自動化修井裝置的應(yīng)用研究

王四明 胡春波 王瑞瑾

【摘要】目前在油田修井作業(yè)中起下管柱依靠人工操作，工人工作量大、安全性低。為此，研制了自動化修井裝置。它主要包括提升系統(tǒng)、井口卡座、動力吊卡、沖砂裝置、龍頭機(jī)構(gòu)、滑道系統(tǒng)、自動液壓鉗、監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等。它實現(xiàn)了井口自動起、下管桿操作、自動搶噴、自動沖砂、防環(huán)境污染等功能。自動化修井裝置減輕井口工人的勞動強(qiáng)度，提高施工安全性，改善了作業(yè)環(huán)境，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】修井 自動化 動力吊卡 滑道系統(tǒng) 自動液壓鉗

修井作業(yè)是油田穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的的重要環(huán)節(jié)，其主要工作有：檢泵、防砂、調(diào)層、射孔、換封、新井投產(chǎn)等，其中一個非常繁重的工作就是起下油管、抽油桿及井下工具^[1]。目前起下作業(yè)依賴人工倒換油管（抽油桿）吊卡、摘掛吊環(huán)、推拉液壓鉗、推放小滑車、輔助油管定位。傳統(tǒng)的作業(yè)方式不僅要求操作人員精力高度集中，動作配合靈活準(zhǔn)確，而且操作頻繁，不安全因素較多，作業(yè)危險性大，大部分井口人身傷害事故是由于井口操作配合不當(dāng)造成的，工人勞動強(qiáng)度較大且作業(yè)效率低。

1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

修井作業(yè)行業(yè)仍采用傳統(tǒng)的修井方式，井口操作的機(jī)械化程度很低，工人勞動強(qiáng)度大，安全系數(shù)低。為了降低工人的勞動強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，增加工作的安全性，在國內(nèi)一些石油機(jī)械廠和石油院校對修井井口作業(yè)的機(jī)械化進(jìn)行了研究^[2]。

2 自動化修井裝置

目前，遼河石油勘探局興隆臺工程技術(shù)處和新松機(jī)器人公司共同研制了一套自動化修井裝置，并在現(xiàn)場中投入使用。此裝置作業(yè)流程采用自動化的技術(shù)手段，實現(xiàn)修井作業(yè)中的“提、轉(zhuǎn)、甩”這三個基本功能和井口無人自動化操作。裝置主要包括提升系統(tǒng)、井口卡座、動力吊卡、沖砂裝置、龍頭機(jī)構(gòu)、滑道系統(tǒng)、自動液壓鉗、監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等。

2.1 提升系統(tǒng)

提升系統(tǒng)采用變頻電機(jī)通過減速機(jī)驅(qū)動滾筒的形式實現(xiàn)管桿的上提和下放。它的最大優(yōu)點就是節(jié)省能源和減少環(huán)境污染，達(dá)到綠色修井的目的。提升系統(tǒng)主要包括：底盤、大絞車（氣離合、滾筒、減速機(jī)、盤剎）、液壓小絞車、井架、天車、游車系統(tǒng)等。

2.2 井口卡座

井口卡座由本體、液動卡瓦、吊卡定位器、接箍定位器、防噴濺裝置以及自動搶噴裝置等組成。卡瓦開、關(guān)采用液壓動力驅(qū)動，動作可靠。吊卡定位器安裝在卡座工作平板上，用來實現(xiàn)油管、抽油桿上提和下放時吊卡在井口位置的準(zhǔn)確定位。接箍定位器可以上下升降和水平移動，可以準(zhǔn)確定位接箍位置。防噴濺裝置可以回收油管內(nèi)的液體，防止污染井場環(huán)境。自動搶噴裝置采用傳統(tǒng)井控原理進(jìn)行設(shè)計，在旋緊防噴旋塞后能夠自動關(guān)閉防噴旋塞中心球閥，確保有效可靠的封井。

2.3 動力吊卡

動力吊卡由吊卡、自制吊環(huán)、連接裝置、常規(guī)吊環(huán)等組成。在上提和下放的過程中，吊卡卡爪的打開與關(guān)閉采用吊卡上的液壓缸自動完成操作?？ㄗΦ拈_合由一對偏心輪來實現(xiàn)。當(dāng)兩個偏心輪合在一起時，通過兩個槽形凸輪的后部平面與吊卡外壁接觸起到限位作用而達(dá)到一個極限位置，即鎖卡的位置。

