LG380Q連續管作業橇組的開發

郭 峰

（中石化石油工程機械有限公司第四機械廠，湖北 荊州434024）

LG380Q連續管作業橇組的開發

郭 峰

（中石化石油工程機械有限公司第四機械廠，湖北 荊州434024）

為了滿足不同油田油氣開采需求，進一步降低作業成本，研制了LG380Q連續管作業橇組。該橇組采用油管滾筒分體式設計，能夠適應陸地與海洋平臺的作業工況，通過各模塊間液壓管線對注入頭、油管滾筒及防噴系統等進行控制，實現連續管在井內的起下作業。對LG380Q連續管作業橇組進行了型式試驗及現場應用，結果表明，橇組各項指標達到設計要求，運行穩定，性能可靠，拓展了連續管作業設備的使用范圍。

連續管；作業橇；分體設計；海洋平臺

Abstract:In order to meet oil and gas production requirements and reduce the cost further，the LG380Q coiled tubing skid-mounted unit was developed.The skid-mounted unit adopted tubing roller split type design，can adapt to the operating mode of land and ocean platform.It controlled injection head，tubing roller and spray system through hydraulic pipeline between each module，to achieve coiled tubing roundtrip in the well.Field test and application results showed that the indicators of skid-mounted unit all meet the design requirements，stable operation，reliable performance，expand the useable range of the coiled tubing operation equipment.

Key words:coiled tubing；skid-mounted unit；split type design；ocean platform

近年來，連續管技術日漸成熟，并已廣泛應用于注氮排液、沖砂洗井、鉆磨銑、擠注水泥、拖動布酸、鉆井[1]、射孔、壓裂[2]、沖砂等作業領域，在頁巖氣、煤層氣開發中發揮著重要作用。通常，連續油管設備分為車載式[3-5]、拖掛式以及橇裝式3種形式。車載式與拖掛式移運性能好，能適應陸地作業。但是車載底盤及拖掛底盤由于價格昂貴，無形中增加了設備成本，給用戶增加了購置預算。同時，車載式與拖掛式設備不能適應海洋平臺狹小的作業空間。為此，在現有車載式連續油管設備及拖掛式連續油管設備技術的基礎上，經過充分的市場和技術調研，研發了LG380Q連續管作業橇組。該設備既能降低設備成本，又能適應陸地與海洋平臺的作業工況。

1 總體設計方案

1.1 結構組成

LG380Q連續管作業橇組由動力橇、控制橇、油管滾筒橇、井口裝置橇組成，總體結構如圖1所示。該設備可用于陸地和海上石油鉆井平臺及生產平臺。控制橇由橇架、控制室、控制系統及液壓控制軟管滾筒等組成；動力橇由橇架、發動機、分動箱、液壓泵組及液壓動力軟管滾筒等組成；油管滾筒橇由橇架、連續管滾筒、排管系統、連續管及高壓管匯等組成；井口裝置橇由橇架、注入頭、鵝頸管、防噴器和防噴盒等組成。

圖1 LG380Q連續管作業橇組

1.2 工作原理

LG380Q連續管作業橇組采用液壓驅動。發動機通過分動箱驅動3個液壓泵，并通過各個模塊之間快速連接液壓管線向注入頭、油管滾筒及防噴系統等提供動力與控制，實現連續管在井內的起下作業。主要技術參數見表1。

表1 LG380Q連續管作業撬組主要技術參數

1.3 技術特點

（1）基于DNV2.7.1標準對各個橇進行了模塊化設計，每個模塊質量小，滿足整體吊裝要求。

（2）控制橇可以安裝在動力橇上，既節省平臺空間，又滿足作業升高擴大視野的要求。

（3）油管滾筒橇采用分體設計，滾筒筒芯可以快速從橇體中分離，安裝簡單可靠。既減輕吊裝質量，又滿足不同連續管滾筒的快速更換。

（4）注入頭采用自動剎車技術，設備安全可靠性高。

（5）控制系統和數據采集系統能夠實現整個模塊的控制、監控、報警、數據采集與處理及故障診斷等功能，使設備作業更加穩定和安全。

（6）可以根據用戶要求對控制橇及動力橇進行防爆設計，以滿足ZONEⅡ防爆要求。

2 主要部件結構與特點

2.1 動力橇

動力橇作為獨立的模塊，為控制橇、油管滾筒橇、注入頭以及防噴系統提供動力。主要包括發動機、分動箱、液壓泵、燃油箱、液壓油箱、蓄能器、液壓油散熱器以及液壓閥件等。分動箱安裝于發動機飛輪殼上，驅動3套液壓泵工作。一套是注入頭動力系統，采用閉式液壓系統，一臺變量柱塞泵帶動注入頭上的2臺變量柱塞馬達工作；一套是滾筒驅動系統，采用開式液壓系統，一臺葉片泵驅動滾筒馬達工作；一套是綜合液壓系統，采用開式液壓系統，用于驅動液壓軟管滾筒、滾筒排管控制、油缸伸縮、注入頭控制、蓄能器壓力控制以及防噴器控制等。

