LG450／50型深井連續管作業機研制

吳大飛，張士彬，楊志敏，朱再思，張三坡，黃　亮

（1.中國石油集團鉆井工程技術研究院江漢機械研究所，湖北荊州434000；2.渤海石油裝備制造有限公司，天津300457）

LG450／50型深井連續管作業機研制

吳大飛1，張士彬1，楊志敏1，朱再思1，張三坡1，黃亮2

（1.中國石油集團鉆井工程技術研究院江漢機械研究所，湖北荊州434000；2.渤海石油裝備制造有限公司，天津300457）

為了滿足深井測井、酸化壓裂、鉆磨橋塞、射孔等作業工藝的要求，以及國內頁巖氣開發需要，提高連續管深井作業工藝水平，研制了適應深井作業的LG450／50型連續管作業機。該作業機為車橇式結構，采用主輔車布置方式，配置獨立操作橇，大提升力注入頭（最大提升力450 k N），大容量連續管滾筒和自主研發的數據采集系統。整機具有底盤越野性能強，操作系統集成化程度高，滾筒容量大，注入頭提升力大，作業安全可靠等優點。應用結果表明，整機操控性能良好，運行安全平穩，各項性能指標達到設計要求，滿足連續管深井作業要求。

深井；連續管作業機；研制

隨著國內連續管作業技術的日漸成熟，對連續管技術與裝備的需求也不斷增加。特別是近幾年，連續管拖動酸化、分段壓裂、深井射孔等復雜連續管作業工藝在逐漸增多，同時大力推廣頁巖氣和煤層氣開采技術，使人們在解決復雜工藝的問題過程中，對連續管技術與設備的優越性有了更深層次的認識，而適用于深井作業的連續管作業機開發和應用尤為重要。

深井連續管作業機的最大特點就是纏繞的連續管長度長，整機載荷大，為了解決超載問題，并能適應不同地區甚至是偏遠山區的作業需求，經過江漢機械研究所的技術攻關，攻克了滿足我國道路和運輸條件的整機設計與優化、框架式重載底盤設計、重載下沉式滾筒的設計和優化、可升降式操作橇體設計、液壓系統設計與優化、整機集中操作控制等關鍵技術，成功研制了適用于深井甚至是超深井作業的LG450／50型大容量連續管作業機，可容納50.8 mm（2英寸）連續管6 000 m或44.45 mm（1英寸）連續管7 500 m，整機具有底盤車承載能力強、系統功率大、注入頭提升能力強、滾筒容量大等特點，并且能夠滿足國家對車輛與道路運輸的相關法規和標準的要求［1-2］。

1　總體結構方案

常規連續管作業機基本上是車載式或橇裝式結構。LG450／50型連續管作業機設計時既考慮了國內運輸道路條件，又考慮了底盤車或橇體的載荷承受能力。為了保證整機的性能，滿足實際應用需要，在考慮結構、工藝和性能的基礎上，優選了兩車一橇的結構形式，即由主車、輔車和操作橇組成。主車只運輸滾筒、連續管和部分液壓附件，控制室、軟管滾筒和工具箱等部件安裝在橇體上，以減輕主車的整體質量［3］。

主車由底盤車、管線筐、滾筒、連續管、發電機、動力軟管滾筒、備胎、液壓附件、踏板、動力系統等組成，滾筒為下沉式結構，以增大滾筒的容量，滿足容量要求的同時適應道路運輸。如圖1所示。

圖1　連續管作業機主車（運輸狀態）

輔車主要由底盤車、起出報警裝置、注入頭運輸支架總成（含注入頭、防噴盒、導向器）、液壓連接器、工具箱、隨車吊、防噴器、登車梯、防噴管等組成，運輸時防噴盒、導向器安裝在注入頭上，節省空間，如圖2所示。

