一种液压自动猫道在钻井作业现场的试验及分析

王小红，陆野，廖志勇

（川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，陕西 西安 710018）

随着钻井装备技术的发展，自动化、变频驱动不仅代表着当前最新高科技，也是未来发展主流方向。液压自动猫道是诸多钻井自动化装备之一。不管结构如何，自动猫道的主要功能是自动完成钻杆、钻铤、套管等钻具的上下钻台，其主要优点是效率高、安全可靠、解放人力、控降安全风险并减轻劳动强度，改变传统的通过人工实现钻具上下钻台的方式。

1 某品牌自动猫道在现场试验情况

根据安排，2013年9月5日在某钻井队ZJ40LDB钻机安装试用了该型号自动猫道。下面详细介绍该自动猫道的试用情况。

1.1 液压自动猫道基本功能

（1）基本技术参数。适用钻台高度6～6.5米（ZJ40LDB钻台高度6米），适用钻具长度8.9～11.5米。适用钻具直径φ114～273mm，最大运送重量T3，猫道台面高度800mm，猫道台面长度28米，两段结构。

现场管排架布置方式为前后双管排架，钻具输送工作方式上一下三，钻具上猫道方式为自动翻进、翻出。设备总功率18kW，液压泵驱动，系统额定压力16MPa，系统流量62L/min，整机运输外型尺寸（长×宽×高）16000×2300×2200mm，总重21吨。

（2）主要运行参数。能适应6～6.5m钻井平台高度，满足4～10″常用钻具的上下钻台作业。

钻具上平台1根/次，从钻井平台下钻具3根/次，28米全行程单次上下钻具时间控制在90秒内，15米半行程上下钻具控制在60秒内。上钻具过程采用坡道抬起式专利技术作业方式，减小对钻具接头的磨损，满足8.9～11.5m不等长钻具上钻台作业时，钻具伸出台面长度的自动计算、控制。

1.2 能完成的主要功能

（1）主体结构及功能。该产品主要由15米和12米两段水平猫道台和一段坡道段三部分组成，主要实现不同钻杆排之间的钻具倒调、自动上钻具、自动下钻具等作用，适用管具类型：4″、41/2″、5″、51/2″等钻杆、10″以下套管等。

（2）钻具实现上下钻台。直推式上下钻具作业，保留了传统双气绞车上下钻具的模式。钻井作业是24小时不间断工作，这对钻井辅助设备的可靠性是个严峻的考验。当猫道设备出现故障或需要停机维护期间，可以沿用传统双气绞车沿坡道直接上下钻具的作业。经过现场测量，推一根钻杆立根需要时间56秒，推一根钻杆并抓下一根钻杆双形成需时间为1分56秒。节约时间方面在推拉钻铤、套管时优势明显，因为上述钻具人力在下面绷钻具、挂绳套等时间长。

（3）实现钻具自动翻转在管架上实现倒换钻具。通过猫道外之间，可以实现钻具自动翻转到猫道上面或将猫道上面的钻具排列到钻具上面。

（4）钻具运行过程中磨损情况。对钻具接头的磨损小。直推式上下钻具最大难点是：小车推动钻具上移过程中，钻具前端移动至坡道根部时阻力最大，对接头的磨损严重。为减少该摩擦阻力，坡道设计时，在坡道根部增加了一个抬起机构，当钻具接头运动至坡道根部时，程序控制自动把钻具接头抬起，当抬起点高于坡道阻力最大点后，钻具再次上移，从而有效减小了对钻具接头的磨损。

1.3 现场试用实现的功能

从现场试验情况来看，经过现场培训，目前司钻及内外钳工均可以独立操作该设备，该设备主要能完成如下几项工作。

一是自动推钻具上钻台，可以顺着猫道、大门坡道自动运行，达到钻台面800毫米高度，然后人工上提丝。

二是自动抓住钻具从大门坡道拖拉至猫道任意位置，上述两种动作速度适中安全，人员完全远离钻具运动轨迹区域，没有安全风险，操作人员站在钻台左侧。

三是将管架上面的钻具通过四个液压千斤自动翻转到猫道中间滑槽内，实现钻具自动上下猫道。

四是可以将管架上面钻具左右进行翻转倒换。从试用情况来看，简单易学，安装拆卸方便，不增加车次，由于场地管架钻具运动区域不需要站人，故安全省力，节约体力；一个人员站在钻台右侧边角操作，另外一人配合提钻具或带、取提丝，需要两人配合。总体简单实用，安全方便，节约体力，工作效率比人工要高。但是钻具前期排放检查、涂抹丝扣油、通径等工作仍需要提前做。

2 存在主要问题、分析、改进思路

（1）整体结构不合理。该猫道为12米+16米两节结构。第一节猫道长度达到16米，存在超长及拐弯障碍，这给搬家带来麻烦，建议2节猫道改为3节组合，每节长度大约为10米。

（2）钻具运行速度不可调。钻具上下钻台及钻具在猫道平面上运行的速度不可调。经过测算，一般单行程（即从猫道尽头到上钻台）推钻具上钻台，大约用时50～58秒；双行程（即推钻具从猫道尽头上钻台再从钻台抓钻具下拉到最大行程）用时1分30秒～1分50秒。效率比人工高。但是，现场钻具千差万别，考虑效率及安全因素，滑车运行速度应可调或设置三个档位。

（3）整体推力小。最大推力为3吨。一根钻铤重量一般为2吨，再考虑摩擦系数，推拉钻铤很费力。建议最大推力设计为5～6吨。

（4）猫道槽摩擦力太大，没有设计滚子结构。建议设计滚子结构，一是减少摩擦力，二是避免摩擦损伤钻具。

（5）滑车抓钻具机构设计不合理。滑车抓钻具机构应能满足不同直径或没有接箍钻具的要求，需配不同规格的抓钻具机构，该机构方便拆卸安装。

（6）其他。比如颜色应符合钻井设备标示要求；液压管线设计应便于插接等。

3 结语

根据钻机的钻具输送方式繁琐，工作人员劳动强度大、操作危险系数大的缺点等，提出一种自动化程度高、现场操作安全可靠性强、制造成本低、系统整体结构劲抽合理，提高了钻井工作效率，不影响原有钻机结构和整个钻井作业过程实现自动化动力液压猫道，提出不同于传统的钻具输送方式，利用钻台下方的井口空间，钻井队钻具从钻台面下方垂直输送，大大提升了钻台使用空间，使用更加安全，自动化程序高，并提出本研究课题的主要研究和实现内容，以及该猫道不同于以往所使用的自动化猫道的主要研究和实现内容，以及该猫道不同于以往所使用的自动化猫道的创新点。

液压自动猫道在国内外得到一定程度的应用，技术相对成熟，现场使用效果好。国外产品最大缺点是价格昂贵，因此国内开发的新型液压自动猫道在现场使用效果较好，通过现场验证，提出了改进完善思路，产品完善后值得推广使用。