2.4 沖砂裝置

沖砂裝置安裝在動力吊卡內(nèi)部，主要由密封膠件、中心管、轉(zhuǎn)向彎頭、導(dǎo)軌、限位銷和液壓缸等組成。在沖砂作業(yè)中可以實現(xiàn)自動換單根，不需拆接彎頭和倒水龍帶，縮減了換單根的時間，避免砂卡現(xiàn)象發(fā)生。

2.5 龍頭機(jī)構(gòu)

龍頭機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向斗、活門機(jī)構(gòu)、扶正機(jī)構(gòu)、電磁推管器等。龍頭機(jī)構(gòu)固定在底盤龍頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，通過四連桿機(jī)構(gòu)相連接，在運輸時收回，以縮小運輸時設(shè)備的外形尺寸，工作時伸出，并且根據(jù)井場實際情況可以進(jìn)行±90度旋轉(zhuǎn)，以滿足不同工作狀態(tài)的需要。導(dǎo)向斗整體為框架結(jié)構(gòu)，安裝在斜定位機(jī)構(gòu)的上部，對動力吊卡進(jìn)行導(dǎo)向定位?；铋T機(jī)構(gòu)單側(cè)門旋轉(zhuǎn)角度大于90°，雙門打開后吊卡可以順利通過，關(guān)閉時對吊卡進(jìn)行支撐。扶正機(jī)構(gòu)由兩個扶手構(gòu)成，在進(jìn)行管桿上提和下放操作時，卡爪調(diào)節(jié)到適用于管桿的位置。電磁推管器在甩管桿時，對管桿推出一個初始角度以利于管桿傾斜下滑；在接管桿時，對管桿輔助支撐，以防止管桿的擺動和對扶正機(jī)構(gòu)的沖擊，并利用電磁吸力可以有效控制管桿在空中隨意擺動。

2.6 滑道系統(tǒng)

滑道系統(tǒng)主要由前箱、后箱、底座支撐、兩側(cè)支撐、動力滑道、小滑車、機(jī)械手、驅(qū)動鏈機(jī)構(gòu)、抓管機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)、高度及位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和檢測裝置等構(gòu)成。在起管流程的操作過程中，驅(qū)動鏈機(jī)構(gòu)自動旋轉(zhuǎn)，可以有效驅(qū)動管桿順利下滑，抓管機(jī)構(gòu)自動把管桿接送到管橋上，保證甩管過程連續(xù)可靠；在下管流程操作過程中，抓管機(jī)構(gòu)自動把管桿從管橋上管位接送到動力滑道上，然后小滑車把管桿推送到預(yù)定位置，所有過程全部自動操作。

2.7 自動液壓鉗

自動液壓鉗是在手動油管液壓鉗的基礎(chǔ)上通過機(jī)構(gòu)和控制方式的改造來實現(xiàn)自動操作，更換主鉗和背鉗鉗牙可以進(jìn)行抽油桿上卸扣操作。自動液壓鉗有自動上卸扣、扭矩檢測控制、旋轉(zhuǎn)圈數(shù)計數(shù)等功能。

此自動化修井裝置只需2名工人操作，實現(xiàn)了井口起、下管桿自動化操作（液壓鉗上卸管、桿扣自動化操作、井口卡座自動化操作、吊卡的自動化操作以及甩管的自動化操作等功能）、自動搶噴、自動沖砂、防環(huán)境污染等功能。經(jīng)過二年多的實際應(yīng)用，積累了大量現(xiàn)場工作經(jīng)驗，對修井工作中的不足，逐漸加以改進(jìn)和完善，達(dá)到了實用性、適應(yīng)性、可靠性、安全性、降低勞動強(qiáng)度的目標(biāo)。

3 結(jié)語

自動化修井裝置不僅能提高修井工人作業(yè)的安全性和降低工人的勞動強(qiáng)度，更能創(chuàng)造出良好的經(jīng)濟(jì)效益。在以人為本，安全生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)的社會環(huán)境下有著非常廣闊的市場應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 張寶增，王瑞和.修井作業(yè)中的自動起下管柱系統(tǒng)探討^[J].石油礦場機(jī)械，2007，36（4）：22-25

[2] 常玉連，肖易萍，高 勝，聶文平.修井井口機(jī)械化自動化裝置的研究進(jìn)展[J].石油礦場機(jī)械，2008，37（5）：62-67

作者簡介

王四明，男，生于1984年，助理工程師，2008年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，現(xiàn)從事井下作業(yè)和自動化修井工作。