油田修井作業機械化配套技術的研究與應用

李勇

（勝利油田設備管理處，山東 東營 257001）

長期以來，在油田常規修井作業過程中，“4人1機”的傳統作業模式一直沒有改變，與鉆井隊的高度機械化水平相比，作業現場施工條件差、整體面貌落后，總體處于“機械化自動化程度低、職工勞動強度大、用工總量大、安全風險高、環保壓力大”的落后現狀。

1 作業現狀

現在的作業方式至少需要5名作業人員。井口工2名，在井口配合作業，主要進行摘掛吊卡、油管扶正、液壓鉗定位及操作等。場地工2名，主要進行管柱的托送及排列、油管潤滑、長度測量等。司鉆1名，主要負責修井機或通井機的操作。主要存在以下問題：

1.1 職工勞動強度大

小修作業場地工仍需要進行滾管、上管、排管以及油管長度測量等；井口工仍需要進行手動操作液壓鉗、油管緩沖定位及打吊卡等。

“雙吊卡倒換”模式下，每起下1000m油管，井口2名工人往復搬動吊卡的總質量達到8t。以起隔熱管為例，按照120根計算，起下一趟鉆，場地工人搬運重量達到60t。在此情況下，一般需要6～8名作業人員協助進行。

1.2 用工總量多

傳統作業模式下，小修作業需要4～5人完成管柱起下作業，根據調研情況，由于人員缺乏，導致開動動力不足，作業保障能力較弱。

1.3 安全風險高

存在著吊卡失控造成井口操作傷害、液壓鉗擠傷、油管碰傷等系列安全隱患。

1.4 環保壓力大

井口操作平臺無廢液回收功能，油管內殘留污水、原油容易低落到地面，造成環境污染，每作業1井次都需要支付一定現場污染處理費用。

2 作業自動化配套技術的研究

2.1 技術思路

隨著自動化技術在鉆井行業的逐步成熟及推廣，研發適合小修作業的井口機械化裝置成為降低職工勞動強度、保證設備本質安全的必要手段，“以機替人”勢必成為修井行業的發展趨勢。勝利油田結合相關設備專業生產公司，針對小修作業中存在的各類問題，提出了關鍵技術研發思路。

針對人工拖拽隔熱管、油管等難題，可設計1種機械裝置，代替人工將油管桿輸送到井口位置或者從井口位置輸送到管排架上。

針對人工頻繁搬抬吊卡的難題，可設計1種工具，該工具固定在井口位置，當管柱到達合適位置后，由井口工或者司鉆控制該工具，使其加緊管柱，然后進行上卸扣，從而避免搬抬吊卡。

針對操作平臺防污染能力低的問題，在平臺底部設計專門的接油接水裝置，防止油污落地。

形成技術思路如下：

2.1.1 油管桿自動上下料技術

采用機械代替人工，實現油管、隔熱管等自動上（下）料、舉升和傳送到位。

2.1.2油管起下自動卡持定位技術

設計專用裝置，起下鉆過程中，當管柱到達合適位置后自動將其加緊。

2.1.3 防溢流井口操作平臺

在平臺底部設計“泥漿傘”，收集井口溢流出的油液混合物。

2.2 主要研究內容

2.2.1 油管桿自動上下料技術

主要研發管桿輸送機，實現油管、隔熱管等自動上（下）料、舉升和傳送到位。著力解決高井口條件下，人工搬抬管桿難題。

圖1 管桿輸送機

輸送機利用液壓裝置，通過機械機構上料、舉升、傳送管桿到指定工作位置；控制系統可分為手動、自動2種工作狀態，智能選擇操作方式，起下過程中利用滑道直接接送管桿，替代人工舉升、往返接送等工作，降低作業工工作強度、提高生產效率。

2.2.2油管起下自動卡持定位技術

主要研制氣動卡瓦，固定在井口位置，當管柱到達合適位置后，自動將管柱固定在合適位置，然后進行上、卸扣，著力解決了人工搬抬吊卡的重擔。

圖2 氣動卡瓦

氣動卡瓦主要由卡瓦座、卡瓦體、卡瓦牙、氣缸傳動機構、導向桿、扶正環、支撐板等組成，該裝置安裝在井口位置，以修井設備氣源作為動力。

夾持管柱時，氣缸活塞桿及導向桿向下移動推動支撐板向下，卡瓦體在自重及管柱與卡瓦牙摩擦力共同作用下沿卡瓦座錐面向下移動，并同時向內收緊，自動卡持管柱，起到卡持管柱的作用。

松開管柱時，將氣缸活塞桿及導向桿向上移動，推動支撐板向上，在連桿和管柱提升力的共同作用下，卡瓦體沿卡瓦座錐面向上移動并向外張開，松開夾緊的管柱，同時讓出通道，管柱從卡瓦中心自由通過。

2.2.3 防溢流井口操作平臺

操作平臺固定在井架上或安裝在井口。平臺底部設計“泥漿傘”，收集井口溢流出的油液混合物，提高平臺防污染能力。

圖3 防溢流井口操作平臺

3 應用效果

目前，作業井口機械化裝置等產品以實用性強、結構合理、工作可靠、效率高、操作方便、大幅減輕作業工勞動強度等優點獲得了一線單位的高度評價和認可。

3.1 降低勞動強度

井場崗：管桿輸送機的應用，只要讓操作工人操作遙控器就可以實現管柱的輸送，滿足起下鉆需求。以起隔熱管為例，按照120根計算，起下一趟鉆，人工搬運重量減少60t。

井口崗：氣動卡盤的應用，省去了一趟鉆搬抬500余次吊卡的重擔，司鉆只需要操作一下操縱桿，油管便能準確定位，井口操作人員只需要做好管柱的引導。

3.2 可減少作業人員

可實現修井作業最少3人完成。

配備前，一個班組至少有5個人完成工作：司鉆1人、井口2人、拉油管1人、排油管1人。

配備后，一個班組一般可實現3個人完成工作：司鉆1人、井口1人、管桿輸送機操作1人?？奢喠鞑僮鬟M行，減輕勞動強度。

該技術在全油田范圍內已經逐步進行推廣，通過油田專家論證，認為作業機械化裝置以實用性強、結構合理簡單、安全可靠、效率高、操作方便、大幅減輕勞動強度等優勢，徹底解決了傳統作業費時費力、安全性差的問題，作業任務也可實現最少由3人完成，實現了作業系統的新一輪技術革命。