CN111878012A - 可适用于多种管径规格的闭式吊卡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种闭式吊卡，包括壳体和用于卡持油管的卡持机构，其中，该卡持机构包括沿所述壳体的圆周方向间隔布置的多个卡块，所述多个卡块能经由致动机构被驱动至多个不同的工作位置，在所述多个不同的工作位置处，所述卡块分别卡持具有不同管径的油管。根据本发明的闭式吊卡使得能够过简单可靠的自动化操作而实现在无需更换整个吊卡的情况下对多种不同管径规格的油管进行起下作业，既提高了作业效率且提高了作业的安全性。

Description

可适用于多种管径规格的闭式吊卡

技术领域

本发明涉及石油修井作业设备领域，尤其涉及一种用于起下(或升降)油管的闭式吊卡。

背景技术

众所周知，吊卡是修井作业中一个重要的组成部分。在修井作业中，常常需要借助于吊卡系统实现对油管的起下作业。然而，由于油管规格(直径尺寸)存在差异，为适应不同规格的油管，通常需要配套地设计一系列不同规格的吊卡。通过调研发现，现在市场上所使用的吊卡大多只能适应单一规格的油管直径。因此，在进行修井作业时，操作工人需要一次性携带多种规格的吊卡，以方便在作业过程中通过更换不同规格的吊卡来适应不同直径的油管，导致整个操作的自动化程度较低、人工操作强度大且作业效率低，同时现场作业环境具有一定的风险，影响油田作业的安全性。

现有技术中已知了一些改进的吊卡系统。例如，中国专利申请CN104563915A公开了一种带开合指示的液压吊卡，其提出了通过更换位于吊卡内的补芯型号来适应不同管径规格的油管的夹持和提升，从而避免更换吊卡主体这一繁琐过程，简化了针对不同规格的油管更换整个吊卡的操作过程。

中国专利申请CN203035129U公开了一种油管吊卡，该油管吊卡通过设置有具有不同内径的可更换的活动月牙来实现对不同管径规格的油管的适配，以减少更换吊卡的麻烦。

美国专利申请US4035012A公开了一种双吊卡，该双吊卡通过配套一系列具有可变内径的衬套来适应不同管径规格的油管。

然而，现有技术中的上述已知的吊卡系统实际上并未实现完全意义上的“一吊多用”，尽管这些吊卡结构可避免因管径规格不同而需更换吊卡主体的操作，但仍然需要配套一系列具有不同规格的吊卡附件(如上述方案中的补芯、活动月牙或衬套等)，因而在实际作业过程中，针对不同的油管进行起下作业时，自动化程度依旧较低，且涉及人工作业，工作效率较低，且存在一定的作业风险。

发明内容

因此，本发明就是基于这样的背景而提出的，其旨在提出一种闭式吊卡，使得能够通过简单可靠的自动化操作而实现在无需更换整个吊卡的情况下对多种不同管径规格的油管进行起下作业。

本发明提出了一种闭式吊卡，包括壳体和用于卡持油管的卡持机构，其特征在于，该卡持机构包括沿所述壳体的圆周方向间隔布置的多个卡块，所述多个卡块能经由致动机构被驱动至多个不同的工作位置，在所述多个不同的工作位置处，所述卡块分别卡持具有不同管径的油管。

有利地，所述闭式吊卡还包括用于检测并确认一油管已进入至所述壳体中的检测机构，所述致动机构响应于由所述检测机构发出的确认信号致动所述多个卡块运动至与所述油管的管径匹配的一个工作位置。

有利地，所述卡持机构还包括沿所述壳体的圆周方向在所述壳体中间隔地布置的、为所述多个卡块提供运动导向的多个导向块，每个所述导向块具有倾斜导向面以引导对应的卡块在所述倾斜导向面上沿倾斜方向运动。

有利地，所述卡持机构还包括位于所述导向块下方的旋转盘，在所述旋转盘的与所述导向块相对的端面上沿圆周方向间隔地设置有一个或多个突起组，每个突起组中所包括的突起的数量与所述卡块的数量相同以便每个突起都能支承对应的一个卡块。

有利地，所述闭式吊卡还包括旋转油缸，该旋转油缸驱动一主动齿轮，该主动齿轮与设置在所述旋转盘的外周上的齿部接合，从而驱动所述旋转盘旋转至不同的角度，以允许所述多个卡块抵靠在旋转盘的所述端面上或者抵靠在所述端面上的对应的多个突起上。