圖2　連續管作業機輔車（運輸狀態）

操作橇由梯子、撬體、軟管滾筒、控制室、工具箱等組成，如圖3所示。

圖3　連續管作業機操作橇（上升狀態）

連續管作業機的工作狀態如圖4所示。

圖4　連續管作業機的工作狀態

2　主要技術參數

注入頭最大提升力450 k N

注入頭最大注入力225 k N

注入頭最低速度0.1 m／min

滾筒容量6 000 m（50.8 mm連續管）；7 500 m（44.5 mm連續管）

適用連續管管徑38.1～73 mm

主車總質量≤55 t

驅動形式8×8

輔車總質量≤43 t

操作橇總質量≤10 t

防噴系統通徑103.1 mm（4.06英寸）

防噴系統工作壓力70 MPa

3　主要部件與關鍵技術

3.1注入頭

注入頭作為連續管作業機關鍵部件之一，設計的主要技術指標和功能包括最大提升力、最大注入力、最高速度、最低下管速度、數據采集功能和靈敏度等。注入頭由驅動裝置、鏈條總成、夾緊機構、張緊裝置、底座、箱體、框架等組成。其中驅動裝置由液壓馬達、減速器、制動器、鏈輪等組成，制動器安裝在馬達和減速器上，壓力釋放自動剎車。鏈條總成由重載鏈條、托架、夾持塊、自潤滑軸承、銷軸和彈簧片組成，夾持塊安裝在托架上，通過彈簧片定位。彈簧片采用按壓式設計，更換夾持塊時免拆卸，可快速拆裝，大幅提高夾持塊更換效率。夾持塊為帶溝槽的半圓型結構，表面經過特殊材料噴涂處理，既可保證夾持性能又不損傷連續管。夾緊機構設計有4組夾緊液缸，可獨立控制夾緊和松開，保證作業可靠性的同時又提高檢修的安全性。張緊裝置采用垂直張緊，鏈輪軸上安裝有編碼器和里程計，編碼器用于測量連續管起下速度和深度，里程計可直觀記錄注入頭運行的總行程。為了延長注入頭鏈條、軸承、鏈輪和連續管的使用壽命，注入頭設計有壓力噴射潤滑系統，可在控制室進行遠程控制［3］。

3.2操作橇

操作橇采用框架式結構設計，主要用于安裝控制室、軟管滾筒、和工具箱等部件。現場作業時，操作橇放置于主車駕駛室和滾筒之間。為了保證作業時操作橇的安裝穩定性和安全性，橇體上設計了6個支腿用于支撐橇體，通過液壓缸驅動支腿伸縮，從而實現操作橇的升降。操作橇支腿直接作用在地面上，可根據實際情況調整橇體的安裝位置和高度，這樣既保證作業時控制室、滾筒和井口三點一線，便于觀察滾筒和注入頭情況，同時操作人員視線也可調節。安裝操作橇時，只連接液壓缸動力管線進行橇體的起升，操作橇安裝固定好后再連接其他液壓控制管線，提高了安裝作業安全性。

3.3連續管滾筒

連續管滾筒為下沉式橇裝結構，采用集裝箱鎖座固定方式主安裝在主車上，主要組成與常規連續管作業機滾筒相同，均由筒體、底座、動力系統、排管系統、潤滑系統和管匯組成。大容滾筒設計的關鍵是主軸的載荷分布和強度、筒體的強度和剛度的計算分析，設計時利用Solid Works三維建模軟件、ANSYS力學分析軟件進行了詳細的分析和計算，并與實際加工工藝和制造經驗結合，在保證滾筒強度、剛度和性能的基礎上，又減輕了滾筒的整體質量。同時，為了解決滾筒和注入頭同步不易控制的問題，驅動液路取消了滾筒比例控制換向閥和馬達平衡閥，實現了滾筒隨動控制的功能，消除了因滾筒與注入頭運行不同步造成的安全隱患。

