油井小修作業(yè)目前由修井機及5名現場(chǎng)作業(yè)人員完成，小修作業(yè)自動(dòng)化輔助系統的設計目標為：基于現有修井機系統，在不降低作業(yè)效率的前提下，提高作業(yè)自動(dòng)化程度，由機械完成盡可能多的重復性體力勞動(dòng)，取代三名作業(yè)人員，保留的兩名作業(yè)人員分別為修井機司鉆及自動(dòng)化系統操作員。

小修自動(dòng)作業(yè)系統使用修井機車(chē)上液壓源驅動(dòng)，采用24V電控方式，現場(chǎng)無(wú)需外接其它能源，結構和現場(chǎng)安裝工作簡(jiǎn)單。

小修自動(dòng)作業(yè)系統由機械手、自動(dòng)液壓鉗（含油管及抽油桿兩套）、油管內殘液收集器和其它環(huán)保系統、自動(dòng)吊卡（含油管及抽油桿兩套）、油管卡瓦及抽油桿卡瓦、油管架及送管器等幾個(gè)主要部分、控制系統構成；系統配合一般修井機作業(yè)，取代兩名井口工、一名場(chǎng)地工，起下管作業(yè)流程僅由修井機司鉆及自動(dòng)化系統操作員兩人完成全部作業(yè)，所有工人在起下管作業(yè)全流程無(wú)需接觸管柱，大大降低了勞動(dòng)強度，并提高作業(yè)安全性。

小修自動(dòng)作業(yè)系統全部安裝或裝載于修井機上，系統中所有較重的組件都能使用修井機小鉤吊裝就位；所有不能由修井機自身吊裝的少量工具構件重量都不超過(guò)80kg，可以由人工擺放；作業(yè)準備現場(chǎng)無(wú)需吊車(chē)和運輸卡車(chē)配合，單車(chē)上井即可完成作業(yè)。

小修自動(dòng)作業(yè)系統作業(yè)效率較高，起/下管作業(yè)平均耗時(shí)約53s/根管。

小修自動(dòng)作業(yè)系統機械手系統安裝于修井機井架側面，負責將起出的管柱遞交給提升機，或從提升機上抓取管柱對正井口前一根管接箍進(jìn)行下管作業(yè)。機械手系統采用全液壓驅動(dòng)，帶有水平180°/垂直90°旋轉功能，升降行程3.5米，上下運動(dòng)速度≥50cm/s，抓取油管或抽油桿直徑范圍5/8-31/2英寸，單機械手額定抓舉重量1000Kg，卡緊/松開(kāi)時(shí)間＜1s，垂直旋轉的額定較大偏載：遠端100kg，機械手系統抓取管柱→遞交給提升機→回復原位的流程時(shí)間＜35s（注：該時(shí)間小于系統其它組件同期流程工作時(shí)間）；機械手系統與修井機井架為固定式連接，一體運輸，每口井作業(yè)前后無(wú)需拆裝。機械手系統具備水平調整定位功能，對于修井機倒車(chē)對正井口的要求不高。

自動(dòng)液壓鉗系統安裝于修井機車(chē)尾，分為油管及抽油桿兩套，用于油管及抽油桿的上卸扣作業(yè)；上扣扭矩可預先選擇，前后運動(dòng)及上卸扣動(dòng)作均為自動(dòng)控制，也可以隨時(shí)切換為手動(dòng)操作。

小修自動(dòng)作業(yè)系統配備有環(huán)保系統，包含油管內殘液收集器、油管刮油器、抽油桿刮油器等組件。殘液收集器可以將起油管過(guò)程中油管內的殘液收集起來(lái)，輸送至指定液箱內；兩種刮油器可將油管、抽油桿外表面的污物刮下來(lái)，留在井內，避免污染環(huán)境。

自動(dòng)吊卡系統分為油管及抽油桿兩套，可在修井機大鉤的行程上下兩端，由人工控制抓取或放開(kāi)油管或抽油桿頂部接箍；油管自動(dòng)吊卡可選作業(yè)管柱范圍27/8-31/2英寸，額定提升載荷≥1500kN，開(kāi)閉時(shí)間＜4s。抽油桿自動(dòng)吊卡作業(yè)抽油桿范圍3/4-1英寸，額定提升載荷≥250kN，開(kāi)閉時(shí)間＜2s。

油管卡瓦及抽油桿卡瓦系統用于承載作業(yè)管柱串或抽油桿重量，與自動(dòng)吊卡配合，可以取代人工搬動(dòng)換吊卡作業(yè)，實(shí)現一吊一卡作業(yè)方式，降低工人作業(yè)勞動(dòng)強度。

油管架及送管器系統由油管架機構、送管器及托板機構組成，油管架主要功能是在起下管過(guò)程中擺放油管；送管器及托板機構在起管過(guò)程中，從機械手接過(guò)油管，下放到油管架上，在下管過(guò)程中將油管架上的油管托起上升后交給機械手，由機械手系統完成以后的動(dòng)作。

