鐵鉆工研制技術路線研究

何軍國

摘 要：鐵鉆工是油田管柱自動化處理系統的重要組成部分，具有井口作業操作方便、省時省力、安全的特點。為使鐵鉆工的結構、性能、使用與維護滿足鉆修井作業的嚴格要求，采用系統分析的方法，考慮設計、生產、組裝及實驗的全過程，提出鐵鉆工研制技術路線，縮短了鐵鉆工研制進程，提高了研制效率，并為其他管柱自動化工具的研發提供了借鑒。

關鍵詞：鐵鉆工；研制；加工；技術路線

中圖分類號：TE921.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）05-0047-03

Study on Technology of Iron Roughneck Development Route

HE Junguo

（Nanyang Erji Petroleum Equipment Group Limited by Share Ltd，Nanyang Henan 473006）

Abstract： Iron roughneck is an important part of oil pipe automatic processing system， wellhead has the characteristics of convenient operation， time-saving and safe.In order to let the structure， properties， and use of iron roughneck maintenance meet the strict requirements of drilling and workover operation， this paper used the method of system analysis， taken design， production， assembly and test of the whole process in accvunt，then put forward the integrity of the iron roughneck development technology route，so shorten the development process of iron roughneck， improved development efficiency，and provided reference for research and development for the other column automation tools.

Keywords： iron roughneck；development；processing；technology route

隨著社會的發展和科學技術的進步，自動化技術和人工智能被逐步應用于各行各業。為減少人工成本、降低員工勞動強度、提高作業效率，管柱自動化處理系統開始在油田中得到重視。

鐵鉆工與井場自動排管架、自動化施工步道、井架自動排管裝置（或稱鐵架工）等共同構成了現代鉆修井管柱自動化處理系統。其中，鐵鉆工作為上卸扣工具，極大解放了鉆臺內外鉗工勞動強度，并降低了作業的安全風險，具有操作方便、省時省力、安全的特點。

目前，國內鐵鉆工正處于研制開發的初期，應用尚不成熟。相關科研院所、高校或企業發表了較多學術論文及技術報告，并申報了相關專利[1-10]，但大部分研究主要集中在結構或控制系統設計方面，較少有關于技術開發路線的研究。國外主要生產廠家有美國NOV、美國Hawk和挪威Aker Kvaerner-MH等知名企業。為使鐵鉆工研制能有效滿足現場應用需求，并縮短研制周期，項目組開展了鐵鉆工研制技術路線系統性研究。

1 鐵鉆工總體技術開發路線

鐵鉆工具有在鉆臺井口及小鼠洞上緊或卸開鉆柱的作用。鐵鉆工結構主要包括升降機構、展開與回縮機構、旋扣鉗、上卸扣鉗及回轉機構等5部分。其中，配套技術包括鐵鉆工就近控制技術、遠程控制技術、智能控制技術、與其他管柱自動化處理工具集成的控制技術以及加工技術等。圍繞保持技術先進性，避免知識產權糾紛，保護自有技術，通過綜合分析，制定了項目研制總體技術路線，見圖1。

按照功能先進、使用可靠、維護方便的要求，確定鐵鉆工總體設計原則如下：結構緊湊、可靠，冗余合理；具有快速定位、準確對中、自動“記憶”功能；具有防鉆具變形、防鉆具扭斷功能；具有遠程控制和就近控制功能；既可手動操縱，也可以實現一鍵自動控制；具有故障遠程診斷接口。

按照滿足常規鉆修井作業要求，確定鐵鉆工主要型號及技術參數，見表1。

2 工藝設計技術路線研究

為確保預期功能及產品質量，開展了工藝設計技術路線研究，以保證加工工藝的科學性、經濟性與穩定性。

確定工藝設計的流程如下：設計的工藝性審查→接收正式設計電子圖和紙質圖→編制工藝路線→工藝路線審核→工藝路線會簽（鑄鋼、鍛造、熱處理、鉚焊、機加、裝配、涂裝等）及批準→工藝規程設計（機械加工工藝過程卡片、機械加工工序卡片、鍛造工藝卡片等）→工藝裝備設計→工藝規程審核、工藝裝備審核→工藝文件下發。對于新工藝規程設計，必要時按如圖2所示的路線執行。

鐵鉆工加工工藝研究的主要內容見圖3。例如：鉗牙采用低合金滲碳鋼或中碳合金氮化鋼，保證有較高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度，同時齒面還要有足夠的硬度與耐磨性，且芯部也有較好的強度和韌性。為此，制定科學的工藝路線、熱處理方法及加工方法，以保證其機械性能和加工性能。

3 試驗技術路線研究

鐵鉆工在投入使用前需要經過充分試驗。技術路線為：從課題目標入手，開展標準、論文及國內外同類產品研究等來確定試驗項目和試驗要求，然后根據試驗內容確定試驗方法、設計制作試驗工裝，組織完成各項試驗。

型式試驗包括功能試驗、設計驗證試驗及部分見證性試驗，出廠試驗（或確認試驗）通常只包括功能試驗與耐壓試驗，見證性試驗用來滿足用戶特殊要求。試驗研究內容見圖4。

3.1 功能試驗

功能試驗的內容見圖5。

3.2 設計驗證試驗

設計驗證試驗的內容見圖6。

3.3 見證性試驗

當合同或用戶有特殊要求時，進行見證性試驗，試驗項目包括圖7中部分或全部內容及其他未描述的內容。

當合同或用戶有特殊要求時，進行指定井場鉆修井作業，試驗內容按照實際作業工況進行或模擬操作等。

4 結論

按照正確的設計路線開展正確的設計，會起到事半功倍的效果。開展鐵鉆工研制技術路線研究具有重要意義，通過開展鐵鉆工研制技術路線研究，解決存在的結構技術、制造技術與應用技術瓶頸，并為其他管柱自動化處理工具的設計、制造和測試提供重要技術支持。

3.4 現場工業性試驗

參考文獻：

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