复合材料连续管的起下井作业装置
技术领域
本实用新型涉及一种石油采输管道的安装设备，具体涉及一种复合材料连续管的起下井作业装置。
背景技术
在石油采收领域，传统上主要使用有杆采油和无杆采油两类技术。有杆采油技术中的油管和抽油杆采用标准长度的金属管(杆)一根根依次连接而成；而无杆采油技术是将外绑电缆的金属油管下井，使用电潜泵举升采油，油管的起下井都由修井车进行作业。这种金属油管已在油田应用多年，技术相当成熟，有许多优点，但也存在一些严重缺陷。譬如结垢、结蜡、腐蚀、偏磨、电缆起下受卡掉井等等，这些缺陷都会增加修井作业次数，因而提高了采油的运维成本。而这些严重缺陷，同时还影响了能够大幅度提高产油水平的大斜度井和水平井的发展。
为解决上述问题，中国发明专利文献CN105464629B公开了一种潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，其采用复合材料连续管作为油管，能够从材料上解决油管内壁结垢的问题，其良好的保温性能，又可以改善结蜡问题。不仅如此，采用复合材料连续管作为油管，同时还具备其它优势，如连续管的长度能够与井道深度相匹配，因此无需采用接头；连续管的自重相比金属管更轻，作业效率更高。因此，该连续油管逐渐被油田所接受。
但是，复合材料连续管的起下井作业是一个挑战。首先，无法利用现成的油田修井设备实现复合连续管的起下井作业；其次，现有金属连续油管链条式注入设备结构形式上虽然可以利用，却因为两种不同材料的管体受力特点完全不同，简单地拿来主义，会导致复合材料连续管在作业过程中的受压破损；第三，适用于复合材料连续管的链条式注入设备体积巨大、笨重、行动不便；非标制造，成本极高，价格接近500万/台。所以，作业设备的成本和便捷性严重限制了复合材料连续油管系列产品在油气市场的推广应用。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种复合材料连续管的起下井作业装置，它可以降低复合材料连续油管的起下作业成本，提高使用的便捷性，极大地方便连续油管在油田的普及使用。
为解决上述技术问题，本实用新型复合材料连续管的起下井作业装置的技术解决方案为：
包括收卷机构1、鹅颈支架2、上夹持器6、下夹持器7，收卷机构1的盘卷用于缠绕复合材料连续管10；鹅颈支架2设置于所述收卷机构1的一侧；复合材料连续管10的自由端从收卷机构1的盘卷引出，绕过鹅颈支架2并向下延伸，形成垂向延伸部；上夹持器6对应于垂向延伸部的上端；当复合材料连续管10的垂向延伸部位于其夹持腔内时，上夹持器6能够夹持垂向延伸部的上端；所述上夹持器6通过钢丝绳8连接大钩吊板5；汽车吊能够带动上夹持器6上下运动；下夹持器7对应于垂向延伸部的下端；当复合材料连续管10的垂向延伸部位于其夹持腔内时，下夹持器7能够夹持垂向延伸部的下端。
在另一实施例中，所述上夹持器6和/或下夹持器7包括两个相对设置的夹持框6-1，该两个夹持框6-1的一端通过固定销6-2固定连接，另一端通过活动销6-3实现连接，两个夹持框6-1之间形成夹持腔；通过活动销6-3能够控制夹持腔的开合；两个油缸，油缸的缸筒6-4固定连接夹持框6-1，缸筒6-4内活动设置有活塞6-6，活塞6-6固定连接活塞杆6-8的外端；多个卡瓦6-10，该多个卡瓦6-10的夹持端面组成一夹持腔；多个卡瓦6-10分为相对设置的两组，每组卡瓦6-10固定连接活塞杆6-8的内端；两组弹簧6-7，每组弹簧6-7抵于活塞6-6的外端；两根液压油管6-21，每根液压油管6-21与油缸的活塞腔6-20 相连通，活塞腔6-20位于活塞6-6的内端。
在另一实施例中，所述缸筒6-4的一端固定连接端盖6-5，端盖6-5与活塞 6-6的内端面之间形成所述活塞腔6-20。
