LG450／50型深井连续管作业机研制

吴大飞，张士彬，杨志敏，朱再思，张三坡，黄　亮

（1.中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所，湖北荆州434000；2.渤海石油装备制造有限公司，天津300457）

LG450／50型深井连续管作业机研制

吴大飞1，张士彬1，杨志敏1，朱再思1，张三坡1，黄亮2

（1.中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所，湖北荆州434000；2.渤海石油装备制造有限公司，天津300457）

为了满足深井测井、酸化压裂、钻磨桥塞、射孔等作业工艺的要求，以及国内页岩气开发需要，提高连续管深井作业工艺水平，研制了适应深井作业的LG450／50型连续管作业机。该作业机为车橇式结构，采用主辅车布置方式，配置独立操作橇，大提升力注入头（最大提升力450 k N），大容量连续管滚筒和自主研发的数据采集系统。整机具有底盘越野性能强，操作系统集成化程度高，滚筒容量大，注入头提升力大，作业安全可靠等优点。应用结果表明，整机操控性能良好，运行安全平稳，各项性能指标达到设计要求，满足连续管深井作业要求。

深井；连续管作业机；研制

随着国内连续管作业技术的日渐成熟，对连续管技术与装备的需求也不断增加。特别是近几年，连续管拖动酸化、分段压裂、深井射孔等复杂连续管作业工艺在逐渐增多，同时大力推广页岩气和煤层气开采技术，使人们在解决复杂工艺的问题过程中，对连续管技术与设备的优越性有了更深层次的认识，而适用于深井作业的连续管作业机开发和应用尤为重要。

深井连续管作业机的最大特点就是缠绕的连续管长度长，整机载荷大，为了解决超载问题，并能适应不同地区甚至是偏远山区的作业需求，经过江汉机械研究所的技术攻关，攻克了满足我国道路和运输条件的整机设计与优化、框架式重载底盘设计、重载下沉式滚筒的设计和优化、可升降式操作橇体设计、液压系统设计与优化、整机集中操作控制等关键技术，成功研制了适用于深井甚至是超深井作业的LG450／50型大容量连续管作业机，可容纳50.8 mm（2英寸）连续管6 000 m或44.45 mm（1英寸）连续管7 500 m，整机具有底盘车承载能力强、系统功率大、注入头提升能力强、滚筒容量大等特点，并且能够满足国家对车辆与道路运输的相关法规和标准的要求［1-2］。

1　总体结构方案

常规连续管作业机基本上是车载式或橇装式结构。LG450／50型连续管作业机设计时既考虑了国内运输道路条件，又考虑了底盘车或橇体的载荷承受能力。为了保证整机的性能，满足实际应用需要，在考虑结构、工艺和性能的基础上，优选了两车一橇的结构形式，即由主车、辅车和操作橇组成。主车只运输滚筒、连续管和部分液压附件，控制室、软管滚筒和工具箱等部件安装在橇体上，以减轻主车的整体质量［3］。

主车由底盘车、管线筐、滚筒、连续管、发电机、动力软管滚筒、备胎、液压附件、踏板、动力系统等组成，滚筒为下沉式结构，以增大滚筒的容量，满足容量要求的同时适应道路运输。如图1所示。

图1　连续管作业机主车（运输状态）

辅车主要由底盘车、起出报警装置、注入头运输支架总成（含注入头、防喷盒、导向器）、液压连接器、工具箱、随车吊、防喷器、登车梯、防喷管等组成，运输时防喷盒、导向器安装在注入头上，节省空间，如图2所示。

图2　连续管作业机辅车（运输状态）

操作橇由梯子、撬体、软管滚筒、控制室、工具箱等组成，如图3所示。

图3　连续管作业机操作橇（上升状态）

连续管作业机的工作状态如图4所示。

图4　连续管作业机的工作状态

2　主要技术参数

注入头最大提升力450 k N

注入头最大注入力225 k N

注入头最低速度0.1 m／min

滚筒容量6 000 m（50.8 mm连续管）；7 500 m（44.5 mm连续管）

适用连续管管径38.1～73 mm

主车总质量≤55 t

驱动形式8×8

辅车总质量≤43 t

操作橇总质量≤10 t

防喷系统通径103.1 mm（4.06英寸）

防喷系统工作压力70 MPa

3　主要部件与关键技术

3.1注入头

注入头作为连续管作业机关键部件之一，设计的主要技术指标和功能包括最大提升力、最大注入力、最高速度、最低下管速度、数据采集功能和灵敏度等。注入头由驱动装置、链条总成、夹紧机构、张紧装置、底座、箱体、框架等组成。其中驱动装置由液压马达、减速器、制动器、链轮等组成，制动器安装在马达和减速器上，压力释放自动刹车。链条总成由重载链条、托架、夹持块、自润滑轴承、销轴和弹簧片组成，夹持块安装在托架上，通过弹簧片定位。弹簧片采用按压式设计，更换夹持块时免拆卸，可快速拆装，大幅提高夹持块更换效率。夹持块为带沟槽的半圆型结构，表面经过特殊材料喷涂处理，既可保证夹持性能又不损伤连续管。夹紧机构设计有4组夹紧液缸，可独立控制夹紧和松开，保证作业可靠性的同时又提高检修的安全性。张紧装置采用垂直张紧，链轮轴上安装有编码器和里程计，编码器用于测量连续管起下速度和深度，里程计可直观记录注入头运行的总行程。为了延长注入头链条、轴承、链轮和连续管的使用寿命，注入头设计有压力喷射润滑系统，可在控制室进行远程控制［3］。

