修井作业抽油杆上卸扣背钳旋转找正夹持装置及使用方法
技术领域
本发明涉及一种油田修井作业设备领域，特别涉及一种修井作业抽油杆上卸扣背钳旋转找正夹持装置及使用方法。
背景技术
传统的修井作业方式以人工为主，需要人工扶正抽油杆后，抽油杆卡瓦夹持后，旋转锁紧，支撑整个作业活动，并随着抽油杆由修井大钩起吊，已完成整个抽油杆作业活动，存在着占用人工多、劳动强度大、野外露天施工环境差、安全风险高等问题，尤其抽油杆作业更加突出。抽油杆的夹持要求很高，夹持抽油杆凸缘的凸缘面在夹紧时必须成为一个完整的凸缘面，并且两个半凸缘面在工作时必须在同一平面上，否则会发生安全事故。针对这些问题，设计一种可使凸缘面在同一平面上的抽油杆夹持机构显得尤为重要。
油田修井作业中抽油杆动力钳作业中，采用背钳对正夹持扳手方径，动钳夹持接箍完成上卸扣作业。抽油杆在卡瓦上定位后，其扳手方径位置是任意的，人工操作抽油杆上卸扣动力吊钳，容易对正扳手方径进行上卸扣作业，而在自动化作业中难以实现抽油杆上卸扣动力吊钳背钳对正扳手方径。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种修井作业抽油杆上卸扣背钳旋转找正夹持装置及使用方法，可以实现抽油杆的自动夹持，提高修井作业的效率，进而实现修井作业的自动化。
本发明提到的一种修井作业抽油杆上卸扣背钳旋转找正夹持装置，其技术方案是：包括旋转基盘组件、导向夹持组件、杠杆式加力组件、拉杆式位移传感器组件、旋转动力组件和控制组件，所述旋转基盘组件包括开口基盘和多个滚轮，滚轮安装于动力钳原背钳位置，开口基盘依托滚轮转动；工作时，抽油杆从开口基盘进入，且抽油杆中心线于基盘中心线重合时停止；
导向夹持组件由夹持块、导轨、夹持滑块、压力传感器和复位弹簧片组成，夹持块在导轨内前后移动，两夹持块实现夹持扳手方径；夹持块前端有夹持滑块，夹持滑块相对于夹持块可相对运动，达到两夹持块夹持扳手方径时产生相对滑动；复位弹簧片固定端安装于夹持块前端，另一端接触夹持滑块，实现夹持滑块复位；
杠杆式加力组件包括两个夹持杆、滑动铰和双向液压缸组成，两个夹持杆通过滑动铰组成剪刀式杠杆结构，一侧连接夹持块，另一端连接双向液压缸，双向液压缸实现两个夹持杆开合运动，从而带动夹持块在导轨内前后移动；
拉杆式位移传感器组件包括拉杆式位移传感器和24V直流电源，拉杆式位移传感器的两端连接于两个夹持杆上，夹持杆运动带动拉杆式位移传感器运动，从而间接测量显示两个夹持滑块之间距离；24V直流电源为拉杆式位移传感器提供控制电源，拉杆式位移传感器位置变化显示不同电压值；
旋转动力组件包括步进电机或自锁马达和驱动齿轮，步进电机或自锁马达和驱动齿轮在动力钳背钳上；步进电机或自锁马达由PLC控制正反转，通过驱动齿轮带动开口基盘旋转；
控制组件包括PLC控制器，根据拉杆式位移传感器输入电压值变化实现对步进电机自锁马达控制，并进一步控制双向液压缸动作，实现对扳手方径对正夹紧。
优选的，上述滚轮的数量不低于六个。
优选的，上述夹持块和夹持滑块采用V型或燕尾槽结构连接。
优选的，上述步进电机或自锁马达均带有制动，可锁死旋转的开口基盘。
本发明提到的修井作业抽油杆上卸扣背钳旋转找正夹持装置的使用方法，其技术方案是包括以下模式：
一、旋转最小距离精准夹持模式：
修井作业抽油杆上卸扣背钳旋转找正夹持装置安装在抽油杆动力钳背钳上，代替背钳，在控制组件作用下，步进电机或自锁马达转动驱动齿轮，带动开口基盘转动，开口与动力钳前进方向一致时，停止转动，锁定，处于复位状态；
