LXGFC40型連續(xù)管作業(yè)機(jī)的改進(jìn)

劉欽祥

（南陽二機(jī)石油裝備集團(tuán)股份有限公司，河南南陽473006）

0 引言

車載連續(xù)管作業(yè)設(shè)備是油氣田勘探開發(fā)過程中的重要設(shè)備，深入石油天然氣勘探、鉆井、修井以及運(yùn)輸?shù)确矫妫诳碧健㈤_發(fā)、油井增產(chǎn)和現(xiàn)場服務(wù)等領(lǐng)域發(fā)揮積極作用，是油氣田領(lǐng)域降低生產(chǎn)成本、減小勞動強(qiáng)度、提高油氣產(chǎn)量的關(guān)鍵設(shè)備。隨著油價的低位振蕩，開發(fā)商千方百計(jì)降低鉆井成本，與常規(guī)的轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)鉆井作業(yè)相比，連續(xù)管鉆井技術(shù)有其獨(dú)有的作業(yè)優(yōu)勢：1）不需要接單根，避免卡鉆事故的發(fā)生，減少鉆井液對地層的污染[1-3]；2）結(jié)構(gòu)緊湊，適合快速移運(yùn)；3）不需要壓井作業(yè)；4)適合高溫高壓井、水平井等復(fù)雜井，對復(fù)雜井有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會價值[4-5]。

南陽二機(jī)生產(chǎn)的LXGFC40連續(xù)管作業(yè)機(jī),在一定程度上解決了連續(xù)管作業(yè)設(shè)備對井口需要吊車、位移調(diào)節(jié)范圍小、運(yùn)輸不便、費(fèi)用較高等缺點(diǎn)，在國內(nèi)某油田現(xiàn)場調(diào)試使用過程中，這種作業(yè)設(shè)備暴露出如下幾個缺點(diǎn)：1）二類車底盤長度、寬度、運(yùn)輸和承載力等諸多受限，致使井架高度、寬度受限；因注入頭中心偏移原因，在隨井架起升過程中與井架距離太近難以控制，需要幾人用繩子保持平衡，尤其大風(fēng)天氣對工人的體力是個不小的挑戰(zhàn)[6]；2）這種作業(yè)設(shè)備在作業(yè)時只能與連續(xù)管滾筒呈一字型排列，占地面積要求大，增大施工成本，對于一些井場面積不規(guī)則的作業(yè)區(qū)域難以施工；3）常規(guī)液壓小絞車由于井架天車的移動、鋼絲繩的纏繞角度等問題，導(dǎo)致小絞車容易出現(xiàn)亂繩問題，且液壓小絞車液壓鎖存在工作時間長易泄壓現(xiàn)象，這對安全施工是個巨大安全隱患，液壓小絞車本身沒有剎車裝置，在進(jìn)行注入頭起降作業(yè)時難以有效控制高度；4）液壓系統(tǒng)只能滿足液壓支腿、液壓小絞車和起升缸使用要求，注入頭要單獨(dú)使用液壓系統(tǒng)，即作業(yè)過程需要兩種液壓源；5）注入頭吊裝不合理，重心不在幾何中心，致使在吊裝過程中容易偏轉(zhuǎn)，很難控制吊裝位置。

針對上述問題，南陽二機(jī)集團(tuán)對LXGFC40連續(xù)管作業(yè)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，具體如下：在滿足3C認(rèn)證的前提下，使用自制底盤，優(yōu)化井架和天車結(jié)構(gòu)，增大連續(xù)管作業(yè)設(shè)備的使用區(qū)域范圍；使用的新型氣動絞車自帶里巴斯繩槽，優(yōu)化氣動絞車的安裝角度，實(shí)現(xiàn)天車移動工況下絞車不亂繩，氣動絞車的帶式剎車結(jié)構(gòu)避免液壓泄漏造成的安全隱患，消除危險源；滿足安全生產(chǎn)需要。改進(jìn)后的型號定為LXGFC40B。

1 技術(shù)改進(jìn)