有利地，所述致动机构包括多个液压油缸，每个所述卡块联接至对应的一个液压油缸的能够沿竖向方向运动的活塞杆，从而与活塞杆一同升降运动。

有利地，所述闭式吊卡还设置有与所述活塞杆和所述多个卡块一同运动的同步环，所述同步环沿圆周方向间隔地设置有多个沿径向方向延伸的贯通槽，每个所述卡块包括卡销，该卡销接纳在同步环的相应的贯通槽中且通过该卡销的头部轴向限位在所述贯通槽中；在所述多个卡块随着活塞杆上下移动时，所述卡销能够在所述贯通槽中沿径向方向运动，从而实现所述多个卡块的同步移动。

有利地，每个所述导向块包括固定部分、位于所述固定部分内的至少一个可滑动部分以及位于所述固定部分和所述至少一个可滑动部分之间的压缩弹簧，所述固定部分具有第一倾斜导向面，所述至少一个可滑动部分具有第二倾斜导向面，在所述压缩弹簧的自然位置，所述第二倾斜导向面在径向方向上超出所述第一倾斜导向面，而在所述至少一个可滑动部分抵抗所述压缩弹簧的弹力完全嵌入至所述固定部分内时，所述第二倾斜导向面与所述第一倾斜导向面平齐。

有利地，所述检测机构包括感应板、传感器和复位弹簧，所述感应板旨在与进入至壳体内的油管接触并被该油管推动，所述传感器基于所述感应板的移动而确定油管已进入至壳体内部并发送确认信号，所述复位弹簧趋于使所述感应板回复到原始位置。

有利地，所述油管包括具有第一直径的油管本体和具有第二直径的接箍部，所述第二直径大于所述第一直径，所述接箍部旨在搁靠在所述多个卡块上。

有利地，所述闭式吊卡包括同轴地设置在所述旋转盘下方的具有锥形开口的导正部件，油管通过所述锥形开口并穿过所述旋转盘的中心开口伸入到所述壳体内。

有利地，所述闭式吊卡包括用于与游车大钩连接的吊耳以及用于软导轨的连接杆，所述软导轨用于在油管的升降操作中提供导向。

通过采用根据本发明的闭式吊卡，可以满足对多种不同规格的油管进行起下作业，由于通过动力实现吊卡与油管的自动化匹配，省去了人工更换吊卡的繁琐操作，该闭式吊卡能被应用至修井机中，提高了修井机的自动化和智能化水平，使得既提高了作业效率且提高了作业的安全性。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本发明的上述和其它特征和优点将变得更加容易理解，其中：

图1示出了根据本发明实施例的闭式吊卡的从两个不同角度看去的立体图；

图2是示出根据本发明实施例的闭式吊卡的内部结构的剖开示意图；

图3以部分截面图的形式示意性地示出了伸入至壳体内的油管与闭式吊卡内的卡块之间的配合关系；

图4以立体图和俯视图示出了由旋转油缸驱动的主动齿轮与布置在闭式吊卡底部的旋转盘的啮合关系；

图5以截面图的形式示出了包括在根据本发明实施例的闭式吊卡中的导向块的一种有利的结构形式；

图6示出了根据本发明实施例的闭式吊卡的俯视图；以及

图7示出了根据本发明实施例的闭式吊卡的另一俯视图，其中去掉了闭式吊卡中的部分结构以更清楚地显示闭式吊卡底座部分与液压缸之间的位置关系。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细地说明本发明。在以下描述中可能使用的关于方位的说明，比如“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”、“轴向”等，除非具有明确说明，仅为了方便描述，而无欲对发明技术方案形成任何限定。另外，在下文中还使用了例如“第一”、“第二”等术语来描述本申请的元件，这些术语仅用于区分各个元件，而无欲限制这些元件的本质、序列、顺序或数目。

如在背景技术中所提及的，吊卡主要作为修井作业的一个重要组成部分，其按结构形式通常可分为开式吊卡和闭式吊卡。本发明所涉及的是一种能够适用于多种管径规格油管的闭式吊卡，该闭式吊卡通过液压动力能够在“打开”状态和“闭合”状态之间被驱动。该闭式吊卡可被驱动以形成不同尺寸的供油管通过的容纳空间，以适配于具有多种管径规格的油管，从而最终带动油管完成起下作业。

图1示出了根据本发明的实施例的闭式吊卡1。闭式吊卡1包括壳体2；用于与游车大钩(未示出)连接的吊耳3；用于软导轨的连接杆4，该软导轨用于在油管的升降操作中提供导向；以及布置在该闭式吊卡内的适于卡持不同管径规格的油管5的卡持机构。该卡持机构包括沿壳体2的圆周方向间隔均匀地布置的多个卡块6，这些卡块6能经由致动机构被驱动至多个不同的工作位置。如图1中所示，致动机构优选为液压油缸7，各液压油缸7分别布置在闭式吊卡1的底座部分15的外边缘上开设的对应凹槽8中，该凹槽8可具有U形截面(尤其参见图7)。液压油缸7的活塞杆顶端与卡块6固定连接，使得该活塞杆能带动卡块6一同运动。

