油井小修作业目前由修井机及5名现场作业人员完成，小修作业自动化辅助系统的设计目标为：基于现有修井机系统，在不降低作业效率的前提下，提高作业自动化程度，由机械完成尽可能多的重复性体力劳动，取代三名作业人员，保留的两名作业人员分别为修井机司钻及自动化系统操作员。

小修自动作业系统使用修井机车上液压源驱动，采用24V电控方式，现场无需外接其它能源，结构和现场安装工作简单。

小修自动作业系统由机械手、自动液压钳（含油管及抽油杆两套）、油管内残液收集器和其它环保系统、自动吊卡（含油管及抽油杆两套）、油管卡瓦及抽油杆卡瓦、油管架及送管器等几个主要部分、控制系统构成；系统配合一般修井机作业，取代两名井口工、一名场地工，起下管作业流程仅由修井机司钻及自动化系统操作员两人完成全部作业，所有工人在起下管作业全流程无需接触管柱，大大降低了劳动强度，并提高作业安全性。

小修自动作业系统全部安装或装载于修井机上，系统中所有较重的组件都能使用修井机小钩吊装就位；所有不能由修井机自身吊装的少量工具构件重量都不超过80kg，可以由人工摆放；作业准备现场无需吊车和运输卡车配合，单车上井即可完成作业。

小修自动作业系统作业效率较高，起/下管作业平均耗时约53s/根管。

小修自动作业系统机械手系统安装于修井机井架侧面，负责将起出的管柱递交给提升机，或从提升机上抓取管柱对正井口前一根管接箍进行下管作业。机械手系统采用全液压驱动，带有水平180°/垂直90°旋转功能，升降行程3.5米，上下运动速度≥50cm/s，抓取油管或抽油杆直径范围5/8-31/2英寸，单机械手额定抓举重量1000Kg，卡紧/松开时间＜1s，垂直旋转的额定较大偏载：远端100kg，机械手系统抓取管柱→递交给提升机→回复原位的流程时间＜35s（注：该时间小于系统其它组件同期流程工作时间）；机械手系统与修井机井架为固定式连接，一体运输，每口井作业前后无需拆装。机械手系统具备水平调整定位功能，对于修井机倒车对正井口的要求不高。

自动液压钳系统安装于修井机车尾，分为油管及抽油杆两套，用于油管及抽油杆的上卸扣作业；上扣扭矩可预先选择，前后运动及上卸扣动作均为自动控制，也可以随时切换为手动操作。

小修自动作业系统配备有环保系统，包含油管内残液收集器、油管刮油器、抽油杆刮油器等组件。残液收集器可以将起油管过程中油管内的残液收集起来，输送至指定液箱内；两种刮油器可将油管、抽油杆外表面的污物刮下来，留在井内，避免污染环境。

自动吊卡系统分为油管及抽油杆两套，可在修井机大钩的行程上下两端，由人工控制抓取或放开油管或抽油杆顶部接箍；油管自动吊卡可选作业管柱范围27/8-31/2英寸，额定提升载荷≥1500kN，开闭时间＜4s。抽油杆自动吊卡作业抽油杆范围3/4-1英寸，额定提升载荷≥250kN，开闭时间＜2s。

油管卡瓦及抽油杆卡瓦系统用于承载作业管柱串或抽油杆重量，与自动吊卡配合，可以取代人工搬动换吊卡作业，实现一吊一卡作业方式，降低工人作业劳动强度。

油管架及送管器系统由油管架机构、送管器及托板机构组成，油管架主要功能是在起下管过程中摆放油管；送管器及托板机构在起管过程中，从机械手接过油管，下放到油管架上，在下管过程中将油管架上的油管托起上升后交给机械手，由机械手系统完成以后的动作。

    控制系统负责操作以上全部功能，采用电控操作，带主操作面板及遥控操作面板，能够实现大多数情况下的自动化连续流程，每组流程由作业员人工选择启动时机，同时也可以手动控制任意单独流程。

带压作业自动作业系统

带压作业自动作业系统适合安装在各种独立式带压作业装置井口框架上，由机械手系统、修井专用铁钻工系统（含油管内残液收集系统）、管柱升降机系统、油管架及送管器系统、接箍探测系统、控制系统构成；系统可以取代修井机或桅杆，以及两名井口工、一名场地工，仅由带压作业装置司钻及自动化系统操作员两人完成全部作业，所有工人在起下管作业全流程无需接触管柱，大大降低了劳动强度，并提高作业安全性。

机械手系统安装于带压作业井口装置框架内，负责将起出的管柱递交给提升机，或从提升机上抓取管柱对正井口前一根管接箍进行下管作业。机械手系统采用全液压驱动，带有水平180°/垂直90°旋转功能，升降行程5.8米，上下运动速度≥50cm/s，抓取油管直径范围5/8-31/2英寸，抓紧管柱时允许管柱旋转上/卸扣，单机械手额定抓举重量300Kg，卡紧/松开时间＜1s，垂直旋转的额定较大偏载：远端200kg，机械手系统抓取管柱→递交给提升机→回复原位的流程时间＜40s（注：该时间小于带压作业装置同期流程工作时间）；机械手系统与井口装置为固定式连接，一体运输吊装，每口井作业前后无需拆装。

