分動箱安全控制裝置的研制

徐 武，呂文偉，王保祥

（1.中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，陜西 西安 710000；2.中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司，湖北 荊州 434020）

1 引言

21 世紀(jì)以來，全球油氣勘探呈現(xiàn)勘探難度大、勘探對象復(fù)雜的趨勢，資料顯示，占總資源量43%的低滲透油氣資源埋藏較深，85%的油氣井位于山區(qū)、丘陵、沙漠等復(fù)雜地理環(huán)境；老油田已進(jìn)入中后期開發(fā)階段，穩(wěn)產(chǎn)難度大；更多的低品位、低滲透油區(qū)有待開發(fā)，尤其是深層天然氣開發(fā)難度越來越大。美國頁巖氣和致密油資源的成功勘探開發(fā)證明，傳統(tǒng)意義上的生油（氣）層已成為了新的勘探開發(fā)對象。連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)因占地小、效率高、對地層傷害小、帶壓作業(yè)等一系列優(yōu)點(diǎn)在油氣開采尤其長水平井開采中應(yīng)用越來越廣泛。連續(xù)油管技術(shù)前期主要是作為傳輸流體的通道，基本用于洗井、基質(zhì)酸化和氮?dú)馀e升，目前已經(jīng)擴(kuò)展到鉆井、修井、測井和射孔、增產(chǎn)措施等領(lǐng)域，現(xiàn)階段，國外陸上油氣開發(fā)中80%以上的采用帶壓作業(yè)，形成了帶壓鉆井、修井功能于一體的連續(xù)油管作業(yè)裝備，以美國、加拿大等國為代表，在油氣井連續(xù)油管帶壓作業(yè)技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。連續(xù)油管修井已代表著當(dāng)今世界修井技術(shù)的發(fā)展方向，并將作為一種常規(guī)、高效的作業(yè)技術(shù)在世界范圍內(nèi)普及。近年來連續(xù)油管鉆井、壓裂技術(shù)也成為熱點(diǎn)。目前連續(xù)油管最大鉆井深度已超過6 900 m?，F(xiàn)在連續(xù)油管外徑由原來的Φ12.7（1/2”）mm 發(fā)展到現(xiàn)在的Φ168.27（6-5/8”）mm。連續(xù)油管已可廣泛用于油田鉆井、完井、壓裂、酸化、排液、試油、采油采氣、修井、集輸管線解堵等領(lǐng)域。

目前連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)應(yīng)用越來越多，連續(xù)油管設(shè)備在油氣田上的應(yīng)用范圍持續(xù)擴(kuò)大，連續(xù)管鉆井技術(shù)和連續(xù)管壓裂技術(shù)成為20 世紀(jì)90 年代以來發(fā)展最快的兩項(xiàng)技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國每年大約以800 口井?dāng)?shù)量遞增，特別是氣井、水平井、定向井、大斜度井、分支井?dāng)?shù)量大幅增加，并且隨著油氣的不斷開采，作業(yè)井深逐漸延伸至5 000～6 000 m。

俄羅斯蘇爾古特地區(qū)以及中國東北地區(qū)、新疆地區(qū)冬季溫度低至-20 ℃以下，這些寒冷地區(qū)油田開發(fā)過程中經(jīng)常使用低溫連續(xù)油管輔助設(shè)備對油管內(nèi)壁進(jìn)行熱洗和吹掃作業(yè)，低整機(jī)的移運(yùn)、空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)以及三缸柱塞泵的運(yùn)轉(zhuǎn)動力全部都由底盤發(fā)動機(jī)提供。

低溫連續(xù)油管輔助設(shè)備在底盤原有傳動鏈上加裝了一個分動箱，用于將底盤動力輸出至車臺上裝設(shè)備，三缸柱塞泵的動力是通過底盤變速箱和底盤分動箱之間加裝的一種分動箱提供的。這種分動箱有上下2 個輸出口，下輸出口與底盤分動箱相聯(lián)，用于驅(qū)動底盤車行駛，上輸出口與三缸柱塞泵相聯(lián)，用于驅(qū)動三缸柱塞泵。輸出口選擇由換擋開關(guān)控制換擋氣缸實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的做法是，當(dāng)車輛停止后，踩離合器同時扳動分動箱換擋開關(guān)，分動箱從行車模式切換到作業(yè)模式，或從作業(yè)模式切換到行車模式。駐車不穩(wěn)或行車過程中誤操作使得分動箱意外換擋，后果是分動箱傳動齒輪損壞，底盤車因失去動力而突然停機(jī)，埋下極大的安全隱患，對設(shè)備造成不可逆的損壞，嚴(yán)重時還有可能會對操作人員的人身安全造成危害。因此，設(shè)備的安全換擋成為了設(shè)備安全的一個重要組成部分和重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)。

