新型帶壓作業修井機研制

苗治軍　仝兆盤　王群章　范悅栓　劉延峰　李田剛　李湛

摘 要：為解決國內帶壓作業設備存在的性能缺陷，研制開發出一種效率高、作業成本低、作業安全性高的帶壓作業修井機。其采用自走式底盤，具有快速移運的特性；提升下壓系統的特殊設計；密封裝置和夾持裝置組合式設計，安全性高。全液壓控制系統，能夠降低勞動強度，且具有升級為PLC智能一體化控制能力，最大限度地實現帶壓作業控制的自動化。

關鍵詞：帶壓作業；下壓；全液壓

中圖分類號：TE921 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）06-0067-03

Development of New Workbench with Pressure Work

Miao Zhijun1 Tong Zhaopan1 Wang Qunzhang2 Fan Yueshuan1 Liu Yanfeng1 Li Tiangang1 Li Zhan1

（1.RG Petro-Machinery Group Co.， Ltd.，Nanyang Henan 473006；

2.Sinopec Henan Oilfield Branch Oil Production Factory，Nanyang Henan 473132）

Abstract： To ravel out the shortage of the snubbing unit which made in China， now research and produce a new kind of snubbing service rig， which has advantage of high efficiency， low service cost and high service safety. Adopts quick- travelling self-propelled carrier； the special designed pulling & snubbing system， has longer stroke and higher efficiency； the combined design of sealing and retain equipment， improve its reliability； the all-hydraulic control system， can reduce working force， be control by PLC ， and realize automated control greatly.

Keywords： snubbing operation；snubbing；all-hydraulic control

在石油修井工藝中，帶壓修井作業是在不釋放井筒壓力的情況下，打開井口，對油、水、氣井進行維修的一種作業方式。與常規的石油修井工藝相比，帶壓修井作業減少了壓井作業過程，具有高效、低耗、低排放特點。

在國外，目前，帶壓修井作業工藝已處于很高水平，帶壓修井作業技術已廣泛應用。國外的帶壓修井作業設備的制造開始于20世紀30年代初，設備的安全性、可靠性及自動化程度日益提高，在陸上和海洋平臺應用越來越廣泛[1]。

我國在20世紀末引入了帶壓作業技術，本世紀開始在多個油田探索應用，現已發展成為一項成熟技術、常規技術，在生產實踐中的作用日漸顯現。目前，國內可以自主研發制造不壓井修井設備的廠家已有許多，但與國外設備相比，國內設備普遍存在作業范圍窄、作業成本高、作業效率低、作業安全性低等缺陷。

帶壓修井作業具有危險性，和一般的修井作業相比，帶壓修井作業安全風險較大，對設備的安全性、可靠性、適用性、先進性、經濟性有更高要求，亟需開發一種新型帶壓作業修井設備。

1 總體設計簡介

帶壓作業修井機的設計、制造依據“性能先進、工作可靠、運移方便、運行經濟、滿足HSE”的原則進行設計，并采用具有國內外先進水平、經實踐證明可靠的技術與設備。

1.1 總體設計方案

帶壓作業修井機所有設備均安裝在8×8運載車底盤上，運載車底盤能夠自行行駛，可快速就位以及搬家。整機由行走系統、動力系統、井控及夾持系統、起升下壓系統、控制系統等組成。起升下壓系統為油缸和滑輪繩系結構，各部件通過倍增繩系串聯，集成安裝在旋轉臺上。控制系統采用全液壓控制，并預留PLC控制接口，具備進一步智能化控制潛力。

帶壓作業修井機在作業時，利用底盤上的調平千斤支起一定高度，并將底盤調平，配合作業平臺工作。底盤車上安裝1臺油發動機和1臺傳動箱為運載車提供動力，實現運載車行駛。載車臺面安裝3臺電機油泵，1臺37kW，2臺15kW作為帶壓作業修井機的動力源。電機油泵外接井場或發電機組的交流電380V/50Hz，通過液壓系統、液壓油缸、控制閥件等來實現修井時設備的動力傳動控制[2]。帶壓作業修井機各部件示意圖如圖1所示。

1.2 主要技術參數簡介

根據修井工藝要求，確定修井機的主要技術參數如下：裝機功率，37kW+15kW+15kW（修井作業功率）；最大提升載荷，800kN；提升速度，1m/s；最大下壓載荷，200kN；下壓速度，0.4m/s；提升行程，16m；動密封工作壓力，14MPa；靜密封工作壓力，21MPa；電源，動力380V/50Hz，照明220V/50Hz。

