楊顯志

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

0 引言

火燒油層技術(shù)是稠油油藏開(kāi)發(fā)中后期重要的接替技術(shù)之一［1－6］，油層點(diǎn)火［7－8］則是火燒油層技術(shù)開(kāi)發(fā)成功的前提。移動(dòng)式電點(diǎn)火技術(shù)［9－11］作為一種高效的油層點(diǎn)火技術(shù)，已在遼河、吉林等油田推廣應(yīng)用。用于移動(dòng)式電點(diǎn)火器起下作業(yè)的多為傳統(tǒng)連續(xù)管車［12－15］，由于連續(xù)管車注入頭為封閉結(jié)構(gòu)，電點(diǎn)火器與連續(xù)管設(shè)備無(wú)法分離，因此，連續(xù)管車在整個(gè)點(diǎn)火期間需停放在井場(chǎng)上，存在設(shè)備占井周期長(zhǎng)、運(yùn)行成本高及安全風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題，難以滿足遼河油田火驅(qū)規(guī)模實(shí)施需求。因此，研制了移動(dòng)式電點(diǎn)火器專用起下裝備，并形成了完整的施工工藝。

1 工藝結(jié)構(gòu)與工藝原理

1.1 工藝結(jié)構(gòu)

結(jié)合遼河油田火驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)需要，考慮裝備制造及點(diǎn)火期間的運(yùn)行成本，移動(dòng)式電點(diǎn)火器配套起下裝備主要由2個(gè)橇塊結(jié)構(gòu)組成，包括打開(kāi)式注入頭橇(簡(jiǎn)稱注入頭橇)和可拆卸滾筒橇(簡(jiǎn)稱滾筒橇)。注入頭橇主要包括鵝頸導(dǎo)向裝置、注入頭本體、液壓系統(tǒng)、打開(kāi)式注入頭橇架、滑動(dòng)導(dǎo)軌和升降支腿;滾筒橇主要包括電－液控制系統(tǒng)、變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)、活動(dòng)滾筒和排纜計(jì)深裝置(圖1)。

圖1 橇組整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)Fig.1 The overall structure design of skid group

1.2 工藝原理

注入頭橇的作用主要是方便電點(diǎn)火器與井口對(duì)接，為連續(xù)管入井和出井提供動(dòng)力，并檢測(cè)連續(xù)管工作狀況，可在不截?cái)噙B續(xù)管的情況下，將注入頭本體取出，用于下一口井的點(diǎn)火作業(yè);滾筒橇的作用主要是收卷排放連續(xù)管，控制連續(xù)管的下井深度和速度。

現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)火施工時(shí)，安裝擺放注入頭橇及滾筒橇，調(diào)整升降支腿高度，使注入頭撬高度適合采油井口的高度;調(diào)整滑動(dòng)導(dǎo)軌，注入頭本體在水平方向移動(dòng)，從而將電點(diǎn)火器與井口準(zhǔn)確對(duì)接。利用注入頭鏈條上夾持塊的摩擦力將電點(diǎn)火器下入井中進(jìn)行點(diǎn)火作業(yè)，點(diǎn)火完成后，利用注入頭橇和滾筒橇提出并收卷電點(diǎn)火器，移走作業(yè)橇組。

多口井同步點(diǎn)火作業(yè)時(shí)，將電點(diǎn)火器下到設(shè)計(jì)位置后，可將注入頭本體沿兩側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌打開(kāi)，將電點(diǎn)火器沿著平移出口取出，同時(shí)，使用專用吊具吊起滾筒橇上的活動(dòng)滾筒，將活動(dòng)滾筒及電點(diǎn)火器留在原井點(diǎn)火。在滾筒橇上重新安裝活動(dòng)滾筒后，將整個(gè)橇組移動(dòng)至其他井組，重新下入電點(diǎn)火器進(jìn)行點(diǎn)火作業(yè)，可解決傳統(tǒng)連續(xù)管起下設(shè)備占井周期長(zhǎng)、運(yùn)行成本高等問(wèn)題。

1.3 工藝參數(shù)

該裝備主要適應(yīng)外徑為25.4 mm或31.8 mm的連續(xù)管，活動(dòng)滾筒可盤(pán)卷長(zhǎng)度為2 500 m的連續(xù)管，滿足遼河油田1 700 m井深的點(diǎn)火需求;注入頭橇最大下推力為45.0 kN、上提力為90.0 kN，滾筒可提供45.0 kN輔助拉力，完全滿足連續(xù)管極限抗拉強(qiáng)度要求，起下速度為0.2～60.0 m/min;整機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)外形尺寸為6 680 mm×2 300 mm×2 800 mm，整機(jī)質(zhì)量?jī)H為16.70 t，井場(chǎng)占地面積小，運(yùn)輸方便。

