連續管注入頭檢驗方法研究

李鵬飛， 吳大飛， 張三坡

（江漢機械研究所，湖北荊州434000）

0 引言

隨著國內連續管作業技術的推廣應用和發展，連續管作業機在國內市場占有率呈井噴式增長，其作業工藝也越來越高端，從常規的沖砂、洗井等簡單工藝逐步擴展到鉆井、酸化、壓裂、鉆磨、深井射孔和測井等新型作業領域[1]，而井深需求從1000～7000 m，復雜的作業工況和新工藝應用需求對連續管設備的整體性能，尤其是對關鍵部件注入頭提出了更高的要求。注入頭是連續管作業機的關鍵部件，其主要功能是：克服連續管在井筒內的浮力和井壁的摩擦力，將連續管安全下入井筒；根據作業工況要求可控制連續管的起下速度；安全承載井內連續管重量；將連續管起出井筒。經各油田現場統計，注入頭故障率占連續管作業機故障率的首位，而注入頭經常出現的主要問題是打滑、異響、偏磨、載荷不穩定、液路問題等[2]。除液路問題外，其他主要問題的發生均與其復雜的空間形位公差加工精度有關，所以其加工精度的檢驗方法研究至關重要。

注入頭的工作原理是作業時，由2組張緊液壓缸推動鏈輪達到鏈條張緊的目的；由夾緊液壓缸推動夾緊梁和推板，推動裝在鏈條上的夾持塊夾緊連續管，通過2臺同步的可正反轉動的液壓馬達提供動力，驅動鏈條和夾持塊實現油管起下動作，連續管通過導向器平滑導入夾持塊和防噴系統。連續管的起下速度和深度由旋轉編碼器和作業參數儀記錄和顯示，懸重由電子或液壓載荷傳感器和載荷儀表記錄和顯示，通過安裝在注入頭上的潤滑油箱和氣動增壓泵實現連續管及鏈條總成的潤滑。從注入頭工作原理可以看出，驅動軸、被動軸、鏈條總成、推板、張緊缸、夾緊缸、注入頭箱體的對中、導向器與箱體的對中等均是保證注入頭性能的關鍵部位。

1 注入頭結構

注入頭由驅動總成、鏈條總成、夾緊機構、張緊總成、底座、箱體、框架、導向器、潤滑總成等組成。其中驅動總成由液壓馬達、減速器、制動器、鏈輪、驅動軸、軸承、軸封等組成，制動器安裝在馬達和減速器之間，制動器和馬達在箱體一側，減速器在箱體另一側，壓力釋放制動器自動剎車。鏈條總成由重載鏈條、托架、夾持塊、減震墊、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，減震墊安裝在夾持塊和托架之間。夾持塊為帶溝槽的半圓型結構，既可保證夾持性能又不損傷連續管。夾緊機構設計有3～4組夾緊液缸，與夾緊梁和推板成一體，可自動調心和獨立控制夾緊、松開。張緊總成采用垂直張緊設計，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。底座上安裝有載荷傳感器，導向器安裝在框架上。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。

2 工裝設計

2.1 箱體檢測工裝

連續管經導向器平滑導入夾持塊后，通過夾緊系統將連續管夾緊，注入頭馬達驅動鏈條和夾持塊將連續管送入井筒，為保證連續管中心、箱體中心、夾緊缸中心、脹緊缸中心和防噴盒中心在同一直線上，而且要保證兩驅動軸平行度、夾緊缸平行度，設計了注入頭箱體綜合檢驗工裝（見圖1、圖2），注入頭箱體整體加工完成后，將2件減速器側法蘭1安裝在箱體上的減速器安裝處，將2件馬達側法蘭3安裝在箱體上的馬達安裝處，軸2軸7穿過減速器側法蘭和馬達側法蘭，水平軸5穿過軸2軸7，將下橫梁檢測板8和墊塊9安裝在被動軸軸承座安裝處，然后將夾緊缸套上裝入試驗試棒，最后將防噴盒檢測工裝（見圖3）連接在注入頭底座上。安裝完成后，先將水平軸5手動旋轉靈活，保證兩驅動軸平行度和位置公差；再將直線度要求嚴格的連續管試棒穿過箱體焊接定位橫梁中心孔、水平軸5中心孔、下橫梁檢測板8中心孔和防噴盒連接板中心孔，然后手動旋轉連續管試棒，能夠靈活轉動。通過以上工裝可以檢測：馬達安裝法蘭和減速器安裝法蘭同心度；兩主動軸平行度；兩驅動軸的中心線和兩被動軸的中心線是否重合；導向器直線段與夾緊缸中心線、箱體的中心線、兩驅動軸的中心線和兩被動軸的中心線、防噴盒孔中心線是否重合。