在另一实施例中，所述活塞杆6-8的内端通过连接销连接所述推块6-9，所述推块6-9通过连接销6-11连接卡瓦6-10。
在另一实施例中，所述卡瓦6-10的夹持端面为弧形，多个卡瓦6-10的弧形夹持端面组成一截面为圆形的夹持腔，该夹持腔与复合材料连续管10的外径相匹配。
在另一实施例中，所述两个油缸相对设置；当液压油经液压油管6-21向活塞腔6-20流入，液压油所形成的压力克服弹簧6-7的弹力，推动两个活塞6-6 及活塞杆6-8反向运动，从而使卡瓦6-10所形成的夹持腔变大，此时上夹持器 6处于松开状态；当活塞腔6-20内的液压油经液压油管6-21排出，弹簧6-7所释放的弹力推动两个活塞6-6及活塞杆6-8相对运动，从而使卡瓦6-10所形成的夹持腔变小，此时上夹持器6处于对连续管10的夹紧状态。
在另一实施例中，所述弹簧6-7为碟簧。
在另一实施例中，所述上夹持器6沿连续管10的轴向并列设置有多个；和 /或所述下夹持器7沿连续管10的轴向并列设置有多个。
在另一实施例中，多个所述上夹持器6的液压油管6-21连通至液压总管，多个所述下夹持器7的液压油管连通至所述液压总管；液压总管上设置有换向阀，通过换向阀控制上夹持器6和下夹持器7的液压油管内的液压油的流向，从而控制上夹持器6和下夹持器7的卡瓦夹紧或松开。
在另一实施例中，所述换向阀为二位三通H型换向阀。
本实用新型可以达到的技术效果是：
本实用新型的主要部件收卷机构、鹅颈支架、上夹持器和下夹持器拆卸后体积小，采用普通的汽车即可进行运载。
本实用新型的运载由通用的汽车完成，起下井作业由吊车完成，整个作业过程无需特种车辆。由于汽车和吊车在油田现场很容易租赁到，无需自备价格昂贵的特种车辆，同时提高了吊车的利用率，因此能够大幅降低作业成本，具体地，本实用新型的作业成本仅为现有链条式注入设备作业成本的十五分之一，能够降低连续油管现场应用的技术门槛和经济门槛，从而有利于复合材料连续油管的大面积推广应用，从材料上彻底解决油管内壁结垢的问题。
本实用新型的夹持器采用四瓣式卡瓦组成夹持腔，并且由碟簧提供夹持力，能够对管体周向形成均匀的夹持力，在保证对管体提供足够的夹持力的前提下不会对管体结构层产生损伤。另外，四瓣式卡瓦对管径偏差适应性更强。
本实用新型的起下井作业为间歇式，因此在管体上形成的卡瓦夹痕为断续式，与连续式起下井作业方式相比，不会在管体整个长度上均留下卡瓦夹痕，进一步减少了对管体结构层损伤的可能。
本实用新型采用碟簧提供对管体的夹持力，即使液压元件发生泄漏，也不会影响对管体的夹持，因此安全性更好，能够实现现场的长周期运行。
附图说明
本领域的技术人员应理解，以下说明仅是示意性地说明本实用新型的原理，所述原理可按多种方式应用，以实现许多不同的可替代实施方式。这些说明仅用于示出本实用新型的教导内容的一般原理，不意味着限制在此所公开的实用新型构思。
结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施方式，并且与上文的总体说明和下列附图的详细说明一起用于解释本实用新型的原理。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
图1是本实用新型复合材料连续管的起下井作业装置的示意图；
图2A是本实用新型的大钩吊板与上夹持器的连接示意图；
图2B是图2A的侧视图；
图3是本实用新型的上夹持器的示意图，图中的夹持腔为闭合状态；
图4是本实用新型的上夹持器的示意图，图中的夹持腔为张开状态；
图5是本实用新型的上夹持器装置的示意图；
图6A是本实用新型使用状态示意图，图中为上夹持器的卡瓦夹紧；
图6B是本实用新型使用状态示意图，图中为下夹持器的卡瓦夹紧；
图6C是本实用新型使用状态示意图，图中为上夹持器的卡瓦夹紧。
图中附图标记说明：
