CN103061692A - 一种油田修井管柱自动起下系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油田修井管柱自动起下系统，除了包括防喷器、固定卡瓦、油管/抽油杆导向机构、油管/抽油杆定位机构、油管/抽油杆吊卡组件、机械臂组件、液压钳、液压钳支架及控制系统，还包括底座组件和管柱排架，所述的机械臂组件和液压钳支架安装在底座组件上，且机械臂组件和液压钳支架通过联动组件连接而联动动作，所述的管柱排架布置于机械臂组件的侧面，并与所述的机械臂组件配合动作。本发明能够实现油管和抽油杆抓起、对接、卡紧、上卸、上提、下放和排布等动作的自动化，替代人工在井口的管柱起下作业，并尽量简化设备机构，优化操作程序。

Description

一种油田修井管柱自动起下系统

技术领域

本发明涉及油田修井作业设备领域，具体来说是一种油田修井管柱自动起下系统。

背景技术

油田修井作业主要是为了保证油井的正常生产或根据生产需要对油井进行检修、维护和调整，是保证油田稳产、高产的重要生产环节，其主要工作有：检泵、防砂、换滤、换封等，其中一个非常繁重的工作就是起下油管、抽油杆及井下工具。

多年来我国油田修井一直沿用传统的作业方式，用月牙吊卡来实现起下管柱作业。基本上是人工作业，需人工倒换油管或抽油杆吊卡、摘挂吊环、推拉液压钳、推放小滑车、辅助油管定位，工序复杂，自动化程度低，工作强度大，需要人员多，工作效率低，作业危险性大，工作环境恶劣，在油井维修作业中遇到油套管有溢流或大风雨雪天气时，不但会影响正常作业，还会造成井内液体喷洒井场、无法对接油管，形成环境和人员、设备的污染。国内各油田拥有大量修井设备，如通井机、井架、液压钳、吊卡等，修井作业方式急需改革，但又不能全部弃用现有设备。国外车载修井机性能较好，但该种作业机完全摒弃了原有的修井设备，工作条件要求高，价格昂贵，不适于我国国情。

本人在先申请了两项《油田修井自动作业装置》专利（申请号03112330.9、200410036305.4），所提供的油田修井自动作业装置主要由油管自封、固定卡瓦、油管接箍下定位器、防喷管、液压钳、油管套筒吊卡、机械臂、机械手、机械臂驱动机构、抽油杆套筒吊卡、抽油杆导向机构、抽油杆下定位筒、抽油杆自封、导轨、井架滑轮组件及自动控制系统等组成，能够解决人工作业和专用修井机的缺陷。但是机械臂组件、油管吊卡组件、油管导向机构、液压钳组件、抽油杆导向机构、抽油杆吊卡等部件的设计还存在不足，尤其是没有涉及管柱排布机构。

发明内容

本发明的目的就是针对现有油田修井管柱起下方式与设备的不足，在充分利用现有主要修井设备的前提下，提供一种油田修井管柱自动起下系统，解决的主要问题是油管和抽油杆抓起、对接、卡紧、上卸、上提、下放和排布等动作的自动化，替代人工在井口的管柱起下作业，并尽量简化设备机构，优化操作程序。

本发明的技术方案是通过以下方案实现的：包括防喷器、固定卡瓦、油管/抽油杆导向机构、油管/抽油杆定位机构、油管/抽油杆吊卡组件、机械臂组件、液压钳、液压钳支架及控制系统，其中油管/抽油杆导向机构、油管/抽油杆定位机构、固定卡瓦以及防喷器自上而下同轴安装，并向上同轴对准油管/抽油杆吊卡组件，所述的液压钳悬挂于液压钳支架上，所述的控制系统包括可编程控制器PLC以及传感器、执行器；所述的起下系统还包括底座组件和管柱排架，所述的机械臂组件和液压钳支架安装在底座组件上，且机械臂组件和液压钳支架通过联动组件连接而联动动作，所述的管柱排架布置于机械臂组件的侧面，并与所述的机械臂组件配合动作。起下管柱时将底座组件固定于井口外侧边缘（即安装在同轴安装的油管/抽油杆导向机构、油管/抽油杆定位机构、固定卡瓦以及防喷器组成的井口装置的一侧），机械臂组件的机械手的中心与井口中心线对正，液压钳支架在机械臂组件一侧，管柱排架布置于机械臂侧面；油管头上部依次安装防喷器、固定卡瓦、油管/抽油杆定位机构和油管/抽油杆导向机构，并向上同轴对准油管/抽油杆吊卡组件；油管/抽油杆吊卡组件通过吊环悬挂于游动滑车的大钩下。

以上方案可进一步改进为：

机械臂组件的优选结构为：包括通过底座板与底座组件固定的铰接座、与铰接座铰接的机械臂以及机械臂上连接的摆动手臂和机械手，所述的机械臂与底座板之间安装主臂旋转驱动液压缸，所述的手臂上安装手臂旋转液压缸；所述的机械臂和手臂均为长度可控制调节结构，所述的液压缸上均设有液压控制器。主臂旋转驱动液压缸工作可以实现机械臂整体从水平到竖直或从竖直到水平的翻转。手臂旋转液压缸通过轴与手臂连接，可以实现手臂的摆动，摆动角度优选为100°～120°。

机械臂和手臂的长度可调的优选结构分别为：机械臂包括与铰接座铰接的套筒臂、与摆动手臂连接的支撑主臂以及主臂伸缩驱动液压缸，其中支撑主臂插接于套筒臂中，且主臂伸缩驱动液压缸一端与支撑主臂连接，另一端与套筒臂连接，主臂伸缩驱动液压缸工作，支撑主臂可从套筒臂中伸出或缩回；主臂旋转驱动液压缸连接在机械臂的套筒臂上。手臂的一端设有嵌入在支撑主臂中且可上下移动的滑动座，滑动座上设有铰接座，铰接座上铰接手臂，通过滑动座的上下移动改变手臂的伸出长度。

支撑主臂中部为法兰连接，法兰一侧装有折叠支撑主臂用的铰轴，便于支撑主臂进行折叠。

管柱排架的优选结构为：包括底部的高度可调的排架支腿以及其上依次安装的基体管桥、附加管桥，基体管桥和附加管桥靠近机械臂组件的一端安装管柱限位装置，对管柱进行限位，便于机械手抓、放管柱。上述结构进一步优选为：所述排架支腿中部为调节丝杆，上端通过铰接轴与基体管桥相连，基体管桥左端安装立柱，附加管桥通过连接头套装于立柱上，通过下层油管支撑于基体管桥上，基体管桥和附加管桥靠近机械臂组件的一端通过螺纹连接端部接头，端部挡销/导向斜板安装在上下层端部接头形成的槽中；基体管桥靠近机械臂组件一端的侧面连接安装管座，其上连接导向板组件，对管柱起导向作用。起管柱作业时调节排架支腿上的调节丝杆，机械臂侧支腿升高，远侧支腿降低，排架向远离机械臂方向倾斜，管柱向远离机械臂的方向滚动。下管柱作业时近臂侧支腿降低，远侧支腿升高，排架向机械臂方向倾斜，排架上管柱向机械臂方向滚动，靠近端部挡销；调整端部端部挡销位置及机械臂抓卡距离，使管柱与机械手臂延伸相适应。在释放管柱时，将端部挡销换成导向斜板，便于释放油管。

