楊峰，顧明峰，李洪賓，曲成，吳瑞東，岳賀濤，常海鵬

（1.中國(guó)石油冀東油田分公司井下作業(yè)公司， 河北 唐山 063000）（2.鹽城工學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院， 江蘇 鹽城 224000）

閘板防噴器是帶壓作業(yè)裝置的核心部分之一，其主要功用是對(duì)井口環(huán)空及油管內(nèi)部有效密封[1-2]。為確保閘板防噴器能夠有效控制井內(nèi)壓力，須定期對(duì)其進(jìn)行檢修、清洗作業(yè)，并更換上、下法蘭盤(pán)、膠芯等易損耗的功能部件[3]，以規(guī)避井噴事故發(fā)生。在檢修防噴器作業(yè)過(guò)程中，經(jīng)常需對(duì)其進(jìn)行0～180°的翻轉(zhuǎn)[4]。然而，閘板防噴器規(guī)格種類(lèi)繁多，且質(zhì)量普遍在2t以上，翻轉(zhuǎn)難度系數(shù)較大，人工勞動(dòng)強(qiáng)度高[5]。此外，翻轉(zhuǎn)10t以上的大型防噴器至90°和180°兩種角度時(shí)，其易受慣性力沖擊引發(fā)主體側(cè)滑及吊車(chē)鋼繩脫落，極大威脅工人生命安全，并造成防噴器的損壞[6-7]。

鑒于此，本文通過(guò)對(duì)防噴器翻轉(zhuǎn)動(dòng)作剖析，進(jìn)一步對(duì)升降機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，研制了一套新型高穩(wěn)定性的閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置[8]，并設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

1 防噴器翻轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)

新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其主要由工作平臺(tái)、升降機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等部分組成。其中升降機(jī)構(gòu)包括支撐平臺(tái)、液壓伸縮油缸、旋轉(zhuǎn)支座等；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括隨行支架、固定支架、回轉(zhuǎn)支架、翻轉(zhuǎn)馬達(dá)等。

1.2 工作原理

圖1 新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置采用四組規(guī)格相同的液壓伸縮油缸調(diào)節(jié)支撐平臺(tái)垂直位置，協(xié)同絲桿傳動(dòng)調(diào)節(jié)隨行支架水平位移以實(shí)現(xiàn)防噴器精確定位和夾緊，并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支架0～360°旋轉(zhuǎn)完成防噴器翻轉(zhuǎn)作業(yè)。其主要工作流程如圖2所示，采用吊車(chē)將閘板防噴器垂直放至支撐平臺(tái)頂部旋轉(zhuǎn)支座上，根據(jù)防噴器規(guī)格完成下法蘭與限位槽的軸向配合及水平位置調(diào)節(jié)，并通過(guò)液控系統(tǒng)調(diào)節(jié)支撐平臺(tái)高度，使其上升至回轉(zhuǎn)支架中心位置。定位完成后，通過(guò)電控系統(tǒng)開(kāi)啟調(diào)距馬達(dá)1，驅(qū)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)和隨行支架通過(guò)絲桿傳動(dòng)沿軌道水平位移至固定支架側(cè)，以實(shí)現(xiàn)固定端缸頭線配合。此外，通過(guò)調(diào)距馬達(dá)2調(diào)節(jié)隨行支架水平位移至升降機(jī)構(gòu)側(cè)，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端缸頭配合。夾持動(dòng)作完成后，四組液壓伸縮油缸同步運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)支撐平臺(tái)下降至初始高度，并通過(guò)翻轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支架旋轉(zhuǎn)以達(dá)到閘板防噴器翻轉(zhuǎn)的目的。

圖2 閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置工作流程圖

1.3 技術(shù)參數(shù)

新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下：

(1)翻轉(zhuǎn)馬達(dá)最大翻轉(zhuǎn)力矩：15000Nm；

(2)支撐平臺(tái)起升高度：300mm；

(3)工作平臺(tái)運(yùn)送距離：900mm；

(4)系統(tǒng)額定壓力：16MPa；.