排管系統是滾筒的重要組成部分，直接影響到連續管纏繞的整齊行和安全性，設計的排管器采用液壓遠程控制方式，在操作室里既可自動排管，也可手動強制排管，自動與手動轉換通過液壓離合器實現。并通過液壓缸來調整排管器支臂仰角，以適應不同井口高度和滾筒上不同層數連續管的排放。排管器上設計有可調節計數器，可適用不同規格尺寸的連續管，而且預留電子編碼器安裝接口，可與機械計數器同時記錄深度，提高計數精度。潤滑系統采用可翻轉式壓盒結構，壓盒內安裝有泡沫和尼龍擋板，可通過操作室里的氣動閥進行遠程控制，操作方便［4-5］。

4　現場應用

LG450／50型深井連續管作業機經過整機室內試驗和井場試驗后，于2014-11-15正式投入現場應用。在四川威遠頁巖氣區塊累次施工15井次，最大作業井深5 000 m，平均作業井深4 800 m，主要作業工藝是測井、通井和射孔。根據現場使用情況，整機采用車橇復合式結構，不僅增大了連續管滾筒容量，還解決了整機運輸超載問題。LG450／50型深井連續油管作業車的主要性能參數達到設計目標，適用作業范圍廣，不僅能滿足連續管深井作業工藝需求，還能促進國內深井油氣資源開發和連續管深井作業工藝的發展，具有良好的應用前景。

5　結論

1） 研制了LG450／50型連續管作業機，車輛底盤的越野能力強，動力大，適用于偏遠地區重載運輸條件。滾筒的容量大，適用于深井作業。

2） 整機的操作系統集中控制，模塊化程度高。自主研發的數據采集系統運行平穩，靈敏度高。

3） 橇體的作業安裝方式符合連續管作業操作規范和操作習慣。

4） 注入頭低速穩定性好，下入速度可控制在0.1 m／min以內，滿足鉆磨等工藝要求。滾筒與注入頭采用隨動控制設計，作業安全性能優越。整機運行平穩，安全可靠。

［1］賀會群.連續油管技術與裝備發展綜述［J］.石油機械，2006，34（1）：1-6.2005，34（5）：34-36.

［3］賀會群，熊革，李梅，等.LZ580-73T連續管鉆機的研制［J］.石油機械，2012，40（11）：1-5.

［4］孫曉明，張保弟，李德清，等.LGC230型連續油管作業車研制［J］.石油礦場機械，2010，39（8）：23-27.

［5］肖建秋，張燕萍，馬青芳，等.連續管測井機滾筒總成結構設計［J］.石油礦場機械，2009，38（9）：55-58.

Research and Development of LG450／50 Coiled Tubing Unit for Deep Well

WU Dafei1，ZHANG Shibin1，YANG Zhimin1，ZHU Zaisi1，ZHANG Sanpo1，HUANG Liang2
（1．JMRI，Drilling Research Institute，CNPC，Jingzhou 434000，China；2．Bohai Petroleum Equipment Manufacture Co．，Ltd．，Tianjin 300457，China）

In order to meet the technical requirement of well logging，acid fracturing，bridge plug milling，perforation in deep wells，and the domestic shale gas exploration，and to improve the tech-nical level of coiled tubing operation in deep wells，the LG450／50 Coiled Tubing Unit were re-searched and developed，which is qualified in deep well operation.The LG450／50 CTU consists of a main unit and a secondary unit.It is equipped with an independent operating skid，a powerful in-jector（maximum lifting force 450 k N），a large capacity coiled tubing reel and the data acquisition system developed independently.Great off-road performance，highly integrated operation system，large capacity reel，strong lifting force injector，safe and reliable operation are the remarkable ad-vantages of this LG450／50 CTU.The practical application has proved that this LG450／50 CTU is able to satisfy the coiled tubing operation requirement in deep well，with the safe and smooth op-eration performance.

deep well；coiled tubing unit；development

TE935

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2015.11.010

1001-3482（2015）11-0041-04

2015-05-05

中國石油集團科學研究與技術開發項目“連續管作業技術推廣專項”（2011B-1711）

吳大飛（1983），男，江西上饒人，碩士，2013年畢業于長江大學機械工程專業，現從事連續管設備的生產研究工作，E-mail：290039272＠qq.com。