苗治軍　仝兆盤　王群章　范悅栓　劉延峰　李田剛　李湛

摘 要：為解決國內(nèi)帶壓作業(yè)設(shè)備存在的性能缺陷，研制開發(fā)出一種效率高、作業(yè)成本低、作業(yè)安全性高的帶壓作業(yè)修井機(jī)。其采用自走式底盤，具有快速移運(yùn)的特性；提升下壓系統(tǒng)的特殊設(shè)計(jì)；密封裝置和夾持裝置組合式設(shè)計(jì)，安全性高。全液壓控制系統(tǒng)，能夠降低勞動強(qiáng)度，且具有升級為PLC智能一體化控制能力，最大限度地實(shí)現(xiàn)帶壓作業(yè)控制的自動化。

關(guān)鍵詞：帶壓作業(yè)；下壓；全液壓

中圖分類號：TE921 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）06-0067-03

Development of New Workbench with Pressure Work

Miao Zhijun1 Tong Zhaopan1 Wang Qunzhang2 Fan Yueshuan1 Liu Yanfeng1 Li Tiangang1 Li Zhan1

（1.RG Petro-Machinery Group Co.， Ltd.，Nanyang Henan 473006；

2.Sinopec Henan Oilfield Branch Oil Production Factory，Nanyang Henan 473132）

Abstract： To ravel out the shortage of the snubbing unit which made in China， now research and produce a new kind of snubbing service rig， which has advantage of high efficiency， low service cost and high service safety. Adopts quick- travelling self-propelled carrier； the special designed pulling & snubbing system， has longer stroke and higher efficiency； the combined design of sealing and retain equipment， improve its reliability； the all-hydraulic control system， can reduce working force， be control by PLC ， and realize automated control greatly.

Keywords： snubbing operation；snubbing；all-hydraulic control

在石油修井工藝中，帶壓修井作業(yè)是在不釋放井筒壓力的情況下，打開井口，對油、水、氣井進(jìn)行維修的一種作業(yè)方式。與常規(guī)的石油修井工藝相比，帶壓修井作業(yè)減少了壓井作業(yè)過程，具有高效、低耗、低排放特點(diǎn)。

在國外，目前，帶壓修井作業(yè)工藝已處于很高水平，帶壓修井作業(yè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用。國外的帶壓修井作業(yè)設(shè)備的制造開始于20世紀(jì)30年代初，設(shè)備的安全性、可靠性及自動化程度日益提高，在陸上和海洋平臺應(yīng)用越來越廣泛[1]。

我國在20世紀(jì)末引入了帶壓作業(yè)技術(shù)，本世紀(jì)開始在多個(gè)油田探索應(yīng)用，現(xiàn)已發(fā)展成為一項(xiàng)成熟技術(shù)、常規(guī)技術(shù)，在生產(chǎn)實(shí)踐中的作用日漸顯現(xiàn)。目前，國內(nèi)可以自主研發(fā)制造不壓井修井設(shè)備的廠家已有許多，但與國外設(shè)備相比，國內(nèi)設(shè)備普遍存在作業(yè)范圍窄、作業(yè)成本高、作業(yè)效率低、作業(yè)安全性低等缺陷。

帶壓修井作業(yè)具有危險(xiǎn)性，和一般的修井作業(yè)相比，帶壓修井作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)較大，對設(shè)備的安全性、可靠性、適用性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性有更高要求，亟需開發(fā)一種新型帶壓作業(yè)修井設(shè)備。

1 總體設(shè)計(jì)簡介

帶壓作業(yè)修井機(jī)的設(shè)計(jì)、制造依據(jù)“性能先進(jìn)、工作可靠、運(yùn)移方便、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、滿足HSE”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用具有國內(nèi)外先進(jìn)水平、經(jīng)實(shí)踐證明可靠的技術(shù)與設(shè)備。

1.1 總體設(shè)計(jì)方案

帶壓作業(yè)修井機(jī)所有設(shè)備均安裝在8×8運(yùn)載車底盤上，運(yùn)載車底盤能夠自行行駛，可快速就位以及搬家。整機(jī)由行走系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、井控及夾持系統(tǒng)、起升下壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。起升下壓系統(tǒng)為油缸和滑輪繩系結(jié)構(gòu)，各部件通過倍增繩系串聯(lián)，集成安裝在旋轉(zhuǎn)臺上?？刂葡到y(tǒng)采用全液壓控制，并預(yù)留PLC控制接口，具備進(jìn)一步智能化控制潛力。

帶壓作業(yè)修井機(jī)在作業(yè)時(shí)，利用底盤上的調(diào)平千斤支起一定高度，并將底盤調(diào)平，配合作業(yè)平臺工作。底盤車上安裝1臺油發(fā)動機(jī)和1臺傳動箱為運(yùn)載車提供動力，實(shí)現(xiàn)運(yùn)載車行駛。載車臺面安裝3臺電機(jī)油泵，1臺37kW，2臺15kW作為帶壓作業(yè)修井機(jī)的動力源。電機(jī)油泵外接井場或發(fā)電機(jī)組的交流電380V/50Hz，通過液壓系統(tǒng)、液壓油缸、控制閥件等來實(shí)現(xiàn)修井時(shí)設(shè)備的動力傳動控制[2]。帶壓作業(yè)修井機(jī)各部件示意圖如圖1所示。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)簡介