底座组件的优选结构为：包括地锚组件以及其上安装的固定底盘，固定底盘上表面的一端安装机械臂止动组件、另一端安装机械臂限位组件，固定底盘的底面安装支承组件，起辅助支撑作用；所述的固定底盘上表面上还安装机械臂底座板位置调节组件。作业时将固定底盘通过地锚组件固定于地面基础上，机械臂止动组件安装于固定底盘前端，通过调节止动组件的高度可调节机械臂起始位置角；比如底座板位置调节组件可以为设计为前后调节组件和左右调节组件配合调整位置，前后节组件和左右调节组件均包括固定在固定底盘上的调节座以及其上螺纹安装上调节杆，调节杆的一端抵靠在底座板上；具体安装方式可以为：两个前后调节组件分别安装于固定底盘的中部及后端，通过前后调节组件调节杆实现机械底座板前后位置的调整，左右调节组件安装于固定底盘的左端，通过左右调节组件的调节杆实现底座板左右位置的调整，机械臂限位组件安装于固定底盘的后端，对机械臂摆动角度起限位作用。

液压钳支架的优选结构为：包括长度可调的立柱组件以及其上、下部分别铰接的悬臂梁组件和支撑杆组件；其中悬臂梁组件包括相互插接来调节长度的主悬臂梁和外伸梁，所述的主悬臂梁与立柱组件铰接，且二者之间连接摆动液压缸，摆动液压缸伸缩可使液压钳在水平面内摆动；所述的外伸梁的端部分别依次连接用于悬挂液压钳的螺旋调节器和弹簧筒；所述的支撑杆组件为长度可调结构，其一端与固定在立柱组件上的立柱耳座铰接、另一端与固定在液压钳上的液压钳耳座铰接；所述的主悬臂梁与立柱耳板之间连接悬臂斜撑；所述的立柱组件的底部安装在立柱底座上，并可绕其在直立和水平之间转换，安装方式可以为铰接，以便于液压钳支架与机械臂组件同步直立和放倒。以上方案可进一步优选为：立柱组件由相互插接的上、下两部分组成，丝杠升降器分别与上部和下部连接，调节丝杠升降器可使立柱降低或升高。

用于起下油管时的油管吊卡组件的优选结构为：包括吊卡体、连接螺杆、卡紧块、旋转密封锥、弹簧、传感器触发板、吊卡上部传感器、传感器安装板、吊卡牙块、液压缸连接头、驱动液压缸；其中所述的吊卡体下端是锥形结构，其上部分别安装吊卡牙块和连接螺杆、外侧安装驱动液压缸，且驱动液压缸通过液压连接头与吊卡牙块外端连接；所述的连接螺杆自上而下依次安装有传感器安装板、弹簧、旋转密封锥和卡紧块，且所述的传感器安装板的下端安装吊卡上部传感器，并与对应安装在旋转密封锥上端的传感器触发板配合；作业时油管吊卡组件通过吊环与游动滑车大钩连接，吊卡体下端的锥形结构起导向作用，驱动液压缸通过伸缩拉动吊卡牙块，使吊卡牙块能正、反向翻转，实现牙块打开或者复位，从而打开或关闭油管吊卡组件；卡紧块可以卡住旋转密封锥，完成冲砂和防喷的功能。

用于起下抽油杆时的抽油杆吊卡组件的优选结构为：包括吊卡体、连接螺杆、定位螺母、触发挡板、弹簧、传感器固定板、传感器、吊卡牙块、转轴、液压缸连接头和驱动液压缸；其中所述的吊卡体下部为锥形结构，其上部分别安装吊卡牙块和连接螺杆、外侧安装驱动液压缸，且驱动液压缸通过液压连接头与吊卡牙块外端连接；所述的连接螺杆自上而下依次安装有传感器固定板、弹簧、触发挡板以及定位螺母，且所述的传感器固定板的下端安装传感器，并与触发挡板相配合。作业时驱动液压缸带动连接头，使吊卡牙块沿着转轴做翻转运动，牙块打开或者复位，吊卡体下端是圆锥形结构，起导向作用。当触发挡板触动吊卡上方传感器时表示抽油杆接箍明显高出吊卡体上端，牙块可以动作。

油管/抽油杆导向机构的优选结构为：二者均由两个对称安装的组件构成，每个组件包括驱动器液压缸、支座、连接钢管和导向锥筒，其中支座下部固定驱动液压缸、上部铰接连接钢管，且固定驱动器液压缸与连接钢管连接，连接方管的另一端连接导向锥筒。作业时驱动液压缸动作，可使导向锥筒及连接钢管转动。需要导向时，两块导向锥筒合并，进行导向，不需要时，驱动液压缸动作，连接方钢管和导向锥筒绕着旋转轴向外转动。油管导向机构和抽油杆导向机构的区别主要在于向锥筒的通径不同。

油管/抽油杆导向机构的优选结构分别：所述的油管定位机构为井口接箍定位传感器；所述的抽油杆定位机构包括支撑板以及其两侧连接的驱动液压缸、中部铰接的两个相互对合且中部开孔的中间定位块，每个定位块外侧的支撑板上均设有限位块。其中定位块可绕轴自由翻转，限位块安装于定位块后部，防止定位块转角过大。起抽油杆作业中当抽油杆吊卡组件下降至规定高度，驱动液压缸推动支撑板上升至规定高度，抽油杆吊卡落于定位块上表面，游动滑车停止运动，固定卡瓦动作，卡紧下部抽油杆，支撑板又在驱动液压缸的作用下回复到原来的位置，定位块内翻，抽油杆碰撞定位块，定位块外翻，抽油杆接箍通过后，定位块复位。下抽油杆作业时，限位块拆除，定位块外翻180°不起作用；当活动吊卡下降至规定高度，支撑板在驱动液压缸的推动下升至高位，活动吊卡落于支撑板上表面，游动滑车停止运动，固定卡瓦动作，卡紧下部抽油杆，支撑板又在驱动液压缸的作用下回复到原来的位置，抽油杆吊卡组件就可脱出。

联动组件即能够控制机械臂组件和液压钳支架同步直立或放倒，而分别实现各自的功能，其结构可以有多种选择，只要是能实现上述功能即可，以下提供一种的优选结构：包括连接板、限位板、连接框，其中连接板上的一端铰接连接框且铰接部位下设有限位板。进一步优选为：包括连接板、限位板、套管、连接轴和连接框，连接板的下端焊接套管和限位板，保持连接框的正常倾角；连接轴两端各有一段螺纹，连接框通过螺母固定在连接轴一端，其中一端部连接轴穿过套管，使连接框可以绕套管轴线旋转。

摆动手臂和机械手的优选结构为：机械手驱动液压缸一端固定在手臂上，另一端通过连接头、连接杆与夹紧机械手上手爪和夹紧机械手下手爪连接，夹紧机械手上手爪和夹紧机械手下手爪固定于机械手轴上，上衬垫固定于夹紧机械手上手爪内壁，下衬垫固定于夹紧机械手下手爪内壁，机械手内传感器安装于定位块上，机械手内传感器反馈信号，机械手驱动液压控制夹紧机械手上手爪与夹紧机械手下手爪的夹紧或张开，达到抓放油管的作用；辅助手固定于手臂端部，辅助前爪与辅助手铰接，起到勾住和导向释放油管的作用；复位扭簧通过扭簧芯轴固定于辅助前爪上，使其自动复位。

自动控制系统由可编程控制器PLC和相应的传感器、执行器组成，信号可以有线传输，也可为无线传输。信号经过变送器接入PLC输入端子，经PLC断分析后，输出可执行指令到相应的执行器，完成预定动作，相关传感器给出信号反馈，经PLC处理，给出指令，完成进一步动作。

本发明所提供油田修井管柱自动起下系统的主要优点有：1）设计新颖，结构简单，既有管柱起下功能，又有排放功能，可从根本上改变现有的修井作业方式。2）小股溢流时，油管吊卡上部的密封锥可以密封油管，并起导流作用，防止油管内液体空中喷散，污染设备和井场，环保性能好；3）固定卡瓦与活动吊卡配合无需倒换吊卡和摘挂吊环；4）机械臂和机械手有抓举、下放和对接油管功能，省去了推拉小滑车、人工对接油管环节，并且在液压钳作业过程中，机械手有扶正的功能；5）排架高度可调以及机械臂上的手臂伸出长度可调、底座位置可调、机械臂可以伸缩等可使系统的适应性明显增强；6）反馈信号和控制信号可以无线传输，减少了连接电线，使系统结构更加紧凑；7）可充分利用现有的主要修井设备，如通井机、井架、液压钳、游动滑车和吊环等，造价低，经济效益好，工作效率高，可减少工人的劳动强度和危险性。