3.2操作橇

操作橇采用框架式结构设计，主要用于安装控制室、软管滚筒、和工具箱等部件。现场作业时，操作橇放置于主车驾驶室和滚筒之间。为了保证作业时操作橇的安装稳定性和安全性，橇体上设计了6个支腿用于支撑橇体，通过液压缸驱动支腿伸缩，从而实现操作橇的升降。操作橇支腿直接作用在地面上，可根据实际情况调整橇体的安装位置和高度，这样既保证作业时控制室、滚筒和井口三点一线，便于观察滚筒和注入头情况，同时操作人员视线也可调节。安装操作橇时，只连接液压缸动力管线进行橇体的起升，操作橇安装固定好后再连接其他液压控制管线，提高了安装作业安全性。

3.3连续管滚筒

连续管滚筒为下沉式橇装结构，采用集装箱锁座固定方式主安装在主车上，主要组成与常规连续管作业机滚筒相同，均由筒体、底座、动力系统、排管系统、润滑系统和管汇组成。大容滚筒设计的关键是主轴的载荷分布和强度、筒体的强度和刚度的计算分析，设计时利用Solid Works三维建模软件、ANSYS力学分析软件进行了详细的分析和计算，并与实际加工工艺和制造经验结合，在保证滚筒强度、刚度和性能的基础上，又减轻了滚筒的整体质量。同时，为了解决滚筒和注入头同步不易控制的问题，驱动液路取消了滚筒比例控制换向阀和马达平衡阀，实现了滚筒随动控制的功能，消除了因滚筒与注入头运行不同步造成的安全隐患。

排管系统是滚筒的重要组成部分，直接影响到连续管缠绕的整齐行和安全性，设计的排管器采用液压远程控制方式，在操作室里既可自动排管，也可手动强制排管，自动与手动转换通过液压离合器实现。并通过液压缸来调整排管器支臂仰角，以适应不同井口高度和滚筒上不同层数连续管的排放。排管器上设计有可调节计数器，可适用不同规格尺寸的连续管，而且预留电子编码器安装接口，可与机械计数器同时记录深度，提高计数精度。润滑系统采用可翻转式压盒结构，压盒内安装有泡沫和尼龙挡板，可通过操作室里的气动阀进行远程控制，操作方便［4-5］。

4　现场应用

LG450／50型深井连续管作业机经过整机室内试验和井场试验后，于2014-11-15正式投入现场应用。在四川威远页岩气区块累次施工15井次，最大作业井深5 000 m，平均作业井深4 800 m，主要作业工艺是测井、通井和射孔。根据现场使用情况，整机采用车橇复合式结构，不仅增大了连续管滚筒容量，还解决了整机运输超载问题。LG450／50型深井连续油管作业车的主要性能参数达到设计目标，适用作业范围广，不仅能满足连续管深井作业工艺需求，还能促进国内深井油气资源开发和连续管深井作业工艺的发展，具有良好的应用前景。

5　结论

1） 研制了LG450／50型连续管作业机，车辆底盘的越野能力强，动力大，适用于偏远地区重载运输条件。滚筒的容量大，适用于深井作业。

2） 整机的操作系统集中控制，模块化程度高。自主研发的数据采集系统运行平稳，灵敏度高。

3） 橇体的作业安装方式符合连续管作业操作规范和操作习惯。

4） 注入头低速稳定性好，下入速度可控制在0.1 m／min以内，满足钻磨等工艺要求。滚筒与注入头采用随动控制设计，作业安全性能优越。整机运行平稳，安全可靠。

［1］贺会群.连续油管技术与装备发展综述［J］.石油机械，2006，34（1）：1-6.2005，34（5）：34-36.

［3］贺会群，熊革，李梅，等.LZ580-73T连续管钻机的研制［J］.石油机械，2012，40（11）：1-5.

［4］孙晓明，张保弟，李德清，等.LGC230型连续油管作业车研制［J］.石油矿场机械，2010，39（8）：23-27.

［5］肖建秋，张燕萍，马青芳，等.连续管测井机滚筒总成结构设计［J］.石油矿场机械，2009，38（9）：55-58.

Research and Development of LG450／50 Coiled Tubing Unit for Deep Well

WU Dafei1，ZHANG Shibin1，YANG Zhimin1，ZHU Zaisi1，ZHANG Sanpo1，HUANG Liang2
（1．JMRI，Drilling Research Institute，CNPC，Jingzhou 434000，China；2．Bohai Petroleum Equipment Manufacture Co．，Ltd．，Tianjin 300457，China）

In order to meet the technical requirement of well logging，acid fracturing，bridge plug milling，perforation in deep wells，and the domestic shale gas exploration，and to improve the tech-nical level of coiled tubing operation in deep wells，the LG450／50 Coiled Tubing Unit were re-searched and developed，which is qualified in deep well operation.The LG450／50 CTU consists of a main unit and a secondary unit.It is equipped with an independent operating skid，a powerful in-jector（maximum lifting force 450 k N），a large capacity coiled tubing reel and the data acquisition system developed independently.Great off-road performance，highly integrated operation system，large capacity reel，strong lifting force injector，safe and reliable operation are the remarkable ad-vantages of this LG450／50 CTU.The practical application has proved that this LG450／50 CTU is able to satisfy the coiled tubing operation requirement in deep well，with the safe and smooth op-eration performance.

deep well；coiled tubing unit；development

TE935

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2015.11.010

1001-3482（2015）11-0041-04

2015-05-05

中国石油集团科学研究与技术开发项目“连续管作业技术推广专项”（2011B-1711）

吴大飞（1983），男，江西上饶人，硕士，2013年毕业于长江大学机械工程专业，现从事连续管设备的生产研究工作，E-mail：290039272＠qq.com。