液壓鉆桿盒的研制

王鑫

摘 要：針對鉆井現(xiàn)場工作人員移運(yùn)鉆桿至貓道勞動強(qiáng)度大和危險性高的作業(yè)問題，研制了滿足道路運(yùn)輸，占地面積小，造價低的液壓鉆桿盒。液壓鉆桿盒分內(nèi)、外二盒體。內(nèi)盒多層地存放鉆桿，外盒為承重和控制的載體，油缸拉動鋼絲繩，通過滾輪逐一平穩(wěn)地控制每層鉆桿的排出和入進(jìn)。這就提高了工作效率，節(jié)省了勞動強(qiáng)度，降低了風(fēng)險。實驗和使用結(jié)果表明，該套設(shè)備的布置方式合理，移運(yùn)方便，適合現(xiàn)場作業(yè)，各項性能指標(biāo)符合設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：鉆桿自動操作系統(tǒng)；工作效率；液壓驅(qū)動；安全性

1 課題的研究意義

進(jìn)行鉆桿自動化操作系統(tǒng)設(shè)計研究的意義，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。①提高作業(yè)安全性。傳統(tǒng)的鉆桿上貓道作業(yè)，工作人員將擺在排管架上鉆桿逐一排到貓道上，還需要將鉆桿上、卸扣，這需要很大的勞動強(qiáng)度。同時還要面臨與鉆臺工作人員交流困難、工作環(huán)境更為惡劣等不利因素。這是鉆井作業(yè)中最危險的工作之一，工作時稍有不慎就可能會出現(xiàn)被鉆桿碰傷，甚至?xí)呢埖郎系洹＿M(jìn)行鉆桿排放作業(yè)的工作人員也非常危險。根據(jù)英國1998年的一次調(diào)查，鉆桿操作（包括起鉆、下鉆、鉆桿排放以及上卸扣操作）所引發(fā)的事故，占全部鉆井事故的77%，如圖1所示。②降低作業(yè)成本。根據(jù)以往調(diào)查顯示，用于鉆桿操作的時間約占全部鉆井時間的30%左右，具有很大的提升空間，因此，鉆桿操作效率的提高對于降低鉆井作業(yè)的費(fèi)用意義重大。

除了以上二點(diǎn)，采用自動化鉆桿操作系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工方式進(jìn)行鉆桿處理，也是世界工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

隨著自動化技術(shù)水平的提高，我國石油鉆機(jī)配套的主體設(shè)備機(jī)械化、自動化程度有一定程度的提高。相對而言，我國對鉆機(jī)外圍配套設(shè)備的機(jī)械化、自動化研究和投入明顯不足[3]。鉆桿自動操作系統(tǒng)在改善工人勞動條件和提高鉆井作業(yè)效率方面有著明顯的優(yōu)勢。尤其對于作業(yè)成本高、作業(yè)環(huán)境惡劣的深水鉆井平臺而言，鉆桿自動操作系統(tǒng)是自動化鉆井系統(tǒng)的重要組成部分。本文針對鉆井現(xiàn)場工作人員移運(yùn)鉆桿至貓道勞動強(qiáng)度大和危險性高的作業(yè)問題，設(shè)計了一種可以完成水平鉆桿排放、傳送操作的全自動化鉆桿操作系統(tǒng)。第四石油機(jī)械廠于2013年開始設(shè)計并制造了滿足水平鉆桿操作系統(tǒng)要求高效率、自動化的鉆桿盒，作為供大慶井下作業(yè)公司的550修井機(jī)、650修井機(jī)的配套設(shè)備使用。

2 技術(shù)分析

為了改變傳統(tǒng)的鉆桿操作方式，提高工作的安全性和效率，降低工人的勞動強(qiáng)度，需解決水平鉆桿操作自動化問題。要想解決問題，設(shè)計了液壓鉆桿盒將鉆桿容納進(jìn)來，逐層分布，增加了外盒體、過輪和導(dǎo)向輪，液壓油缸有序控制盒體，鉆桿實現(xiàn)了逐層排出和入進(jìn)。