附图说明

图1是依据本发明提出的油田修井油管自动起下系统正视配置示意图；

图2是依据本发明提出的油田修井油管自动起下系统俯视配置示意图，为了更清楚的表明本发明的结构，其中图中机械臂组件为水平状态的示意图，而液压钳支架、液压钳以及联动组件均为直立状态时的示意图（上述两部分分别示意仅为表述结构的需要，实际实际工作过程中两部分为同步运动且位置状态也是一致的）；

图3是依据本发明提出的油田修井抽油杆自动起下系统正视配置示意图；；

图4是依据本发明提出的油田修井抽油杆自动起下系统俯视配置示意图，为了更清楚的表明本发明的结构，其中机械臂组件为水平状态的示意图，而液压钳支架、液压钳以及联动组件均为直立状态时的示意图（上述两部分分别示意仅为表述结构的需要，实际工作过程中两部分为同步运动且位置状态也是一致的）；

图5是依据本发明所说的机械臂组件正视图；

图6是依据本发明所说的机械臂的手臂侧视结构示意图；

图7是依据本发明所说的机械臂的手臂俯视结构示意图；

图8是依据本发明所说的液压钳支架结构示意图；

图9是依据本发明所说的底座组件正视结构示意图；

图10是依据本发明所说的底座组件俯视结构示意图；

图11是依据本发明所说的底座组件的机械臂止动组件示意图；

图12是依据本发明所说的底座组件的前后调节组件示意图；

图13是依据本发明所说的底座组件的左右调节组件示意图；

图14是依据本发明所说的底座组件的地锚组件示意图；

图15是依据本发明所说的底座组件的支承组件示意图；

图16是依据本发明所说的管柱排架正视结构示意图；

图17是依据本发明所说的管柱排架俯视结构示意图；

图18是依据本发明所说的管柱排架的端部结构示意图；

图19是依据本发明所说的油管吊卡组件正视结构示意图；

图20是依据本发明所说的油管吊卡组件侧视结构示意图；

图21是依据本发明所说的抽油杆吊卡组件正视结构示意图；

图22是依据本发明所说的抽油杆吊卡组件侧视结构示意图；

图23是依据本发明所说的油管导向机构结构示意图；

图24是依据本发明所说的抽油杆导向机构结构示意图；

图25是依据本发明所说的抽油杆强制定位机构示意图；

图26是依据本发明所说的联动组件正视机构示意图；

图27是依据本发明所说的联动组件俯视机构示意图；

图28是联动组件与机械臂组件和液压钳支架连接示意图。

具体实施方式

下面参照附图，作进一步描述：

依据本发明的一实施例如图1～图28所示，其中1是油管头，2是防喷器，3是自封封井器，4是固定卡瓦，5是油管导向机构，6是井口接箍定位传感器，7是井口油管，8是悬吊油管，9是油管吊卡组件，10是吊环，11是PLC可编程控制器，12是操作面板，13是手动操作指示灯，14是故障指示灯，15是固定卡瓦卡紧指示灯，16是操作柄动作传感器，17是机械臂组件，18是底座组件，19是联动组件，20是地面基础，21是管柱排架，22是横向油管，23是液压钳支架，24是油管液压钳，25是抽油杆强制定位机构，26是井口抽油杆，27是抽油杆导向机构，28是悬吊抽油杆，29是抽油杆吊卡组件，30是抽油杆液压钳，31是横向抽油杆，12.1是"起油管"键，12.2是"下油管"键，12.3是"起抽油杆"键，12.4是“下抽油杆”键，12.5是“冲砂”键，12.6是“手动优先”键，9.8是油管吊卡上部传感器，9.14是油管吊卡驱动控制器，4.1是固定卡瓦驱动控制器，17.12是主臂旋转液压控制器，17.3.18是机械手驱动液压控制器，17.15是手臂摆动驱动控制器，24.2是液压钳启动控制器，24.3是液压钳闭锁传感器，24.1液压钳转数计数器，17.7是主臂伸缩液压控制器，18.9是机械臂止动传感器，17.3.11是机械手内传感器，5.8是油管导向机构驱动控制器，25.2是驱动液压缸控制器，29.13是抽油杆吊卡驱动控制器，27.8是抽油杆导向锥驱动控制器，29.7是抽油杆吊卡上部传感器。

如图1～图4所示，所提供的油田修井管柱自动起下系统由底座组件18、固定卡瓦4、油管导向机构5、井口油管接箍定位器6、油管吊卡组件9、机械臂组件17、联动组件19、管柱排架21、液压钳支架23、油管液压钳24、抽油杆强制定位机构25、抽油杆导向机构27、抽油杆吊卡组件29、抽油杆液压钳30及控制系统组成，机械臂组件17、液压钳支架23通过联动组件19连接，共同安装于底座组件18上，底座组件18固定于井口外侧边缘地面基础上，机械臂组件17与井口中心线对正，液压钳支架23在机械臂组件17一侧，液压钳24、30悬挂于液压钳支架23的横梁上，管柱排架21布置于机械臂组件17侧面；起下油管作业时油管头1上部从下向上依次同轴安装防喷器2、自封封井器3、固定卡瓦4、井口油管接箍定位器6和油管导向机构5，向上同轴对准油管吊卡组件9，油管吊卡组件9通过吊环10悬挂于游动滑车的大钩下；起下抽油杆作业时油管头1上部依次为防喷器2、自封封井器3、固定卡瓦4、抽油干强制定位机构25和抽油干导向机构27，向上同轴对准抽油杆吊卡组件。

机械臂组件17总体结构如图5所示，其中17.1是主支撑臂，17.2是铰接座，17.3是手臂，17.4是摆动油缸，17.5是手臂摆动驱动控制器，17.6是伸缩液压缸，17.7是主臂伸缩液压控制器，17.8是套筒臂，17.9是铰支座，17.10是下底座板，17.11是上底座板，17.12是主臂旋转液压控制器，17.13是主臂旋转液压缸，17.14是法兰，17.15是手臂摆动驱动控制器，17.16是滑动座。主支撑臂17.1结构为中空的方钢，主支撑臂17.1分为两段，通过法兰17.14连接，可以进行折叠；摆动油缸17.4通过轴与手臂17.3连接，驱动机械臂摆动；主臂伸缩液压缸17.6通过连接轴固定于套筒臂17.8上下两侧，连接套筒臂17.8与主支撑臂17.1，伸缩液压缸17.6推动主支撑臂17.1在套筒臂17.8中伸缩；套筒臂17.8尾端通过铰支座17.9固定于下底座板17.10，可以绕铰支座转动，主臂旋转液压缸17.13的一端固定在套筒臂17.8上，另一端通过铰支座与上底座板17.11连接，主臂旋转液压缸17.13通过伸缩控制机械臂翻转动作；滑动座17.15嵌于主支撑臂17.1中，通过螺栓固定，可以进行上下调节，改变手臂17.3的伸出长度。手臂17.3的总体结构如图6和图7所示，其中17.3.1是铰接头，17.3.2是支撑臂主臂，17.3.3是机械手驱动液压缸，17.3.4是连接头，17.3.5是连接杆，17.3.6是夹紧机械手上手爪，17.3.7是上衬垫，17.3.8是辅助手，17.3.9是辅助前爪，17.3.10是下衬垫，17.3.11是机械手内传感器，17.3.12是夹紧机械手下手爪，17.3.13是定位块，17.3.14是扭簧，17.3.15是扭簧芯轴，17.3.16是机械手轴，17.3.17是连接轴一，17.3.18是连接轴二，17.3.19是机械手驱动液压控制器。手臂17.3通过铰接头17.3.1与主支撑臂17.1上的铰接座17.2连接，支撑臂主臂17.3.2与铰接头17.3.1焊接连接，起支撑作用；机械手驱动液压缸17.3.3一端固定在手臂17.3上，另一端通过17.3.4连接头、连接杆17.3.5与夹紧机械手上手爪17.3.6和夹紧机械手下手爪17.3.12连接，夹紧机械手上手爪17.3.6和夹紧机械手下手爪17.3.12固定于机械手轴17.3.16上，上衬垫17.3.7固定于夹紧机械手上手爪17.3.6内壁，下衬垫117.3.10固定于夹紧机械手下手爪17.3.12内壁，机械手内传感器17.3.11安装于定位块17.3.13上，机械手内传感器17.3.11反馈信号，机械手驱动液压控制器17.3.19控制机械手驱动液压缸17.3.3动作实现夹紧机械手上手爪17.3.6与机械手下手爪17.3.12的夹紧或张开，达到抓放油管的作用；辅助手17.3.8固定于手臂17.3端部，辅助前爪17.3.9与辅助手17.3.8铰接，起到勾住和导向释放油管的作用；扭簧17.3.14通过扭簧芯轴17.3.15固定于辅助前爪17.3.9，使其自动复位。

