移动式火驱电点火器配套起下装备的研制

杨显志

(中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

0 引言

火烧油层技术是稠油油藏开发中后期重要的接替技术之一［1－6］，油层点火［7－8］则是火烧油层技术开发成功的前提。移动式电点火技术［9－11］作为一种高效的油层点火技术，已在辽河、吉林等油田推广应用。用于移动式电点火器起下作业的多为传统连续管车［12－15］，由于连续管车注入头为封闭结构，电点火器与连续管设备无法分离，因此，连续管车在整个点火期间需停放在井场上，存在设备占井周期长、运行成本高及安全风险大等问题，难以满足辽河油田火驱规模实施需求。因此，研制了移动式电点火器专用起下装备，并形成了完整的施工工艺。

1 工艺结构与工艺原理

1.1 工艺结构

结合辽河油田火驱现场需要，考虑装备制造及点火期间的运行成本，移动式电点火器配套起下装备主要由2个橇块结构组成，包括打开式注入头橇(简称注入头橇)和可拆卸滚筒橇(简称滚筒橇)。注入头橇主要包括鹅颈导向装置、注入头本体、液压系统、打开式注入头橇架、滑动导轨和升降支腿;滚筒橇主要包括电－液控制系统、变频驱动电机、活动滚筒和排缆计深装置(图1)。

图1 橇组整体结构方案设计Fig.1 The overall structure design of skid group

1.2 工艺原理

注入头橇的作用主要是方便电点火器与井口对接，为连续管入井和出井提供动力，并检测连续管工作状况，可在不截断连续管的情况下，将注入头本体取出，用于下一口井的点火作业;滚筒橇的作用主要是收卷排放连续管，控制连续管的下井深度和速度。

现场点火施工时，安装摆放注入头橇及滚筒橇，调整升降支腿高度，使注入头撬高度适合采油井口的高度;调整滑动导轨，注入头本体在水平方向移动，从而将电点火器与井口准确对接。利用注入头链条上夹持块的摩擦力将电点火器下入井中进行点火作业，点火完成后，利用注入头橇和滚筒橇提出并收卷电点火器，移走作业橇组。

多口井同步点火作业时，将电点火器下到设计位置后，可将注入头本体沿两侧滑动导轨打开，将电点火器沿着平移出口取出，同时，使用专用吊具吊起滚筒橇上的活动滚筒，将活动滚筒及电点火器留在原井点火。在滚筒橇上重新安装活动滚筒后，将整个橇组移动至其他井组，重新下入电点火器进行点火作业，可解决传统连续管起下设备占井周期长、运行成本高等问题。

1.3 工艺参数

该装备主要适应外径为25.4 mm或31.8 mm的连续管，活动滚筒可盘卷长度为2 500 m的连续管，满足辽河油田1 700 m井深的点火需求;注入头橇最大下推力为45.0 kN、上提力为90.0 kN，滚筒可提供45.0 kN辅助拉力，完全满足连续管极限抗拉强度要求，起下速度为0.2～60.0 m/min;整机运输状态外形尺寸为6 680 mm×2 300 mm×2 800 mm，整机质量仅为16.70 t，井场占地面积小，运输方便。

2 核心结构与关键技术

2.1 打开式注入头橇

注入头橇是起下装备最为重要的部件，主要由可升降撬架、注入头本体、滑动导轨机构、电－液驱动系统及指重计深系统等组成(图2)。升降撬架主要由升降支腿、支腿底座及升降橇架上、下底座等组成;注入头本体主要由链轮、链条、夹持块及伸缩液缸等组成;滑动导轨机构主要由滑动导轨及平移液缸等组成。

图2 打开式注入头橇主体结构设计Fig.2 The main structure design of the open injection head skid

升降撬架既是注入头本体的运输橇，也是注入头本体的工作底橇。升降支腿上分布有等间距为150 cm的销轴孔，在作业过程中，通过调节支腿销孔位置调整升降橇高度，支腿底部安装微调机构，行程为150 mm，满足不平整井场、不同高度火驱井口的安装要求;在运输过程中，升降支腿收回，升降橇落下，整体高度不超过2.8 m，质量约为7.45 t，方便吊装及运输。

升降橇架上底座设计了鹅颈导向装置，点火作业时由平放状态转变为竖立状态，为连续管和电点火器提供导向支撑作用;下底座安装可使注入头本体前后、左右移动的滑动导轨机构，注入头本体在2个导轨平移液缸的推动下可以沿导轨前后、左右移动，方便电点火器与井口的快速、准确对接。