2 核心結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 打開(kāi)式注入頭橇

注入頭橇是起下裝備最為重要的部件，主要由可升降撬架、注入頭本體、滑動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、電－液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及指重計(jì)深系統(tǒng)等組成(圖2)。升降撬架主要由升降支腿、支腿底座及升降橇架上、下底座等組成;注入頭本體主要由鏈輪、鏈條、夾持塊及伸縮液缸等組成;滑動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)主要由滑動(dòng)導(dǎo)軌及平移液缸等組成。

圖2 打開(kāi)式注入頭橇主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.2 The main structure design of the open injection head skid

升降撬架既是注入頭本體的運(yùn)輸橇，也是注入頭本體的工作底橇。升降支腿上分布有等間距為150 cm的銷軸孔，在作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)支腿銷孔位置調(diào)整升降橇高度，支腿底部安裝微調(diào)機(jī)構(gòu)，行程為150 mm，滿足不平整井場(chǎng)、不同高度火驅(qū)井口的安裝要求;在運(yùn)輸過(guò)程中，升降支腿收回，升降橇落下，整體高度不超過(guò)2.8 m，質(zhì)量約為7.45 t，方便吊裝及運(yùn)輸。

升降橇架上底座設(shè)計(jì)了鵝頸導(dǎo)向裝置，點(diǎn)火作業(yè)時(shí)由平放狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q立狀態(tài)，為連續(xù)管和電點(diǎn)火器提供導(dǎo)向支撐作用;下底座安裝可使注入頭本體前后、左右移動(dòng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，注入頭本體在2個(gè)導(dǎo)軌平移液缸的推動(dòng)下可以沿導(dǎo)軌前后、左右移動(dòng)，方便電點(diǎn)火器與井口的快速、準(zhǔn)確對(duì)接。

注入頭本體安裝在底座滑動(dòng)導(dǎo)軌上，采用側(cè)向打開(kāi)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分左、右2個(gè)模塊，通過(guò)2組伸縮液缸聯(lián)結(jié)。伸縮液缸處于壓縮狀態(tài)時(shí)，注入頭本體左、右2個(gè)模塊聯(lián)結(jié)在一起，電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪，將動(dòng)力傳遞給鏈條上的夾持塊，可為電點(diǎn)火器出井、入井提供動(dòng)力;伸縮液缸處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，注入頭本體左、右2個(gè)模塊沿底橇滑動(dòng)導(dǎo)軌向兩側(cè)滑移分離，旋開(kāi)導(dǎo)向桿，將電點(diǎn)火器沿著平移出口取出，將電點(diǎn)火器留在原作業(yè)井井口，滿足多口井同步點(diǎn)火作業(yè)需求。

注入頭底部安裝有指重傳感器，可顯示下入井內(nèi)的連續(xù)管質(zhì)量及檢測(cè)連續(xù)管工作狀況，根據(jù)指重傳感器數(shù)據(jù)可診斷軟阻或硬阻情況，注入頭電機(jī)內(nèi)部裝有測(cè)量電機(jī)速度的電子編碼器，可記錄下井連續(xù)管的深度和速度。

2.2 可拆卸滾筒橇

滾筒橇主要由滾筒橇架、活動(dòng)滾筒、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、排管計(jì)深系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、高壓電滑環(huán)和測(cè)試滑環(huán)［15］等組成(圖 3)。

圖3 滾筒橇主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.3 The main structure design of the roller skid

滾筒橇架是活動(dòng)滾筒的工作撬?；顒?dòng)滾筒利用兩側(cè)的4個(gè)圓錐定位銷連接在滾筒橇架上。點(diǎn)火作業(yè)時(shí)，活動(dòng)滾筒在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和排管計(jì)深系統(tǒng)的控制下將電點(diǎn)火器通過(guò)連續(xù)油管下入井內(nèi)，點(diǎn)火完成后，拆開(kāi)4個(gè)圓錐定位銷，利用專用吊具將活動(dòng)滾筒從滾筒橇架移走，留置在原井場(chǎng)。在滾筒橇架上安裝新的活動(dòng)滾筒后即可移動(dòng)至下一口井進(jìn)行點(diǎn)火作業(yè)。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由變頻電機(jī)、減速機(jī)、鏈輪組等組成。起下電點(diǎn)火器時(shí)，通過(guò)變頻電機(jī)提供動(dòng)力，并進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)減速機(jī)和鏈輪組的鏈條進(jìn)行一、二級(jí)減速后傳遞至活動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)軸，保證活動(dòng)滾筒平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，最大驅(qū)動(dòng)速度為20 m/min，可提供4.5 kN的輔助上提力。

