一种自动化扳手装置及其工作方法

1.本发明涉及石油钻井设备技术领域，具体地说是涉及一种自动化扳手装置及其工作方法。


背景技术：

2.随着石油钻井设备技术领域不断发展，工人的安全和工作效率问题备受石油行业人士关注。目前，国内在石油钻井过程中，通过钻井平台上顶驱带动管柱下钻和起钻，在下钻和起钻的过程中，与顶驱连接的上部钻杆和井筒中的下部钻杆需要进行连接与拆卸，尤其是在钻井平台井口处，起钻过程中钻杆表面粘有的钻井液会低落，还需要工人拿着扳手进行连接和拆卸，周围的工作环境不仅脏差，而且工作效率还非常低。同时，由于钻井平台上方操作空间较小，工人操作不方便，容易发生事故。因此，如何提供一种自动化扳手装置及其工作方法成为了本领域技术人员亟需解决的难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种自动化扳手装置及其工作方法，以解决上述背景中所提到钻井平台上工人拿着扳手进行上下管柱的连接和拆卸操作不方便，容易发生安全事故和工作效率低的问题。
4.本发明公开了一种自动化扳手装置及其工作方法，其中自动化扳手装置包括固定底座，其特征在于，所述固定底座通过大螺栓固定，所述固定底座上端安装第一转动轴承，所述第一转动轴承上端安装转动圆盘，所述转动圆盘上端焊接控制箱连接板,所述控制箱连接板通过大销轴与控制箱连接，所述控制箱连接板与控制箱之间设有第二液压机，所述控制箱上端安装液压站，所述液压站上端连接液压管，所述液压站上端焊接第二机械臂连接板，所述第二机械臂连接板通过小销轴与第二机械臂连接，所述第二机械臂通过中销轴与第一机械臂连接。
5.作为本发明的优选技术方案，所述第一机械臂包括安装于所述第一机械臂上的滚轮，所述滚轮在行架的滑轨上上下移动，行架与上部卡钳扳手支撑板和下部卡钳扳手支撑板焊接固定，所述第一机械臂通过小螺栓与第三液压机连接，所述第三液压机卡在设有空洞的上部卡钳扳手支撑板中并且固定在下部卡钳扳手支撑板上。
6.作为本发明的优选技术方案，所述下部卡钳扳手支撑板下端连接“工”字型支架，所述下部卡钳扳手支撑板上端安装下部卡钳扳手，所述下部卡钳扳手上端安装上部卡钳扳手支撑板，所述上部卡钳扳手支撑板与下部卡钳扳手支撑板之间设有支撑块，所述上部卡钳扳手支撑板上端设有第二转动轴承，所述第二转动轴承上端安装上部卡钳扳手。
7.作为本发明的优选技术方案，所述上部卡钳扳手内部设有2个第一液压机，下部卡钳扳手内部设有2个第一液压机。
8.作为本发明的优选技术方案，所述第一液压机与伸缩卡套连接，所述伸缩卡套外部设有花纹结构，所述伸缩卡套夹住上部钻杆和井筒中下部钻杆。
9.一种自动化扳手装置的工作方法，其具体包括以下几个步骤：
10.步骤一：液压站与控制箱运行启动；
11.步骤二：第一转动轴承上的转动圆盘带动上部自动化扳手装置旋转到上部卡钳扳手与下部卡钳扳手卡口对准上部钻杆与下部钻杆的位置；
12.步骤三：第二液压机带动控制箱上部自动化扳手装置小幅度升降，进行姿势调整的同时第一机械臂与第二机械臂配合来调节滑轨上的滚轮的方向，同时在第三液压机的驱动下带动上部卡钳扳手支撑板及下部卡钳扳手支撑板上的上部卡钳扳手与下部卡钳扳手上下移动，保证上部卡钳扳手对应上部钻杆，下部卡钳扳手对应下部钻杆；
13.步骤四：上部卡钳扳手对应上部钻杆，下部卡钳扳手对应下部钻杆完毕后，上部卡钳扳手内部第一液压机启动，推动伸缩卡套卡住上部钻杆，同时，下部卡钳扳手内部第一液压机启动，推动伸缩卡套卡住下部钻杆；
14.步骤五：上部卡钳扳手在动力的驱动下，带动上部钻杆在第二转动轴承上转动与井筒中的下部钻杆连接紧固或拆卸。
15.本发明与已有技术相比具有以下优点：
16.1.该自动化扳手装置及其工作方法可以极大提高钻井过程中钻杆的连接和拆卸效率。
17.2.该自动化扳手装置及其工作方法可以实现远程控制，无需人工实现全智能，设备操作简单、可靠、安全。
18.3.该自动化扳手装置及其工作方法解决了传统人工连接与拆卸钻杆操作不便，过度劳累的问题。
附图说明
19.图1是本发明实施例在自动化扳手装置中的正轴侧示意图；
20.图2是本发明实施例在自动化扳手装置中的主视示意图；
21.图3是本发明实施例在自动化扳手装置中的后侧示意图；
22.图4是本发明实施例在自动化扳手装置中升降台的示意图。