注入头本体安装在底座滑动导轨上，采用侧向打开式结构设计，分左、右2个模块，通过2组伸缩液缸联结。伸缩液缸处于压缩状态时，注入头本体左、右2个模块联结在一起，电机驱动链轮，将动力传递给链条上的夹持块，可为电点火器出井、入井提供动力;伸缩液缸处于打开状态时，注入头本体左、右2个模块沿底橇滑动导轨向两侧滑移分离，旋开导向杆，将电点火器沿着平移出口取出，将电点火器留在原作业井井口，满足多口井同步点火作业需求。

注入头底部安装有指重传感器，可显示下入井内的连续管质量及检测连续管工作状况，根据指重传感器数据可诊断软阻或硬阻情况，注入头电机内部装有测量电机速度的电子编码器，可记录下井连续管的深度和速度。

2.2 可拆卸滚筒橇

滚筒橇主要由滚筒橇架、活动滚筒、驱动系统、排管计深系统、润滑系统、高压电滑环和测试滑环［15］等组成(图 3)。

图3 滚筒橇主体结构设计Fig.3 The main structure design of the roller skid

滚筒橇架是活动滚筒的工作撬。活动滚筒利用两侧的4个圆锥定位销连接在滚筒橇架上。点火作业时，活动滚筒在驱动系统和排管计深系统的控制下将电点火器通过连续油管下入井内，点火完成后，拆开4个圆锥定位销，利用专用吊具将活动滚筒从滚筒橇架移走，留置在原井场。在滚筒橇架上安装新的活动滚筒后即可移动至下一口井进行点火作业。

驱动系统由变频电机、减速机、链轮组等组成。起下电点火器时，通过变频电机提供动力，并进行速度调节，经过减速机和链轮组的链条进行一、二级减速后传递至活动滚筒的转轴，保证活动滚筒平稳运转，最大驱动速度为20 m/min，可提供4.5 kN的辅助上提力。

排管计深系统主要由排管器、强排电机、强排和自排链轮组及计数器等组成，排管系统随滚筒同步转动，正常排管时依靠自排链轮组实现随动排管、自动换向，也可启动强排电机依靠强排链轮组强制排管。机械计深器和电子计深器可以自动记录电点火器下井深度及速度。

高压电滑环和测试滑环系统分别安装在滚筒的左、右转动半轴，高压电滑环设计电压为950 V，电流为150.0 A，可以为电点火操作提供电流，同时，在电点火器起下过程中可带电加热作业，解决电点火器下井过程中管柱内存大量死油遇阻问题。测试滑环设计电压为24 V，电流为0.5 A，可以实时监测电点火器下井加热过程中的温度变化情况，保证施工安全。

操作平台安装在滚筒橇上，高度约为1 100 mm，周围安装有护栏，两侧有旋梯，顶部有遮阳篷，可有效保证操作人员安全。

3 现场应用

截至目前，该装备已在辽河、吉林等油田累计施工50余井次，现场实施过程中，滚筒与注入头之间动作协调，运行平稳，高压电滑环/测试滑环接入正常;载荷装置实时显示电点火器下井状态;起下速度控制在0.2～20.5 m/min，与下入管柱进行深度校核，计深精度在0.5 m范围内，关键技术指标满足火驱现场实际需求，均实现了电点火器的安全、高效带压起下作业。该装备于2018年12月在辽河油田锦45－015－更223及锦 45－013－更 223井首次完成2口井的同步点火作业。锦45－013－更223井为新井，2018年3月完钻，完钻井深为1 076.0 m，射孔层段为1 014.3～1 023.4 m，射开2个小层，油层厚度为6.6 m。2018年12月20日开始点火，设计电点火器下深为1 021.0 m，分3个点火阶段，点火周期为13 d。锦45－015－更223井为新井，2018年3月完钻，完钻井深为1 050.0 m，射孔层段为1 009.8～1 013.9 m，射开1个小层，油层厚度为4.1 m。2018年12月22日开始点火，设计电点火器下深为1 012.0 m，分3个点火阶段，点火周期为12 d。设备从锦45－013－更223井移至锦45－015－更223井，重新组装到电点火器开始下井作业耗时8.5 h，大幅提升了设备利用率，降低点火运行成本60%以上，满足了火驱规模实施需求。

4 结论

(1)火驱移动式电点火器配套起下装备采用撬装式结构设计理念，主体结构为可拆卸滚筒橇和打开式注入头橇的橇块模式，适应外径不大于31.8 mm的小直径电点火器或连续管的起下作业，可在连续管不被截断的情况下，将作业橇组移至其他点火井进行电点火起下作业，提高了设备的利用效率。

(2)装备结构设计合理，实现了设备的小型化，方便吊运及现场作业，参数达到设计指标要求。现场应用表明，可以实现井口防喷装置与电点火器的快速准确对接，成功完成多口井的同步点火作业，降低了火驱点火运行成本，可助推火驱规模化实施。