連續油管徑向射流鉆井技術地面設備方案設計

吳 淼

（勝利油田 高原石油裝備有限責任公司，山東 東營257091） ①

目前，國內許多油井經過多年的開采，出現了產油量明顯下降或者不產油的情況，導致產能建設投資逐年增加，成本控制難度加大。為此，應進一步研究和開發成本更低、能有效提高單井產量的技術，以實現少井高產、降低噸油成本。側鉆井、水平井、分支井等復雜結構井是其中有效的技術手段，但需利用連續油管高壓水射流鉆井技術才能獲得最經濟的效果［1］。連續油管徑向射流鉆井技術是通過地面設備的控制在套管上開窗，然后利用軟管進行噴進，以達到增加油氣的滲透面積而增加產量的目的［2］。地面設備主要為套管開窗、連續油管提升或下注及軟管水平噴進提供動力［3］。

1 整體設計思路

連續油管徑向射流鉆井技術地面設備主要由操作房、滾筒排管系統、操作測控系統、液壓系統、注入提升系統、高壓泵撬系統等組成。操作房內能夠放置液壓系統、操作系統及滾筒排管系統，同時設置休息室，滿足人性化設計要求。液壓系統為滾筒旋轉、排管器排管、注入頭提升和下注提供動力，減輕勞動強度。操作測控系統能夠檢測注入頭懸重、液壓油系統油溫、發動機油水溫度、高壓水壓力及流量等各項指標，為及時發現問題并改變操控方式提供可靠信息。滾筒排管系統能夠將連續油管纏繞在滾筒上，有效節省設備空間。注入頭系統能夠實現連續油管的起下，同時設置有懸重傳感器，有效地保護管子不被拉斷或折彎［4－5］。高壓泵撬系統為井下油管開窗時的螺桿馬達旋轉提供動力，也為軟管噴進提供高壓水射流。

2 方案設計

2.1 操作房

操作房方案設計的目標是高集成度和人性化結構，主要由滾筒室、控制室、休息室、液壓站室組成。

1） 滾筒室包含作業照明燈、滾筒室燈、空調室外機等。作業照明燈和滾筒室燈均采用LED防爆照明燈，且可以上下、左右擺動，以調整照明位置，開關在控制室內操作；空調室外機帶動控制室內的空調室內機。

2） 控制室包含空調室內機、控制室門、控制室座椅、管線蓋板、操作臺后蓋板、操作臺面板、控制室觀察窗等。電器開關在控制室內單獨控制，控制室座椅可以升降和旋轉。控制室觀察窗表面貼防爆膜，防止異物從滾筒室砸碎玻璃。

3） 休息室包含過道門、休息室門、鉗工臺、上下鋪、休息室觀察窗及照明燈等。過道門必須密封、隔熱；休息室門必須密封、隔熱、防盜；鉗工臺應位置高度、大小合適，角邊人性化處理；上下鋪的墊子采用可拆卸清洗的粗布面料，上鋪必須安裝防側翻欄桿，下鋪床下安裝工具箱。

4） 液壓站室包含散熱窗門、液壓站室門及LED防爆照明燈等。散熱窗門有2扇，分別在一體式操作房的左右兩側，采用氣缸定位；LED防爆照明燈安裝在液壓站室的頂部，操作開關在液壓站室內。

具體結構方案如圖1。

圖1 操作房結構方案

2.2 滾筒排管系統

滾筒方案設計目標是全液壓操作，簡單可靠，能夠實現拖拽功能，主要由底座、減速機及馬達、滾筒、排管器、油缸及軸承等組成［6］。設備采用沉入式行星減速機，能夠節約空間；減速機剎車采用單獨控制，操作簡單，馬達及減速機為纏繞連續油管提供大的扭矩；滾筒具有大容量的特點；排管器能實現自動排管，減輕勞動強度；油缸能實現排管器升降，方便地調整作業高度［7］。

圖2 滾筒排管結構方案

2.3 操作測控系統

操作測控系統方案的目標是所有設備的操控均在控制室內完成，而且松手后也能夠繼續工作；所有測控點均能在控制室內觀察，能夠輕松、方便地解決出現的問題。在控制室內能夠完成注入頭夾持、張緊、提升及下注，滾筒的旋轉，排管器排管及排管器的升降。在操作室內能夠觀察高壓泵撬進出口壓力和排量、液壓油溫、注入頭懸重及發動機油溫、水溫、轉速、油壓、水壓等參數。參數的顯示均采用液晶顯示屏，觀察直觀，所有作業數據均可以保存和讀取，方便存檔。

2.4 液壓系統

液壓系統主要由發動機、液壓泵組、液壓油箱、過濾器、執行機構、散熱器、PVG閥組、管線、蓄能器、接頭及壓力表等組成，如圖3所示。為了使結構更加緊湊、操作更加可靠簡單，采用摩擦定位的PVG閥組，在任意位置均可以定位，可以減輕勞動強度。其中，1個閥組控制滾筒旋轉、排管、排管器升降，另1個閥組控制注入頭升降、油缸夾緊、油缸張緊及四閘板防噴器的動作。