2.2 油管滾筒橇

油管滾筒橇是連續油管的儲運設備，用以均勻地纏繞連續油管。主要由滾筒座、滾筒體、高壓管匯、排管系統、驅動系統和潤滑系統等組成，如圖2所示。滾筒采用液壓驅動形式，驅動滾筒正反轉，使連續油管起、下時在油管上保持一定的拉力[6-8]，并將其緊繞在滾筒上。

圖2 油管滾筒橇結構

由圖2可以看出，油管滾筒橇整體結構緊湊，安全裝置可靠，運移性好。配備自動及手動排管裝置，排管互不干涉；配備高壓內、外注入管匯系統，便于外部液體循環；配備機械和電子計數裝置，適用不同管徑作業，可以對油管深度及下入速度進行統計；滾筒采用鏈條棘輪式固定裝置，保證行車安全；油管潤滑為毛氈結構，涂抹式潤滑均勻。

2.3 控制橇

控制橇主要由控制室、防噴器控制軟管滾筒、注入頭控制軟管滾筒、操控系統及數據采集系統等模塊組成。作業時控制橇可放置于動力橇上，通過集裝箱角件形式進行連接，讓操作者獲得更開闊的視野，便于監控作業過程。動力橇上配備有安全登梯，方便操作者進入控制橇。

控制室采用強化結構設計，可根據作業要求升降，內部控制面板安裝有全部操作閥件，便于操作整臺設備。數據采集系統能對油管深度、起下油管速度、油管質量、循環壓力、井口壓力、注入瞬時排量、累積注入量等數據進行采集、顯示和儲存。連續油管模擬分析軟件可進行疲勞壽命模擬與跟蹤、油管受力和作業條件極限模擬、水力學模擬等。

2.4 井口裝置橇

井口裝置橇主要由注入頭、鵝頸管、防噴器、防噴盒、防噴管、長支腿、短支腿、底座、框架等組成，如圖3所示。

圖3 井口布置示意圖

作業時依次將鵝頸管、注入頭、防噴盒、防噴管、防噴器安裝于井口，鵝頸管用于將連續油管導入注入頭及支撐連續油管。鵝頸管通過銷軸安裝于注入頭頂部，其安裝座可根據油管直徑進行調節，以保證油管進入鏈條的中心。注入頭主要包括驅動系統、夾緊系統、張緊系統以及負荷測量系統。驅動系統為注入頭提供動力，夾緊系統為油管起下提供夾持力，張緊系統保持鏈條張緊度，負荷測量系統用于顯示作業時油管負載值。防噴盒是動密封裝置，能保證在井口帶壓起下連續油管，不導致井漏。采用銷軸固定在注入頭底部連接盤，并盡可能地靠近鏈條以減少油管彎曲。防噴管用于容納井下工具，并且在帶壓條件下允許井下工具進出井筒。防噴器是液壓操作的四閘板裝置，必要時也可用手動關閉，主要用于密封井口及懸掛連續油管等。

2.5 液壓系統

整個橇組的液壓系統主要包括注入頭控制系統、油管滾筒控制系統和綜合控制系統[9-10]。注入頭控制系統由液控變量柱塞泵與變量馬達組成閉式回路，能夠實現馬達無級調速。采用的平衡閥技術在此系統中起保護液壓馬達以及緩沖載荷的作用，可以很好地解決注入頭失控問題。注入頭自動剎車系統具有制動力矩大、響應速度快、使用壽命長、免維護等特點，保證作業安全。油管滾筒控制系統由定量葉片泵與定量馬達組成開式回路，其液壓動力使連續管在滾筒和注入頭之間提供恒定的拉力，并實現滾筒和注入頭的協同。綜合控制系統由帶壓力補償的變量柱塞泵驅動防噴器、防噴盒、排管器、操作室、軟管滾筒等組成，通過流量控制閥來分別控制各個執行元件，并配備儲能器，確保注入頭夾緊系統及防噴系統等在作業過程中保持壓力穩定。另外，配備手油泵保證在緊急情況下為注入頭夾緊系統及防噴系統等提供控制動力。