应知晓的是，这些卡块6所能达到的每个不同的工作位置对应于一种规格的管径。在接下来的描述中，将主要以包括三个卡块的示例性闭式吊卡的结构形式来详细地描述本发明，当然其它数量的卡块也是可行的，只要能够实施本发明的技术方案即可。

如图1和2中所示，在壳体1中沿所述壳体的圆周方向均匀间隔地布置有三个导向块9，以针对对应数量的卡块6提供运动导向，每个导向块9具有倾斜导向面以引导卡块6在所述导向面上沿倾斜方向运动。尤其参见图2，每个卡块6分别联接至每个液压油缸7的能够沿竖向方向运动的活塞杆末端，从而能够与活塞杆一同升降运动。当液压油缸7致动所述活塞杆带动卡块6沿着导向块的倾斜导向面向上运动时，由所有卡块共同限定的可供油管通过的容纳空间将变大，当达到最大位置时即为闭式吊卡的“打开”状态；相反，当卡块6沿着导向块9的倾斜导向面向下运动时，所述容纳空间将逐渐变小直至与伸入到壳体中的油管5适配，此时即为闭式吊卡的“闭合”状态。

根据一有利的实施例，闭式吊卡1还设置有与活塞杆和卡块6一同运动的同步环10，如图1所示。该同步环10沿圆周方向间隔地设置有三个沿径向方向延伸的贯通槽11(例如图6中所示的腰型孔的形式)，每个卡块6包括卡销12，该卡销12接纳在同步环10的相应的贯通槽11中且通过该卡销12的头部轴向限位在所述贯通槽11中。如此，在三个卡块6和同步环10随着活塞杆上下移动时，卡销12能够在所述贯通槽11中沿径向方向来回运动，由此可保证所有卡块6运动的同步性。由于卡块6旨在用于卡持油管5的管身，因而将承担来自油管的最大负载，若各卡块6之间的运动不同步，可能会引致各个卡块受力不均，受力最大的卡块将会存在结构损坏的风险。然而，通过上述同步环的设置，则有效地避免了这一问题。

本领域技术人员应知晓的是，油管5通常包括具有第一直径的油管本体5a和具有大于第一直径的第二直径的接箍部5b。在闭式吊卡的“闭合”状态下，油管本体5a由三个卡块6共同卡持，接箍部5b将搁靠或支承在三个卡块6上，从而使得油管能随所述闭式吊卡1一起进行升降运动，完成对油管的起下作业。

由于在起下油管的过程中，卡块6将承受来自油管的过大负载，为了避免卡块因受力太大而失效的问题，在导向块9的下方有利地还设置有旋转盘13。当卡块6被液压油缸7驱动至与具有特定管径的油管的管身接触时，此时所有的卡块6将抵靠在所述旋转盘13上(此时该卡块即为下降到位)，使得能够将来自油管的负载经由所述旋转盘13传递至整个吊卡，从而为卡块提供了更好的受力条件。

特别有利地，在旋转盘13的与导向块9相对的端面上沿圆周方向间隔地设置有具一个或多个突起组，每个突起组中所包括的突起的数量与所述卡块6的数量相同。如图4中所示，在旋转盘13上设置有一组突起，三个突起14与对应的卡块6抵靠。例如，在实际作业过程中，若对具有较小的第一管径的油管进行操作时，卡块6将最终下降至抵靠在旋转盘13的端面上，由此实现载荷的传递。然而，若对具有较大的第二管径的油管进行操作时，卡块6将最终抵靠在旋转盘的端面上的三个突起14上，由此实现载荷的传递。当然，尽管图4中仅示出了一组突起，为了匹配更多规格的管径，可以相应地增加突起组的数量，各个突起组的突起高度也相应地不同。这些突起的目的在于在卡持不同管径的油管时补偿在卡块6与旋转盘13之间的高度差。当卡持较小规格的管径时，则选用具有较小高度的突起，而当卡持较大规格的管径时，则选用具有较大高度的突起。

为了实现旋转盘13与卡块6之间的自动化匹配。闭式吊卡1还包括旋转油缸16，该旋转油缸16驱动一主动齿轮17，该主动齿轮17与设置在旋转盘13的外周上的齿部18接合，以根据不同的管径规格而驱动所述旋转盘13旋转不同的角度，从而允许所述卡块6抵靠在旋转盘13的端面上或者抵靠在特定突起组中的相应突起上。