(5)系統(tǒng)工作壓力：10MPa；

(6)馬達(dá)：380V-15kW；

(7)防噴器翻轉(zhuǎn)停位角度：0～360°。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)是閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置的重要組成部分之一，其主要用于調(diào)節(jié)防噴器垂直方向位移。該機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)支座、銷(xiāo)軸、支撐平臺(tái)、液壓伸縮油缸和底座組成，底座安裝在工作平臺(tái)滑動(dòng)軌道上并通過(guò)絲桿分別與固定支架和移動(dòng)支架相連，液壓伸縮油缸固定在支撐平臺(tái)和底座之間。其中，旋轉(zhuǎn)支座是精確調(diào)節(jié)閘板防噴器位置的關(guān)鍵部件，如圖3所示，其上殼體表面設(shè)有限位槽用于多種型號(hào)防噴器下法蘭安全吊放及固定，下殼體通過(guò)銷(xiāo)軸固定在支撐平臺(tái)上，上殼體和下殼體間內(nèi)置推力球軸承用于調(diào)節(jié)防噴器水平方向角度。在作業(yè)過(guò)程中，由液控系統(tǒng)提供工作壓力，液壓伸縮油缸有效工作行程為300mm，能夠滿(mǎn)足不同型號(hào)閘板防噴器的平穩(wěn)升降工作。

圖3 旋轉(zhuǎn)支座實(shí)物圖

2.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是閘板防噴器翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的核心部位，該機(jī)構(gòu)由夾持組件和翻轉(zhuǎn)組件構(gòu)成。其中，夾持組件包括隨行支架、固定支架、調(diào)距馬達(dá)和絲桿，翻轉(zhuǎn)組件包括回轉(zhuǎn)支架、卡套接頭、卡套、卡套中心距調(diào)節(jié)桿和翻轉(zhuǎn)馬達(dá)?；剞D(zhuǎn)支架規(guī)定在固定支架和隨行支架頂端，如圖4所示，兩組卡套接頭通過(guò)卡套中心距調(diào)節(jié)桿固定在回轉(zhuǎn)支架上，根據(jù)閘板防噴器規(guī)格更換相應(yīng)的卡套并根據(jù)杠頭距離調(diào)節(jié)卡套的中心距。隨行支架安裝在工作平臺(tái)滑動(dòng)軌道上，通過(guò)調(diào)距馬達(dá)驅(qū)動(dòng)絲桿傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)水平方向位移并以卡套為承力點(diǎn)將防噴器懸掛，卡套內(nèi)部為錐形孔與防噴器缸頭進(jìn)行線接觸配合以減輕磨損。

圖4 回轉(zhuǎn)支架結(jié)構(gòu)示意圖

翻轉(zhuǎn)馬達(dá)是閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置的主要?jiǎng)恿?lái)源，其作業(yè)質(zhì)量的好壞直接影響整套裝置的工作性能及安全性能。考慮到閘板防噴器質(zhì)量普遍較大，為確保防噴器翻轉(zhuǎn)過(guò)程的平穩(wěn)性和安全性，本裝置將翻轉(zhuǎn)馬達(dá)輸出軸、回轉(zhuǎn)支架旋轉(zhuǎn)中心及防噴器質(zhì)心置于同一軸心線上，以減小回轉(zhuǎn)半徑從而降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力對(duì)回轉(zhuǎn)支架的沖擊。同時(shí)為滿(mǎn)足防噴器任意角度的停頓，翻轉(zhuǎn)馬達(dá)配備制動(dòng)迅速、安全可靠的制動(dòng)器，以避免斷電時(shí)帶來(lái)的安全隱患。

1.2 方法 兩組孕婦均定期到紹興市婦幼保健院實(shí)施常規(guī)性的孕期檢查?；A(chǔ)檢查包括心電圖、血尿常規(guī)、肝腎功能、血糖等。常規(guī)產(chǎn)前檢查包括胎兒監(jiān)護(hù)、產(chǎn)前診斷篩查等內(nèi)容。觀察組在常規(guī)檢查的基礎(chǔ)上，實(shí)施步行鍛煉，即在陪護(hù)人員的陪同下，于餐后1 h進(jìn)行步行運(yùn)動(dòng)，每次運(yùn)動(dòng)時(shí)間至少1 h，每周運(yùn)動(dòng)5次以上，運(yùn)動(dòng)時(shí)間截止至分娩前1 d。在運(yùn)動(dòng)中，出現(xiàn)呼吸急促、心慌氣短、子宮疼痛、陰道流血等情況應(yīng)立即就醫(yī)。對(duì)照組進(jìn)行常規(guī)檢查，運(yùn)動(dòng)情況自行把握。

