新型帶壓作業(yè)設(shè)備平衡絞車研制與應(yīng)用

邾啟孟

（中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠，湖北荊州434020）

新型帶壓作業(yè)設(shè)備平衡絞車研制與應(yīng)用

邾啟孟

（中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠，湖北荊州434020）

平衡絞車是帶壓作業(yè)設(shè)備上一個重要組成部分，配合舉升系統(tǒng)實現(xiàn)隨動起下管柱和提升重物。詳細(xì)闡述一種帶壓作業(yè)設(shè)備上的新型平衡絞車，這種平衡絞車具有高速收放繩、低速隨動收放繩、結(jié)構(gòu)緊湊控制精度高等優(yōu)點，其控制系統(tǒng)采用全液壓控制，并且具有雙絞車獨立工作，懸停隨動功能，自動制動剎車功能、無換向閥控制的特點。

帶壓作業(yè)設(shè)備；平衡絞車；隨動控制；液壓控制系統(tǒng)

帶壓作業(yè)裝備是一種用于油氣開發(fā)的新型作業(yè)設(shè)備，通過卡瓦夾持管柱隨四根舉升油缸升降實現(xiàn)上提或下放管柱作業(yè)，通過防噴器密封管柱和井口之間環(huán)空以防止井下高壓流體噴出井口，作業(yè)過程不需要壓井作業(yè)。平衡絞車主要承擔(dān)上提下放作業(yè)管柱和井下工具，不同于一般液壓絞車，其具有配合舉升系統(tǒng)的隨動上行和下行功能、懸停功能等特殊功能[1-2]。

近年來，隨著國內(nèi)非常規(guī)能源開發(fā)的深入，帶壓作業(yè)技術(shù)和帶壓作業(yè)設(shè)備也得到逐步發(fā)展，平衡絞車是帶壓作業(yè)設(shè)備的重要組成部分，目前國外帶壓作業(yè)設(shè)備公司設(shè)計的平衡絞車已經(jīng)發(fā)展到多種結(jié)構(gòu)形式和液壓控制系統(tǒng)，具有低速穩(wěn)定隨動上提下放和雙絞車獨立工作等優(yōu)點，而國內(nèi)現(xiàn)有帶壓作業(yè)設(shè)備的平衡絞車一般采用換向閥換向來實現(xiàn)絞車空鉤下放，而在作業(yè)過程中隨動下行是通過先導(dǎo)調(diào)壓閥來控制的，這樣的控制方式比較復(fù)雜，長時間的工作增加操作人員的負(fù)擔(dān)，特別是不熟練的操作人員如果工作中混淆了，容易產(chǎn)生誤操作導(dǎo)致安全事故發(fā)生。本文針對帶壓作業(yè)設(shè)備平衡絞車及其控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，以期對平衡絞車在帶壓作業(yè)復(fù)雜工況下能夠?qū)崿F(xiàn)安全、高效、人性化操作的需求。

1 平衡絞車概況

平衡絞車直接關(guān)系著帶壓作業(yè)的平穩(wěn)、高效、安全作業(yè)，平衡絞車主要包括絞車主體、減速機(jī)、絞車滾筒、制動器、馬達(dá)以及液壓控制系統(tǒng)，通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動馬達(dá)正反轉(zhuǎn)，經(jīng)減速機(jī)減速后帶動滾筒轉(zhuǎn)動實現(xiàn)收放繩，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速可以通過調(diào)速閥和調(diào)壓閥調(diào)節(jié)，制動器采用液壓釋放式剎車，操作絞車工作時，壓力達(dá)到許可工作力時解剎工作。新型帶壓作業(yè)設(shè)備上的平衡絞車控制系統(tǒng)實現(xiàn)雙絞車獨立工作模式、帶管柱懸停隨動功能、自動剎車制動功能，采用全液壓控制方式。

2 平衡絞車結(jié)構(gòu)設(shè)計

平衡絞車總成主要由有雙滾筒、液壓馬達(dá)及行星齒輪減速機(jī)構(gòu)等組成。為了縮小平衡絞車的體積和重量，減速機(jī)安裝在滾筒內(nèi)部，滾筒一端安裝有支撐軸承，一端與減速機(jī)、液壓馬達(dá)通過法蘭連接，在滾筒外側(cè)設(shè)計滾杠和檔桿，達(dá)到排繩和防鋼絲繩滑出的作用[3-4]。

在提放單根過程中，可以通過對溢流壓力的調(diào)節(jié)來應(yīng)對提升重量的改變，同時通過對分路流量的調(diào)節(jié)來對提升下放速度進(jìn)行改變；平衡絞車配置雙滾筒，在作業(yè)過程中一個滾筒將地面的油管提升至操作臺，另一個滾筒提住油管隨起升下放裝置將管柱下放至井內(nèi)，并與其速度保持一致，能有效地提高作業(yè)效率。圖1所示。

圖1 平衡絞車結(jié)構(gòu)圖

3 液壓控制系統(tǒng)

平衡絞車控制系統(tǒng)主要分為液壓動力系統(tǒng)、懸停隨動控制系統(tǒng)、剎車制動系統(tǒng)三大部分。其中動力系統(tǒng)集成為液壓站，控制系統(tǒng)馬達(dá)、主壓力控制閥、調(diào)速閥等隨平衡絞車安裝到帶壓作業(yè)設(shè)備起重拔桿之上，遠(yuǎn)程控制閥和剎車閥位于操作平臺上，操作平臺上的作業(yè)人員作業(yè)前打開剎車閥，操作遠(yuǎn)程控制閥旋鈕即可操作平衡絞車隨動上提下放。本控制系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)的設(shè)計除去了常規(guī)平衡絞車控制系統(tǒng)的手動換向閥，直接通過遠(yuǎn)程控制閥控制平衡絞車，代替原來作業(yè)時需要同時操作手動換向閥和遠(yuǎn)程壓力控制閥的操作方式。如圖2所示。