    控制系統負責操作以上全部功能，采用電控操作，帶主操作面板及遙控操作面板，能夠實(shí)現大多數情況下的自動(dòng)化連續流程，每組流程由作業(yè)員人工選擇啟動(dòng)時(shí)機，同時(shí)也可以手動(dòng)控制任意單獨流程。

帶壓作業(yè)自動(dòng)作業(yè)系統

帶壓作業(yè)自動(dòng)作業(yè)系統適合安裝在各種獨立式帶壓作業(yè)裝置井口框架上，由機械手系統、修井專(zhuān)用鐵鉆工系統（含油管內殘液收集系統）、管柱升降機系統、油管架及送管器系統、接箍探測系統、控制系統構成；系統可以取代修井機或桅桿，以及兩名井口工、一名場(chǎng)地工，僅由帶壓作業(yè)裝置司鉆及自動(dòng)化系統操作員兩人完成全部作業(yè)，所有工人在起下管作業(yè)全流程無(wú)需接觸管柱，大大降低了勞動(dòng)強度，并提高作業(yè)安全性。

機械手系統安裝于帶壓作業(yè)井口裝置框架內，負責將起出的管柱遞交給提升機，或從提升機上抓取管柱對正井口前一根管接箍進(jìn)行下管作業(yè)。機械手系統采用全液壓驅動(dòng)，帶有水平180°/垂直90°旋轉功能，升降行程5.8米，上下運動(dòng)速度≥50cm/s，抓取油管直徑范圍5/8-31/2英寸，抓緊管柱時(shí)允許管柱旋轉上/卸扣，單機械手額定抓舉重量300Kg，卡緊/松開(kāi)時(shí)間＜1s，垂直旋轉的額定較大偏載：遠端200kg，機械手系統抓取管柱→遞交給提升機→回復原位的流程時(shí)間＜40s（注：該時(shí)間小于帶壓作業(yè)裝置同期流程工作時(shí)間）；機械手系統與井口裝置為固定式連接，一體運輸吊裝，每口井作業(yè)前后無(wú)需拆裝。

修井專(zhuān)用鐵鉆工系統采用落地軌直線(xiàn)進(jìn)退方式，固定于帶壓作業(yè)井口裝置上工作平臺上，與井口裝置一體運輸。鐵鉆工額定上/卸扣扭矩8kN·m，作業(yè)管柱范圍23/8-41/2英寸；鐵鉆工可實(shí)現近端控制與遠程遙控兩種控制方式，可按設定流程自動(dòng)完成作業(yè)管柱的上、卸扣工作，也可由操作人員手動(dòng)控制每個(gè)獨立的操作動(dòng)作。鐵鉆工自帶油管內殘液收集系統，在起管作業(yè)時(shí)可將油管內殘液集中排至方罐。在全自動(dòng)作業(yè)流程下，鐵鉆工完成起管卸扣作業(yè)和管內殘液收集的全流程時(shí)間約為47s，下管上扣作業(yè)的全流程時(shí)間約為35s，作業(yè)效率與人工操作液壓鉗的作業(yè)效率接近。

管柱升降機系統固定于帶壓作業(yè)井口裝置框架側面，負責在機械手與油管架/送管器系統之間傳遞管柱。升降機自帶兩只機械手，在升降時(shí)可抓緊管柱并承受偏載荷，升降機上下運動(dòng)速度≥50cm/s，額定舉升力24kN，較大行程按照配套的帶壓作業(yè)裝置選擇。升降機與井口裝置為固定式連接，一體運輸吊裝，每口井作業(yè)前后無(wú)需拆裝。

油管架及送管器系統由油管架機構、送管器及托板機構組成，油管架主要功能是在起下管過(guò)程中擺放油管；送管器及托板機構在起管過(guò)程中，從升降機接過(guò)油管，下放到油管架上，在下管過(guò)程中將油管架上的油管托起上升后交給升降機，由升降機系統完成以后的動(dòng)作。

接箍探測系統固定在帶壓作業(yè)裝置舉升卡瓦上工作平臺上，負責探測作業(yè)管柱接箍位置，給出自動(dòng)控制信號控制帶壓作業(yè)主油缸動(dòng)作，確保起下管作業(yè)時(shí)每一根油管的接箍都處于合適的高度，簡(jiǎn)化上卸扣作業(yè)流程（不用每次調整鐵鉆工高度）。

控制系統負責操作以上全部功能，用戶(hù)可選擇電控操作：帶主操作面板及遙控操作面板，能夠實(shí)現大多數情況下的自動(dòng)化連續流程，每組流程由作業(yè)員人工選擇啟動(dòng)時(shí)機，同時(shí)也可以手動(dòng)控制任意單獨流程；這樣的系統復雜，成本比較高，不容易與現有帶壓作業(yè)控制系統組合?；蛘咭部蛇x擇液壓直接控制方式：全部功能都由人工控制，不能實(shí)現自動(dòng)作業(yè)流程；系統簡(jiǎn)單，成本低，容易與帶壓作業(yè)裝置操作系統融合。