1）自制底盤。采用XD40/8×8運(yùn)載車（自制車架）替代二類底盤加副車架型式，這種結(jié)構(gòu)與副車架加二類底盤相比具有:a.車架大梁采用自拼焊接結(jié)構(gòu)，抗彎截面系數(shù)大，承載能力更高，無中間連接，作業(yè)安全可靠性高；b.車架自帶液壓支腿，作業(yè)時液壓支腿支起承受載荷，避免輪胎承受作業(yè)載荷；c.自制運(yùn)載車采用國內(nèi)濰柴WP10系列發(fā)動機(jī)，功率大、轉(zhuǎn)矩大、瞬時響應(yīng)靈敏、皮實(shí)耐用，車輛尾氣排放[7～9]滿足國五排放要求，廢氣中有害成分如CO、NOX、PM小于國五要求；變矩器采用進(jìn)口Allison4430 ORS，最大靜轉(zhuǎn)矩3525 N·m，帶有下坡減速器，滿足GB7258機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件，總質(zhì)量大于12 t的專項(xiàng)作業(yè)車必須有輔助制動的要求；d.運(yùn)載車采用4根車橋，分為前雙橋和后雙橋結(jié)構(gòu)，其中前雙橋?yàn)檗D(zhuǎn)向和驅(qū)動橋，后雙橋?yàn)轵?qū)動橋；常規(guī)路面采用后雙橋驅(qū)動行駛，泥濘路面或者山地、丘陵、叢林、沙漠等地區(qū)后雙橋驅(qū)動力不足的情況下，掛合前加力，滿足復(fù)雜路況運(yùn)輸要求。

2）井架。井架采用單片式桁架結(jié)構(gòu)，前傾、前后雙開口，井架有2根負(fù)荷繃?yán)K，井架大負(fù)荷作業(yè)時起平衡作用，防止井架后翻，天車下方有4根防風(fēng)繃?yán)K，抗風(fēng)能力強(qiáng)；優(yōu)化注入頭通過井架的通道，在天車前、后、左、右移動過程中，注入頭到井架內(nèi)側(cè)的距離更大，保證支起井架過程中不需要專用人員拉安全繩，減低作業(yè)勞動強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)安全可靠。

3）注入頭作業(yè)方向不受限制。新型結(jié)構(gòu)使在井場作業(yè)時，注入頭與連續(xù)管滾筒的作業(yè)角度在0°～180°范圍內(nèi)隨意排放，能有效減小設(shè)備對井場面積要求，對于一些山區(qū)和土地昂貴的地區(qū)，極大降低作業(yè)費(fèi)用；對叢林地區(qū)能減少對林木和草地的破壞，有效拓展連續(xù)管作業(yè)技術(shù)在鉆井作業(yè)中的使用范圍。

4）氣動絞車的應(yīng)用。氣動絞車同液壓小絞車相比具有以下特點(diǎn)：排繩整體不亂繩，拉力大，氣動絞車采用手動剎車裝置，避免了液壓絞車容易漏油造成的環(huán)境污染，方便操作，手感強(qiáng)，能夠徹底解決液壓絞車自帶液壓鎖長時間工作帶來的壓降，避免壓降引起的注入頭下降，保證施工作業(yè)安全、可靠。

5）變矩器輸出液壓系統(tǒng)。液壓泵通過帶泵箱實(shí)現(xiàn)動力輸出，高壓泵通過換向閥實(shí)現(xiàn)低壓和高壓的轉(zhuǎn)換，高壓系統(tǒng)供給注入頭使用，低壓系統(tǒng)供液壓支腿、起升缸使用，低壓和高壓通過雙鎖閥實(shí)現(xiàn)互鎖，且高壓是鉆井作業(yè)，低壓是前期準(zhǔn)備工作，作業(yè)時間不沖突，輸出實(shí)現(xiàn)駕駛室和液控箱雙向控制，且雙控能實(shí)現(xiàn)互鎖，避免誤操作。

6）一體運(yùn)輸。連續(xù)管作業(yè)機(jī)在進(jìn)行轉(zhuǎn)場運(yùn)輸過程中，注入頭兩側(cè)的空間被充分利用，將井口工具和設(shè)備安放在專用運(yùn)輸支架上，能夠?qū)⒐蜗髌鳌⒎绹娖鳌⒔宇^體、轉(zhuǎn)換短節(jié)、井口裝置等一體運(yùn)輸，降低運(yùn)輸作業(yè)成本。

2 技術(shù)參數(shù)

發(fā)動機(jī)功率為190 kW（1800 r/min），變矩器最大靜輸入為3525 N·m，井架額定載荷400 kN，最大抗風(fēng)能力為110 km/h，工作環(huán)境溫度為-20～45℃，注入頭可起升高度大于12 m（注入頭底部到地面），車尾離井口中心最大作業(yè)距離為2.5 m，注入頭前后可調(diào)節(jié)距離為600 mm，天車左右可調(diào)節(jié)距離為400 mm，井架最大傾斜度為7°，整機(jī)（含井架外形尺寸）為14 500 mm×3000 mm×4200 mm，整機(jī)質(zhì)量為23 t。