2.5 注入提升系統

注入提升系統方案的目標是具有安全可靠、結構精巧、提升力大等特點，主要由鵝頸管、框架、雙夾持機構、夾持油缸、張緊油缸和防噴盒組成［8］，如圖4所示。鵝頸管具有導向作用，上面設置搭扣機構（防止連續油管跳出）、框架支撐夾持機構、夾持油缸（推動夾持機構夾緊連續油管，為提升和下注提供足夠的正壓力）、張緊油缸（防止夾持鏈條過松而跳動）。本裝置還設置剪銷式懸重裝置，隨時監測拉力情況，保證連續油管安全［9］。

圖3 液壓系統方案

2.6 高壓泵撬系統

高壓泵撬系統設計目標為高集成度、高可靠性、操作簡單，主要由發動機、變速箱、傳動軸、高壓泵、水箱、柴油箱、操作臺、粗過濾器、離心泵、精過濾器及傳感器系統等組成，如圖5所示。發動機的動力由變速箱經過傳動軸傳遞給高壓泵動力端，傳動軸處安裝護罩，保證安全；液體經過粗過濾后進入水箱后再進入離心泵或者液體經過粗過濾后直接進入離心泵，從離心泵出來后經過并聯的精過濾器后進入高壓泵撬的液力端，從液力端出來的為高壓液體，能夠滿足井下作業工藝的使用要求。本設備采用的是雙管路系統，進水管路、過濾系統均是2路，如果1路出現問題時可以隨時打開另1路管路，保證可以繼續作業，增加了設備的使用性能和可靠性能。在管路上設置有壓力傳感器和流量傳感器，可以隨時監測液力變化情況，根據實際使用情況進行調整，以達到作業要求。同時還設置有報警器，保證在沒有水或是過濾器堵塞的情況下及時發現問題。泵撬的操作和觀察可以在操作臺上完成，同時也可以將儀表進行二次連接，直接接至操作房內操作臺上，因此該泵撬不僅可以單獨使用，也可以集成控制，實現了設備的多用途和使用的靈活性。

圖4 注入提升系統方案

圖5 高壓泵撬系統方案

3 連接方式

整套設備連接如圖6所示。泵撬系統可以和操作房并排連接或采用其他連接方式，可以根據需要隨時調整。整套設備只需1人在操作房的操作室內就可以完成所有設備的操作和監控。從高壓泵撬出來的高壓液體經過軟管連接至滾筒的連續油管上，然后通過連續油管進入井下進行相關的作業［10］。

圖6 總體方案

4 結論

1） 集成度高，整套設備在運輸過程中只有高壓泵撬、操作房和注入頭系統3大塊；在井場的擺放也可以根據需要隨意調整。

2） 操作簡單，所有液壓件的控制均通過2組PVG閥組完成。

3） 勞動強度低，本套設備安裝完成后，只需要1人在操作室內就可以完成所有設備的各項操作及各種設備的參數觀察。

4） 可靠性高，液壓系統關鍵部件均采用進口件，閥件采用高集成度件，減少了液壓接頭的連接數量，降低了故障率；高壓泵撬系統的管路均采用雙管路系統，如果1路有問題可以使用另1路，保證了作業過程不停機，滿足使用要求。

5） 本套設備所有部件的安裝位置合理，方便維護和保養。

［1］ 張燕娜，石 凱.連續油管的應用與發展［J］.西部探礦工程，2010（1）：93-94.

［2］ 伍開松，趙 云，柳慶仁，等.高壓射孔測試管柱力學行為仿真［J］.石油礦場機械，2011，40（5）：74-77.

［3］ 周衛東，師 偉，李羅鵬.徑向水平鉆孔技術研究進展［J］.石油礦場機械，2012，41（4）：1-6.

［4］ 楊 高，羅 剛.連續管纏繞力學研究［J］.石油礦場機械，2010，39（5）：10-13.

［5］ 李宗田.連續油管技術手冊［K］.北京：石油工業出版社，2003.

［6］ 劉英蓮，韓景山，胡 淳，等.連續油管可更換速裝滾筒設計［J］.石油礦場機械，2011，40（6）：80-83.

［7］ Hilts R L，Fower S H，Pleasants C W.連續油管技術［M］.傅陽朝，李興明，張德強，等譯.北京：石油工業出版社，2000.

［8］ 成大先.機械設計手冊［K］.3版.北京：化學工業出版社，1993.

［9］ 瞿 丹，黎 偉.連續管注入頭現狀及發展趨勢［J］.石油礦場機械，2012，41（1）：46-50.

［10］ 單代偉，劉清友，陳 俊，等.連續油管鉆機現狀和發展趨勢［J］.石油礦場機械，2010，40（5）：79-83.