新型带压作业修井机研制

苗治军　仝兆盘　王群章　范悦栓　刘延峰　李田刚　李湛

摘 要：为解决国内带压作业设备存在的性能缺陷，研制开发出一种效率高、作业成本低、作业安全性高的带压作业修井机。其采用自走式底盘，具有快速移运的特性；提升下压系统的特殊设计；密封装置和夹持装置组合式设计，安全性高。全液压控制系统，能够降低劳动强度，且具有升级为PLC智能一体化控制能力，最大限度地实现带压作业控制的自动化。

关键词：带压作业；下压；全液压

中图分类号：TE921 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）06-0067-03

Development of New Workbench with Pressure Work

Miao Zhijun1 Tong Zhaopan1 Wang Qunzhang2 Fan Yueshuan1 Liu Yanfeng1 Li Tiangang1 Li Zhan1

（1.RG Petro-Machinery Group Co.， Ltd.，Nanyang Henan 473006；

2.Sinopec Henan Oilfield Branch Oil Production Factory，Nanyang Henan 473132）

Abstract： To ravel out the shortage of the snubbing unit which made in China， now research and produce a new kind of snubbing service rig， which has advantage of high efficiency， low service cost and high service safety. Adopts quick- travelling self-propelled carrier； the special designed pulling & snubbing system， has longer stroke and higher efficiency； the combined design of sealing and retain equipment， improve its reliability； the all-hydraulic control system， can reduce working force， be control by PLC ， and realize automated control greatly.

Keywords： snubbing operation；snubbing；all-hydraulic control

在石油修井工藝中，带压修井作业是在不释放井筒压力的情况下，打开井口，对油、水、气井进行维修的一种作业方式。与常规的石油修井工艺相比，带压修井作业减少了压井作业过程，具有高效、低耗、低排放特点。

在国外，目前，带压修井作业工艺已处于很高水平，带压修井作业技术已广泛应用。国外的带压修井作业设备的制造开始于20世纪30年代初，设备的安全性、可靠性及自动化程度日益提高，在陆上和海洋平台应用越来越广泛[1]。

我国在20世纪末引入了带压作业技术，本世纪开始在多个油田探索应用，现已发展成为一项成熟技术、常规技术，在生产实践中的作用日渐显现。目前，国内可以自主研发制造不压井修井设备的厂家已有许多，但与国外设备相比，国内设备普遍存在作业范围窄、作业成本高、作业效率低、作业安全性低等缺陷。

带压修井作业具有危险性，和一般的修井作业相比，带压修井作业安全风险较大，对设备的安全性、可靠性、适用性、先进性、经济性有更高要求，亟需开发一种新型带压作业修井设备。

1 总体设计简介

带压作业修井机的设计、制造依据“性能先进、工作可靠、运移方便、运行经济、满足HSE”的原则进行设计，并采用具有国内外先进水平、经实践证明可靠的技术与设备。

1.1 总体设计方案

带压作业修井机所有设备均安装在8×8运载车底盘上，运载车底盘能够自行行驶，可快速就位以及搬家。整机由行走系统、动力系统、井控及夹持系统、起升下压系统、控制系统等组成。起升下压系统为油缸和滑轮绳系结构，各部件通过倍增绳系串联，集成安装在旋转台上。控制系统采用全液压控制，并预留PLC控制接口，具备进一步智能化控制潜力。

带压作业修井机在作业时，利用底盘上的调平千斤支起一定高度，并将底盘调平，配合作业平台工作。底盘车上安装1台油发动机和1台传动箱为运载车提供动力，实现运载车行驶。载车台面安装3台电机油泵，1台37kW，2台15kW作为带压作业修井机的动力源。电机油泵外接井场或发电机组的交流电380V/50Hz，通过液压系统、液压油缸、控制阀件等来实现修井时设备的动力传动控制[2]。带压作业修井机各部件示意图如图1所示。

1.2 主要技术参数简介

根据修井工艺要求，确定修井机的主要技术参数如下：装机功率，37kW+15kW+15kW（修井作业功率）；最大提升载荷，800kN；提升速度，1m/s；最大下压载荷，200kN；下压速度，0.4m/s；提升行程，16m；动密封工作压力，14MPa；静密封工作压力，21MPa；电源，动力380V/50Hz，照明220V/50Hz。

