LG380/60連續(xù)管作業(yè)機(jī)的研制

郭 峰

（中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠，湖北 荊州434024）

近年來，各油田為了進(jìn)一步提高油氣采收率，紛紛引進(jìn)連續(xù)管技術(shù)。連續(xù)管沖砂技術(shù)在油井、注水井以及氣井中的應(yīng)用獲得了不錯的效果，體現(xiàn)出工作安全、作業(yè)周期短、效率高等優(yōu)點[1]。隨著該技術(shù)的逐漸成熟，連續(xù)油管已逐漸廣泛應(yīng)用于鉆井、射孔、水平井拖動酸化、壓裂、沖砂和鉆塞等作業(yè)領(lǐng)域，在非常規(guī)天然氣的開發(fā)(特別是頁巖氣開發(fā)）中也發(fā)揮著重要作用[2]。市場需求的增加以及復(fù)雜的作業(yè)工況，使得用戶對連續(xù)管作業(yè)機(jī)的工作性能要求越來越高。其主要表現(xiàn)在大提升力注入頭[3]、大直徑連續(xù)管以及大容量油管滾筒等方面。而井下工具的專業(yè)化、作業(yè)工藝的成熟化以及作業(yè)領(lǐng)域的不斷拓展，使得連續(xù)管作業(yè)機(jī)逐步向智能化、集成化等方向發(fā)展[4]。針對以上情形，在成功研制的LG230連續(xù)管作業(yè)機(jī)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了LG380/60大直徑連續(xù)管作業(yè)機(jī)。

1 總體方案與整機(jī)性能

1.1 結(jié)構(gòu)組成

為滿足油田復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，LG380/60大直徑連續(xù)管作業(yè)機(jī)采用主輔車配置。主車由底盤、液壓系統(tǒng)、操作室、油管滾筒及軟管滾筒工作組等組成，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示；輔車由底盤、注入頭、防噴器、防噴盒及液壓隨車吊等組成，其主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 主車結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 輔車結(jié)構(gòu)及布局

1.2 工作原理

LG380/60大直徑連續(xù)管作業(yè)機(jī)是集液氣控制與電路控制于一體的高效集成設(shè)備。該作業(yè)機(jī)液壓動力由底盤發(fā)動機(jī)全功率取力器輸出，再經(jīng)由傳動軸驅(qū)動分動箱，由分動箱分別帶動注入頭液壓泵、油管滾筒液壓泵及綜合液壓泵獲得。氣路系統(tǒng)主要起指示系統(tǒng)氣壓值，為注入頭鏈條與連續(xù)管潤滑的作用。主車底盤大梁采用變截面結(jié)構(gòu)，滾筒可以沉于底盤大梁之下，從而在整機(jī)不超高的前提下增加滾筒容量。同時通過滾筒升降可以調(diào)整移運(yùn)過程的離地間隙，從而更好地適應(yīng)道路和井場條件。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

注入頭設(shè)計最大提升力為380 kN，最大注入力190 kN，最大提升速度60 m/min，最大注入速度30 m/min；連續(xù)管滾筒容量φ60.3 mm×3 000 m或φ50.8mm×4600m；防噴器組通徑為103.1mm，工作壓力為70 MPa；整車移運(yùn)狀態(tài)外形尺寸(長×寬×高)： 主車為 12 000 mm×2 720 mm×4 300 mm，輔車為11000mm×2 500 mm×4 100 mm。LG380/60連續(xù)管作業(yè)機(jī)具有大提升力、大容量等優(yōu)點，其技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)連續(xù)管裝備技術(shù)水平。

1.4 技術(shù)特點

在成功研制的LG230連續(xù)管作業(yè)機(jī)的基礎(chǔ)上，對LG380/60連續(xù)管作業(yè)機(jī)的關(guān)鍵部件和核心技術(shù)進(jìn)行了以下優(yōu)化，使其相關(guān)參數(shù)達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，性能得到提高，以滿足作業(yè)機(jī)新的要求。

（1）大提升力、適應(yīng)管徑大、滾筒容量大、移運(yùn)性能好、工況適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)安全可靠。

