 ， 不符 合 现 代 钻井 作 业 的 HS E 要求 。气动套管扶正台的高性价 比使其深受用户的 青 睐 ， 然 而 ， 近 年来有 用户反 映钻 机配套 的套 管扶正 台有时出现操作不灵活、 易卡死、 锁紧定位装置故障 率高、 操作台影响司钻视线等缺点 。笔者在现有单 导轨 套管扶 正 台 的基础 上 ， 设 计 开 发 了双 自锁 平衡 式气 动套 管扶 正台 。 1 结构设计 1 ． 1 结构 组成 双 自锁平 衡 式 气 动套 管 扶 正 台 总体 结 构 如 图 1 。组 装完成 后通 过 选用 不 同的 连 接架 安 装在 各 种 结构 型式 的井架 上 ， 具 有很好 的通 用性 和互换性 ， 零 部件 能大批 量生 产 ， 并 能对 出现 的问题进 行及 时 、 全 面 的更正 。气动 环链 葫 芦 用 销轴 固定 在 导轨 上 端 ， 组成固定的导向及提升装置； 操作 台总成和绷绳用 销轴连成一体 ， 装入升降台总成内， 并通过升降台总 成上 的导 向滚轮组 和 双 自锁装 置实 现垂 直升 降的导 向与定 位 ； 平 衡 系统与 升降 台总成连 接 ， 在导轨 导 向 槽 内与升降台总成作方 向相反 的运动， 可以平衡一 部分升降台总成及操作人员的力量 ， 以减少提升系 统的载荷 ， 降低升降台总成的运行冲击力 ， 提高平稳 性 。作 业完 成后 ， 操作 台总 成 能通 过 手 摇 绞车 实 现 整体 翻转折 叠 ， 不影 响起 下钻 作业 ， 而且使 得 司钻 的 视野更 开 阔 。 1 ． 2 技术参 数 外 形尺 寸 1 1 4 0 0 mm1 0 0 0 mm9 0 0 mm 工 作行程 7 6 5 0 mm 起 重能 力 1 0 k N 提升速 度 6 m／ mi n 下 降速 度 5 m／ mi n 操 作 台额定载 荷 2 k N 可容纳人数 1人 平衡块 质量 1 8 8 k g 总质量 1 8 0 0 k g 1 ． 3工作原 理 工作 时 ， 钻工 站在操 作 台总成上 ， 通过 固定在操 作台栏杆上的气动环链葫芦控制手柄控制气动葫芦 的运转 ， 实现升降台总成沿导轨的升降运动 ， 并可使 其停靠在工作所需 的任意位置 ， 然后通过脚踏开关 对升降台总成进行双重锁紧， 保证升降台总成、 操作 台总成 的可靠 定位 。 6 4 2 1 1 控制手柄 ； 2 一 升降台总成 ； 3 一导轨总成 ； 4 一气动环链葫芦 i 5 一平衡系统 ； 6 一防坠落装置 ； 7连接架 ； 8 一手摇绞车 i 9 一绷绳 ； 1 O 一操作 台总成 图 1 双 自锁平衡式气动套管扶正台 1 ． 4功 能介绍 1 ． 4 ． 1 双导轨 导轨是 由两平行工字钢为主体组焊成桁架结构 的轨 道装 置 ， 背 部 通 过连 接架 固定 在 井架 体 上 。它 是升降台总成、 操作 台总成做垂直升降运动并对其 工作 位置 锁紧定 位 的导 向定 位轨道 。导 轨上端设 有 限位装置 ， 防止升降台总成运行到高位后继续上行 ， 保护 钻工 作业安 全 ， 左 侧 有 平 衡 系统 垂 直 运行 的导 向轨道 ， 并 且底部 设有 托板 ， 能阻止 平衡 重发生 意外 坠 向钻 台面 ， 右 侧 设 有 多组 间距 为 4 5 0 mm 的纵 向 长圆孔， 确保升降台总成 的锁紧和定位 ， 下端位置横 梁 上安装 有手动 小 绞 车 的支 座 ， 轨道 底 端 设 有横 梁 和缓 冲装 置 ， 防 止 升 降 台 总 成 运 行 到 低 位 时 脱一 出 轨 道 。 