工作前进时，随着抽油杆动力钳前进，抽油杆轴线中心与开口基盘中心重合停止；系统压力为低压，双向液压缸收缩，带动两个夹持杆相对滑动铰转动，从而带动两个夹持块沿导轨相向运动，接触扳手方径，在夹持滑块不能正对扳手方径时，夹持滑块接触扳手方径两对角圆弧，夹持滑块传递信号至PLC控制器；PLC控制器控制步进电机或自锁马达转动驱动齿轮，带动开口基盘转动；同时，安装于两个夹持杆的拉杆式位移传感器组件转动，拉杆式位移传感器组件通过杠杆式加力组件间接测量导向夹持组件距离，输出电压值，其电压值在夹持滑块正对扳手方径时最小，转过后电压值增大，此时，PLC控制器控制步进电机或自锁马达反向转动，电压输出值达到或非常接近最小电压值时，停止转动，液压系统压力升高，步进电机或自锁马达锁死开口基盘，双向液压缸夹紧扳手方径；
拉杆式位移传感器输出电压值以判断导向夹持组件是否正对抽油杆扳手方径；
双向液压缸和自锁马达的液压动力源来自动力钳，压力分两级，工作阶段为低压，夹持滑块对正扳手方径后，系统压力升高，确保夹紧扳手方径和锁死开口基盘。
本发明的有益效果是：本发明安装在修井抽油杆动力钳背钳上，与修井动力钳配合使用；以常用3YC型修井抽油杆动力钳为例，该动力钳扭矩最大3000N•m，适用于小直径油管上卸扣作业，该动力钳属于吊钳，人工对正扳手方径后，进行上卸扣作业；
另外，本发明提供了一种旋转最小距离精准夹持模式，动力源驱动导向夹持组件接触扳手方径，由于多数情况下不能正对扳手方径，通过动力源带动旋转基盘组件转动，转动过程中拉杆式位移传感器位移减少，导向夹持组件正对扳手方径平面，此时出现最小距离，继续旋转，距离变大，控制组件控制步进电机或带自锁马达驱动旋转基盘组件回转到最小位置，即可确定正对，液压缸加力夹持，步进电机或带自锁马达锁止，完成抽油杆找正，导向夹持组件正对扳手方径平面，双向液压缸系统压力升高，夹紧，抽油杆动力钳进行上卸扣作业；总之，本发明可以实现抽油杆的自动夹持，提高修井作业的效率，进而实现修井作业的自动化。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的立体结构示意图；
上图中：旋转基盘组件1、导向夹持组件2、杠杆式加力组件3、拉杆式位移传感器组件4、旋转动力组件5和控制组件6，开口基盘1.1，滚轮1.2，夹持块2.1，导轨2.2，夹持滑块2.3，压力传感器2.4、复位弹簧片2.5，双向液压缸3.1，夹持杆3.2、滑动铰3.3，拉杆式位移传感器4.1、24V直流电源4.2，自锁马达5.1、驱动齿轮5.2，PLC控制器6.1。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，参照图1和2，本发明提到的一种修井作业抽油杆上卸扣背钳旋转找正夹持装置，安装在修井抽油杆动力钳背钳上，与修井动力钳配合使用，以常用3YC型修井抽油杆动力钳为例，该动力钳扭矩最大3000N·m，适用于小直径油管上卸扣作业，该动力钳属于吊钳，人工对正扳手方径后，进行上卸扣作业。
修井作业抽油杆上卸扣背钳旋转找正夹持装置，包括旋转基盘组件1、导向夹持组件2、杠杆式加力组件3、拉杆式位移传感器组件4、旋转动力组件5和控制组件6，旋转基盘组件1包括开口基盘1.1，多个滚轮1.2；滚轮1.2安装在背钳基座上，开口基盘1.1可在滚轮1.2导轨上旋转；
导向夹持组件2包括夹持块2.1，导轨2.2，夹持滑块2.3、压力传感器2.4和复位弹簧片2.5；夹持滑块2.3与夹持块2.1之间有燕尾槽型导轨，夹持滑块2.3可以沿着燕尾槽型导轨相对夹持块2.1滑动，作业完成，夹持滑块2.3在复位弹簧片2.5作用下实现复位；
杠杆式加力组件3包括双向液压缸3.1，夹持杆3.2和滑动铰3.3；
拉杆式位移传感器组件4包括拉杆式位移传感器4.1和24V直流电源4.2；拉杆式位移传感器4.1两端安装于夹持杆3.2两侧，随着两夹持杆3.2距离变化带动拉杆式位移传感器4.1位移变化，输出变化电压值；
旋转动力组件5包括自锁马达5.1和驱动齿轮5.2；自锁马达5.1通过驱动齿轮5.2可带动开口基盘1.1转动；且具备自锁功能，确保开口基盘1.1不转动；其液压源来自于修井抽油杆动力钳背钳，提供高压和低压两种系统压力；
控制组件6包括PLC控制器6.1；