23.图中：1-井筒 2-下部钻杆 3-下部卡钳扳手 4-伸缩卡套 5-上部卡钳扳手6-上部钻杆 7-第一机械臂 8-第二机械臂 9-液压管 10-液压站 11-上部卡钳扳手支撑板 12-大销轴 13-转动圆盘 14-大螺栓 15-第一转动轴承 16-支撑快17-小螺栓 18-第一液压机19
‑“
工”字型支架 20-固定底座 21-第二液压机22-控制箱 23-第二机械臂连接板 24-小销轴 25-中销轴 26-下部卡钳扳手支撑板 27-第二转动轴承 28-控制箱连接板 29-行架 30-第三液压机 31-滚轮32-滑轨
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方
位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.如图1至图4所示，自动化扳手装置包括固定底座20，其特征在于，所述固定底座20通过大螺栓14固定，所述固定底座20上端安装第一转动轴承15，所述第一转动轴承15上端安装转动圆盘13，所述转动圆盘13上端焊接控制箱连接板27,所述控制箱连接板27通过大销轴12与控制箱22连接，所述控制箱连接板27与控制箱22之间设有第二液压机21，所述控制箱22上端安装液压站10，所述液压站10上端连接液压管9，所述液压站10上端焊接第二机械臂连接板23，所述第二机械臂连接板23通过小销轴24与第二机械臂8连接，所述第二机械臂8通过中销轴25与第一机械臂7连接。
26.作为本发明的优选技术方案，所述第一机械臂7包括安装于所述第一机械臂上7的滚轮31，所述滚轮31在行架29的滑轨32上上下移动，行架29与上部卡钳扳手支撑板11和下部卡钳扳手支撑板26焊接固定，所述第一机械臂7通过小螺栓17与第三液压机30连接，所述第三液压机30卡在设有空洞的上部卡钳扳手支撑板11中并且固定在下部卡钳扳手支撑板26上。
27.作为本发明的优选技术方案，所述下部卡钳扳手支撑板26下端连接“工”字型支架19，所述下部卡钳扳手支撑板26上端安装下部卡钳扳手3，所述下部卡钳扳手3上端安装上部卡钳扳手支撑板11，所述上部卡钳扳手支撑板11与下部卡钳扳手支撑板26之间设有支撑块16，所述上部卡钳扳手支撑板11上端设有第二转动轴承27，所述第二转动轴承27上端安装上部卡钳扳手5。
28.作为本发明的优选技术方案，所述上部卡钳扳手5内部设有2个第一液压机18，下部卡钳扳手3内部设有2个第一液压机18。
29.作为本发明的优选技术方案，所述第一液压机18与伸缩卡套4连接，所述伸缩卡套4外部设有花纹结构，所述伸缩卡套4夹住上部钻杆6和井筒1中下部钻杆2。
30.工作原理：
31.(一)：液压站10与控制箱22运行启动；
32.(二)：第一转动轴承15上的转动圆盘13带动上部自动化扳手装置旋转到上部卡钳扳手5与下部卡钳扳手3卡口对准上部钻杆6与下部钻杆2的位置；
33.(三)：第二液压机21带动控制箱22上部自动化扳手装置小幅度升降，进行姿势调整的同时第一机械臂7与第二机械臂8配合来调节滑轨32上的滚轮31的方向，同时在第三液压机30的驱动下带动上部卡钳扳手支撑板11及下部卡钳扳手支撑板26上的上部卡钳扳手5与下部卡钳扳手3上下移动，保证上部卡钳扳手5对应上部钻杆6，下部卡钳扳手3对应下部钻杆2；
34.(四)：上部卡钳扳手5对应上部钻杆6，下部卡钳扳手3对应下部钻杆2完毕后，上部卡钳扳手5内部第一液压机18启动，推动伸缩卡套4卡住上部钻杆6，同时下部卡钳扳手3内部第一液压机18启动，推动伸缩卡套4卡住下部钻杆2；
35.(五)：上部卡钳扳手5在动力的驱动下，带动上部钻杆6在第二转动轴承27上转动与井筒1中的下部钻杆2连接紧固或拆卸。
36.虽然上文已经用了一般性的说明对本发明做了详尽的描述，但在发明的基础上，可以对之作一些修改或改进，这些对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本
发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：