第 3 9 卷第 8期 刘 刚强 ， 等 双 自锁平衡式 气动套管扶正台 的设计 1 ． 4 ． 2升 降 台 总 成 ’ 升 降 台总成 如 图 2 是套 管扶 正 台垂 直 升 降 机 构 中核 心部 件 ， 连 同操 作 台总 成 沿 导 轨 上 下 运 动 。 升降台总成的 4个导向滚轮组 ， 约束 了它在导轨 内 除上下移动外 的其余 自由度 ， 通过双 自锁装置使升 降台锁紧定位在轨道 内有效停靠位置。 1 一控制踏板 ； 2 下锁板 ； 3 一 弹簧 ； 4 升降台 ； 5 一滚轮组 ； 6 上 锁板 ； 7 一 弹簧 图 2升 降 台 总 成 升 降 台立柱 外侧 安装 有 4个 滚 轮 组 ， 每个 滚 轮 组 均 由 4个 滚 轮 如 图 3 组 成 ， 所 有 滚 轮 均 安 装 在 整体加工的滚轮座上 。这 4个滚轮分别贴合在导轨 工 字钢 前 、 后 翼 板及腹 板 上 ， 接 触 面与 导轨工 字 钢截 面内侧 的轮廓一致 ， 4个滚轮使升降台总成在导轨 内准确 定位 ， 灵 活 上 下运 行 。每 个 滚 轮均 装 有 滑 动 轴 承 ， 并能 独 立 加 注 润 滑 脂 ， 与 常 规 套 管 扶 正 台相 比， 通过加大滚轮组的间距， 达到了平衡升降台总成 的载重 力矩 的 目的 ， 同时 每 组 滚 轮解 决 了升 降 台总 成 易卡 死 、 升降 不灵 活等 问题 。 升 降 台右立 柱 上设 计 了 双 自锁 机 构 ， 它 由上 锁 板 装置 如 图 4 、 下 锁 板 装 置 如 图 5 组 成 ， 具 有 锁 紧定 位 功能 。套 管扶 正 台操作 台总 成处 于人 工作 业 的固定高度位置时， 升降台总成上、 下锁板装置在弹 簧力作用下锁人导轨立柱的长孔内， 实现双重锁紧， 同时使升降台总成可靠地处于固定位置 。操作台总 成下 行 时 ， 需 踩下 升 降台 总成上 的控 制踏 板 ， 在操 作 台到达 所需 高度 后 松 开 控 制 踏 板 ， 下 锁 板 锁 入 导轨 长 孔 内 ， 葫 芦环 链松 开后 ， 上 锁板 也锁 入锁 孔 内 。在 升降运行中， 若出现提升设备意外失效 例如气动绞 车断气 、 提升绳意外 断裂 、 气动绞车刹 车意外失效 等 ， 升降台在下滑时， 上 、 下锁板在弹簧力的作用下 迅 速复 位 ， 能快 速锁 入下 方 的第 1 个 锁孔 内。 l 静 当 1 ． 篓 I l l 一 一 一 7 ， 图 3 滚 轮 组 图 4 上 锁 板 装 置 、 ＼ 、 ＼ ／／ 喜 吁 、1 ． 1 l l } I L I ＼ ＼ ＼日 訇 J 1 0乙 罔 5 下 锁 板 装 置 石 油 矿场 机械 2 0 1 0 年 8月 1 ． 4 ． 3操 作 台 总 成 操作台总成 如图 6 是操作人员 的工作平 台， 通过销轴连接在升降台总成上并随其一起升降 ； 同 时， 依靠可调节长度的绷绳， 始终保持工作时处于水 平状 态 。此 载人操 作 台的 高度 可 调 ， 距 井 口的距 离 可调 。它 由操 作 台 、 栏 杆 、 小 翻 转 台等 组成 ， 小 翻转 台可向后翻转 1 8 0 。 ， 但不能向下翻转 ， 保证 了人员 工作时的安全 。另外 ， 在不进行下套管扶正作业时， 整个操作台随同栏杆可整体依靠手摇小绞车向上折 叠 ， 不 影 响 起 下 钻 作 业 ， 而 且 使 得 司 钻 的 视 野 更 开 阔 。 a 工作状态 b 折叠状态 l 一小 翻转 台； 2 一栏杆 ； 3 一 绷绳 ； 4 一操作 台； 5 保护链 ； 6 一手摇绞车 图 6 操作 台总成 1 ． 