（2）底盤采用變截面大梁結(jié)構(gòu)，油管滾筒能下沉安裝，具有可升降、可快換的特點。

（3）注入頭驅(qū)動系統(tǒng)采用對稱布置，整體起吊平穩(wěn)，井口安裝時間少，提高作業(yè)效率。

（4）采用計算機(jī)電控液方式對防噴器組、注入頭夾緊張緊系統(tǒng)等進(jìn)行自動控制，安全便捷。

（5）防碰系統(tǒng)能自動判別連續(xù)管及工具是否脫開井口閥門，減輕操作強(qiáng)度，增加作業(yè)安全性。

2 主要部件結(jié)構(gòu)和功能

2.1 注入頭

注入頭是連續(xù)管作業(yè)機(jī)的核心部件，主要由驅(qū)動系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)、張緊系統(tǒng)等組成，如圖3所示。

圖3 注入頭結(jié)構(gòu)

驅(qū)動系統(tǒng)主要包括減速箱、液壓馬達(dá)、剎車、驅(qū)動軸、驅(qū)動鏈輪等。采用對稱布置，整體起吊平穩(wěn)，井口安裝時間少，提高作業(yè)效率。夾緊系統(tǒng)主要包括液壓夾緊油缸、夾持塊、滑板等。液壓夾緊油缸的作用使滑板壓在鏈條總成中的軸承上，通過軸承將夾緊力傳遞給夾持塊，從而夾緊連續(xù)管來實現(xiàn)連續(xù)管的上提與下放動作。夾持塊可快速更換，來滿足不同管徑的作業(yè)要求。張緊系統(tǒng)主要由夾緊系統(tǒng)對液壓張緊油缸張緊來保持鏈條恒定張力,避免鏈條松弛損壞油管。注入頭負(fù)載顯示系統(tǒng)采用預(yù)壓式結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備適應(yīng)性、減少日常維護(hù)、節(jié)約成本。與注入頭匹配的動力鵝頸管采用全液壓控制，方便操作，降低高空作業(yè)風(fēng)險。

2.2 連續(xù)管滾筒

連續(xù)管滾筒的主要功能是容納、支撐連續(xù)管；控制注入頭與滾筒之間的連續(xù)管拉力，保持收放連續(xù)管過程拉力處于恒定；確保連續(xù)管收放平穩(wěn)纏繞整齊。滾筒主要包括護(hù)罩、高壓管匯、固定裝置、滾筒體、驅(qū)動裝置、排管裝置以及計數(shù)裝置等部件，如圖4所示。

圖4 油管滾筒結(jié)構(gòu)

護(hù)罩對連續(xù)油管起保護(hù)作用，防止其散亂；并且為滾筒下沉式安裝提供預(yù)留接口。高壓管匯通過高壓旋轉(zhuǎn)接頭與滾筒軸連接，為各種作業(yè)提供循環(huán)介質(zhì)。液壓馬達(dá)控制油管滾筒的正反轉(zhuǎn)，為連續(xù)管提供恒定拉力，便于連續(xù)管緊密地纏繞在滾筒上。排管器安裝在滾筒上，使連續(xù)管在滾筒上整齊有序排列。排管器上安裝有計數(shù)器用以測量連續(xù)管的長度。通過液壓油缸的伸縮來調(diào)節(jié)排管器的工作角度，使連續(xù)油管以合適的角度進(jìn)入鵝頸管，減小油管損耗，延長油管壽命。固定裝置與剎車配合使用，在行車時保持滾筒平穩(wěn)；在作業(yè)過程中必須解除該裝置才能開始工作。

由于底盤采用變截面大梁結(jié)構(gòu)，使得油管滾筒能夠下沉安裝，滿足大容量的要求；同時，通過液壓油缸的作用可以使?jié)L筒升降自如。

2.3 液壓系統(tǒng)

整車液壓系統(tǒng)主要由注入頭液壓系統(tǒng)、油管滾筒液壓系統(tǒng)、綜合控制液壓系統(tǒng)等組成[5]。由底盤發(fā)動機(jī)提供動力,通過傳動裝置驅(qū)動液壓油泵。注入頭液壓系統(tǒng)為閉式系統(tǒng),采用閉式液控變量柱塞泵單獨給注入頭兩速變量馬達(dá)提供動力,實現(xiàn)注入頭下入提升及高低速運(yùn)行。油管滾筒液壓系統(tǒng)為開式系統(tǒng),定量雙聯(lián)葉片泵給油管滾筒低速大扭矩馬達(dá)及壓力控制油路提供動力,實現(xiàn)油管滾筒正反轉(zhuǎn)及與注入頭聯(lián)動控制。綜合控制液壓系統(tǒng)為開式系統(tǒng),葉片泵分別給排管器控制系統(tǒng)、操作室起升系統(tǒng)、動力軟管滾筒馬達(dá)、防噴器控制系統(tǒng)、注入頭控制系統(tǒng)等提供動力。

