10 000 m超深測井絞車超低速控制模式設(shè)計(jì)

饒群鵬，劉 洋，康自強(qiáng)

（寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西寶雞721000）①

10 000 m超深測井絞車超低速控制模式設(shè)計(jì)

饒群鵬，劉 洋，康自強(qiáng)

（寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西寶雞721000）①

隨著10 000 m超深測井絞車的研制成功，傳統(tǒng)閉式液壓系統(tǒng)已不能滿足其超低速作業(yè)要求。進(jìn)行了10 000 m測井絞車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算，通過增加超低速控制模式，改造液壓馬達(dá)外置沖洗回路，可滿足超低速作業(yè)要求。通過試驗(yàn)及現(xiàn)場作業(yè)，取得了良好的社會及經(jīng)濟(jì)效益。

測井絞車；液壓系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

近年來，我國能源政策進(jìn)行重大調(diào)整，對超深井測井［1-2］設(shè)備提出更高了要求。寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司根據(jù)市場需要，自主研制開發(fā)了10 000 m超深超低速測井車。10 000 m測井絞車電纜容量比常規(guī)7 000 m測井絞車容量大45%，絞車提升能力大50%，測井深度更深，要求絞車速度更低更穩(wěn)定。目前，傳統(tǒng)的閉式液壓系統(tǒng)已不能滿足油田測井超低速作業(yè)要求（線速度30 m／h），通過對絞車液壓系統(tǒng)調(diào)速方式進(jìn)行創(chuàng)新，設(shè)計(jì)了絞車超低速控制模式，改造液壓馬達(dá)外置沖洗回路，可以滿足超低速測井作業(yè)要求。

1 超低速控制模式

超低速控制電氣原理如圖1所示，液壓原理如圖2所示。

1） 常規(guī)測井時，將速度選擇開關(guān)扳至常規(guī)擋，常規(guī)擋電磁閥通電后工作，操縱電比例控制手柄，泵比例控制放大器根據(jù)電比例控制信號控制絞車上提與下放狀態(tài)。液壓油流向如圖2所示，液壓油經(jīng)過超低速電磁閥，超低速控制模式不起作用。

2） 超低速測井時，將速度選擇開關(guān)扳至超低速擋，超低速擋電磁閥通電后工作，操縱電比例控制手柄，泵比例控制放大器根據(jù)電比例控制信號控制絞車上提與下放狀態(tài)。液壓油流向如圖2所示，液壓油經(jīng)過超低速閥塊中的順序閥，超低速控制模式起作用，通過調(diào)節(jié)順序閥中的C口壓力，使電比例馬達(dá)獲得穩(wěn)定超低轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)超低速模式控制。

圖1 超低速控制電氣原理

圖2 超低速控制液壓原理

根據(jù)實(shí)際測井工況要求，采用絞車上提狀態(tài)進(jìn)行測井作業(yè)，下放狀態(tài)不進(jìn)行測井作業(yè)。因此，對液壓回路中上提狀態(tài)時的低壓側(cè)管路加裝超低速控制閥，進(jìn)行流速穩(wěn)定性控制，才能達(dá)到穩(wěn)定的液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速。超低速控制閥由液控單向閥和順序閥組成，原理如圖3所示。

1） 絞車下放狀態(tài)時，不進(jìn)行測井作業(yè)，低速閥不起作用，液壓油從P3流向P1，最大流量240 L／min，全部通過電磁閥和液控單向閥，壓力降＜1.8 MPa。

2） 絞車上提狀態(tài)，電磁閥不通電時，絞車為非超低速狀態(tài)，液壓油從P1流向P3，最大流量240 L／min，全部通過電磁閥，壓力降＜1.8 MPa。

3） 絞車上提狀態(tài)，電磁閥通電時，絞車為超低速狀態(tài)，液壓油從P1流向P3，最大流量120 L／min，通過調(diào)整順序閥D口的壓力（達(dá)到7.0 MPa）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低速性能，保證泵提供足夠小的流量。液壓馬達(dá)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速由原來的110 r／min降低到10～20 r／min，從而實(shí)現(xiàn)絞車的超低速控制。

圖3 超低速控制閥原理

2 超低速液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速

當(dāng)電纜下井深度達(dá)到10 000 m時，滾筒纏繞直徑Dmin＝610.7 mm；當(dāng)滾筒纏繞滿電纜時纏繞直徑Dmax＝1 492.4 mm，則中徑Dz＝（Dmin＋Dmax）／2＝1 051.6 mm。

根據(jù)傳動路線，減速器的速比為29.95，鏈條傳動的速比為100／23，馬達(dá)到滾筒的總傳動比為iz＝29.97×100／23＝121.52。根據(jù)測井作業(yè)要求，測井線速度為30 m／h時，滾筒最低轉(zhuǎn)速為ngmin＝30／（π×Dz×60）＝0.151 r／min。由此可知，滿足測井線速度為30 m／h時，馬達(dá)需要的最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為：nmmin＝ngmin×iz＝0.151×121.52＝18.350 r／min。

