劉興東

（大慶油田井下作業(yè)分公司修井一大隊(duì)，黑龍江 大慶 163000）

新時(shí)期，石油開(kāi)采工藝不斷優(yōu)化完善，自動(dòng)化程度明顯提升，修井作業(yè)可有效提高采油質(zhì)量與效率，具有系統(tǒng)性、技術(shù)性、危險(xiǎn)性等特點(diǎn)，為規(guī)避潛在安全隱患，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)被應(yīng)用其中，通過(guò)遠(yuǎn)程操控、自動(dòng)化作業(yè)完成修井全過(guò)程，為油田管理安全發(fā)展奠定基礎(chǔ)，具有較好的發(fā)展前景。因此，聯(lián)系實(shí)際分析修井井口機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在油田管理中的應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 修井井口機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)概述

現(xiàn)代化生產(chǎn)作業(yè)中，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，使機(jī)械、裝置在無(wú)人干預(yù)的情況下，按照提前設(shè)計(jì)好的程序、指令進(jìn)行操作或控制。修井是一項(xiàng)精細(xì)的危險(xiǎn)性工作，若操作不慎，很有可能為作業(yè)人員帶來(lái)危險(xiǎn)，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可盡可能規(guī)避這一情況，減少人工參與、人工干預(yù)，降低危險(xiǎn)發(fā)生概率。就目前發(fā)展情況來(lái)看，修井井口機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)主要涵蓋以下幾項(xiàng)內(nèi)容：

（1）井口對(duì)中技術(shù)。為保證上扣順利進(jìn)行，下放管柱、井中管柱需在扶正設(shè)備下的輔助下對(duì)準(zhǔn)，防止發(fā)生位置便宜影響對(duì)中效果；（2）自動(dòng)定位與換擋技術(shù)。在修井作業(yè)中，液壓鉗往往需要人工操作來(lái)完成，是較為關(guān)鍵的一環(huán)，為提高機(jī)械自動(dòng)化水平，液壓鉗就必須具備自動(dòng)定位與換擋技術(shù)；（3）起升系統(tǒng)協(xié)調(diào)技術(shù)。主要是為了保證抓取待上提管柱和釋放管柱過(guò)程順利；（4）自動(dòng)送管技術(shù)。根據(jù)油田采油、修井作業(yè)實(shí)際情況與現(xiàn)場(chǎng)條件，將管柱送達(dá)到指定位置完成接送；（5）模塊化技術(shù)。即將井口機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的各個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)相互串聯(lián)，通過(guò)精準(zhǔn)化設(shè)計(jì)降低操作難度，增強(qiáng)系統(tǒng)集成性、系統(tǒng)性，確保修井作業(yè)能夠高質(zhì)量、高效率完成?？紤]到修井作業(yè)的特殊性以及不同油田采油設(shè)備、需求等的差異，在機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，必須對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)修正，遵循因地制宜原則，具體問(wèn)題具體分析，切實(shí)提高機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用有效性，為石油企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

2.1 經(jīng)濟(jì)價(jià)值

石油開(kāi)采通常是以獲取經(jīng)濟(jì)利益為目標(biāo)，是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)收入的重要途徑。然而，由于石油大多深藏于地下，若要開(kāi)采不僅需要前期投入較多資金進(jìn)行油田建設(shè)與管理，同時(shí)還要突破技術(shù)性困難問(wèn)題，這樣才能保證石油開(kāi)采質(zhì)量、效率、安全。在開(kāi)采過(guò)程中，修井作業(yè)效果會(huì)直接影響油田管理與開(kāi)采水平，而機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可提高采油質(zhì)量與效率，經(jīng)濟(jì)價(jià)值尤其顯著。一方面，其應(yīng)用能夠降低修井人員的作業(yè)難度與強(qiáng)度，減少人力資源消耗，提高人力資源有效利用率，從而實(shí)現(xiàn)用人成本控制，且自動(dòng)化技術(shù)能有效延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，不再需要以人工方式進(jìn)行24h 監(jiān)督作業(yè)，降低石油開(kāi)采的整體成本；另一方面，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可提高修井作業(yè)效率，相對(duì)地采油質(zhì)量會(huì)有所提升，在相同的時(shí)間內(nèi)獲得更多石油，切實(shí)提高石油企業(yè)所獲得的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)濟(jì)價(jià)值尤其鮮明。