圖2 液壓控制系統(tǒng)圖

3.1 液壓動力系統(tǒng)

平衡絞車液壓動力系統(tǒng)主要分為兩個絞車獨立驅(qū)動的兩個泵和一個為剎車先導(dǎo)閥供油的泵，使用兩個泵獨立供油的好處是使兩個平衡絞車控制互相獨立，在平衡絞車懸停或者隨動下放的過程不會因油路壓力波動等因素導(dǎo)致失控。平衡絞車系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場實際使用和絞車負(fù)載計算一般采用中壓控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用葉片泵和葉片馬達(dá)，對液壓油具有很好的抗污染性，因此不需要設(shè)置高壓過濾器。

3.2 懸停隨動控制系統(tǒng)

懸停隨動控制系統(tǒng)主要包括單向閥、調(diào)速閥、背壓閥、主溢流閥、遠(yuǎn)程控制閥，其特點在于此系統(tǒng)無換向閥即可實現(xiàn)平衡絞車升降、懸停、隨動功能。如圖2，泵供油到懸停隨動控制系統(tǒng)，經(jīng)過單向閥分為兩支油路，一支經(jīng)過單向節(jié)流閥的單向功能達(dá)到馬達(dá)工作口，一支連接主溢流閥，溢流閥溢流口與馬達(dá)另外一個工作口集油經(jīng)過背壓閥回油箱。調(diào)節(jié)遠(yuǎn)控閥工作壓力，當(dāng)系統(tǒng)壓力等于負(fù)載的載荷等效壓力時，平衡絞車進(jìn)入懸停狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)壓力高于等效壓力時，絞車處于提升狀態(tài)并可隨壓力調(diào)節(jié)實現(xiàn)速度快慢控制；當(dāng)調(diào)節(jié)壓力低于等效壓力時，絞車處于下降狀態(tài)并可隨壓力調(diào)節(jié)實現(xiàn)速度快慢控制。

3.3 剎車制動系統(tǒng)

剎車制動系統(tǒng)包括先導(dǎo)剎車閥和剎車控制閥組，其特點是采用液壓釋放式剎車，具有手動越權(quán)剎車和工作中系統(tǒng)失壓情況下可以實現(xiàn)自動剎車，避免系統(tǒng)故障以及人為失誤導(dǎo)致事故發(fā)生。先導(dǎo)剎車閥具有越權(quán)控制功能，在使用平衡絞車前先操作先導(dǎo)剎車閥使剎車控制閥組給制動器供油解剎，然后再使用先導(dǎo)調(diào)壓閥控制絞車提升或者下放，在使用過程中如果需要緊急剎車，可以使用先導(dǎo)剎車閥越權(quán)剎車；剎車控制閥組壓力進(jìn)油取自懸停隨動系統(tǒng)的進(jìn)油，在液壓系統(tǒng)故障導(dǎo)致失壓情況時，剎車控制閥組內(nèi)部控制機(jī)能會使其泄油讓制動器制動，防止絞車在起吊重物過程中失控下墜。

4 結(jié)束語

新型平衡絞車采用本液壓控制系統(tǒng)，可以在不使用換向閥的情況下實現(xiàn)提升、懸停、隨動下放管柱等所有帶壓作業(yè)設(shè)備需要的功能，懸停隨動控制系統(tǒng)可以使絞車在懸停和隨動狀態(tài)穩(wěn)定，抗干擾性好，并且設(shè)計的剎車控制系統(tǒng)具備雙重保護(hù)措施。在新型帶壓作業(yè)設(shè)備上已經(jīng)得到應(yīng)用，最大工作速度達(dá)到1 m/s，最小工作速度達(dá)到0.01 m/s，作業(yè)負(fù)載范圍從0~2 t，懸停和隨動狀態(tài)穩(wěn)定，雙絞車工作不受干擾，操作方式簡單可靠，可以很好的滿足帶壓作業(yè)設(shè)備的各種作業(yè)要求和操作者人性化使用要求。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]謝永金，曹立明.新型不壓井作業(yè)設(shè)備的研究[J].石油裝備學(xué)術(shù)研討會，2007，（8）：161-164.

[3]楊德強(qiáng).同步液壓絞車研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)旬刊，2015，（08）：88-89.

[4]王煒.不壓井作業(yè)裝置技術(shù)現(xiàn)在與應(yīng)用分析[J].石油機(jī)械，2014，（10）：86-89.Development and Application of Counterbalance Winch in Snubbing Unit

ZHU Qi-meng
（SJ Petroleum Machinery Co.，SINOPEC，Jingzhou Hubei 434020，China）

Countbalance winch is an important part of snubbing unit，with jack system to moving up and down tubing and lifting weights. This paper describes a new type counterbalance winch in snubbing unit，which has the advantage of wire rope high-speed movement，ultra-low-speed servo control，compact structure and high control precision. This counterbalance winch adopts full hydraulic control，which has the characteristics of independent operation of double winch，hovering follow-up function，automatic braking function，on directional control valve. Key words: snubbing unit；counterbalance winch；servo control；hydraulic system

T E921

A

1672-545X（2016）09-0101-02

2016-06-14

邾啟孟（1989-），男，安徽蕪湖人，機(jī)械工程師，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)從事石油機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計工作。