圖1 注入頭箱體綜合檢驗工裝

圖2 注入頭箱體綜合檢驗工裝

2.2 載荷傳感器工裝

為了保證傳感器的安裝尺寸的定位和互換性，以及避免焊接電流擊穿傳感器等問題，設計如圖4所示的傳感器檢測工裝，工裝尺寸與傳感器本體尺寸完全一致。

圖3 防噴盒檢測工裝

圖4 傳感器檢測工裝

2.3 推板定位工裝

注入頭作業時，夾緊液壓缸推動夾緊梁和推板朝夾緊正壓力方向運動，推板將正壓力傳遞到托架、軸承和夾持塊上，最終轉化為連續管的夾持力，注入頭馬達帶動鏈條、夾持塊和連續管起下動作，托架軸承始終沿著推板表面運動。從注入頭工作原理可以看出，推板安裝的平面度、平行度和定位尺寸直接影響到注入頭的夾持性能，為了方便安裝和檢測推板安裝的形位公差尺寸，設計了推板定位工裝（見圖5），工裝頂部設計有吊環，方便安裝和拆卸。

2.4 最大提升力測試工裝

圖5 推板定位工裝

注入頭安裝完成后，最大提升力是注入頭的主要設計參數，最大提升力下是否打滑也是至關重要的性能指標；注入頭載荷傳感器利用杠桿原理，乘以系數顯示實際的連續管重量，這種方法存在一定的數值誤差，提升力數據的準確性是作業機操作手判斷井下故障的最主要依據，因此為驗證最大提升力試驗數據的準確性和提升能力，在參考模擬加載系統的基礎上，設計了注入頭最大提升力測試工裝（見圖6）。測試前，將接頭1通過螺紋與傳感器連接，將連續管與接頭3進行焊接，焊接后整體插入注入頭夾持塊，通過接頭3上的螺紋與應變式傳感器連接，連接完成后將接頭1底部進行固定，最后連接顯示屏的數據線。測試時，根據檢驗要求給連續管施加夾緊力，注入頭馬達提供拉力，通過顯示屏讀取應變式傳感器的數據，控制室儀表讀取注入頭本身安裝的傳感器數據，對比這2組數據可以檢測出控制室儀表的誤差以及設置的載荷參數是否準確（見表1）。

圖6 注入頭最大提升力測試工裝

表1 注入頭最大提升力試驗情況 kN

3 結論

1）使用以上檢驗方法驗證的注入頭，其各綜合形位公差尺寸滿足設計要求。2）對30多臺注入頭使用以上方法驗證，通過現場使用，能夠有效地降低注入頭異響、打滑、跳齒、偏磨、載荷不穩定等故障的出現，有效保障了作業效率，節省大量維修設備帶來的人力、物力損耗。

［參 考 文 獻]

[1] 吳大飛.連續管起出報警裝置的改進設計 [J].石油礦場機械,2016,45(11)：63-66.

[2] 王永勝.連續油管作業機常用故障分析及解決方法[J].石油機械,2009,37(4)：81-82.

[3] 劉壽軍.連續管裝備試驗系統研究[J].石油機械,2013,41(10)：1-4.