2 关键技术的研究

2.1 运载车设计

运载车采用8×8自制运载车底盘，底盘前桥为转向驱动桥，安装单胎，选用钢板悬挂；底盘的后桥轮胎选用双胎，采用半刚性平衡悬挂，具有结构简单、维修方便特点。前后桥制动采用独立制动气源，并就近安装在前后桥的合适位置，当一个气包及附属管路漏气时，其它气包的气压不降，从而确保刹车安全，配备作为辅助刹车的下坡减速器，保证车辆下长坡时的安全。运载车的动力采用满足国Ⅳ排放的要求的发动机，主要技术参数如下：驱动型式，8×8；轴距，1 350mm/4 300mm/1 350mm；轮距，前二桥2 170mm，后二桥1 808mm；最小离地间隙，311mm；最小转弯半径，12m；接近角/离去角，24°/16°；限制车速，45km/h；制动距离（时速30km/h）， ≤15m。

2.2 提升下压系统

提升下压系统由提升液缸、反加压液缸、滑轮、绳系构成，各部件通过倍增绳系串联，集成安装在旋转作业平台上；采用的多倍增程绳系结构，使游车行程4倍于主液缸行程，最大行程16m，满足一次提升整根油管和井内工具要求；提升油缸采用5速设计，通过不同油口的进、排油组合，可得到5个不同的提升速度，对应修井机的5个档位，满足不同载荷和不同提升速度组合要求，提高了设备作业的经济性和效率。提升下压系统结构示意图如图2所示，提升油缸结构示意图如图3所示。

2.3 夹持装置和井口密封装置

夹持系统由下卡瓦、上卡瓦、游动卡瓦组成，实现对井口管柱的夹持。游动滑车除可以悬挂吊环和井口工具外，还内置了液压卡瓦，可以夹持油管，实现下压功能。

井口密封固定装置由全封、剪切、下半封、环形、上半封防喷器组成，具有平衡和泄压的作用。工作时，井口密封固定装置装于井口上，当进行提升油管柱作业并且油管柱受到的举升力比较大时；或者在进行下压油管柱作业时，开启反加压油缸，反加压油缸的行程经增距滑轮组的放大，并在井口密封固定装置的配合下，从而有效地控制油管柱的上行/下放速度，可使较长的油管柱一次起出或压入，大大提高了工作效率，并且操作方便、安全可靠性强。井口密封和夹持装置示意图如图4所示，游车图如图5所示。

主要技术参数：通径，186mm；工作压力，21MPa。

2.4 控制系统

整個修井机的控制系统为全液压控制，提升下压系统、井口密封装置、井口夹持装置的工作均通过液压油缸、控制阀件等来实现。该系统能够有效降低劳动强度，提高修井作业效率，并能够进一步实现PLC智能一体化控制，最大限度地实现作业控制自动化，减少人工操作，节约人力成本。液压控制原理图如图6所示。

3 现场应用

目前，我国已完成了带压作业修井机的设计、制造工作，并已完成两口井的现场工业性试验。作业主要有如下特点：①安装拆卸工作量小，运输方便快捷，与同规格常规修井机相比转场以及就位时间减少约一半；②无需吊车等辅助设备，即能够独立完成修井作业，一次行程即可提起或压入一整根油管柱，起升速度快，作业效率高；③全部运转时最大耗能约67kW/h，与同规格常规修井机相比总功率减少了约2/3，节能效果明显，还可直接利用油田工业电网的供电系统，实现电驱动、耗电少，进一步节约了作业成本；④司钻操作环境大大改善，劳动强度降低，污染小，更符合HSE要求，受到了油田用户的好评。

参考文献：

[1]黄小兵，刘清友，王德玉.浅析我国不压井装备的现状及发展趋[J].石油矿场机械，2004（S1）：19-21.

[2]王方飞，李金祥，何应春.液压不压井修井机的现状及发展趋势[J].石油机械，1997（5）：49-51.