该装置整体安装于抽油杆动力钳下部替代背钳，实现动力钳沿导轨或其他伸缩机构行进到位并夹持任意方向的抽油杆扳手方径。除旋转动力组件5外，其他部件均安装于旋转基盘组件1上，滚轮1.2安装于动力钳原背钳位置，实现旋转基盘组件1在滚轮1.2约束下旋转；杠杆式加力组件3通过杠杆式夹持杆3.2驱动夹持块2.1在导轨2.2内进退接触并夹紧抽油杆扳手方径；拉杆式位移传感器4.1连接于杠杆式夹持杆3.2，随着双向液压缸3.1伸缩，引起位移变化，输出电压或电流变化，夹持块2.1在两夹持杆3.2距离最小时输出电压或电流最小值，转过这一位置，电压值增大，PLC控制器6.1判断输出电压或电流最小值，从而判断处于正对扳手方径的位置。
本发明提到的一种修井作业抽油杆上卸扣背钳旋转找正夹持装置的使用方法，包括模式一，旋转最小距离精准夹持模式：
修井作业抽油杆上卸扣背钳旋转找正夹持装置安装在抽油杆动力钳背钳上，代替背钳，在控制组件6作用下，步进电机或自锁马达5.1转动驱动齿轮5.2，带动开口基盘1.1转动，开口与动力钳前进方向一致时，停止转动，锁定，处于复位状态。
工作前进时，本发明装置随着动力钳前进，抽油杆轴线中心与开口基盘1.1中心重合停止；双向液压缸3.1收缩，带动两个夹持杆3.2相对滑动铰3.3转动，从而带动两个夹持块2.1沿导轨2.2相向运动，接触扳手方径，多数情况下，夹持滑块2.3不能正对扳手方径，两个夹持滑块2.3接触扳手方径的两个对角圆弧，夹持滑块2.3上的压力传感器2.4传递信号至PLC控制器6.1，PLC控制器6.1控制自锁马达5.1转动驱动齿轮5.2，带动开口基盘1.1转动，同时，安装于两个夹持杆3.2的拉杆式位移传感器组件4转动，拉杆式位移传感器组件4通过杠杆式加力组件3间接测量导向夹持组件2的距离，输出电压值，其电压值在夹持滑块2.3正对扳手方径时最小，转过这一位置，电压值增大，此时，PLC控制器6.1控制自锁马达5.1反向转动，电压输出值达到或非常接近最小电压值时，停止转动，液压系统压力升高，自锁马达5.1锁死开口基盘1.1，双向液压缸3.1夹紧扳手方径。
拉杆式位移传感器4.1输出电压值以最小距离判断导向夹持组件2是否正对抽油杆的扳手方径，不受扳手方径的形状误差和异物的干扰。
双向液压缸3.1和自锁马达5.1的液压动力源来自动力钳，压力分两级，工作阶段为低压，夹持滑块2.3对正扳手方径后，系统压力升高，确保夹紧扳手方径和锁死开口基盘1.1。
模式二：自找正夹持作业模式
旋转动力组件5驱动导向夹持组件2的夹持滑块2.3接触扳手方径，多数情况下不能正对扳手方径，由于双向液压缸3.1加力后，夹持滑块2.3施加在扳手方径的圆弧角上的力形成转矩，同时，扳手方径的圆弧角相对于抽油杆轴线存在反转矩，反转矩带动旋转基盘组件1回转到导向夹持组件2，使其正对扳手方径位置，停止转动，液压系统压力升高，自锁马达5.1锁死开口基盘1.1，双向液压缸3.1夹紧扳手方径。
无论是模式一还是模式二，夹持滑块2.3相对于扳手方径的转动过程，都会存在相对滑动，夹持滑块2.3与夹持块2.1之间有燕尾槽型导轨，夹持滑块2.3可以沿着燕尾槽型导轨相对夹持块2.1滑动，作业完成，夹持滑块2.3在复位弹簧片2.5作用下实现复位。
本发明的特点如下：
本发明整体安装于抽油杆动力钳下部替代背钳，实现动力钳沿导轨或其他伸缩机构行进到位并夹持抽油杆的扳手方径；除旋转动力组件5外，其他部件均安装于旋转基盘组件1上，滚轮1.2安装于动力钳原背钳位置，实现旋转基盘组件1在滚轮1.2约束下旋转；通过杠杆式加力组件3驱动导向夹持组件2在导轨2.2内进退接触并夹紧抽油杆的扳手方径；拉杆式位移传感器组件4连接于双向液压缸3.1，随着双向液压缸3.1进退，输出电压或电流变化，导向夹持组件2的两个夹持钳距离最小时输出电压或电流最小值，判断处于正对扳手方径的位置。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