根据一有利的实施例，如图5所示，导向块9可具有双层结构，其包括固定部分9a、可滑动部分9b以及位于所述固定部分9a和所述可滑动部分9b之间的压缩弹簧9c。固定部分9a具有径向凹槽19，可滑动部分9b能够布置在所述径向凹槽19内且能够在径向凹槽内抵抗压缩弹簧9c的弹力滑动。固定部分9a具有第一倾斜导向面20，可滑动部分9b具有第二倾斜导向面21，在压缩弹簧的自然位置，第二倾斜导向面21在径向方向上超出所述第一倾斜导向面20，而在可滑动部分抵抗所述压缩弹簧的弹力被完全嵌入至固定部分内时，所述第二倾斜导向面与所述第一倾斜导向面平齐。

例如，当对较小管径规格的油管进行作业时，卡块6可沿着可滑动部分的第二倾斜导向面21倾斜向下地滑动至导向块底部，此时卡块6卡住油管管身，卡块6抵靠在旋转盘上；当对较大管径规格的油管进行作业时，卡块6刚开始时可沿着可滑动部分的第二倾斜导向面21倾斜向下地滑动，当卡块在下降至导向块底部之前，卡块6在水平方向上与管身接触，且在卡块后续的推进过程中通过卡块将可滑动部分抵抗压缩弹簧的弹力朝固定部分9a内挤压，从而使可滑动部分9b进入至固定部分9a内，此时卡块6可沿着固定部分的第一倾斜导向面20继续下行并最终到达导向块底部，此时卡块6抵靠在旋转盘上。工作完成后，可滑动部分9b在压缩弹簧9c的作用下，将恢复至初始位置。可以设想的是，导向块可被设计成具有能够彼此嵌套的更多层结构，其中，该更多层结构包括一个固定部分和多个可滑动部分，每两层结构之间均设置有压缩弹簧，如此使得能够如上述具有双层结构的导向块的工作方式一样通过逐层嵌套而适应更多管径规格的油管。在此实施例中，旋转盘可以是固定的且在旋转盘的端面上未设置任何突起。当然，前面讨论的实施例中的设置在旋转盘上的用于高度补偿的突起也可以与本实施例中具有双层或者甚至更多层结构的导向块相结合地使用，从而适用于更大范围内的管径规格。

接下来，将详细阐述如何利用闭式吊卡实现对不同管径规格的油管进行升降操作。在利用闭式吊卡1带动油管5进行起下作业之前，先利用检测机构执行检测操作，以确认油管是否已进入至吊卡的壳体内。如图2中所示，检测机构通常包括感应板22、传感器23和复位弹簧24。

具体地，利用司钻模块提供的动力，通过闭式吊卡1上的与游车大钩连接的吊耳3带动闭式吊卡1运动，找准油管，然后使油管能通过闭式吊卡中的导正部件25的锥形开口26并穿过同轴地布置在所述导正部件25上方的旋转盘13的中心开口27伸入到闭式吊卡的壳体2内(参照图2和图3)，直至该油管上端接触感应板22并抵抗复位弹簧24的作用力推动感应板22。传感器23在检测到感应板22的运动后，确认油管已进入至壳体2内并发送确认信息至系统。

此时，系统响应于由所述检测机构发出的确认信号控制致动机构如液压油缸7驱动卡持机构的多个卡块6沿各自的导向块9运动至与特定油管的管径匹配的一个工作位置，在该工作位置，卡块6抵靠在旋转盘13上。应知晓的是，取决于管径规格，旋转盘13将被旋转不同的角度以使得卡块就位并抵靠在旋转盘13的端面上或抵靠在所述端面上的对应的多个突起14上。

此处，应注意的是，由于三个卡块6对油管本体的卡持作用仅仅体现在对油管提供的一种大体的限位，其并不会限制油管与闭式吊卡之间的相对运动。换言之，三个卡块对所述油管本体呈现出一种“虚抱持”的状态。因此，在液压油缸7响应于系统的控制命令而驱动卡块6下降至与油管管身接触时，闭式吊卡1能经由吊耳3相对于油管5向上运动一小段距离，直至油管的接箍部5b能够支承在卡块6上(见图3)，从而使得所述油管能随所述闭式吊卡一起进行升降运动。与此同时，在闭式吊卡相对于油管上移一小段距离的过程中，油管将不再压靠在感应板22上，使得感应板22由于复位弹簧24的驱促作用而回复至初始位置。