2.4 數(shù)據(jù)分析與自動控制系統(tǒng)

整個數(shù)據(jù)庫存儲為開式結(jié)構(gòu)，降低了數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險。通過對管輕、管重、油管深度、油管速度、井口壓力及循環(huán)壓力各個量的采集，結(jié)合作業(yè)實際工況對油管疲勞壽命及油管受力情況等進(jìn)行分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時遠(yuǎn)程監(jiān)控。控制系統(tǒng)分為手動控制和自動控制。手動控制指工作人員在操作臺上通過直接操作各控制手柄來實現(xiàn)各個動作，而自動控制指工作人員通過人機(jī)交互界面的操作來實現(xiàn)各個動作。當(dāng)進(jìn)行自動控制時，手動控制無效。自動控制相比手動控制更加智能化，是LG380/60連續(xù)管作業(yè)機(jī)設(shè)計的一大亮點。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

2012年10月，LG380/60連續(xù)管作業(yè)機(jī)到達(dá)岳101-67-H1井開展沖鹽解堵作業(yè)。選擇沖洗工具串組合：ROLL接頭+雙瓣式單流閥+多孔噴頭。從施工到結(jié)束作業(yè)只用了2天時間就將鹽液沖洗至設(shè)計位置。整個過程有效地控制了地層壓差，大大縮短了施工周期，降低了風(fēng)險，節(jié)約了成本。作業(yè)過程中低速檔最大速度達(dá)到25 m/min，下井深度達(dá)3 134 m。整套設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，各指標(biāo)與設(shè)計值相符合，達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平。

4 結(jié) 語

中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠研制出的LG380/60連續(xù)管作業(yè)機(jī)采用變截面大梁結(jié)構(gòu)，滿足大容量滾筒下沉安裝，解決設(shè)備超高、離地間隙小等問題，符合運(yùn)輸要求，提高整機(jī)移運(yùn)性；采用自動控制系統(tǒng)，使操作更加智能化。現(xiàn)場應(yīng)用表明，整機(jī)各性能參數(shù)達(dá)到設(shè)計要求，滿足各種復(fù)雜工況作業(yè)需求。該作業(yè)機(jī)的成功研制滿足非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)需求；適應(yīng)連續(xù)管噴射射孔、分層壓裂、連續(xù)管鉆井作業(yè)工藝需求；有助于提高我國連續(xù)油管設(shè)備的制造水平及作業(yè)工藝水平。

［1］李秋燕，劉鐵軍，梁宇庭，等.連續(xù)油管技術(shù)在沖砂作業(yè)中應(yīng)用效果[J].石油礦場機(jī)械，2012，41(6):84-87.

［2］呂選鵬，周承富，陳輝，等.連續(xù)油管技術(shù)在頁巖氣勘探開發(fā)中應(yīng)用前景[J].石油礦場機(jī)械，2012，41(2):67-70.

［3］瞿丹，黎偉.連續(xù)管注入頭現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油礦場機(jī)械，2012，41(1):46-50.

［4］趙昆.國外連續(xù)油管作業(yè)機(jī)研究進(jìn)展及國內(nèi)現(xiàn)狀[J].石油礦場機(jī)械，2012，41(2):78-84.

［5］孫曉明,張保弟,李德清,等.LGC230型連續(xù)油管作業(yè)車研制[J].石油礦場機(jī)械，2010，39(8):23-27.

［6］劉成.吐哈油田連續(xù)油管技術(shù)的應(yīng)用[J].石油礦場機(jī)械， 2001， 30（3）： 45-47.

［7］陳輝，曹志新，蔣建華，等.連續(xù)油管在伊朗小井眼高壓氣井中的應(yīng)用[J].國外油田工程，2010（6）：55-60.

［8］尹方雷.連續(xù)管鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].內(nèi)蒙古石油化工， 2012（13）： 34-38.

［9］任國富，張華光，付鋼旦，等.國外連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的最新進(jìn)展[J].石油礦場機(jī)械，2009(2):25-29.

［10］畢宗岳，井曉天，金時麟，等.連續(xù)油管性能研究與產(chǎn)品開發(fā)[J].石油礦場機(jī)械， 2010（6）：19-23.