2.6 氣路系統

氣路系統氣源來自發動機儲氣罐或氣源房，通過氣路分配器將氣體分配到各個執行元件。氣路系統壓力穩定在0.65～0.8 MPa，共分為6路。第一路接操作室儀表板上的氣壓表；第二路接注入頭鏈條潤滑罐氣動泵；第三路接油管滾筒潤滑罐；第四路接防噴盒氣壓調節閥；第五路接氣控閥，當操作室起升后控制氣缸以支撐操作室；第六路接液壓系統緊急手油泵，為注入頭夾緊系統及防噴系統等提供緊急動力。

2.7 潤滑系統

潤滑系統由注入頭潤滑系統和油管潤滑系統組成。這兩個系統都采用氣頂油方式，由壓縮空氣驅動潤滑罐內的潤滑油，經過噴油管線對注入頭鏈條、鏈輪以及連續油管等進行潤滑。工作時，由安裝在操作室儀表板上的開關進行開啟并由潤滑罐下的流量閥進行流量調節。

2.8 電路系統

電路系統由電源系統、主控箱控制系統、發動機控制系統和照明系統組成。主控箱控制系統為連續油管橇各系統實現集中控制和監控；電源系統向連續油管橇主控箱控制系統、發動機控制系統、數據采集系統等提供電能；發動機控制系統主要實現發動機啟動、停機、緊急熄火、油門等；照明系統主要為操作室橇和動力橇照明。

3 型式試驗與應用

LG380Q連續管作業橇組進行了嚴格的型式試驗。試驗內容包括:①注入頭負載提升與空載跑合試驗；②防噴系統壓力與密封測試；③防噴盒保壓試驗與注入頭張緊系統、夾緊系統保壓試驗；④滾筒吊裝與纏管試驗；⑤整機聯調性能測試。測試結果表明，橇組各項指標均達到設計要求。

該橇組在國外某油田進行了注氮氣舉、酸化壓裂、沖砂洗井和解堵等作業，機組運行穩定，性能可靠，使用效果良好，滿足陸地與海洋平臺的使用要求。

4 結 論

（1）LG380Q連續管作業橇組采用油管滾筒分體式設計，滿足海洋平臺吊裝要求和安全性。

（2）通過型式試驗及現場應用，該橇組結構布局合理，各模塊匹配性良好，質量可靠,達到了最初的研發目的。

（3）該橇組的成功開發降低了各油田作業成本，拓展了連續管的使用范圍，提高了連續管在海洋平臺應用的安全性和作業效率，經濟效益十分明顯,值得推廣和應用。

[1]歐陽賽賽，葛云華，王蘇為，等.連續管鉆井減阻技術發展[J].石油礦場機械，2016（10）：11-15.

[2]王鵬，王思淇，張倩.連續管水力噴射壓裂管柱力學分析及現場應用[J].石油機械，2016，44（9）：98-103.

[3]楊志敏，劉鑫，潘年明，等.LG450/50-6500車載式連續管作業機[J].石油機械，2016，44（9）：87-89.

[4]郭峰.LG380/60連續管作業機的研制[J].焊管，2015，38（7）：30-33.

[5]張富強，劉菲，楊志敏，等.車裝式大容量連續管作業機的研制[J].石油機械，2015，43（9）：98-101.

[6]馬衛國，黃林華，段凱，等.連續油管作業過程中的張力與控制[J].石油機械，2016，16（24）：177-223.

[7]段凱.纏繞在滾筒上的連續油管的張力模式及其控制系統研究[D].湖北：長江大學，2016.

[8]張延忠.連續油管作業機注入與滾筒同步控制系統研究[J].設備管理與維修，2015（10）：62.

[9]孫仁俊，張保弟.連續油管作業機液氣系統設計[J].液壓與氣動，2013（6）：79-80.

[10]張建慶.連續油管作業機注入頭與滾筒協同動作液壓方案與分析[J].液壓與氣動，2011（1）：73-75.

Development of LG380Q Skid-mounted Coiled Tubing Unit

GUO Feng
（Sinopec Petroleum Engineering Machinery Co.，Ltd.，Jingzhou 434024，Hubei，China）

TE933.8

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.04.006

2017-01-09

編輯：李 超

郭 峰（1982—），男，湖北仙桃人，碩士，工程師，2010年畢業于西南石油大學機械電子工程專業，現主要從事連續管作業機的研發工作。