本項目?jì)煞N自動(dòng)作業(yè)系統與國內其它廠(chǎng)家產(chǎn)品的對比

1、整體工作原理不同，本項目系統效率更高。

目前已知的其它自動(dòng)作業(yè)系統，基本采用傳統修井機+鐵鉆工+動(dòng)力貓道+液壓翻轉吊卡的組合形式，有些系統還配備有油管下端推拉簡(jiǎn)易機械手。此類(lèi)系統作業(yè)流程與人工作業(yè)相似，起下管時(shí)需要大鉤、液壓吊卡和動(dòng)力貓道全程配合，占用大鉤時(shí)間長(cháng)，因此起下管動(dòng)作流程耗時(shí)較長(cháng)，效率低下。從現場(chǎng)作業(yè)視頻來(lái)看，其它廠(chǎng)家系統起下一根管耗時(shí)一般90-180秒，甚至更多。

    本項目小修自動(dòng)作業(yè)系統采用的升降機械手與修井機大鉤、液壓吊卡互相配合，同時(shí)作業(yè)，互不干涉，也無(wú)需動(dòng)力貓道，對大鉤的占用時(shí)間比人工作業(yè)更少，作業(yè)效率高。例如起管作業(yè)提出油管卸開(kāi)扣之后，機械手抓緊管柱，液壓吊卡松開(kāi)，機械手橫向移走，大鉤僅需等待2-3s即可下落抓取下一根油管，等待和銜接時(shí)間比人工作業(yè)更少，效率遠高于其它小修自動(dòng)作業(yè)系統。本系統起下一根管的總時(shí)間約53秒，超過(guò)人工作業(yè)水平。

在國內公開(kāi)報道中未見(jiàn)過(guò)其它可使用的帶壓作業(yè)自動(dòng)化系統。

2、本系統可實(shí)現單車(chē)（單機）上井作業(yè)，作業(yè)準備時(shí)間更短，無(wú)需輔助車(chē)輛，作業(yè)成本更低。

其它廠(chǎng)家的小修自動(dòng)作業(yè)系統中配備的鐵鉆工、動(dòng)力貓道等組件，必須由單獨的車(chē)輛運輸，到達作業(yè)現場(chǎng)后由吊車(chē)擺放到位。運輸車(chē)輛和吊車(chē)的使用費用較高，大大提升了單井作業(yè)成本，中淺井的作業(yè)成本超過(guò)傳統人工作業(yè)方式兩倍以上。

本系統的全部組件全部安裝或裝載于修井機上，機械手與井架固定連接，每口井無(wú)需拆裝；卡瓦、吊卡等較重組件都能使用修井機小鉤吊裝就位；提升機、油管架等單件重量都不超過(guò)80kg，可以由人工擺放就位；作業(yè)準備現場(chǎng)無(wú)需吊車(chē)和運輸卡車(chē)配合，單車(chē)上井即可完成作業(yè)。修井作業(yè)成本比傳統人工作業(yè)略低，遠低于其它廠(chǎng)家的小修自動(dòng)作業(yè)系統。

帶壓作業(yè)自動(dòng)化系統安裝于帶壓作業(yè)井口裝置框架內部、上平臺及側面，整體單機上井，無(wú)需作業(yè)現場(chǎng)安裝，作業(yè)及準備工作效率高于人工作業(yè)，成本低。

3、本系統有多個(gè)專(zhuān)為小修作業(yè)、帶壓作業(yè)自動(dòng)化設計的組件，功能更完善細致，安全性更高，效率更高。

國內尚無(wú)其它可遠程控制的抽油桿吊卡，這就決定了其它廠(chǎng)家的自動(dòng)作業(yè)系統，在起下抽油桿過(guò)程必須有人工參與，不能真正實(shí)現自動(dòng)作業(yè)。本系統為此設計了一種新型液壓抽油桿吊卡，可實(shí)現大鉤行程任意位置抓取抽油桿接箍的功能，為小修全流程自動(dòng)化提供了基礎。

本系統專(zhuān)門(mén)為油水井自動(dòng)作業(yè)設計了一種新結構機械手，卡緊范圍能夠涵蓋5/8英寸-31/2英寸之間的全部管柱或抽油桿，并且卡緊任意直徑工件時(shí)中心位置不變；這就保證了本系統每口井作業(yè)時(shí)只需給機械手調定一次位置，作業(yè)流程簡(jiǎn)單。其它廠(chǎng)家系統切換管柱直徑或管-桿交替時(shí)需要重新調定機械手，甚至需要更換不同型號的機械手，大大增加了作業(yè)復雜程度，降低了作業(yè)效率。

4、本系統具有全部自主知識產(chǎn)權，截至目前已獲得發(fā)明專(zhuān)利2項，實(shí)用新型專(zhuān)利5項，還有4項發(fā)明專(zhuān)利在審核中。