2 技術(shù)方案

本文通過改變現(xiàn)有換擋控制方式，研制一種分動箱安全換擋控制裝置，取代目前低溫連續(xù)油管輔助設(shè)備分動箱換擋方式，實(shí)現(xiàn)分動箱安全換擋。該裝置通過底盤PSM 控制模塊輸出底盤駐車信號控制底盤分動箱動力輸出的模式切換，實(shí)現(xiàn)底盤分動箱的安全換擋，即只有在操作人員刻意換擋的情況下，才可以完成分動箱的換擋，除此之外所有非意志下的換擋都不會換擋成功，如此一來有效避免由于誤操作造成分動箱意外換擋，導(dǎo)致分動箱傳動齒輪損壞，提高設(shè)備的操作安全性，延長設(shè)備使用壽命和確保操作人員人身安全。同時將行車模式指示燈與漸近開關(guān)聯(lián)動，實(shí)時顯示行車模式提醒操作人員，將潤滑泵油壓指示燈與油壓開關(guān)聯(lián)動，用于指示分動箱供油狀態(tài)，監(jiān)測顯示分動箱運(yùn)行狀態(tài)。油壓開關(guān)控制第二兩位三通電磁閥得電以及給分動箱供油，通過第一兩位三通電磁閥和第二兩位三通電磁閥執(zhí)行換擋開關(guān)傳輸?shù)姆謩酉鋭恿跷恍盘?，進(jìn)行擋位切換。

2.1 裝置組成

分動箱安全換擋控制裝置控制原理如圖1 所示，分動箱安全換擋控制裝置主要由蓄電池、保險(xiǎn)、電源開關(guān)、控制繼電器、換擋開關(guān)、第一電磁閥、第二電磁閥、漸進(jìn)開關(guān)、行車模式指示燈、油壓開關(guān)、潤滑泵油壓指示燈構(gòu)成。

圖1 分動箱安全換擋控制裝置控制原理圖

蓄電池作為電能元件，為整個系統(tǒng)的運(yùn)行提供24 V 直流電源。保險(xiǎn)作為控制電路的安全保護(hù)元件，避免因短路、過載等造成用電設(shè)備的燒毀。電源開關(guān)作為供電回路的控制開關(guān)，打開此開關(guān)后控制回路才有電，閉合時控制回路沒有電?？刂评^電器由底盤駐車信號控制。換擋開關(guān)控制底盤分動箱動力在“臺上”和“底盤”間進(jìn)行切換。第一電磁閥和第二電磁閥是底盤分動箱動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)。行車模式指示燈與漸近開關(guān)聯(lián)動，用于指示行車模式。潤滑泵油壓指示燈與油壓開關(guān)聯(lián)動，用于指示分動箱供油狀態(tài)。油壓開關(guān)控制第二兩位三通電磁閥得電以及給分動箱供油，第一兩位三通電磁閥和第二兩位三通電磁閥執(zhí)行換擋開關(guān)傳輸?shù)姆謩酉鋭恿跷恍盘枴?/p>

2.2 裝置運(yùn)行

車輛在行車模式時，車載分動箱動力驅(qū)動底盤，漸近開關(guān)處于閉合狀態(tài)，電源開關(guān)打開后，行車模式指示燈點(diǎn)亮。需要將分動箱動力切換到作業(yè)模式時，操作人員將車輛駐車，拉上手剎，此時底盤PSM 控制模塊輸出底盤駐車信號控制繼電器觸點(diǎn)閉合，同時換擋開關(guān)得電。此時，踩下離合器同時扳動換擋開關(guān)至“臺上”位置，第一電磁閥得電，第二電磁閥斷電，分動箱換擋氣缸換擋將動力切換至臺上，車輛進(jìn)入作業(yè)模式，漸近開關(guān)處于斷開狀態(tài)行車模式指示燈熄滅。此時，油壓開關(guān)閉合，潤滑泵油壓指示燈點(diǎn)亮。作業(yè)完成后，扳動換擋開關(guān)至“底盤”位置，油壓開關(guān)斷開，潤滑泵油壓指示燈熄滅，第二電磁閥得電，第一電磁閥斷電，分動箱動力重回底盤，車輛進(jìn)入行車模式。若車輛未拉上手剎，控制繼電器觸點(diǎn)處于常斷開狀態(tài)，換擋開關(guān)失效。這樣，駐車不穩(wěn)或行車過程中即使誤操作，也不會使分動箱意外換擋，底盤分動箱實(shí)現(xiàn)安全換擋。

3 結(jié)論

通過改變現(xiàn)有換擋控制方式，研制出一種分動箱安全換擋控制裝置，取代目前低溫連續(xù)油管輔助設(shè)備分動箱換擋方式，分動箱安全換擋控制裝置通過引入底盤PSM 控制模塊輸出的底盤駐車信號作為控制底盤分動箱動力輸出的模式切換的先決條件，使得設(shè)備只有在操作人員刻意換擋的情況下，才可以完成分動箱的換擋，除此之外所有非意志下的換擋都不會換擋成功，從而實(shí)現(xiàn)底盤分動箱的安全換擋，駐車不穩(wěn)或行車過程中即使誤操作，也不會使分動箱意外換擋，避免事故的發(fā)生，提升了設(shè)備安全性和操作人員的人身安全。