1为收卷机构，2为鹅颈支架，
4为汽车吊，
5为大钩吊板，6为上夹持器，
7为下夹持器，8为钢丝绳，
8-1为上端接头，8-2为下端接头，
10为复合材料连续管，
6-1为侧U形夹持框， 6-2为固定销，
6-3为活动销，6-4为缸筒，
6-5为端盖，6-6为活塞，
6-7为碟簧，6-8为活塞杆，
6-9为推块，6-10为卡瓦，
6-20为活塞腔， 6-21为液压油管，
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“前”、“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1所示，本实用新型复合材料连续管的起下井作业装置，包括收卷机构1、鹅颈支架2、上夹持器6、下夹持器7，鹅颈支架2设置于收卷机构1的一侧；
复合材料连续管10缠绕于收卷机构1的盘卷上，复合材料连续管10的自由端从收卷机构1的盘卷引出，绕过鹅颈支架2并向下延伸，以使复合材料连续管10形成垂向延伸部；垂向延伸部的上端连接上夹持器6，垂向延伸部的下端连接下夹持器7；
复合材料连续管10的自由端设置有下金具，用于实现与井底设备的连接；
收卷机构1的盘卷在驱动机构(如电机)的带动下能够旋转，从而实现复合材料连续管10自由端的收放；
如图2A、图2B所示，汽车吊4的大钩钩住大钩吊板5，大钩吊板5的两侧分别连接钢丝绳8的上端接头8-1，两根钢丝绳8的下端接头8-2通过H型吊具 3固定连接上夹持器6；汽车吊4能够带动上夹持器6上下往复运动，实现起下井功能。
收卷机构1可以采用卷扬机，鹅颈支架2用于将缠绕于收卷机构1的复合材料连续管10的自由端从地面抬高(本实施例中鹅颈支架2的支撑高度约11 米)，因此收卷机构1和鹅颈支架2为现有技术，在此不再赘述。
H型吊具3能够保证两根钢丝绳8的相对位置和姿态，确保上夹持器6在上下运动过程中的姿态始终保持不变。
如图3所示，上夹持器6包括两个相对设置的侧U形夹持框6-1，两个侧U 形夹持框6-1的一端通过固定销6-2固定连接，两个侧U形夹持框6-1的另一端通过活动销6-3实现连接；将活动销6-3取出后，两个侧U形夹持框6-1能够绕固定销6-2反向旋转，从而形成开口，如图4所示，此时连续管10能够从开口进入夹持腔内；
侧U形夹持框6-1的背面固定连接缸筒6-4，缸筒6-4的一端固定连接端盖 6-5，缸筒6-4内活动设置有活塞6-6；活塞6-6固定连接活塞杆6-8，活塞杆 6-8的一端通过连接销连接推块6-9，推块6-9通过连接销6-11分别连接两个卡瓦6-10；卡瓦6-10的夹持端面为弧形，两个侧U形夹持框6-1的开口闭合时，四个卡瓦6-10的弧形夹持端面组成一截面为圆形的夹持腔，该夹持腔与连续管 10的外径相匹配；
本实用新型的活塞杆6-8与推块6-9之间，以及推块6-9及卡瓦6-10之间分别采用连接销6-11实现连接，当夹持器处于对管体的夹持状态时，卡瓦6-10 相对于活塞杆6-8的姿态能够微调，从而保证卡瓦6-10与管体之间的配合，因此卡瓦6-10不会对复合材料连续管的管体造成损伤。
缸筒6-4、活塞6-6及活塞杆6-8组成油缸；活塞6-6的内端面与端盖6-5 之间形成活塞腔6-20，油缸的活塞腔6-20与液压油管6-21相连通；活塞6-6 的外端设置有碟簧6-7；
使液压油经液压油管6-21向活塞腔6-20流入，液压油所形成的压力克服碟簧6-7的弹力，推动活塞6-6及活塞杆6-8向内回缩，从而使卡瓦6-10所形成的夹持腔变大，此时上夹持器6处于松开状态；
使活塞腔6-20内的液压油经液压油管6-21排出，碟簧6-7所释放的弹力推动活塞6-6及活塞杆6-8向外伸出，从而使卡瓦6-10所形成的夹持腔变小，使上夹持器6处于对连续管10的夹紧状态。