2.2 安全價(jià)值

修井技術(shù)是一門(mén)動(dòng)態(tài)工程學(xué)科，但同時(shí)也需要對(duì)基本地質(zhì)、周?chē)h(huán)境、作業(yè)影響因素進(jìn)行分析，只有這樣，才能夠保證順利完成既定工作任務(wù)。整個(gè)過(guò)程中，作業(yè)人員通常會(huì)面臨極大危險(xiǎn)：（1）爆炸。若井筒內(nèi)外氣體沒(méi)能得到有效控制，發(fā)生氣體泄漏、電火花或靜電，就有可能引發(fā)爆炸事故，對(duì)設(shè)備、人體造成極大損傷；（2）中毒。井下氣體中可能會(huì)含有有害物質(zhì)，如甲烷、硫化物等，人體吸入后會(huì)產(chǎn)生頭痛、惡心等不良癥狀，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)失去意識(shí)，后果不堪設(shè)想；（3）高空墜落。部分修井工作是在高空完成，操作不當(dāng)或客觀因素可能會(huì)導(dǎo)致人員從高處墜落；（4）機(jī)械損壞。修井中人員需要操作抽油泵、壓裂泵、氣壓機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等設(shè)備，若設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，有可能造成人員受傷。

機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，可降低人工作業(yè)頻率，通過(guò)提前設(shè)置作業(yè)流程，讓設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)作業(yè)、操作，減少人員直接參與，避免修井危險(xiǎn)事故造成人員傷亡情況。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使作業(yè)人員在遠(yuǎn)離井口的位置完成操作，即使發(fā)生安全事故也能及時(shí)撤離，而系統(tǒng)也會(huì)對(duì)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若設(shè)備參數(shù)異常，也可提前采取有效措施進(jìn)行處理，提高修井安全性。另外，對(duì)于部分由人員操作失誤所引起的安全事故，也能起到較好的預(yù)防作用，確保修井安全。

2.3 生態(tài)價(jià)值

修井井口機(jī)械自動(dòng)化裝置會(huì)隨著科技進(jìn)步而有所發(fā)展，傳統(tǒng)修井機(jī)械通常柴油為主要驅(qū)動(dòng)，而柴油機(jī)械在作業(yè)過(guò)程中，不僅會(huì)產(chǎn)生較大噪聲，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，如一氧化碳、氮氧化物、顆粒物等，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大污染，被人體吸入還有可能對(duì)呼吸道產(chǎn)生刺激，誘發(fā)呼吸道疾病、哮喘等。目前，以電力為驅(qū)動(dòng)的修井井口機(jī)械自動(dòng)化裝置已經(jīng)產(chǎn)生，比如，大慶油田首套自主設(shè)計(jì)制造的全自動(dòng)修井作業(yè)系統(tǒng)，具有效率高、成本低、低噪音、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，不僅降低油田的運(yùn)行成本，提高修井作業(yè)的有效性，還能有效減少污染物質(zhì)產(chǎn)生，是綠色、環(huán)保的生產(chǎn)作業(yè)發(fā)展，具有較高的生態(tài)價(jià)值（如圖1所示）。

圖1 全自動(dòng)修井作業(yè)系統(tǒng)礦場(chǎng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖

3 油田修井井口機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 懸吊系統(tǒng)