液压钳支架23如图8所示，其中23.1是立柱一，23.2是立柱二，23.3是立柱耳座，23.4是支撑杆耳座，23.5是支撑杆一，23.6是支撑杆丝杠，23.7是支撑杆二，23.8是液压钳耳座，23.9是液压钳弹簧筒，23.10是弹簧筒连接头，23.11是弹簧筒连接丝杠，23.12是上螺套，23.13是伸长调节机构，23.14是悬臂一，23.15是悬臂二，23.16是悬臂斜撑，23.17是液压缸连接轴，23.18是液压缸，23.19是液压缸固定座，23.20是液压钳摆动驱动控制器，23.21是升降器固定板一，23.22是丝杠升降器，23.23是升降器固定板二，23.24是法兰，23.25是立柱三，23.26是立柱底座，24是油管液压钳，24.1是液压钳转数计数器，24.2是液压钳启动控制器，24.3是液压钳闭锁传感器。立柱底座23.26下端通过螺栓与底座组件18连接，上端与立柱三23.25焊接并用筋板加固，立柱三23.25上端与法兰23.24的下法兰焊接，法兰23.24的上法兰与立柱一23.1焊接，上、下法兰之间通过销轴相互铰接，以达到立柱一能绕立柱三转动，实现水平、竖直方向上的转换，立柱二23.2套于立柱一23.1上，通过丝杠升降器23.22带动可在立柱一23.1外壁上下滑动，升降器固定板二23.23焊接在立柱一上并通过螺栓与丝杠升降器23.22连接，丝杠升降器23.22上端由两块升降器固定板一23.21夹紧固定于立柱二23.2下部，两升降器固定板一由螺栓连接并与立柱二23.2焊接连接，液压缸固定座23.19焊接在立柱二23.2上端，液压缸23.18端部通过螺栓固定在液压缸固定座23.19上，液压缸23.18头部套在液压缸连接轴23.17上，液压缸连接轴23.17焊接在悬臂二23.15上，悬臂二23.15通过螺栓与立柱二23.2上部的立柱耳座连接，悬臂二23.15在液压缸23.18的拉动下可以在水平面上做一定角度的旋转运动，悬臂二23.15由悬臂斜撑23.16支撑，悬臂斜撑23.16下端固定在支撑杆耳座23.4上，悬臂斜撑上下端都为焊接连接，悬臂一23.14内嵌在悬臂二23.15中，伸缩调节机构23.13一端与悬臂一23.14连接，另一端与悬臂二23.15连接，悬臂一23.14可由伸缩调节机构23.13调节其在悬臂二23.15中的长度，悬臂一23.14外侧端开孔，上螺套23.12安装于其中并通过螺栓与悬臂一23.14连接，上螺套23.12下端与弹簧筒连接丝杠23.11螺纹连接，弹簧筒连接丝杠23.11另一端与弹簧筒连接头23.10螺纹连接，弹簧筒连接头23.10与液压钳弹簧筒23.9铰接，油管液压钳24上部与液压钳弹簧筒23.9连接，支撑杆耳座23.8固定在液压钳24上钳体上，并依次与支撑杆二23.7、支撑杆丝杠23.6、支撑杆一23.5连接。支撑杆丝杠23.6两端通过螺纹与支撑杆一23.5、支撑杆二23.7连接，通过支撑杆丝杠23.6可调节油管液压钳24和抽油杆液压钳30在水平面的位置，支撑杆一23.5与支撑杆耳座23.4铰接并能上上下滑动，支撑杆耳座23.4与立柱耳座23.3铰接，可随悬臂转动时转动。液压钳转数计数器24.1、液压钳启动控制器24.2、液压钳闭锁传感器24.3联合作用形成液压钳24、30的自动操作。

底座组件18如图9和图10所示，其中18.1是固定底盘，18.2是机械臂止动组件，18.3是前后调节组件，18.4是左右调节组件，18.5是地锚组件，18.6是支承组件，18.7是机械臂限位组件，18.8是立柱底座，18.9是机械臂止动传感器。固定底盘18.1固定于地锚组件18.5上，并由支承组件18.6起辅助支撑作用，机械臂止动组件18.2通过螺栓与固定底盘18.1前端连接，机械臂止动组件18.2顶部安装机械臂止动传感器18.9，两个前后调节组件18.3通过螺栓连接于固定底盘18.1的中部及后端，左右调节组件18.4连接与固定底盘18.1的左端，机械臂限位组件18.7与固定底盘18.1的后端连接，对机械臂行程起限位作用，两个立柱底座18.8固定于固定底盘18.1的左右两端，其中一个用于安装液压钳支架23的立柱底座23.26。机械臂止动组件18.2如图11所示，其中18.2.1是上支撑座，18.2.2是调节杆，18.2.3是下支撑座。调节杆18.2.2通过螺纹连接，上端与左旋的上支撑座18.2.1连接，下端与右旋的下支撑座18.2.3连接。前后调节组件18.3如图12所示，其中18.3.1是调节杆，18.3.2是调节座。调节杆18.3.1在调节座18.3.2中的螺纹孔中转动，通过抵靠在底座板上起调节底座板17.11和17.10的前后位移位移的作用，调节座18.3.2通过螺栓连接于底座组件18上。左右调节组件18.4如图13所示，其中18.4.1是调节杆，18.4.2是调节座。调节杆18.4.1在调节座18.4.2中的螺纹孔中转动，通过抵靠在底座板上起调节底座板17.11和17.10左右位移位移的作用，调节座18.4.2通过螺栓连接于底座组件18上。地锚组件18.5如图14所示，其中18.5.1是地锚连接螺栓，18.5.2是地锚。地锚连接螺栓18.5.1通过地锚18.5.2顶部的螺纹与地锚18.5.2连接，起固定及微调底座组件18的作用。支承组件18.6如图15所示，其中18.6.1是支承块，18.6.2是升降螺杆，18.6.3是底座挡板，18.6.4是升降底座。升降螺杆18.6.2的底端置于升降底座18.6.4的凹槽内，可在升降底座18.6.4的槽内转动，底座挡板18.6.3通过螺钉连接于升降底座18.6.4上，升降螺杆18.6.2从支承块18.6.1穿过，安装时支承块18.6.1的上端与固定底盘18.1的底面焊接，起到支承与调节的作用。