1.一种自动化扳手装置，该装置包括固定底座(20)，其特征在于，所述固定底座(20)通过大螺栓(14)固定，所述固定底座(20)上端安装第一转动轴承(15)，所述第一转动轴承(15)上端安装转动圆盘(13)，所述转动圆盘(13)上端焊接控制箱连接板(27),所述控制箱连接板(27)通过大销轴(12)与控制箱(22)连接，所述控制箱连接板(27)与控制箱(22)之间设有第二液压机(21)，所述控制箱(22)上端安装液压站(10)，所述液压站(10)上端连接液压管(9)，所述液压站(10)上端焊接第二机械臂连接板(23)，所述第二机械臂连接板(23)通过小销轴(24)与第二机械臂(8)连接，所述第二机械臂(8)通过中销轴(25)与第一机械臂(7)连接。2.根据权利要求1所述的一种自动化扳手装置，其特征在于，所述第一机械臂(7)包括安装于所述第一机械臂上(7)的滚轮(31)，所述滚轮(31)在行架(29)的滑轨(32)上上下移动，行架(29)与上部卡钳扳手支撑板(11)和下部卡钳扳手支撑板(26)焊接固定，所述第一机械臂(7)通过小螺栓(17)与第三液压机(30)连接，所述第三液压机(30)卡在设有空洞的上部卡钳扳手支撑板(11)中并且固定在下部卡钳扳手支撑板(26)上。3.根据权利要求2所述的一种自动化扳手装置，其特征在于，所述下部卡钳扳手支撑板(26)下端连接“工”字型支架(19)，所述下部卡钳扳手支撑板(26)上端安装下部卡钳扳手(3)，所述下部卡钳扳手(3)上端安装上部卡钳扳手支撑板(11)，所述上部卡钳扳手支撑板(11)与下部卡钳扳手支撑板(26)之间设有支撑块(16)，所述上部卡钳扳手支撑板(11)上端设有第二转动轴承(27)，所述第二转动轴承(27)上端安装上部卡钳扳手(5)。4.根据权利要求3所述的一种自动化扳手装置，其特征在于，所述上部卡钳扳手(5)内部设有2个第一液压机(18)，下部卡钳扳手(3)内部设有2个第一液压机(18)。5.根据权利要求3所述的一种自动化扳手装置，其特征在于，所述第一液压机(18)与伸缩卡套(4)连接，所述伸缩卡套(4)外部设有花纹结构，所述伸缩卡套(4)夹住上部钻杆(6)和井筒(1)中下部钻杆(2)。6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种自动化扳手装置的工作方法，其特征在于，该工作方法包括：步骤一：液压站(10)与控制箱(22)运行启动；步骤二：第一转动轴承(15)上的转动圆盘(13)带动上部自动化扳手装置旋转到上部卡钳扳手(5)与下部卡钳扳手(3)卡口对准上部钻杆(6)与下部钻杆(2)的位置；步骤三：第二液压机(21)带动控制箱(22)上部自动化扳手装置小幅度升降，进行姿势调整的同时第一机械臂(7)与第二机械臂(8)配合来调节滑轨(32)上的滚轮(31)的方向，同时在第三液压机(30)的驱动下带动上部卡钳扳手支撑板(11)及下部卡钳扳手支撑板(26)上的上部卡钳扳手(5)与下部卡钳扳手(3)上下移动，保证上部卡钳扳手(5)对应上部钻杆(6)，下部卡钳扳手(3)对应下部钻杆(2)；步骤四：上部卡钳扳手(5)对应上部钻杆(6)，下部卡钳扳手(3)对应下部钻杆(2)完毕后，上部卡钳扳手(5)内部第一液压机(18)启动，推动伸缩卡套(4)卡住上部钻杆(6)，同时下部卡钳扳手(3)内部第一液压机(18)启动，推动伸缩卡套(4)卡住下部钻杆(2)；步骤五：上部卡钳扳手(5)在动力的驱动下，带动上部钻杆(6)在第二转动轴承(27)上转动与井筒(1)中的下部钻杆(2)连接紧固或拆卸。

技术总结
本发明涉及石油钻井设备技术领域，具体地说是一种自动化扳手装置及其工作方法，包括下部卡钳扳手、伸缩卡套、上部卡钳扳手、第一机械臂、第二机械臂、液压管、液压站、上部卡钳扳手支撑板、大销轴、转动圆盘、大螺栓、第一转动轴承、支撑块、小螺栓、第一液压机、“工”字型支架、固定底座、第二液压机、控制箱、第二机械臂连接板、小销轴、中销轴、下部卡钳扳手支撑板、第二转动轴承、控制箱连接板、行架、第三液压机、滚轮、滑轨组成；上述部件配合实现了钻井过程中上下管柱的自动连接与拆卸，该自动化扳手装置及其工作方法解决了钻井平台上工人拿着扳手进行上下钻杆的连接和拆卸的操作不便、易引发安全事故、工作效率低的问题。工作效率低的问题。工作效率低的问题。


技术研发人员：孙腾飞 刘浩 张杨 韩永亮 刘子扬 李永安
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/7/12