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

小修自動作業系統使用修井機車上液壓源驅動，采用24V電控方式，現場無需外接其它能源，結構和現場安裝工作簡單。

小修自動作業系統由機械手、自動液壓鉗（含油管及抽油桿兩套）、油管內殘液收集器和其它環保系統、自動吊卡（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主要部分、控制系統構成；系統配合一般修井機作業，取代兩名井口工、一名場地工，起下管作業流程僅由修井機司鉆及自動化系統操作員兩人完成全部作業，所有工人在起下管作業全流程無需接觸管柱，大大降低了勞動強度，并提高作業安全性。

小修自動作業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80kg，可以由人工擺放；作業準備現場無需吊車和運輸卡車配合，單車上井即可完成作業。

小修自動作業系統作業效率較高，起/下管作業平均耗時約53s/根管。

小修自動作業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行下管作業。機械手系統采用全液壓驅動，帶有水平180°/垂直90°旋轉功能，升降行程3.5米，上下運動速度≥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/松開時間＜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→回復原位的流程時間＜35s（注：該時間小于系統其它組件同期流程工作時間）；機械手系統與修井機井架為固定式連接，一體運輸，每口井作業前后無需拆裝。機械手系統具備水平調整定位功能，對于修井機倒車對正井口的要求不高。

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

小修自動作業系統配備有環保系統，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程中油管內的殘液收集起來，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，留在井內，避免污染環境。

自動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油管或抽油桿頂部接箍；油管自動吊卡可選作業管柱范圍27/8-31/2英寸，額定提升載荷≥1500kN，開閉時間＜4s。抽油桿自動吊卡作業抽油桿范圍3/4-1英寸，額定提升載荷≥250kN，開閉時間＜2s。

油管卡瓦及抽油桿卡瓦系統用于承載作業管柱串或抽油桿重量，與自動吊卡配合，可以取代人工搬動換吊卡作業，實現一吊一卡作業方式，降低工人作業勞動強度。

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程中擺放油管；送管器及托板機構在起管過程中，從機械手接過油管，下放到油管架上，在下管過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，能夠實現大多數情況下的自動化連續流程，每組流程由作業員人工選擇啟動時機，同時也可以手動控制任意單獨流程。

帶壓作業自動作業系統

帶壓作業自動作業系統適合安裝在各種獨立式帶壓作業裝置井口框架上，由機械手系統、修井專用鐵鉆工系統（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、一名場地工，僅由帶壓作業裝置司鉆及自動化系統操作員兩人完成全部作業，所有工人在起下管作業全流程無需接觸管柱，大大降低了勞動強度，并提高作業安全性。

機械手系統安裝于帶壓作業井口裝置框架內，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行下管作業。機械手系統采用全液壓驅動，帶有水平180°/垂直90°旋轉功能，升降行程5.8米，上下運動速度≥50cm/s，抓取油管直徑范圍5/8-31/2英寸，抓緊管柱時允許管柱旋轉上/卸扣，單機械手額定抓舉重量300Kg，卡緊/松開時間＜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→回復原位的流程時間＜40s（注：該時間小于帶壓作業裝置同期流程工作時間）；機械手系統與井口裝置為固定式連接，一體運輸吊裝，每口井作業前后無需拆裝。

修井專用鐵鉆工系統采用落地軌直線進退方式，固定于帶壓作業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，作業管柱范圍23/8-41/2英寸；鐵鉆工可實現近端控制與遠程遙控兩種控制方式，可按設定流程自動完成作業管柱的上、卸扣工作，也可由操作人員手動控制每個獨立的操作動作。鐵鉆工自帶油管內殘液收集系統，在起管作業時可將油管內殘液集中排至方罐。在全自動作業流程下，鐵鉆工完成起管卸扣作業和管內殘液收集的全流程時間約為47s，下管上扣作業的全流程時間約為35s，作業效率與人工操作液壓鉗的作業效率接近。

管柱升降機系統固定于帶壓作業井口裝置框架側面，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，在升降時可抓緊管柱并承受偏載荷，升降機上下運動速度≥50cm/s，額定舉升力24kN，較大行程按照配套的帶壓作業裝置選擇。升降機與井口裝置為固定式連接，一體運輸吊裝，每口井作業前后無需拆裝。

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程中擺放油管；送管器及托板機構在起管過程中，從升降機接過油管，下放到油管架上，在下管過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作。

接箍探測系統固定在帶壓作業裝置舉升卡瓦上工作平臺上，負責探測作業管柱接箍位置，給出自動控制信號控制帶壓作業主油缸動作，確保起下管作業時每一根油管的接箍都處于合適的高度，簡化上卸扣作業流程（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，用戶可選擇電控操作：帶主操作面板及遙控操作面板，能夠實現大多數情況下的自動化連續流程，每組流程由作業員人工選擇啟動時機，同時也可以手動控制任意單獨流程；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，不能實現自動作業流程；系統簡單，成本低，容易與帶壓作業裝置操作系統融合。

本項目兩種自動作業系統與國內其它廠家產品的對比

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作業系統，基本采用傳統修井機+鐵鉆工+動力貓道+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易機械手。此類系統作業流程與人工作業相似，起下管時需要大鉤、液壓吊卡和動力貓道全程配合，占用大鉤時間長，因此起下管動作流程耗時較長，效率低下。從現場作業視頻來看，其它廠家系統起下一根管耗時一般90-180秒，甚至更多。

    本項目小修自動作業系統采用的升降機械手與修井機大鉤、液壓吊卡互相配合，同時作業，互不干涉，也無需動力貓道，對大鉤的占用時間比人工作業更少，作業效率高。例如起管作業提出油管卸開扣之后，機械手抓緊管柱，液壓吊卡松開，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，等待和銜接時間比人工作業更少，效率遠高于其它小修自動作業系統。本系統起下一根管的總時間約53秒，超過人工作業水平。

在國內公開報道中未見過其它可使用的帶壓作業自動化系統。

2、本系統可實現單車（單機）上井作業，作業準備時間更短，無需輔助車輛，作業成本更低。

其它廠家的小修自動作業系統中配備的鐵鉆工、動力貓道等組件，必須由單獨的車輛運輸，到達作業現場后由吊車擺放到位。運輸車輛和吊車的使用費用較高，大大提升了單井作業成本，中淺井的作業成本超過傳統人工作業方式兩倍以上。

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80kg，可以由人工擺放就位；作業準備現場無需吊車和運輸卡車配合，單車上井即可完成作業。修井作業成本比傳統人工作業略低，遠低于其它廠家的小修自動作業系統。

帶壓作業自動化系統安裝于帶壓作業井口裝置框架內部、上平臺及側面，整體單機上井，無需作業現場安裝，作業及準備工作效率高于人工作業，成本低。

3、本系統有多個專為小修作業、帶壓作業自動化設計的組件，功能更完善細致，安全性更高，效率更高。

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

本系統專門為油水井自動作業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中心位置不變；這就保證了本系統每口井作業時只需給機械手調定一次位置，作業流程簡單。其它廠家系統切換管柱直徑或管-桿交替時需要重新調定機械手，甚至需要更換不同型號的機械手，大大增加了作業復雜程度，降低了作業效率。

4、本系統具有全部自主知識產權，截至目前已獲得發明專利2項，實用新型專利5項，還有4項發明專利在審核中。