管柱排架21如图16、图17、图18所示，其中21.1是排架支腿，21.2是连接轴，21.3是管桥，21.4是连接头，21.5是立柱，21.6是附加管桥，21.7是油管，21.8是端部接头，21.9是端部挡销，21.10是螺旋升降器，21.11是导向板组件，21.12是安装管座，21.13是端部导向斜板。排架支腿21.1上端用连接轴21.2与管桥21.3相连，管桥21.3左端装设立柱21.5，附加管桥21.6的连接头21.4套接于立柱21.5上，附加管桥21.6由下面油管21.7支撑，附加管桥21.6可以是现场的油管，左端与连接头21.4相连，附加管桥21.6右端与端部接头21.8相连。抓取管柱时端部挡销21.9安装在端部接头21.8上，对油管21.7进行限位；释放管柱时，端部挡销换成图18所示端部导向斜板21.13，便于释放油管21.7。安装管座21.12焊接于管桥21.3侧面，导向板组件21.11与安装管座21.12相连，对油管21.7起导向作用。调节螺旋升降器21.10可以降低或升高排架支腿21.1的高度，造成管柱排架向一方倾斜。

油管吊卡组件9如图19和图20所示，其中9.1是吊卡体，9.2是连接螺杆，9.3是调节螺母，9.4是卡紧块，9.5是旋转密封锥，9.6是弹簧，9.7是触发挡板，9.8是油管吊卡上部传感器，9.9是传感器安装板，9.10是吊卡牙块，9.11是液压缸连接头，9.12是驱动液压缸，9.13是转轴，9.14是油管吊卡驱动控制器，9.15是芯管。吊卡牙块9.10通过转轴9.13安装于吊卡体9.1上部，吊卡牙块9.10外端通过液压缸连接头9.11与驱动液压缸9.12相连，驱动液压缸9.12安装于吊卡体9.1的外侧，油管吊卡上部传感器9.8通过传感器固定板9.9、连接螺杆9.2安装在吊卡体9.1上端，连接螺杆9.2从上往下依次安装弹簧9.6、触发挡板9.7。根据反馈信号油管吊卡驱动控制器9.14控制驱动液压缸9.12伸缩可以拉动吊卡牙块9.10外翻或内翻，从而打开或关闭油管吊卡组件9。吊卡体9.1下端是圆锥形结构，起导向作用。通过调节螺母9.3和卡紧块9.4可以卡住旋转密封锥9.5，完成冲砂和防喷的功能。

抽油杆吊卡组件29如图21、图22所示，其中29.1是吊卡体，29.2是连接螺杆，29.3是定位螺母，29.4是触发挡板，29.5是弹簧，29.6是传感器固定板，29.7是传感器，29.8是抽油杆，29.9是卡瓦牙块，29.10是转轴，29.11是液压缸连接头，29.12是驱动液压缸，29.13是抽油杆吊卡驱动控制器。抽油杆吊卡牙块29.9通过转轴29.10安装于吊卡体29.1上部，抽油杆吊卡牙块29.9外侧通过液压缸连接头29.11与驱动液压缸29.12相连，驱动液压缸29.12固定于吊卡体29.1的外侧，吊卡体29.1下端是圆锥形结构，抽油杆吊卡上部传感器29.7通过传感器固定板29.6、连接螺杆29.2安装在抽油杆吊卡29上方，连接螺杆29.2从上往下依次安装弹簧29.5、触发挡板29.4、定位螺母29.3。根据反馈信号抽油杆吊卡驱动控制器29.13控制驱动液压缸29.12伸缩可以拉动抽油杆吊卡牙块29.9外翻或内翻，从而打开或关闭油管吊卡组件29。

油管导向机构5如图23所示，其中5.1是驱动器液压缸，5.2是支座，5.3是旋转轴，5.4、5.5、5.6是连接方钢，5.7是导向锥筒，5.8是油管导向机构驱动控制器。支座5.2通过螺栓与驱动液压缸5.1相连，导向锥筒5.7通过支撑方钢5.4、5.5、5.6与支座5.2通过螺栓相连。根据反馈信号油管导向机构驱动控制器5.8控制驱动液压缸5.1，通过连接方钢5.4、5.5、5.6带动导向锥筒5.7动作，从而在需要时使导向锥筒5.7到达竖直的位置，起到导向作用。

抽油杆导向机构如图24所示，其中27.1是驱动器液压缸，27.2是支座，27.3是旋转轴，27.4、27.5、27.6是连接方钢，27.7是导向锥筒，27.8是抽油杆导向锥驱动控制器。支座27.2通过螺栓与驱动液压缸27.1相连，导向锥筒27.7通过支撑方钢27.4、27.5、27.6与支座27.2通过螺栓相连。根据反馈信号抽油杆导向锥驱动控制器27.8控制驱动液压缸27.1，通过连接方钢27.4、27.5、27.6带动导向锥筒27.7动作，从而在需要时使导向锥筒27.7到达竖直的位置，起到导向作用。

抽油杆强制定位机构25如图25所示，其中25.1是驱动液压缸，25.2是驱动液压缸控制器，25.3是固定螺母，25.4是销轴，25.5是限位块，25.6是抽油杆，25.7是定位块，25.8是支撑板。支撑板25.8用固定螺母25.3与驱动液压缸25.1相连，驱动液压缸控制器25.2接受信号，通过驱动液压缸25.1推动支撑板25.8的升降，定位块25.7通过销轴25.4与支撑板25.8铰接，使定位块25.7自由翻转。起抽油杆时定位块25.7内翻，抽油杆25.6碰撞定位块25.7，定位块25.7外翻，抽油杆25.6接箍通过后，定位块25.7复位。下抽油杆时，限位块25.5拆除，定位块25.7外翻180°不起作用。

联动组件19如图26、图27所示，其中19.1是连接板，19.2是限位板，19.3是套管，19.4是右端连接轴，19.5是中间连接轴，19.6是左端连接轴，19.7是连接框。连接板19.1的下端焊接限位板19.2、套管19.3，右端连接轴19.4、中间连接轴19.5、左端连接轴19.6两端各有一段螺纹，连接框19.7通过螺母固定在连接轴19.4、19.5、19.6两端，右端连接轴19.4穿过套管19.3，使连接框19.7可绕套管19.3旋转。联动组件19、机械臂组件17及液压钳支架23的连接如图28所示（机械臂组件直立状态时），联动组件19通过连接板19.1固定在机械臂组件17的套筒臂17.8后面下部，液压钳支架23的立柱一23.1安装于联动组件19的中间连接轴19.5、左端连接轴19.6、连接框19.7围成的空间中；机械臂组件17放到时，中间连接轴19.5推动液压钳支架23，一起放到；机械臂组件17直立时，左端连接轴19.6拉动液压钳支架23，一同直立。

