液压钻杆盒的研制

王鑫

摘 要：针对钻井现场工作人员移运钻杆至猫道劳动强度大和危险性高的作业问题，研制了满足道路运输，占地面积小，造价低的液压钻杆盒。液压钻杆盒分内、外二盒体。内盒多层地存放钻杆，外盒为承重和控制的载体，油缸拉动钢丝绳，通过滚轮逐一平稳地控制每层钻杆的排出和入进。这就提高了工作效率，节省了劳动强度，降低了风险。实验和使用结果表明，该套设备的布置方式合理，移运方便，适合现场作业，各项性能指标符合设计要求。

关键词：钻杆自动操作系统；工作效率；液压驱动；安全性

1 课题的研究意义

进行钻杆自动化操作系统设计研究的意义，主要体现在以下几个方面。①提高作业安全性。传统的钻杆上猫道作业，工作人员将摆在排管架上钻杆逐一排到猫道上，还需要将钻杆上、卸扣，这需要很大的劳动强度。同时还要面临与钻台工作人员交流困难、工作环境更为恶劣等不利因素。这是钻井作业中最危险的工作之一，工作时稍有不慎就可能会出现被钻杆碰伤，甚至会从猫道上跌落。进行钻杆排放作业的工作人员也非常危险。根据英国1998年的一次调查，钻杆操作（包括起钻、下钻、钻杆排放以及上卸扣操作）所引发的事故，占全部钻井事故的77%，如图1所示。②降低作业成本。根据以往调查显示，用于钻杆操作的时间约占全部钻井时间的30%左右，具有很大的提升空间，因此，钻杆操作效率的提高对于降低钻井作业的费用意义重大。

除了以上二点，采用自动化钻杆操作系统代替传统的人工方式进行钻杆处理，也是世界工业发展的必然趋势。

随着自动化技术水平的提高，我国石油钻机配套的主体设备机械化、自动化程度有一定程度的提高。相对而言，我国对钻机外围配套设备的机械化、自动化研究和投入明显不足[3]。钻杆自动操作系统在改善工人劳动条件和提高钻井作业效率方面有着明显的优势。尤其对于作业成本高、作业环境恶劣的深水钻井平台而言，钻杆自动操作系统是自动化钻井系统的重要组成部分。本文针对钻井现场工作人员移运钻杆至猫道劳动强度大和危险性高的作业问题，设计了一种可以完成水平钻杆排放、传送操作的全自动化钻杆操作系统。第四石油机械厂于2013年开始设计并制造了满足水平钻杆操作系统要求高效率、自动化的钻杆盒，作为供大庆井下作业公司的550修井机、650修井机的配套设备使用。

2 技术分析

为了改变传统的钻杆操作方式，提高工作的安全性和效率，降低工人的劳动强度，需解决水平钻杆操作自动化问题。要想解决问题，设计了液压钻杆盒将钻杆容纳进来，逐层分布，增加了外盒体、过轮和导向轮，液压油缸有序控制盒体，钻杆实现了逐层排出和入进。

2.1 工作原理 钻杆的排出：由单独的液压系统控制两个油缸的伸缩，钢丝绳通过滚轮总成装置拉起内盒和所有钻杆。随着油缸的收缩，第一层钻杆逐渐地被拉起。当第一层左侧的钻杆最低点升高到盒体边梁时，右侧的油缸继续收缩，整个上升体慢慢地倾斜，当达到一定的角度，整层钻杆出盒，排到排放杆上，油缸停止工作。第一排钻杆出盒后，两侧的钻杆继续工作。如果第二层钻杆满足条件了，可以继续排出盒了。剩余钻杆可以重复上述操作，直至排完钻杆为止。

钻杆的入进：排管架上的油缸推动一排钻杆进盒时，钻杆盒的内盒在自身油缸带动下升起并倾斜一定角度，底层钻杆进盒后，油缸带动内盒降落，反复上述操作，直至最上层钻杆排满为止。

2.2 结构特点 液压钻杆盒主要由外盒、内盒、液压缸、排放杆组成。另外增加了定位滚轮和导向滚轮及液压控制阀。定位滚轮、导向滚轮和一组排放杆连接成一个控制单元，油缸和控制它的控制单元及其他结构相连成一整体。

外盒下端焊有导轨，方便运输和现场定位，结构满足现场需求。不需要担心润滑，结构疲劳问题。运输时可以带钻杆整体移运，不需要拆装。工作人员在现场控制油缸操作箱时，可以直观见到内盒的工作情况，方便及时调节油缸的伸缩。

2.3 主要技术参数

3 技术创新点

①钻杆成排整齐排在每层管盒，可以一次性运输，不须要再次拆卸和安装。

②控制液压油缸带动钢丝绳，通过滚轮将盒体有方向性的带起，每层钻杆整齐有序地排在排管架上，省时还降低劳动效率，而且控制为全液压式。

③现场安装时对正方便、装配简化，维修方便。减少了不少工时，也提高了管盒的使用寿命。

4 试验情况

2014年4月，在第四机械厂的西厂区试验场地内，对液压钻杆盒进行了调试试验，包括油缸带动内盒起升，钻杆的排除和入进。现场进行了力学分析，设备设计合理可靠，完全可以满足用户要求。

试验结束后，所取得的各项数据都在预期设计的范围之内。2014年5月，该设备已经发运至大庆油田井下作业公司做工业试，用户反映使用效果良好。后期又增加订货近十套配套在5000型、7000型动力猫道上；设备操作正常，执行结构安全平稳。尤其配套在7000型动力猫道上得到了德国客户的认可。

5 结论

①盒体和钻杆运输平稳，运输效率高，安全性强。②设备容量大，造价低，工作效率高，降低劳动强度。③盒体的升降方向性可调，结构合理，技术先进，自动化程度高，性能优越，操作灵活，具有很好的推广应用前景。④盒体可以容纳各种型号的钻杆，适合各种型号的钻机、修井机。

参考文献：

[1]刘文庆，崔学政，张富强.钻杆自动排放系统的发展及典型结构【J】.石油矿场机械，2007，36（11）：74-77.

[2]唐志军，梁希魁.胜利油田浅海优快钻井技术探讨【J】.石油钻探技术，1995，27（5）：32-33.