排管計(jì)深系統(tǒng)主要由排管器、強(qiáng)排電機(jī)、強(qiáng)排和自排鏈輪組及計(jì)數(shù)器等組成，排管系統(tǒng)隨滾筒同步轉(zhuǎn)動(dòng)，正常排管時(shí)依靠自排鏈輪組實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)排管、自動(dòng)換向，也可啟動(dòng)強(qiáng)排電機(jī)依靠強(qiáng)排鏈輪組強(qiáng)制排管。機(jī)械計(jì)深器和電子計(jì)深器可以自動(dòng)記錄電點(diǎn)火器下井深度及速度。

高壓電滑環(huán)和測(cè)試滑環(huán)系統(tǒng)分別安裝在滾筒的左、右轉(zhuǎn)動(dòng)半軸，高壓電滑環(huán)設(shè)計(jì)電壓為950 V，電流為150.0 A，可以為電點(diǎn)火操作提供電流，同時(shí)，在電點(diǎn)火器起下過(guò)程中可帶電加熱作業(yè)，解決電點(diǎn)火器下井過(guò)程中管柱內(nèi)存大量死油遇阻問(wèn)題。測(cè)試滑環(huán)設(shè)計(jì)電壓為24 V，電流為0.5 A，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電點(diǎn)火器下井加熱過(guò)程中的溫度變化情況，保證施工安全。

操作平臺(tái)安裝在滾筒橇上，高度約為1 100 mm，周圍安裝有護(hù)欄，兩側(cè)有旋梯，頂部有遮陽(yáng)篷，可有效保證操作人員安全。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

截至目前，該裝備已在遼河、吉林等油田累計(jì)施工50余井次，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程中，滾筒與注入頭之間動(dòng)作協(xié)調(diào)，運(yùn)行平穩(wěn)，高壓電滑環(huán)/測(cè)試滑環(huán)接入正常;載荷裝置實(shí)時(shí)顯示電點(diǎn)火器下井狀態(tài);起下速度控制在0.2～20.5 m/min，與下入管柱進(jìn)行深度校核，計(jì)深精度在0.5 m范圍內(nèi)，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)滿足火驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，均實(shí)現(xiàn)了電點(diǎn)火器的安全、高效帶壓起下作業(yè)。該裝備于2018年12月在遼河油田錦45－015－更223及錦 45－013－更 223井首次完成2口井的同步點(diǎn)火作業(yè)。錦45－013－更223井為新井，2018年3月完鉆，完鉆井深為1 076.0 m，射孔層段為1 014.3～1 023.4 m，射開(kāi)2個(gè)小層，油層厚度為6.6 m。2018年12月20日開(kāi)始點(diǎn)火，設(shè)計(jì)電點(diǎn)火器下深為1 021.0 m，分3個(gè)點(diǎn)火階段，點(diǎn)火周期為13 d。錦45－015－更223井為新井，2018年3月完鉆，完鉆井深為1 050.0 m，射孔層段為1 009.8～1 013.9 m，射開(kāi)1個(gè)小層，油層厚度為4.1 m。2018年12月22日開(kāi)始點(diǎn)火，設(shè)計(jì)電點(diǎn)火器下深為1 012.0 m，分3個(gè)點(diǎn)火階段，點(diǎn)火周期為12 d。設(shè)備從錦45－013－更223井移至錦45－015－更223井，重新組裝到電點(diǎn)火器開(kāi)始下井作業(yè)耗時(shí)8.5 h，大幅提升了設(shè)備利用率，降低點(diǎn)火運(yùn)行成本60%以上，滿足了火驅(qū)規(guī)模實(shí)施需求。

4 結(jié)論

(1)火驅(qū)移動(dòng)式電點(diǎn)火器配套起下裝備采用撬裝式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，主體結(jié)構(gòu)為可拆卸滾筒橇和打開(kāi)式注入頭橇的橇塊模式，適應(yīng)外徑不大于31.8 mm的小直徑電點(diǎn)火器或連續(xù)管的起下作業(yè)，可在連續(xù)管不被截?cái)嗟那闆r下，將作業(yè)橇組移至其他點(diǎn)火井進(jìn)行電點(diǎn)火起下作業(yè)，提高了設(shè)備的利用效率。

(2)裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的小型化，方便吊運(yùn)及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，可以實(shí)現(xiàn)井口防噴裝置與電點(diǎn)火器的快速準(zhǔn)確對(duì)接，成功完成多口井的同步點(diǎn)火作業(yè)，降低了火驅(qū)點(diǎn)火運(yùn)行成本，可助推火驅(qū)規(guī)?；瘜?shí)施。