该油田修井管柱自动起下系统通过PLC编程形成记忆控制，正常操作程序包括起油管作业、下油管作业、起抽油杆作业和下抽油杆作业。正常操作程序如下述：

时，调节管柱排架21下的排架支腿21.1，机械臂组件17侧排架支腿21.1升高，远侧排架支腿21.1下降，管柱排架21向远离机械臂组件17方向倾斜；调整机械臂底座板17.10、17.11，使紧机械手上手爪17.3.6和夹紧机械手下手爪17.3.12中心与井口轴线重合；油管导向机构5始终处于全开位置。按下操作面板12上的"起油管"键12.1，PLC可编程控制器11初始化起油管程序及相关设备，并给出指示，操作面板12上“起油管键”12.1亮，相关设备处于起油管状态。（再次按下操作面板12上的"起油管"键1.1，起油管初始化取消。）司机操作手柄，操作柄动作传感器16发出起油管命令，油管吊卡组件9下降，同时油管吊卡驱动控制器9.14动作，使吊卡牙块9.10外翻。油管吊卡组件9继续下降，接近井口的井口油管7接箍（预设标准高度，井口油管7接箍上端距离四通上法兰1580mm）时，减速下降，当井口油管7接箍卡入油管吊卡组件9，且明显高出油管吊卡9.1上表面一段距离，并触动油管吊卡上部传感器9.8，油管吊卡组件9驱动液压缸9.12向上动作，吊卡牙块9.10复位；油管吊卡组件9停止。固定卡瓦驱动控制器4.1动作，使固定卡瓦4处于打开的趋势；司机操作手柄，油管吊卡组件9上升，带动井口油管7上升，固定卡瓦打开。同时，主臂旋转液压控制器17.12控制机械臂组件17开始内摆。油管吊卡组件9持续上升，当油管吊卡组件9升起至规定高度（即下部油管接箍升至井口接箍定位传感器6位置时，游动滑车停止运动，固定卡瓦驱动控制器4.1动作，卡紧下部油管，固定卡瓦卡紧指示灯15亮。同时，主臂旋转液压缸17.13行程完成，机械臂组件17内摆至垂直位，机械手驱动液压缸17.3.3半行程，夹紧机械手上手爪17.3.6和夹紧机械手下手爪17.3.12半卡紧悬吊油管8（液压缸行程记忆控制），悬吊油管8即原来被提升的井口油管7，因位置改变，其下部的油管成为新的井口油管7。油管吊卡组件9下降一定距离触发油管吊卡上部传感器9.8，PLC可编程控制器11给液压钳摆动驱动控制器23.20信号，液压钳24进给到位卡住被操作油管8。液压钳闭锁传感器24.3给PLC可编程控制器11信号，反馈信号使液压钳启动控制器24.2启动，液压钳24逆时针旋转一定圈数，卸扣悬吊油管8（已提前装设正确的牙块），液压钳转数计数器24.1大于一定值后，给PLC可编程控制器11反馈信号，表明被悬吊油管8已卸下，液压钳24停止。机械手驱动液压控制器17.3.19动作，夹紧机械手上手爪17.3.6和夹紧机械手下手爪17.3.12完全关闭，卡紧悬吊油管8；管吊卡驱动控制器9.14动作，吊卡牙块9.10外翻，油管吊卡组件9上升一段距离，使油管8接箍从活动吊卡中脱出。主臂伸缩液压控制器17.7动作，机械臂主支撑17.1先上升一段距离（预先设定，油管尾部离开接箍），然后主臂旋转液压控制器17.12动作，机械臂组件17外翻；机械臂组件17外翻开始后1s，机械臂主臂伸缩液压控制器17.7复位。当机械臂止动组件18.2与机械臂套筒臂17.8接触时机械臂止动传感器18.9触发，手臂摆动驱动控制器17.15动作，手臂17.3外翻；当手臂17.3外翻至95°，机械手驱动液压控制器17.3.19动作，夹紧机械手上手爪17.3.6和夹紧机械手下手爪17.3.12打开，油管落下，油管落于管桥21.3上，并沿管桥21.3滚至最远处。机械手内传感器17.3.11发出信号，延迟2秒，手臂17.3回摆；手臂17.3回摆至竖直位置，油管吊卡组件9下降，机械臂组件17内翻，准备起下一根油管。

    PLC可编程控制器11记忆上面动作，重复“司机操作手柄，操作柄动作传感器16发出起油管命令，油管吊卡组件9下降”以后步骤，完成起多根油管的过程。

时，调节管柱排架21下的排架支腿21.1，机械臂组件17侧支腿下降，远测排架支腿21.1升高，管柱排架21向机械臂组件17方向倾斜，管柱排架21上横向油管22向机械臂组件17方向滚动，靠近出口挡销21.9；调整出口挡销21.9位置及机械臂抓卡距离，使横向油管22与手臂17.3延伸相适应；调整机械臂上、下底座板17.10、17.11，使夹紧机械手上手爪17.3.6和夹紧机械手下手爪17.3.12中心与井口轴线重合。按下操作面板12上的"下油管"键12.2。PLC可编程控制器11初始化下油管程序及相关设备，并给出指示，操作面板12上“下油管键”亮12.2，相关设备处于下油管状态。（再次按下操作面板12上的"下油管"键12.2，下油管初始化取消。）司机操作手柄，操作柄动作传感器16发出下油管命令，油管吊卡组件9上升，同时油管吊卡驱动控制器9.14动作，使吊卡牙块9.10外翻。同时，手臂摆动驱动控制器17.15动作，手臂17.3外翻至115°，然后回摆；辅助前爪17.3.9钩起相应横向油管22到一定角度，横向油管22落入夹紧机械手上、下手爪17.3.6、17.3.12，机械手内传感器17.3.11给出信号，PLC可编程控制器11返回指令，夹紧机械手上手爪17.3.6和夹紧机械手下手爪17.3.12卡紧；手臂17.3继续回摆至垂直位置。主臂旋转液压控制器17.12动作，机械臂组件17向井口翻转，至竖直位置（液压缸行程控制）。操作柄动作传感器16，油管吊卡组件9下降，逐渐接近被夹持的横向油管22（此时横向油管22已经变为竖直方向）接箍，油管吊卡组件9减速下降；当横向油管22接箍卡入油管吊卡组件9，且明显高出吊卡9.1上表面一段距离，并触动油管吊卡上部传感器9.8，油管吊卡驱动控制器9.14动作，吊卡牙块9.10复位。油管导向机构驱动控制器5.8动作，油管导向机构5复位；机械手驱动液压控制器17.3.19动作，机械臂组件17上的夹紧机械手上手爪17.3.6和夹紧机械手下手爪17.3.12半开，横向油管22下落，接箍落在吊卡牙块9.10上。油管吊卡组件9缓慢下降，当横向油管22接箍明显高出吊卡9.1上表面一段距离，并触动油管吊卡上部传感器9.8，信号反馈PLC可编程控制器11，横向油管22下端卡入井口油管7接箍，油管吊卡组件9停止下降；PLC可编程控制器11给液压钳24信号，液压钳摆动驱动控制器23.20动作，液压钳24进给到位卡住横向油管22。液压钳闭锁传感器24.3给PLC可编程控制器11信号，反馈信号使液压钳启动控制器24.2启动，液压钳24顺时针旋转一定圈数，上扣油管（已提前装设正确的卡牙），液压钳转数计数器24.1大于一定值后，给PLC可编程控制器11反馈信号，表明横向油管22已上紧，液压钳24停止。机械手驱动液压控制器17.3.19动作，机械手完全打开；主臂旋转液压控制器17.12动作，机械臂组件17外翻。固定卡瓦驱动控制器4.1动作，使固定卡瓦4处于打开的趋势；油管吊卡组件9上升一段距离，带动井口油管7上升，固定卡瓦4打开；然后油管吊卡组件9下降，当油管吊卡组件9下降至规定高度（井口接箍定位传感器6信号），（游动滑车）油管吊卡组件9停止运动；固定卡瓦驱动控制器4.1动作，固定卡瓦卡4锁紧横向油管22，固定卡瓦卡紧指示灯15亮。油管吊卡组件9缓慢下降，当油管22接箍明显高出吊卡9.1表面一段距离，并触动油管吊卡上部传感器9.8，信号反馈PLC可编程控制器11，油管吊卡驱动控制器9.14动作，使吊卡牙块9.10外翻；油管吊卡组件9上行，油管22接箍脱出。