4 ． 4平 衡 系统 该装置由钢丝绳 、 导向滑轮和平衡重组成 ， 平衡 重用 钢丝绳 通过 导轨上 端 的导 向滑 轮与 升降 台总成 相连 ， 沿导轨外侧的导向槽升降， 与升降台总成反向 运行 ， 极大地 减轻 了提 升设备 承受 的载荷 ， 使升 降 台 总成 和操作 台总成 运行更 加平 稳 、 灵 活 、 安 全 。 1 ． 4 ． 5防坠落装置 该套管扶正台配备有 2套钻工 防坠落装置 ， 可 以绝对保证操作人员在下套管扶正作业 时的安全。 其 中 ， 一 套 防坠落 装 置设 在操 作 台沿 井 口方 向开 口 处 的栏 杆上 ， 并设有 上下 2道 弹力安 全带 ， 防止钻 工 操作时向前坠落； 另一套设在导轨顶端耳板上， 由防 坠器、 铝制双保险钩 、 D形扣 、 安全带等组成， 下端挂 在钻工腰部的安全带上， 防止钻工不慎掉 出操作台 时继续 向下坠 落 。 井井架、 底座规范 标准 。 设计的， 符合 HS E要求， 有 6个设计特点 ， 能广泛配套于陆地上的各种 K形 井架 、 海 洋钻机上 的各 种套装 井架 。 a 升降台设计有在提升设备意外失效时 例 如 ， 气 动绞 车断气 、 提升 绳 意外 破 断 、 气 动 绞 车刹 车 意外失 效 等 ， 防止 升降 台 、 操 作 台下 滑 的 双 自锁装 置， 以及配备 2套钻工防坠落装置， 可以绝对保证操 作人员在下套管扶正作业时的安全。 b 导 轨 、 气 动 环 链 葫 芦 上 均 设 有 限位 装 置 ， 能有效防止升降台在到达极 限位置时发生危 险， 避 免 对人 员 、 设备 造成 伤害 。 c 在升 降 台上 设置 4组 导 向滑 轮组 ， 并 且 加 大滑轮间距 ， 来达到平衡升降台的载重力矩 ， 同时也 解决 了升降台升降易卡死、 升降不灵活等弊病。 d 套管 台上设 置 平 衡 系统 ， 用 来 平 衡一 部 分 升 降台及操 作人 员 的质 量 ， 使 气 动绞 车 的载重 量 大 大 降低 ， 最 大限度 地 提 高 了起 吊系统 的安 全性 和 可 操作性 。 e 载人 操 作 台 的高 度 可调 ， 距 井 口的距 离 可 调， 而且作业完毕可将载人操作台翻转折叠起来 ， 使 得司钻 视野更 开 阔 。 f 套管扶正 台不依附于井架的设计， 具有很 强 的通 用性 。 3 结语 双 自锁平衡式气动套管扶正 台整体设计合理 ， 结构新颖 ， 升降 自如 ， 使用安全可靠 ， 满足 HS E要 求 ； 安装 、 拆卸便利 ， 性价 比较好 ， 环境适应能力强 ， 气压动力源安装 、 拆卸操作简便， 用户使用后反映良 好 。 目前 已广泛 配套 于陆地 、 海洋 钻机井 架上 ， 达七 十余台套。但在钻井下套管作业过程 中， 操作人员 的劳动强度还是相对较大 ， 现 已考虑在操作 台下方 设计 增加机 械手 ， 实现 套管扶 正机 械化 ， 从 而减轻 劳 动强度， 改善工作条件， 加强套管接 口的稳定性， 提 高工作效率 。 参考文献 [ 1 ] 李文艺 ， 杨延娟 ， 王志忠 ， 等． 车装钻机套管台的研制与 2 设计特点 该套 管扶 正台是 按 照 AP I S p e c 4 F { 钻 机 和 修 应用[ J ] ． 石油矿场 机械 ， 2 0 0 9 ， 3 8 6 8 3 8 4 ． s Y ／ T 5 6 O 9 1 9 9 9 ， 石油钻机 型式 与基本参数[ s ] ． 陈如恒 ， 沈家骏． 钻井机械 的设计计算 [ M] ． 北京 石油 工 业 出 版社 ， 1 9 9 5 ．