任波

摘 要：隨著油井開發(fā)的不斷深入和鉆井技術(shù)的不斷提高，地下油層深度的不確定性以及地層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也突顯出來，石油管柱及工具將承受源自地下急劇變化的外載荷等，這就使得油田機(jī)械性能的現(xiàn)場考驗(yàn)變得更加嚴(yán)峻。因此很有必要對石油機(jī)械（井下部分）現(xiàn)場投入使用前進(jìn)行室內(nèi)模擬加載實(shí)驗(yàn)，以便對可能出現(xiàn)的問題采取相應(yīng)措施。通過對油井機(jī)械作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的考察，對實(shí)際工作參數(shù)的具體量化，設(shè)計(jì)一套試驗(yàn)井加載裝置，從而對工作機(jī)械在實(shí)際使用中提供可行性指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：試驗(yàn)井 加載裝置 液壓 設(shè)計(jì)

中圖分類號 TE931.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（a）0076-01

石油天然氣開采機(jī)械具有功率大，工礦復(fù)雜，載荷變化急劇，工作環(huán)境惡劣，多在野外，沙漠地區(qū)，或水下、海上作業(yè)，所以特別適合采用液壓技術(shù)，同時(shí)對液壓系統(tǒng)提出了各種特殊要求：變速范圍較大，耐高溫高壓；能夠適應(yīng)激烈變化的外加載荷；能防火，防爆，防腐蝕；可靠行性要求較高，使用壽命長，便于維護(hù)。液壓技術(shù)在各種石油，天然氣探采機(jī)械設(shè)備中得到了普遍應(yīng)用。如在海面上工作的海上石油鉆井平臺(tái)的升降系統(tǒng)，在水下或陸上作業(yè)的井下工具和井口自動(dòng)化工具，輸油管道加工的試壓裝置等，都大量而又成功地采用了液壓技術(shù)。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)井加載裝置組成及功能

1.1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)井加載裝置組成

加載裝置由拉壓橫梁、旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭、拉壓活塞油缸、導(dǎo)軌及立柱、液壓馬達(dá)、操作平臺(tái)、車輪及安全防護(hù)設(shè)施等組成。加載裝置主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

加載裝置機(jī)座為一操作平臺(tái)，試驗(yàn)人員可在平臺(tái)上完成試驗(yàn)套管垂直狀態(tài)下的各種試驗(yàn)操作。

加載裝置機(jī)座與試驗(yàn)套管固聯(lián)，加載裝置在加載過程中，加載裝置、試驗(yàn)工具和試驗(yàn)套管構(gòu)成內(nèi)力系統(tǒng)。加載裝置操作平臺(tái)有4個(gè)車輪，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪可在鋼軌上行走。

加載裝置主體上的拉壓橫梁通過拉壓活塞缸驅(qū)動(dòng)，拉壓橫梁運(yùn)動(dòng)的速度通過電液比例調(diào)速閥控制。

旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭固聯(lián)在拉壓橫梁上，旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭采用液壓油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭的速度調(diào)節(jié)和控制通過調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)。拉壓橫梁與立柱采用滾動(dòng)導(dǎo)軌支撐，立柱作為拉壓橫梁的上下水平移動(dòng)的固定導(dǎo)軌。

試驗(yàn)工具通過專用接頭與旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭聯(lián)接。

拉壓橫梁的作用是在試驗(yàn)過程中將被試驗(yàn)的井下工具逐一下入試驗(yàn)套管中；另外在試驗(yàn)套管中的井下工具無法解封時(shí)，還可以對井下工具進(jìn)行大載荷解封。

加載裝置的操作平臺(tái)作為加載裝置主體安裝底座。

2 液壓系統(tǒng)組成及原理

液壓系統(tǒng)組成及原理如圖2所示。

圖中實(shí)線為供油管線，虛線為回油管線。

工作原理：油箱內(nèi)的液壓油首先經(jīng)高壓油泵升壓，然后經(jīng)過電液比例減壓閥設(shè)定各個(gè)回路的工作壓力，在通過各有路的電液換向閥設(shè)定換向閥的工作狀態(tài)，液壓油即可對油路中的油馬達(dá)或液壓缸進(jìn)行液壓驅(qū)動(dòng)來完成管柱起下、工具座封或解封、工具或管柱旋轉(zhuǎn)等各種動(dòng)作。油馬達(dá)和升降液壓缸均在回油回路中采用比例調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)。

3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）明確技術(shù)要求。主機(jī)的工藝目的，結(jié)構(gòu)布局，使用條件，技術(shù)特性等；各執(zhí)行器的形式和數(shù)量，動(dòng)作循環(huán)與周期；主機(jī)對液壓系統(tǒng)動(dòng)作的要求：原動(dòng)機(jī)的類型，功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的要求。

（2）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。根據(jù)技術(shù)要求確定液壓執(zhí)行器的形式，數(shù)量和動(dòng)作順序等。然后通過動(dòng)力分析與運(yùn)動(dòng)分析，確定系統(tǒng)主要參數(shù)，編制執(zhí)行器的工況圖，從而擬定和繪制出液壓系統(tǒng)原理圖。

（3）組成元件的設(shè)計(jì)。組成元件一般包括標(biāo)準(zhǔn)元件和專用元件。在滿足液壓系統(tǒng)要求的前提下，要盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)件。

（4）液壓系統(tǒng)的驗(yàn)證和計(jì)算。驗(yàn)證計(jì)算的目的在于對液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量做出評價(jià)和評判，如果發(fā)生矛盾，需要即刻對液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和修改。計(jì)算內(nèi)容一般包括：系統(tǒng)壓力損失，系統(tǒng)效率，系統(tǒng)發(fā)熱與溫升等。計(jì)算是通常只采用一些簡化公式以求得大致結(jié)果。

4 結(jié)語

該文介紹了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)井加載裝置組成及工作原理，對其中的液壓系統(tǒng)做了專門介紹，提出了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所要遵循的一般原則和程序。油田械作業(yè)環(huán)境的惡劣性對相應(yīng)的機(jī)械工作性能及其液壓系統(tǒng)提出了相當(dāng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，模擬的試驗(yàn)加載機(jī)構(gòu)的整體性能可保證加載試驗(yàn)過程順利，從而對油田機(jī)械在實(shí)際使用中提供可行性指導(dǎo)。

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