吊卡在修井作業(yè)中起懸持管柱的作用，傳統(tǒng)的修井作業(yè)通常需要人工完成吊環(huán)和吊卡的摘、搬、掛，吊卡銷(xiāo)子的拔、插作業(yè)，人力需求極大，且效率相對(duì)較低，在一定程度上影響修井作業(yè)有效性，若是操作失誤，還有可能發(fā)生危險(xiǎn)事故。為改變這一情況，動(dòng)力吊卡、動(dòng)力卡瓦應(yīng)時(shí)而生，主要是依靠液壓或氣壓系統(tǒng)向吊卡、卡瓦提供動(dòng)力，控制吊卡或卡瓦的開(kāi)合實(shí)現(xiàn)松開(kāi)、卡緊管柱的操作，為機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造有利條件。目前，修井井口機(jī)械自動(dòng)化裝置懸挑系統(tǒng)中，較為常用的是液壓吊卡和氣動(dòng)卡瓦。另外，油田修井作業(yè)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)粘砂問(wèn)題，需要進(jìn)行清砂作業(yè)以保證修井進(jìn)度，因此動(dòng)力吊卡中通常會(huì)安裝沖砂裝置，該裝置是以過(guò)限位銷(xiāo)、液壓缸以及轉(zhuǎn)向彎頭和中心管、導(dǎo)軌為主要構(gòu)成部分，借此解決粘砂問(wèn)題，規(guī)避定期人工清砂為修井作業(yè)帶來(lái)的不確定影響，實(shí)際運(yùn)行中，通過(guò)自動(dòng)換單根的方式縮短時(shí)間，不需要反復(fù)拆接彎頭與水龍帶，將砂卡問(wèn)題發(fā)生概率降到最低。

3.2 上卸扣系統(tǒng)

該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，主要是通過(guò)遠(yuǎn)程控制臺(tái)控制液壓鉗，幫助管柱進(jìn)行上卸扣，液壓缸是液壓鉗控制的中樞位置，確保其能夠在作業(yè)平臺(tái)范圍內(nèi)進(jìn)行反復(fù)運(yùn)動(dòng)，借此替代人力搬運(yùn)、摘扣吊卡等工作任務(wù)。具體實(shí)踐中，上卸扣系統(tǒng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)扶正機(jī)械手、緩沖定位擋塊，保證起吊卡瓦與油管等同心，從而有效提高作業(yè)效率，防止起吊、下落過(guò)程中出現(xiàn)崩口、偏扣等問(wèn)題，降低安全故障發(fā)生概率。該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，是由一個(gè)靈活滑動(dòng)的小車(chē)機(jī)座構(gòu)成，移動(dòng)小車(chē)安裝了遠(yuǎn)程控制驅(qū)動(dòng)，并配有自動(dòng)升降機(jī)械手臂、左右擺動(dòng)機(jī)架、主鉗總成裝置、管桿扶正裝置、防噴裝置。自動(dòng)化運(yùn)行期間，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)修井作業(yè)需求遠(yuǎn)程控制小車(chē)運(yùn)行，達(dá)到井口中心位置以后，升降座在升降臂和升降驅(qū)動(dòng)的共同作用下升至油管接箍位置，主鉗總成會(huì)進(jìn)行卸扣，在扶正系統(tǒng)的幫助下完成全過(guò)程，而后移動(dòng)小車(chē)自動(dòng)復(fù)位。該系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程具有穩(wěn)定性，機(jī)械自動(dòng)化程度較高，修井作業(yè)質(zhì)量與效率均得到提升。

3.3 送管系統(tǒng)