2.2 超低速液壓系統(tǒng)狀態(tài)分析

10 000 m測井絞車采用德國REXROTH公司的AA6VM107EP2／63W-VSC527B型液壓馬達(dá)。傳統(tǒng)的閉式液壓系統(tǒng)（如圖4）工作狀態(tài)下，馬達(dá)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速約為：nm＝110 r／min。因nmmin＝18.350 r／min，nm＞nmmin，不能滿足超低速測井要求，故必須對傳統(tǒng)的閉式液壓系統(tǒng)回路進(jìn)行改制：增加超低速控制模式、改造液壓馬達(dá)外置沖洗回路，才能達(dá)到液壓馬達(dá)需要的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)超低速作業(yè)要求（如圖5）。

圖4 傳統(tǒng)閉式液壓系統(tǒng)原理

圖5 超低速閉式液壓系統(tǒng)原理

2.3 超低速閥流量

已知液壓馬達(dá)流量Qm＝107 m L／r，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速nf＝1 500 r／min，液壓油泵流量Qb＝125 m L／r，則超低速閥中單向閥的流量為

式中：Qjmax為單向閥最大流量；Qjmin為單向閥最小流量。

超低速閥中順序閥的流量為

式中：Qsmax為順序閥最大流量；Qsmin為順序閥最小流量。

根據(jù)單向閥最大、最小流量選擇美國SUN公司DFEA-8DN型液控單向閥，液控單向閥流量曲線如圖6所示。根據(jù)順序閥最大、最小流量選擇美國SUN公司SCCA-LAN型順序閥，順序閥流量曲線如圖7所示。

圖6 DFEA-8DN型液控單向閥流量曲線

圖7 SCCA-LAN型順序閥流量曲線

2.4 液壓馬達(dá)外置沖洗回路

AA6VM107EP2／63W-VSC527B型馬達(dá)與沖洗閥采用內(nèi)連接方式，由于沖洗閥液壓油流量過大，影響在超低速狀態(tài)下通過馬達(dá)的液壓油流量，導(dǎo)致超低速出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，因此應(yīng)封堵沖洗閥，改造液壓馬達(dá)沖洗回路。根據(jù)液壓馬達(dá)技術(shù)要求，沖洗流量為0.6～1.1 L／min，并設(shè)計(jì)沖洗截流孔。沖洗口流體模型如圖8所示。

圖8 沖洗口流體模型

斷面流速為

式中：v1為斷面1流速；v2為斷面2流速；Q為斷面1、2流量；d1為斷面1直徑，取10 mm；d2為斷面2直徑，取2.5 mm.

根據(jù)流體力學(xué)伯努里方程［3］及能量守恒，有

式中：Z1、Z2分別為斷面1中心和斷面2中心距離基準(zhǔn)面的垂直高度，Z1＝Z2；p1為油液流過斷面1的壓力，即液壓馬達(dá)內(nèi)置沖洗壓力（2.8 MPa）；p2為油液流過斷面2的壓力，即液壓馬達(dá)出口壓力（0 MPa）；ρ為液壓油密度，ρ＝800 kg／m3；g為重力加速度。

將已知量代入式（2）得

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，液壓馬達(dá)外置沖洗回路改造達(dá)到液壓馬達(dá)技術(shù)要求，即沖洗流量為0.6～1.1 L／min。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)及應(yīng)用

該測井車研制成功后，在寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司試驗(yàn)場進(jìn)行了絞車載荷試驗(yàn)［4］，試驗(yàn)情況如表1所示。

表1 絞車載荷試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，測井絞車各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能夠滿足用戶的超低速作業(yè)要求。目前，該測井車已在新疆塔里木油田完成測井作業(yè)近180余口，系統(tǒng)運(yùn)行良好，得到用戶高度好評。

4 結(jié)語

通過該項(xiàng)目的研究，掌握了超深井測井絞車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“超深測井絞車超低速控制模式”，可滿足油田超低速測井工況，具有良好的社會及經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 原宏壯，陸大衛(wèi)，張辛耘，等.測井技術(shù)新進(jìn)展綜述［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2005，20（3）：786-787.

［2］ 馬坤，郭強(qiáng)，戴建飛，等.分布式光纖測井技術(shù)在稠油開采中的應(yīng)用［J］.石油礦場機(jī)械，2012，41（2）：45-48.

［3］ 劉軍營.液壓與氣壓傳動［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

［4］ SY／T5073—2008，油田測井和試井絞車［S］.

Ultra-low Speed Control Mode for 10 000 m Deep Well Logging Winch

RAO Qun-peng，LIU Yang，KANG Zi-qiang
（Baoji Oilfield Machinery Co.，Ltd.，Baoji 721000，China）

With the successful development of 10 000 m deep well logging winch，the traditional closed hydraulic system cannot meet the ultra-low speed working condition any more.Based on the design and numerical calculation for the 10 000 m logging winch hydraulic system，the ultralow speed control mode was added，transforming external flushing circuit to the hydraulic motor and via experiment and field operation，the new control mode can satisfy the ultra-low speed requirements and leads to great social and economic benefits.

the logging winch；hydraulic system；design

TE924

A

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.07.008

1001-3482（2014）07-0029-04

2014-01-09

饒群鵬（1976-），男，陜西漢中人，工程師，主要從事石油機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作，E-mail：bstc_rqp＠163.com。