为了对连续管10提供足够大的夹持力，可以采用沿连续管10的轴向并列设置的多个上夹持器6，多个上夹持器6组成上夹持器装置；优选方案如图5所示，上夹持器装置包括三个上夹持器6，则上夹持器装置共六只油缸，六只油缸的液压油管6-21通过连接件(如三通)连通至液压总管。
下夹持器7的结构及工作原理与上夹持器6相同，下夹持器7的六只油缸的液压油管通过连接件连通至同一液压总管；液压总管上设置有二位三通H型换向阀，通过该二位三通H型换向阀能够同时控制上夹持器6和下夹持器7内的液压油的流向，从而控制上夹持器6和下夹持器7的卡瓦夹紧或松开。由于二位三通H型换向阀的特性，能够使上夹持器6和下夹持器7仅有一个松开，即只能处于下面三种状态：上紧下松、上紧下紧、上松下紧。
本实用新型复合材料连续管的起下井作业装置的使用方法，包括以下步骤：
第一步，将作业装置进行定位；
采用普通的运载汽车(如卡车)将作业装置的各部件运送至油田的井口附近；通过汽车吊4将收卷机构1和鹅颈支架2从运载汽车上吊放于井口一侧；将夹持器座与井口固定连接，然后通过汽车吊4将复合材料连续管10的自由端引入油井套管，再将下夹持器7与夹持器座固定连接，实现下夹持器7的固定；通过汽车吊4的大钩钩住连接有上夹持器6的大钩吊板5；
第二步，将汽车吊4进行定位；
调整汽车吊4的吊钩位置，使汽车吊4的吊钩位于井口正上方，且汽车吊4 的吊钩位于复合材料连续管10自由端的垂向延伸部正上方；此时与吊钩连接的上夹持器6位于下夹持器7的正上方，且上夹持器6和下夹持器7与垂向延伸部相对应；
第三步，将复合材料连续管10与上夹持器6和下夹持器7进行连接；
分别将上夹持器6和下夹持器7的活动销6-3取下，使上夹持器6和下夹持器7张开一夹角，将复合材料连续管10的垂向延伸部放入上夹持器6和下夹持器7的夹持腔内，然后闭合上夹持器6和下夹持器7，使上夹持器6和下夹持器7处于夹持状态；
第四步，使上夹持器6和下夹持器7的卡瓦交替收紧和松开，当上夹持器6 夹持复合材料连续管10时，通过汽车吊带动吊钩上下运动，实现复合材料连续管10的起、下井作业；
具体地，下井操作时，先使处于松开状态的上夹持器6向上运动至最高点，然后使上夹持器6的卡瓦收紧，下夹持器7的卡瓦松开，则此时复合材料连续管10被上夹持器6夹持；通过汽车吊带动吊钩向下运动，使上夹持器6向下运动一段行程，同时驱动收卷机构1的盘卷旋转，则上夹持器6带动复合材料连续管10的垂向延伸部沿油井套管向下运动一段行程,到达图6A所示状态；
然后使换向阀换向，使下夹持器7的卡瓦夹紧，上夹持器6的卡瓦松开，则此时复合材料连续管10被下夹持器7夹持；通过汽车吊带动吊钩向上运动，使处于松开状态的上夹持器6复位至最高点，到达图6B所示状态；
然后再次使上夹持器6的卡瓦夹紧，下夹持器7的卡瓦松开，则此时复合材料连续管10再次被上夹持器6夹持；重复吊钩的向下运动动作，使复合材料连续管10继续向下运动一段行程，到达图6C所示状态；如此反复动作，直至将复合材料连续管10下放至井下油井套管的指定位置；
复合材料连续管10的起井操作与下井操作相同。
本实用新型采用起重量25吨左右的汽车吊配合连续管10的收放操作，通过汽车吊控制吊钩的位置，使吊钩位于井口正上方并与复合材料连续管10的管体在同一直线上。由于汽车吊的结构，在吊钩带动上夹持器6上下运动的过程中，吊钩能够始终保持在该直线上而不会发生偏移，从而能够使复合材料连续管10的收放操作顺畅。
本实用新型专用于复合材料连续油管的起下井作业，能够大幅降低连续油管的油井安装成本。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形，而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形在内。