    PLC可编程控制器11记忆上面动作，重复步骤“司机操作手柄，操作柄动作传感器16发出下油管命令，油管吊卡组件9上升”后面步骤，完成起多根油管的过程。

时，调节管柱排架21下的排架支腿21.1，机械臂组件17侧排架支腿21.1升高，远侧排架支腿21.1下降，柱排架21向远离机械臂组件17方向倾斜；抽油杆导向机构27始终处于全开位置；抽油杆强制定位机构25处于低位。按下操作面板12上的"起抽油杆"12.3键，PLC可编程控制器11初始化起抽油杆程序及相关设备，并给出指示，操作面板12上的“起抽油杆键”12.3亮，相关设备处于起抽油杆状态。（再次按下操作面板12上的"起抽油杆键"12.3，起抽油杆初始化取消。）司机操作手柄，操作柄动作传感器16发出起抽油杆命令，抽油杆吊卡组件29下降，同时抽油杆吊卡驱动控制器29.13动作，使抽油杆吊卡牙块29.9外翻。抽油杆吊卡组件29继续下降，接近井口抽油杆26接箍前逐渐减速，当井口抽油杆26接箍卡入吊卡体29.1，且明显高出吊卡体29.1上表面一段距离，并触动抽油杆吊卡上部传感器29.7，抽油杆吊卡驱动控制器29.13动作，抽油杆吊卡牙块29.9复位；抽油杆吊卡组件29停止。固定卡瓦驱动器4.1动作，使固定卡瓦4处于打开的趋势；抽油杆吊卡组件29上升，带动井口抽油杆26上升，固定卡瓦6打开；主臂旋转液压控制器17.12动作，机械臂内翻。抽油杆吊卡组件29持续上升，当抽油杆吊卡组件29升起至规定高度且下部的抽油杆接箍升至规定位置时，抽油杆强制定位机构25升至高位，游动滑车停止上升，并下降运动；抽油杆吊卡组件29下降一定距离触抽油杆吊卡上部传感器29.7，表明井口接箍已经定位，（游动滑车）抽油杆吊卡组件29停止。固定卡瓦驱动器4.1动作，卡紧下部抽油杆，固定卡瓦卡紧指示灯15亮；抽油杆强制定位机构撤至低位。上述动作的同时，机械臂组件17内，主臂旋转液压缸17.13行程完成，机械臂组件17摆至垂直位，夹紧机械手上手爪17.3.6和夹紧机械手下手爪17.3.12半卡紧上部的井口抽油杆26（机械手内传感器17.3.11--液压缸行程记忆控制）。PLC可编程控制器11给抽油杆液压钳30信号，液压钳摆动驱动控制器23.20动作，抽油杆液压钳30进给到位卡住上部井口抽油杆26。液压钳闭锁传感器24.3给PLC可编程控制器11信号，反馈信号使液压钳启动控制器24.2启动，液压钳顺时针旋转一定圈数，卸扣上部井口抽油杆26（已提前装设正确的卡牙），液压钳转数计数器24.1大于一定值后，给PLC可编程控制器11反馈信号，表明上部的井口抽油杆26已卸下，抽油杆液压钳30停止，并撤离。夹紧机械手上手爪17.3.6和夹紧机械手下手爪17.3.12半全关闭，卡紧上部的井口抽油杆26；抽油杆吊卡驱动控制器29.13动作，抽油杆吊卡牙块29.9外翻，抽油杆吊卡组件29上升一段距离，使上部的井口抽油杆26接箍从抽油杆吊卡组件29中脱出。主臂伸缩液压控制器17.7动作，机械臂主支撑臂17.1先上升一段距离（预先设定，上部的井口抽油杆26尾部离开下部油管的接箍），然后主臂旋转液压控制器17.12动作，机械臂组件17外翻；机械臂组件17外翻开始后1s，主臂伸缩液压控制器17.7复位。当套筒臂17.8与机械臂止动传感器18.9接触时，手臂摆动驱动控制器17.15动作，手臂17.3外摆；当手臂17.3外摆至95°（液压缸行程控制），机械手驱动液压控制器17.3.19动作，夹紧机械手上、下手爪17.3.6、17.3.12打开，井口抽油杆26落下到管柱排架21上，井口抽油杆26落于管桥21.3上，并沿管桥21.3滚至最远处。机械手内传感器17.3.11发出信号，延迟2秒，手臂17.3回摆。手臂17.3回摆至竖直位置，抽油杆吊卡组件29下降，机械臂组件内翻，准备起下一根抽油杆。PLC可编程控制器11记忆上面动作，重复“司机操作手柄，操作柄动作传感器16发出起抽油杆命令，抽油杆吊卡组件29下降”后面的步骤，完成起多根抽油杆的过程。

时，调节管柱排架21下的排架支腿21.1，机械臂组件17侧排架支腿21.1下降，远测排架支腿21.1升高，管柱排架21向机械臂组件17方向倾斜，管柱排架21上横向抽油杆31向机械臂组件17方向滚动，靠近出口挡销21.9；调整出口挡销21.9位置及机械臂手臂17.3抓卡距离，使横向抽油杆31与机械手延伸板相适应；调整机械臂底座，使手臂17.3延伸与井口适应；抽油杆强制定位机构25处于低位。按下操作面板12上的"下抽油杆键"12.4，PLC可编程控制器11初始化下抽油杆程序及相关设备，并给出指示，操作面板12上的“下抽油杆键”12.4亮，相关设备处于下抽油杆状态。（再次按下操作面板12上的"下抽油杆键"12.4，下抽油杆初始化取消。）司机操作手柄，操作柄动作传感器16发出下抽油杆命令，抽油杆吊卡组件29上升，同时抽抽油杆吊卡驱动控制器29.13动作，使抽油杆吊卡牙块29.9外翻。同时，手臂摆动驱动控制器17.15动作，机械手外翻至115°，然后回摆；辅助前爪17.3.9钩起相应抽油杆31，到一定角度，横向抽油杆31落入机械手中，机械手内传感器17.3.11给出信号，PLC可编程控制器11返回指令，夹紧机械手上、下手爪17.3.6、17.3.12卡紧；手臂17.3继续回摆至垂直位置。主臂旋转液压控制器17.12动作，机械臂组件17向井口翻转，至竖直位置（液压缸行程控制）。抽油杆吊卡组件29下降，逐渐接近被夹持的横向抽油杆31（此时已经变为竖直方向）接箍，当横向抽油杆31接箍卡入吊卡体29.1，且明显高出吊卡体29.1上表面一段距离，并触动抽油杆吊卡上部传感器29.7，抽油杆吊卡驱动控制器29.13，抽油杆吊卡牙块29.9复位；抽油杆吊卡组件29停止。抽油杆导向锥驱动控制器27.8动作，抽油杆导向机构27复位；机械手驱动液压控制器17.3.19动作，夹紧机械手上、下手爪17.3.6、17.3.12半开（行程控制），横向抽油杆31下落，接箍落在抽油杆吊卡牙块29.9上。抽油杆吊卡组件29缓慢下降，当横向抽油杆31接箍明显高出吊卡体29.1上表面一段距离，并触动抽油杆吊卡上部传感器29.7，信号反馈PLC可编程控制器11，横向抽油杆31下端卡入井口抽油杆26接箍。PLC可编程控制器11给液压钳30信号，液压钳摆动驱动控制器23.20动作，液压钳30进给到位卡住被操作的横向抽油杆31。液压钳闭锁传感器24.3给PLC可编程控制器11信号，反馈信号使液压钳启动控制器24.2启动，液压钳30顺时针旋转一定圈数，上扣横向抽油杆31（已提前装设正确的卡牙），液压钳转数计数器24.1数值大于一定值后，给PLC可编程控制器11反馈信号，表明被操作的横向抽油杆31已上紧，液压钳30停止，并撤离。夹紧机械手上、下手爪17.3.6、17.3.12完全打开，机械臂组件17外翻。固定卡瓦驱动器4.1动作，使固定卡瓦4处于打开的趋势；抽油杆吊卡组件29上升一段距离，带动井口抽油杆26上升，固定卡瓦4打开，然后抽油杆吊卡组件29下降。当抽油杆吊卡组件29下降至规定高度（估计），抽油杆强制定位机构25升至中位，抽油杆吊卡组件29落于抽油杆强制定位机构上表面，（游动滑车）抽油杆吊卡组件29停止运动；固定卡瓦4动作，卡紧横向抽油杆31，固定卡瓦卡紧指示灯15亮。井口抽油杆强制定位机构25恢复低位，抽油杆吊卡组件29继续缓慢下降，当横向抽油杆31接箍明显高出吊卡体29.1上表面一段距离，并触动抽油杆吊卡上部传感器29.7，信号反馈PLC可编程控制器11，抽油杆吊卡驱动控制器29.13动作，使抽油杆吊卡牙块29.9外翻；抽油杆吊卡组件29上行，横向抽油杆31接箍脱出。PLC记忆上面动作，重复 “司机操作手柄，操作柄动作传感器16发出下抽油杆命令，抽油杆吊卡组件29上升”以后的步骤，完成起多根抽油杆的过程。