2.3 控制系統(tǒng)

閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置設(shè)有獨(dú)立的控制平臺(tái)，控制箱采用液控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)混合控制。其中，液控系統(tǒng)選用齒輪泵為動(dòng)力源，控制支撐平臺(tái)的升降，工作臺(tái)顯示液壓伸縮油缸實(shí)時(shí)工作壓力并可根據(jù)防噴器規(guī)格設(shè)定不同的壓力值，有效地避免因壓力不足或過(guò)高對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的損壞；電控系統(tǒng)通過(guò)控制馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)防噴器的夾持作業(yè)和翻轉(zhuǎn)作業(yè)。整套裝置通過(guò)控制箱進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，極大地保證了翻轉(zhuǎn)防噴器作業(yè)過(guò)程的安全性，控制箱對(duì)各執(zhí)行元件的動(dòng)作命令如表1所示。

表1 系統(tǒng)動(dòng)作命令流程表

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

如圖5所示，新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置已應(yīng)用于冀東油田井控車(chē)間維修現(xiàn)場(chǎng)，并針對(duì)不同型號(hào)閘板防噴器共計(jì)完成2300余次翻轉(zhuǎn)作業(yè)，成功率達(dá)100%。其在作業(yè)過(guò)程中，升降機(jī)構(gòu)能夠安全有效地完成防噴器高度調(diào)節(jié)，且翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能夠在1min內(nèi)實(shí)現(xiàn)0～360°之間的任意角度翻轉(zhuǎn)。

圖5 裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖

經(jīng)江蘇省機(jī)械研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司機(jī)械檢測(cè)中心的檢測(cè)，新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)已經(jīng)開(kāi)始在鹽城市金巨石油機(jī)械制造有限公司批量成產(chǎn)，實(shí)物如圖6所示。

圖6 新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置實(shí)物圖

4 結(jié)論

(1)研制的新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置采用旋轉(zhuǎn)支座限位槽及卡套中心距調(diào)節(jié)組件的設(shè)計(jì)，有效解決了傳統(tǒng)設(shè)備通用性差的不足，并通過(guò)液控與電控系統(tǒng)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了升降機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的協(xié)同作業(yè)，由控制平臺(tái)遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)了對(duì)閘板防噴器任意角度的停位翻轉(zhuǎn)。

(2)該裝置已應(yīng)用于冀東油田井控車(chē)間維修現(xiàn)場(chǎng)，其應(yīng)用結(jié)果表明該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、操作簡(jiǎn)便。且翻轉(zhuǎn)過(guò)程精準(zhǔn)穩(wěn)定、安全可靠，可適用于不同型號(hào)閘板防噴器的翻轉(zhuǎn)作業(yè)，大大提高了翻轉(zhuǎn)效率。其具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，且應(yīng)用前景廣闊。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 雷群，李益良，李濤，等. 中國(guó)石油修井作業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2020，(1)：155-162.

[2] 馬衛(wèi)國(guó)，陳婷，徐杏娟，等. 帶壓作業(yè)閘板防噴器膠芯密封性能分析[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2017，46(3)：29-32.

[3] 唐洋，耿海濤，鐘林，等. 閘板防噴器密封原理與失效分析[J].潤(rùn)滑與密封，2013，38(2)：91-94.

[4] 王慶. 撬裝式自動(dòng)翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].北京：北京石油化工學(xué)院，2019.

[5] 馬永剛，丁小鵬，李國(guó)宏，等. 石油鉆機(jī)用防噴器裝卸系統(tǒng)研制及應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2010，39(12)：64-67.

[6] 蘇磊. 防噴器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].西部探礦工程，2018，(8)：96-98.

[7] 李然，李呈祥，沈長(zhǎng)渠，等. 油水井管桿一體化帶壓作業(yè)機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用[J].石油機(jī)械，2019，47(12)： 94-99.

[8] 鹽城市金巨石油機(jī)械制造有限公司. 一種閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置[P].中國(guó)專(zhuān)利：CN201820850133.1，2019-01-04.