3 試驗(yàn)方法優(yōu)化

3.1 連續(xù)管作業(yè)機(jī)的模態(tài)測試

實(shí)驗(yàn)以增大效益、數(shù)據(jù)可靠、性能優(yōu)異為目標(biāo)，應(yīng)用模態(tài)實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)試驗(yàn)和動態(tài)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法[10]，以便連續(xù)管作業(yè)機(jī)動態(tài)作業(yè)安全可靠。對測試不穩(wěn)定或有安全隱患的部件進(jìn)行分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如井架單片桁架結(jié)構(gòu)的改進(jìn)確定，起升液壓缸的連接等。

3.2 連續(xù)管作業(yè)機(jī)的檢查

設(shè)備實(shí)驗(yàn)之前進(jìn)行外觀和關(guān)鍵焊縫的檢查，外觀主要包括目視檢查和外形尺寸，關(guān)鍵焊縫主要指車架大梁和井架等承載件。

1）外觀和外形尺寸。目視設(shè)備不能有碰撞和明顯缺陷，外廓尺寸符合3C一致性要求，滿足SY/T5534油田專用車通用技術(shù)條件。

2）關(guān)鍵焊縫。關(guān)鍵焊縫進(jìn)行無損檢測，車架大梁采用磁粉探傷，無相關(guān)線性顯示，無大于3 mm的圓形顯示，沿大梁焊縫間隔小于1.6 mm的相關(guān)顯示不多于3個；井架大腿采用磁粉探傷，無大于3 mm的圓形顯示。

3.3 連續(xù)管作業(yè)機(jī)的實(shí)驗(yàn)

根據(jù)出廠驗(yàn)收規(guī)范，連續(xù)管作業(yè)設(shè)備的幾個主要實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在一定的時間內(nèi)做完，包括液氣壓實(shí)驗(yàn)、絞車提升實(shí)驗(yàn)、注入頭的旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)部件的溫升實(shí)驗(yàn)，噪聲不得超過85 dB[11～12]。

1）抗風(fēng)能力。抗風(fēng)能力試驗(yàn)是通過有限元分析而進(jìn)行的。模擬工況為無鉤載，風(fēng)速風(fēng)速60節(jié)（結(jié)構(gòu)及附件重量動載系數(shù)為1.1），0°、45°、90°正吹、斜吹、側(cè)吹；在此工況下井架的穩(wěn)定性判別系數(shù)最大為0.96847＜1.0，安全。

2）液氣壓系統(tǒng)。液路系統(tǒng)[13～16]壓力為21 MPa和14 MPa時，換向閥在2個壓力級別下分別保壓5 min，液壓表不允許有壓降，各接頭處不得有滲漏，各執(zhí)行閥件和元器件動作是否可靠，檢查與指示名牌標(biāo)識的一致性等；氣壓在0.7～0.8 MPa時，保壓5 min，壓降不得大于0.03 MPa。

3）井架。井架起落，氣動絞車起吊注入頭，注入頭移出井架后，注入頭導(dǎo)向架在0°～180°之間自由定位，大鉤帶載荷情況下天車能夠前后、左右移動等。

4）路試。路試是在山區(qū)土路和國道上進(jìn)行的，總路試?yán)锍虨?00 km，最高運(yùn)行速度為60 km/h,總的運(yùn)行狀態(tài)良好，能夠滿足用戶的使用要求。

4 結(jié) 語

實(shí)驗(yàn)證明改進(jìn)后的連續(xù)管作業(yè)機(jī)，完全避免了LXGFC40存在的不足，滿足了當(dāng)前用戶的使用要求。而且該連續(xù)管作業(yè)機(jī)還具有常規(guī)鉆修機(jī)不具備的工作可靠性，性能穩(wěn)定性，復(fù)雜路況的移運(yùn)靈活性，而且輔助費(fèi)用低廉，預(yù)計(jì)搬家費(fèi)用只有其他鉆修機(jī)的1/10，在一些溝壑交叉的區(qū)域內(nèi)也可以通過直升機(jī)完成運(yùn)輸工作。近年來，隨著非常規(guī)油氣資源的大發(fā)展，開采技術(shù)的進(jìn)步倒逼開采設(shè)備的升級換代，而我國煤層氣主要集中在山西，頁巖氣主要在四川、重慶山區(qū)，交通不便，這些特定的區(qū)域，加上連續(xù)管作業(yè)的優(yōu)勢，必將推動連續(xù)管作業(yè)的大發(fā)展。