2 關鍵技術的研究

2.1 運載車設計

運載車采用8×8自制運載車底盤，底盤前橋為轉向驅動橋，安裝單胎，選用鋼板懸掛；底盤的后橋輪胎選用雙胎，采用半剛性平衡懸掛，具有結構簡單、維修方便特點。前后橋制動采用獨立制動氣源，并就近安裝在前后橋的合適位置，當一個氣包及附屬管路漏氣時，其它氣包的氣壓不降，從而確保剎車安全，配備作為輔助剎車的下坡減速器，保證車輛下長坡時的安全。運載車的動力采用滿足國Ⅳ排放的要求的發動機，主要技術參數如下：驅動型式，8×8；軸距，1 350mm/4 300mm/1 350mm；輪距，前二橋2 170mm，后二橋1 808mm；最小離地間隙，311mm；最小轉彎半徑，12m；接近角/離去角，24°/16°；限制車速，45km/h；制動距離（時速30km/h）， ≤15m。

2.2 提升下壓系統

提升下壓系統由提升液缸、反加壓液缸、滑輪、繩系構成，各部件通過倍增繩系串聯，集成安裝在旋轉作業平臺上；采用的多倍增程繩系結構，使游車行程4倍于主液缸行程，最大行程16m，滿足一次提升整根油管和井內工具要求；提升油缸采用5速設計，通過不同油口的進、排油組合，可得到5個不同的提升速度，對應修井機的5個檔位，滿足不同載荷和不同提升速度組合要求，提高了設備作業的經濟性和效率。提升下壓系統結構示意圖如圖2所示，提升油缸結構示意圖如圖3所示。

2.3 夾持裝置和井口密封裝置

夾持系統由下卡瓦、上卡瓦、游動卡瓦組成，實現對井口管柱的夾持。游動滑車除可以懸掛吊環和井口工具外，還內置了液壓卡瓦，可以夾持油管，實現下壓功能。

井口密封固定裝置由全封、剪切、下半封、環形、上半封防噴器組成，具有平衡和泄壓的作用。工作時，井口密封固定裝置裝于井口上，當進行提升油管柱作業并且油管柱受到的舉升力比較大時；或者在進行下壓油管柱作業時，開啟反加壓油缸，反加壓油缸的行程經增距滑輪組的放大，并在井口密封固定裝置的配合下，從而有效地控制油管柱的上行/下放速度，可使較長的油管柱一次起出或壓入，大大提高了工作效率，并且操作方便、安全可靠性強。井口密封和夾持裝置示意圖如圖4所示，游車圖如圖5所示。

主要技術參數：通徑，186mm；工作壓力，21MPa。

2.4 控制系統

整個修井機的控制系統為全液壓控制，提升下壓系統、井口密封裝置、井口夾持裝置的工作均通過液壓油缸、控制閥件等來實現。該系統能夠有效降低勞動強度，提高修井作業效率，并能夠進一步實現PLC智能一體化控制，最大限度地實現作業控制自動化，減少人工操作，節約人力成本。液壓控制原理圖如圖6所示。

3 現場應用

目前，我國已完成了帶壓作業修井機的設計、制造工作，并已完成兩口井的現場工業性試驗。作業主要有如下特點：①安裝拆卸工作量小，運輸方便快捷，與同規格常規修井機相比轉場以及就位時間減少約一半；②無需吊車等輔助設備，即能夠獨立完成修井作業，一次行程即可提起或壓入一整根油管柱，起升速度快，作業效率高；③全部運轉時最大耗能約67kW/h，與同規格常規修井機相比總功率減少了約2/3，節能效果明顯，還可直接利用油田工業電網的供電系統，實現電驅動、耗電少，進一步節約了作業成本；④司鉆操作環境大大改善，勞動強度降低，污染小，更符合HSE要求，受到了油田用戶的好評。

參考文獻：

[1]黃小兵，劉清友，王德玉.淺析我國不壓井裝備的現狀及發展趨[J].石油礦場機械，2004（S1）：19-21.

[2]王方飛，李金祥，何應春.液壓不壓井修井機的現狀及發展趨勢[J].石油機械，1997（5）：49-51.