根据本发明的吊卡借助于上述自动化操作可以实现真正意义上的“一吊多用”，由于通过动力实现吊卡与不同规格油管的自动化匹配，省去了人工更换吊卡的繁琐操作，大大提高了作业效率且提高了作业的安全性。

应当指出，上面说明的实施例仅应被视为示例性的，本发明不限于这些实施例。通过考虑本说明书的内容，本领域技术人员可在不偏离本发明的范围或精神的情况下做出多种改变和变型。本发明的真实范围由所附权利要求以及等同方案限定。

Claims (12)

1.一种闭式吊卡，包括壳体和用于卡持油管的卡持机构，其特征在于，该卡持机构包括沿所述壳体的圆周方向间隔布置的多个卡块，所述多个卡块能经由致动机构被驱动至多个不同的工作位置，在所述多个不同的工作位置处，所述卡块分别卡持具有不同管径的油管。

2.根据权利要求1所述的闭式吊卡，其特征在于，所述闭式吊卡还包括用于检测并确认一油管已进入至所述壳体中的检测机构，所述致动机构响应于由所述检测机构发出的确认信号致动所述多个卡块运动至与所述油管的管径匹配的一个工作位置。

3.根据权利要求1或2所述的闭式吊卡，其特征在于，所述卡持机构还包括沿所述壳体的圆周方向在所述壳体中间隔地布置的、为所述多个卡块提供运动导向的多个导向块，每个所述导向块具有倾斜导向面以引导对应的卡块在所述倾斜导向面上沿倾斜方向运动。

4.根据权利要求3所述的闭式吊卡，其特征在于，所述卡持机构还包括位于所述导向块下方的旋转盘，在所述旋转盘的与所述导向块相对的端面上沿圆周方向间隔地设置有一个或多个突起组，每个突起组中所包括的突起的数量与所述卡块的数量相同以便每个突起都能支承对应的一个卡块。

5.根据权利要求4所述的闭式吊卡，其特征在于，所述闭式吊卡还包括旋转油缸，该旋转油缸驱动一主动齿轮，该主动齿轮与设置在所述旋转盘的外周上的齿部接合，从而驱动所述旋转盘旋转至不同的角度，以允许所述多个卡块抵靠在旋转盘的所述端面上或者抵靠在所述端面上的对应的多个突起上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的闭式吊卡，其特征在于，所述致动机构包括多个液压油缸，每个所述卡块联接至对应的一个液压油缸的能够沿竖向方向运动的活塞杆，从而与活塞杆一同升降运动。

7.根据权利要求6所述的闭式吊卡，其特征在于，所述闭式吊卡还设置有与所述活塞杆和所述多个卡块一同运动的同步环，所述同步环沿圆周方向间隔地设置有多个沿径向方向延伸的贯通槽，每个所述卡块包括卡销，该卡销接纳在同步环的相应的贯通槽中且通过该卡销的头部轴向限位在所述贯通槽中；在所述多个卡块随着活塞杆上下移动时，所述卡销能够在所述贯通槽中沿径向方向运动，从而实现所述多个卡块的同步移动。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的闭式吊卡，其特征在于，每个所述导向块包括固定部分、位于所述固定部分内的至少一个可滑动部分以及位于所述固定部分和所述至少一个可滑动部分之间的压缩弹簧，所述固定部分具有第一倾斜导向面，所述至少一个可滑动部分具有第二倾斜导向面，在所述压缩弹簧的自然位置，所述第二倾斜导向面在径向方向上超出所述第一倾斜导向面，而在所述至少一个可滑动部分抵抗所述压缩弹簧的弹力完全嵌入至所述固定部分内时，所述第二倾斜导向面与所述第一倾斜导向面平齐。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的闭式吊卡，其特征在于，所述检测机构包括感应板、传感器和复位弹簧，所述感应板旨在与进入至壳体内的油管接触并被该油管推动，所述传感器基于所述感应板的移动而确定油管已进入至壳体内部并发送确认信号，所述复位弹簧趋于使所述感应板回复到原始位置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的闭式吊卡，其特征在于，所述油管包括具有第一直径的油管本体和具有第二直径的接箍部，所述第二直径大于所述第一直径，所述接箍部旨在搁靠在所述多个卡块上。

11.根据权利要求4至10中任一项所述的闭式吊卡，其特征在于，所述闭式吊卡包括同轴地设置在所述旋转盘下方的具有锥形开口的导正部件，油管通过所述锥形开口并穿过所述旋转盘的中心开口伸入到所述壳体内。

12.根据权利要求1至11中任一项所述所述的闭式吊卡，其特征在于，所述闭式吊卡包括用于与游车大钩连接的吊耳以及用于软导轨的连接杆，所述软导轨用于在油管的升降操作中提供导向。

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