根據(jù)修井工藝要求，確定修井機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：裝機(jī)功率，37kW+15kW+15kW（修井作業(yè)功率）；最大提升載荷，800kN；提升速度，1m/s；最大下壓載荷，200kN；下壓速度，0.4m/s；提升行程，16m；動密封工作壓力，14MPa；靜密封工作壓力，21MPa；電源，動力380V/50Hz，照明220V/50Hz。

2 關(guān)鍵技術(shù)的研究

2.1 運(yùn)載車設(shè)計(jì)

運(yùn)載車采用8×8自制運(yùn)載車底盤，底盤前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向驅(qū)動橋，安裝單胎，選用鋼板懸掛；底盤的后橋輪胎選用雙胎，采用半剛性平衡懸掛，具有結(jié)構(gòu)簡單、維修方便特點(diǎn)。前后橋制動采用獨(dú)立制動氣源，并就近安裝在前后橋的合適位置，當(dāng)一個(gè)氣包及附屬管路漏氣時(shí)，其它氣包的氣壓不降，從而確保剎車安全，配備作為輔助剎車的下坡減速器，保證車輛下長坡時(shí)的安全。運(yùn)載車的動力采用滿足國Ⅳ排放的要求的發(fā)動機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)如下：驅(qū)動型式，8×8；軸距，1 350mm/4 300mm/1 350mm；輪距，前二橋2 170mm，后二橋1 808mm；最小離地間隙，311mm；最小轉(zhuǎn)彎半徑，12m；接近角/離去角，24°/16°；限制車速，45km/h；制動距離（時(shí)速30km/h）， ≤15m。

2.2 提升下壓系統(tǒng)

提升下壓系統(tǒng)由提升液缸、反加壓液缸、滑輪、繩系構(gòu)成，各部件通過倍增繩系串聯(lián)，集成安裝在旋轉(zhuǎn)作業(yè)平臺上；采用的多倍增程繩系結(jié)構(gòu)，使游車行程4倍于主液缸行程，最大行程16m，滿足一次提升整根油管和井內(nèi)工具要求；提升油缸采用5速設(shè)計(jì)，通過不同油口的進(jìn)、排油組合，可得到5個(gè)不同的提升速度，對應(yīng)修井機(jī)的5個(gè)檔位，滿足不同載荷和不同提升速度組合要求，提高了設(shè)備作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和效率。提升下壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，提升油缸結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

2.3 夾持裝置和井口密封裝置

夾持系統(tǒng)由下卡瓦、上卡瓦、游動卡瓦組成，實(shí)現(xiàn)對井口管柱的夾持。游動滑車除可以懸掛吊環(huán)和井口工具外，還內(nèi)置了液壓卡瓦，可以夾持油管，實(shí)現(xiàn)下壓功能。

井口密封固定裝置由全封、剪切、下半封、環(huán)形、上半封防噴器組成，具有平衡和泄壓的作用。工作時(shí)，井口密封固定裝置裝于井口上，當(dāng)進(jìn)行提升油管柱作業(yè)并且油管柱受到的舉升力比較大時(shí)；或者在進(jìn)行下壓油管柱作業(yè)時(shí)，開啟反加壓油缸，反加壓油缸的行程經(jīng)增距滑輪組的放大，并在井口密封固定裝置的配合下，從而有效地控制油管柱的上行/下放速度，可使較長的油管柱一次起出或壓入，大大提高了工作效率，并且操作方便、安全可靠性強(qiáng)。井口密封和夾持裝置示意圖如圖4所示，游車圖如圖5所示。

主要技術(shù)參數(shù)：通徑，186mm；工作壓力，21MPa。

2.4 控制系統(tǒng)

整個(gè)修井機(jī)的控制系統(tǒng)為全液壓控制，提升下壓系統(tǒng)、井口密封裝置、井口夾持裝置的工作均通過液壓油缸、控制閥件等來實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)能夠有效降低勞動強(qiáng)度，提高修井作業(yè)效率，并能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)PLC智能一體化控制，最大限度地實(shí)現(xiàn)作業(yè)控制自動化，減少人工操作，節(jié)約人力成本。液壓控制原理圖如圖6所示。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

目前，我國已完成了帶壓作業(yè)修井機(jī)的設(shè)計(jì)、制造工作，并已完成兩口井的現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)。作業(yè)主要有如下特點(diǎn)：①安裝拆卸工作量小，運(yùn)輸方便快捷，與同規(guī)格常規(guī)修井機(jī)相比轉(zhuǎn)場以及就位時(shí)間減少約一半；②無需吊車等輔助設(shè)備，即能夠獨(dú)立完成修井作業(yè)，一次行程即可提起或壓入一整根油管柱，起升速度快，作業(yè)效率高；③全部運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最大耗能約67kW/h，與同規(guī)格常規(guī)修井機(jī)相比總功率減少了約2/3，節(jié)能效果明顯，還可直接利用油田工業(yè)電網(wǎng)的供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動、耗電少，進(jìn)一步節(jié)約了作業(yè)成本；④司鉆操作環(huán)境大大改善，勞動強(qiáng)度降低，污染小，更符合HSE要求，受到了油田用戶的好評。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃小兵，劉清友，王德玉.淺析我國不壓井裝備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨[J].石油礦場機(jī)械，2004（S1）：19-21.

[2]王方飛，李金祥，何應(yīng)春.液壓不壓井修井機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油機(jī)械，1997（5）：49-51.