冲砂作业时，需要将旋转密封锥9.5下放，用旋转密封锥9.5密封油管端部，并压紧，可按操作面板12上的“冲砂”键12.5或“手动优先”键12.6来进行作业，操作过程中高压水通过旋转密封锥冲入油管。

对于其它特殊工况作业，可以按操作面板12上的“手动优先”键12.6，进行手动操作。

Claims (10)

1.一种油田修井管柱自动起下系统包括防喷器、固定卡瓦、油管/抽油杆导向机构、油管/抽油杆定位机构、油管/抽油杆吊卡组件、机械臂组件、液压钳、液压钳支架及控制系统，其中油管/抽油杆导向机构、油管/抽油杆定位机构、固定卡瓦以及防喷器自上而下同轴安装，并向上同轴对准油管/抽油杆吊卡组件，所述的液压钳悬挂于液压钳支架上，所述的控制系统包括可编程控制器PLC以及传感器、执行器；其特征为：所述的起下系统还包括底座组件和管柱排架，所述的机械臂组件和液压钳支架安装在底座组件上，且机械臂组件和液压钳支架通过联动组件连接而联动动作，所述的管柱排架布置于机械臂组件的侧面，并与所述的机械臂组件配合动作。

2.根据权利要求1所述的油田修井管柱自动起下系统，其特征在于：所述的机械臂组件包括通过底座板与底座组件固定的铰接座、与铰接座铰接的机械臂以及机械臂上连接的摆动手臂和机械手，所述的机械臂与底座板之间安装主臂旋转驱动液压缸，所述的手臂上安装手臂旋转液压缸；所述的机械臂和手臂均为长度可控制调节结构，所述的液压缸上均设有液压控制器；所述的机械臂包括与铰接座铰接的套筒臂、与摆动手臂连接的支撑主臂以及主臂伸缩驱动液压缸，其中支撑主臂插接于套筒臂中，且主臂伸缩驱动液压缸一端与支撑主臂连接，另一端与套筒臂连接；所述的主臂旋转驱动液压缸连接在机械臂的套筒臂上；所述的手臂的一端设有嵌入在支撑主臂中且可上下移动的滑动座，滑动座上设有铰接座，铰接座上铰接手臂。

3.根据权利要求2所述的油田修井管柱自动起下系统，其特征在于：支撑主臂中部为法兰连接，法兰一侧装有折叠支撑主臂用的铰轴。

4.根据权利要求1或2所述的油田修井管柱自动起下系统，其特征在于：所述的管柱排架包括底部的高度可调的排架支腿以及其上依次安装的基体管桥、附加管桥，基体管桥和附加管桥靠近机械臂组件的一端安装管柱限位装置；所述排架支腿中部为调节丝杆，上端通过铰接轴与基体管桥相连，基体管桥左端安装立柱，附加管桥通过连接头套装于立柱上，通过下层油管支撑于基体管桥上，基体管桥和附加管桥靠近机械臂组件的一端通过螺纹连接端部接头，端部挡销/导向斜板安装在上下层端部接头形成的槽中，基体管桥靠近机械臂组件一端的侧面连接安装管座，其上连接导向板组件。

5.根据权利要求2述的油田修井管柱自动起下系统，其特征在于：所述的底座组件包括地锚组件以及其上安装的固定底盘，固定底盘上表面的一端安装机械臂止动组件、另一端安装机械臂限位组件；固定底盘的底面安装支承组件；所述的固定底盘上表面上还设有机械臂组件底座板位置调节组件。

6.根据权利要求1所述的油田修井管柱自动起下系统，其特征在于：所述的液压钳支架包括长度可调的立柱组件以及其上、下部分别铰接的悬臂梁组件和支撑杆组件；其中悬臂梁组件包括相互插接来调节长度的主悬臂梁和外伸梁，所述的主悬臂梁与立柱组件铰接，且二者之间连接摆动液压缸；所述的外伸梁的端部分别依次连接用于悬挂液压钳的螺旋调节器和弹簧筒；所述的支撑杆组件为长度可调结构，其一端与固定在立柱组件上的立柱耳座铰接、另一端与固定在液压钳上的液压钳耳座铰接；所述的主悬臂梁与立柱耳板之间连接悬臂斜撑；所述的立柱组件的底部安装在立柱底座上，并可绕其在直立和水平之间转换。

7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的油田修井管柱自动起下系统，其特征在于：所述的油管吊卡组件包括吊卡体、连接螺杆、卡紧块、旋转密封锥、弹簧、传感器触发板、吊卡上部传感器、传感器安装板、吊卡牙块、液压缸连接头、驱动液压缸；其中所述的吊卡体下端是锥形结构，其上部分别安装吊卡牙块和连接螺杆、外侧安装驱动液压缸，且驱动液压缸通过液压连接头与吊卡牙块外端连接；所述的连接螺杆自上而下依次安装有传感器安装板、弹簧、旋转密封锥和卡紧块，且所述的传感器安装板的下端安装吊卡上部传感器，并与对应安装在旋转密封锥上端的传感器触发板配合；所述的抽油杆吊卡组件包括吊卡体、连接螺杆、定位螺母、触发挡板、弹簧、传感器固定板、传感器、吊卡牙块、转轴、液压缸连接头和驱动液压缸；其中所述的吊卡体下部为锥形结构，其上部分别安装吊卡牙块和连接螺杆、外侧安装驱动液压缸，且驱动液压缸通过液压连接头与吊卡牙块外端连接；所述的连接螺杆自上而下依次安装有传感器固定板、弹簧、触发挡板以及定位螺母，且所述的传感器固定板的下端安装传感器，并与触发挡板相配合。

8.根据权利要求1、2、3、5或6所述的油田修井管柱自动起下系统，其特征在于：所述的油管/抽油杆导向机构由两个对称安装的组件构成，每个组件包括驱动液压缸、支座、连接钢管和导向锥筒，其中支座下部固定驱动器液压缸、上部铰接连接钢管，且驱动器液压缸与连接钢管连接，连接方管的另一端连接导向锥筒。

9.根据权利要求1、2、3、5或6所述的油田修井管柱自动起下系统，其特征在于：所述的油管定位机构为井口接箍定位传感器；所述的抽油杆定位机构包括支撑板以及其两侧连接的驱动液压缸、中部铰接的两个相互对合且中部开孔的中间定位块，每个定位块外侧的支撑板上均设有限位块。

10.根据权利要求1、2、3、5或6所述的油田修井管柱自动起下系统，其特征是：所述的联动组件包括连接板、限位板、连接框，其中连接板上的一端铰接连接框且铰接部位下设有限位板；所述的摆动手臂和机械手的结构为：机械手驱动液压缸一端固定在手臂上，另一端通过连接头、连接杆与夹紧机械手上手爪和夹紧机械手下手爪连接，夹紧机械手上手爪和夹紧机械手下手爪固定于机械手轴上，上衬垫固定于夹紧机械手上手爪内壁，下衬垫固定于夹紧机械手下手爪内壁，机械手内传感器安装于定位块上；辅助手固定于手臂端部，辅助前爪与辅助手铰接；复位扭簧通过扭簧芯轴固定于辅助前爪上。

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