修井作業(yè)中，工人需要將管柱在操作平臺(tái)和管排架之間移送、排放等，操作頻繁，勞動(dòng)強(qiáng)度大，消耗時(shí)間多。若要實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展，就必須解決管柱自動(dòng)化排放問(wèn)題。連桿移送、動(dòng)力貓道、大臂旋轉(zhuǎn)移送是最為主要的類(lèi)型。其中，連桿移動(dòng)主要是以滑輪、吊裝系統(tǒng)構(gòu)成，通過(guò)快速的管柱撥動(dòng)翻轉(zhuǎn)，依托遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行快速、精準(zhǔn)的管柱移動(dòng)操作，進(jìn)而縮短修井周期，減輕鉆井工人勞動(dòng)強(qiáng)度；動(dòng)力貓道可實(shí)現(xiàn)不同管柱從地面到鉆臺(tái)上的自動(dòng)化輸送，移動(dòng)較為快速；大臂旋轉(zhuǎn)移送取消了滑輪與吊升系統(tǒng)，主要是在地面用大臂機(jī)械手直接抓取需求的管柱，再通過(guò)液缸推動(dòng)大臂旋轉(zhuǎn)起升達(dá)到井架的中心位置，將管柱輸送給井架中心位置頂驅(qū)或自動(dòng)吊卡，完成送管任務(wù)，其應(yīng)用對(duì)油井周?chē)h(huán)境有著一定要求，應(yīng)用具有局限性。動(dòng)力貓道是目前送管系統(tǒng)所應(yīng)用的重要類(lèi)型，適用性較強(qiáng)，在修井井口機(jī)械自動(dòng)化裝置中的運(yùn)用可有效降低成本，應(yīng)用前景廣闊。比如，大慶油田在設(shè)備更新后，應(yīng)用了液壓貓道，具有高質(zhì)量、低成本特點(diǎn)，可通過(guò)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)自由升降、油管推送，實(shí)現(xiàn)了油管自動(dòng)化控制，地面施工人員僅需要一人，有效降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)減少吊裝上下操作臺(tái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，在大慶油田的52 支隊(duì)伍中，液壓貓道已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用（如圖2 所示）。

圖2 大慶油田液壓貓道

3.4 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用最顯著的特征，就是可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，這與傳統(tǒng)的修井作業(yè)有著較為本質(zhì)的差異?？梢哉f(shuō)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是油田修井井口機(jī)械自動(dòng)化裝置的控制中樞，在遠(yuǎn)離井口的同時(shí)從開(kāi)闊處觀察井口作業(yè)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)單元的有效控制，提高自動(dòng)化裝置的運(yùn)作效率。系統(tǒng)分內(nèi)外兩個(gè)部分，其中內(nèi)部系統(tǒng)由手動(dòng)調(diào)速閥、換向閥、節(jié)流閥構(gòu)成，主要作用在于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行與工作速度；外部設(shè)置壓力表，可隨時(shí)查看系統(tǒng)壓力狀況。這些設(shè)備與遠(yuǎn)程控制臺(tái)液壓管線相互連接，引入動(dòng)力后基于控制命令，向井口自動(dòng)化設(shè)備輸送動(dòng)力。該遠(yuǎn)程控制臺(tái)需設(shè)置在油田修井作業(yè)的安全區(qū)域范圍內(nèi)，在保證與井口間距的同時(shí)，還需注重視野開(kāi)闊性，便于操作人員隨時(shí)觀察井口狀態(tài)，對(duì)比系統(tǒng)參數(shù)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)懸吊系統(tǒng)、自動(dòng)上卸扣系統(tǒng)、送管系統(tǒng)等，確保井口裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)集成化管理。隨著油田修井井口機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，以及自動(dòng)化裝置的更新，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)也將會(huì)更加完善，功能會(huì)不斷拓展，而運(yùn)作過(guò)程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)均會(huì)被有效記錄，在出現(xiàn)修井作業(yè)問(wèn)題后為故障排查、糾錯(cuò)等提供數(shù)據(jù)依據(jù)，最大程度上保障修井作業(yè)安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，油田開(kāi)采是一個(gè)系統(tǒng)化過(guò)程，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都有可能為采油帶來(lái)危險(xiǎn)隱患，增加危險(xiǎn)性。為提高油田修井作業(yè)安全性，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用十分必要，提高作業(yè)效率與質(zhì)量的同時(shí)還能保證修井作業(yè)人員生命安全，規(guī)避隱患、降低風(fēng)險(xiǎn)，為作業(yè)人員創(chuàng)造安全工作環(huán)境。就目前修井井口機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用情況來(lái)看，主要是由上卸扣系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)構(gòu)成，基于機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)合理應(yīng)用為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，提升經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。