修井专用铁钻工系统采用落地轨直线进退方式，固定于带压作业井口装置上工作平台上，与井口装置一体运输。铁钻工额定上/卸扣扭矩8kN·m，作业管柱范围23/8-41/2英寸；铁钻工可实现近端控制与远程遥控两种控制方式，可按设定流程自动完成作业管柱的上、卸扣工作，也可由操作人员手动控制每个独立的操作动作。铁钻工自带油管内残液收集系统，在起管作业时可将油管内残液集中排至方罐。在全自动作业流程下，铁钻工完成起管卸扣作业和管内残液收集的全流程时间约为47s，下管上扣作业的全流程时间约为35s，作业效率与人工操作液压钳的作业效率接近。

管柱升降机系统固定于带压作业井口装置框架侧面，负责在机械手与油管架/送管器系统之间传递管柱。升降机自带两只机械手，在升降时可抓紧管柱并承受偏载荷，升降机上下运动速度≥50cm/s，额定举升力24kN，较大行程按照配套的带压作业装置选择。升降机与井口装置为固定式连接，一体运输吊装，每口井作业前后无需拆装。

油管架及送管器系统由油管架机构、送管器及托板机构组成，油管架主要功能是在起下管过程中摆放油管；送管器及托板机构在起管过程中，从升降机接过油管，下放到油管架上，在下管过程中将油管架上的油管托起上升后交给升降机，由升降机系统完成以后的动作。

接箍探测系统固定在带压作业装置举升卡瓦上工作平台上，负责探测作业管柱接箍位置，给出自动控制信号控制带压作业主油缸动作，确保起下管作业时每一根油管的接箍都处于合适的高度，简化上卸扣作业流程（不用每次调整铁钻工高度）。

控制系统负责操作以上全部功能，用户可选择电控操作：带主操作面板及遥控操作面板，能够实现大多数情况下的自动化连续流程，每组流程由作业员人工选择启动时机，同时也可以手动控制任意单独流程；这样的系统复杂，成本比较高，不容易与现有带压作业控制系统组合。或者也可选择液压直接控制方式：全部功能都由人工控制，不能实现自动作业流程；系统简单，成本低，容易与带压作业装置操作系统融合。

本项目两种自动作业系统与国内其它厂家产品的对比

1、整体工作原理不同，本项目系统效率更高。

目前已知的其它自动作业系统，基本采用传统修井机+铁钻工+动力猫道+液压翻转吊卡的组合形式，有些系统还配备有油管下端推拉简易机械手。此类系统作业流程与人工作业相似，起下管时需要大钩、液压吊卡和动力猫道全程配合，占用大钩时间长，因此起下管动作流程耗时较长，效率低下。从现场作业视频来看，其它厂家系统起下一根管耗时一般90-180秒，甚至更多。

    本项目小修自动作业系统采用的升降机械手与修井机大钩、液压吊卡互相配合，同时作业，互不干涉，也无需动力猫道，对大钩的占用时间比人工作业更少，作业效率高。例如起管作业提出油管卸开扣之后，机械手抓紧管柱，液压吊卡松开，机械手横向移走，大钩仅需等待2-3s即可下落抓取下一根油管，等待和衔接时间比人工作业更少，效率远高于其它小修自动作业系统。本系统起下一根管的总时间约53秒，超过人工作业水平。

在国内公开报道中未见过其它可使用的带压作业自动化系统。

2、本系统可实现单车（单机）上井作业，作业准备时间更短，无需辅助车辆，作业成本更低。

其它厂家的小修自动作业系统中配备的铁钻工、动力猫道等组件，必须由单独的车辆运输，到达作业现场后由吊车摆放到位。运输车辆和吊车的使用费用较高，大大提升了单井作业成本，中浅井的作业成本超过传统人工作业方式两倍以上。

本系统的全部组件全部安装或装载于修井机上，机械手与井架固定连接，每口井无需拆装；卡瓦、吊卡等较重组件都能使用修井机小钩吊装就位；提升机、油管架等单件重量都不超过80kg，可以由人工摆放就位；作业准备现场无需吊车和运输卡车配合，单车上井即可完成作业。修井作业成本比传统人工作业略低，远低于其它厂家的小修自动作业系统。

带压作业自动化系统安装于带压作业井口装置框架内部、上平台及侧面，整体单机上井，无需作业现场安装，作业及准备工作效率高于人工作业，成本低。

3、本系统有多个专为小修作业、带压作业自动化设计的组件，功能更完善细致，安全性更高，效率更高。

国内尚无其它可远程控制的抽油杆吊卡，这就决定了其它厂家的自动作业系统，在起下抽油杆过程必须有人工参与，不能真正实现自动作业。本系统为此设计了一种新型液压抽油杆吊卡，可实现大钩行程任意位置抓取抽油杆接箍的功能，为小修全流程自动化提供了基础。

本系统专门为油水井自动作业设计了一种新结构机械手，卡紧范围能够涵盖5/8英寸-31/2英寸之间的全部管柱或抽油杆，并且卡紧任意直径工件时中心位置不变；这就保证了本系统每口井作业时只需给机械手调定一次位置，作业流程简单。其它厂家系统切换管柱直径或管-杆交替时需要重新调定机械手，甚至需要更换不同型号的机械手，大大增加了作业复杂程度，降低了作业效率。

4、本系统具有全部自主知识产权，截至目前已获得发明专利2项，实用新型专利5项，还有4项发明专利在审核中。