2.1 工作原理 鉆桿的排出：由單獨(dú)的液壓系統(tǒng)控制兩個油缸的伸縮，鋼絲繩通過滾輪總成裝置拉起內(nèi)盒和所有鉆桿。隨著油缸的收縮，第一層鉆桿逐漸地被拉起。當(dāng)?shù)谝粚幼髠?cè)的鉆桿最低點(diǎn)升高到盒體邊梁時，右側(cè)的油缸繼續(xù)收縮，整個上升體慢慢地傾斜，當(dāng)達(dá)到一定的角度，整層鉆桿出盒，排到排放桿上，油缸停止工作。第一排鉆桿出盒后，兩側(cè)的鉆桿繼續(xù)工作。如果第二層鉆桿滿足條件了，可以繼續(xù)排出盒了。剩余鉆桿可以重復(fù)上述操作，直至排完鉆桿為止。

鉆桿的入進(jìn)：排管架上的油缸推動一排鉆桿進(jìn)盒時，鉆桿盒的內(nèi)盒在自身油缸帶動下升起并傾斜一定角度，底層鉆桿進(jìn)盒后，油缸帶動內(nèi)盒降落，反復(fù)上述操作，直至最上層鉆桿排滿為止。

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 液壓鉆桿盒主要由外盒、內(nèi)盒、液壓缸、排放桿組成。另外增加了定位滾輪和導(dǎo)向滾輪及液壓控制閥。定位滾輪、導(dǎo)向滾輪和一組排放桿連接成一個控制單元，油缸和控制它的控制單元及其他結(jié)構(gòu)相連成一整體。

外盒下端焊有導(dǎo)軌，方便運(yùn)輸和現(xiàn)場定位，結(jié)構(gòu)滿足現(xiàn)場需求。不需要擔(dān)心潤滑，結(jié)構(gòu)疲勞問題。運(yùn)輸時可以帶鉆桿整體移運(yùn)，不需要拆裝。工作人員在現(xiàn)場控制油缸操作箱時，可以直觀見到內(nèi)盒的工作情況，方便及時調(diào)節(jié)油缸的伸縮。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

①鉆桿成排整齊排在每層管盒，可以一次性運(yùn)輸，不須要再次拆卸和安裝。

②控制液壓油缸帶動鋼絲繩，通過滾輪將盒體有方向性的帶起，每層鉆桿整齊有序地排在排管架上，省時還降低勞動效率，而且控制為全液壓式。

③現(xiàn)場安裝時對正方便、裝配簡化，維修方便。減少了不少工時，也提高了管盒的使用壽命。

4 試驗情況

2014年4月，在第四機(jī)械廠的西廠區(qū)試驗場地內(nèi)，對液壓鉆桿盒進(jìn)行了調(diào)試試驗，包括油缸帶動內(nèi)盒起升，鉆桿的排除和入進(jìn)。現(xiàn)場進(jìn)行了力學(xué)分析，設(shè)備設(shè)計合理可靠，完全可以滿足用戶要求。

試驗結(jié)束后，所取得的各項數(shù)據(jù)都在預(yù)期設(shè)計的范圍之內(nèi)。2014年5月，該設(shè)備已經(jīng)發(fā)運(yùn)至大慶油田井下作業(yè)公司做工業(yè)試，用戶反映使用效果良好。后期又增加訂貨近十套配套在5000型、7000型動力貓道上；設(shè)備操作正常，執(zhí)行結(jié)構(gòu)安全平穩(wěn)。尤其配套在7000型動力貓道上得到了德國客戶的認(rèn)可。

5 結(jié)論

①盒體和鉆桿運(yùn)輸平穩(wěn)，運(yùn)輸效率高，安全性強(qiáng)。②設(shè)備容量大，造價低，工作效率高，降低勞動強(qiáng)度。③盒體的升降方向性可調(diào)，結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進(jìn)，自動化程度高，性能優(yōu)越，操作靈活，具有很好的推廣應(yīng)用前景。④盒體可以容納各種型號的鉆桿，適合各種型號的鉆機(jī)、修井機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉文慶，崔學(xué)政，張富強(qiáng).鉆桿自動排放系統(tǒng)的發(fā)展及典型結(jié)構(gòu)【J】.石油礦場機(jī)械，2007，36（11）：74-77.

[2]唐志軍，梁希魁.勝利油田淺海優(yōu)快鉆井技術(shù)探討【J】.石油鉆探技術(shù)，1995，27（5）：32-33.