對(duì)未來車載修井機(jī)發(fā)展的分析與研究

王樹森，田燕，朱建祥

（中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司宏華集團(tuán)，四川 成都 610036）

1 目前石油修井機(jī)的現(xiàn)狀

1980年我國(guó)揭開了石油修井機(jī)的發(fā)展序幕，經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，我國(guó)修井機(jī)技術(shù)已經(jīng)從最初的仿制國(guó)外技術(shù)到如今已經(jīng)可完全自行研發(fā)各種特色的修井設(shè)備。

如今，修井設(shè)備都各自特點(diǎn)，各有所長(zhǎng)。普遍是大公司因規(guī)模龐大，實(shí)力雄厚，還只集中在大噸位修井機(jī)方面，先進(jìn)化程度并不高，對(duì)一些小型或中小噸位修井機(jī)并不夠重視，自走式輕載修井機(jī)無論在精細(xì)程度，專業(yè)化程度還是價(jià)格方面都不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，如：我們熟悉的激勵(lì)車（英文名Flush-by rig，輕便快捷修井作業(yè)車），幾乎都是被北美和歐洲企業(yè)所壟斷。

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重載石油修井機(jī)各企業(yè)都有各自的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)上大同小異。這些設(shè)備動(dòng)力一般都采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過底盤上加裝動(dòng)力及井架和絞車等設(shè)備，利用絞車鋼絲繩提升系統(tǒng)作業(yè)，對(duì)井眼管柱不具有下注力。

隨著我國(guó)對(duì)環(huán)保要求的重視、道路運(yùn)輸法規(guī)的貫徹、潔凈能源政策的推行，各油田根據(jù)自己的實(shí)力，都對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)的重載石油修井機(jī)都做了一些創(chuàng)新，大概體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1.1 網(wǎng)電及雙動(dòng)力驅(qū)動(dòng)

油田實(shí)力不斷提高，油田電網(wǎng)也得到合理的規(guī)劃和架設(shè)，設(shè)計(jì)制造廠家更加注重對(duì)油田傳統(tǒng)修井機(jī)的改造研發(fā)。如：考慮環(huán)保和降本增效，各生產(chǎn)廠家都在傳統(tǒng)石油修井機(jī)上做了些創(chuàng)新和升級(jí)，網(wǎng)電驅(qū)動(dòng)的修井機(jī)便隨之而誕生。

然而這種改變僅在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上作了一定程度的變化，使得修井作業(yè)變得較為方便，彌補(bǔ)了原有的一些缺點(diǎn)，但修井作業(yè)仍然是一份高強(qiáng)度和高作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的工作，其作業(yè)工藝還是傳統(tǒng)的做法，即：吊車、帶壓作業(yè)設(shè)備作業(yè)完成后方可進(jìn)行修井作業(yè)。

許多方面還存在著缺陷，需要設(shè)計(jì)者們繼續(xù)深入研究，結(jié)合作業(yè)實(shí)踐解決在實(shí)際工作中面臨的問題。

1.2 自動(dòng)化

油田作業(yè)領(lǐng)域一直有句廣為流傳的話：“鉆井苦，作業(yè)累”，艱苦的工作環(huán)境，高強(qiáng)度的勞動(dòng)，工人在做這份工作時(shí)都會(huì)感到身心疲憊。經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們更加注重生活質(zhì)量，許多人都不愿意從事這種艱辛的工作，由于作業(yè)強(qiáng)度太高，導(dǎo)致該行業(yè)一直缺少新鮮血液的融入。

盡管以后傳統(tǒng)的修井機(jī)加裝了一些自動(dòng)排管系統(tǒng)，但還做得不夠，還不能徹底地改善作業(yè)工人的工作環(huán)境，用先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備代替人工操作，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，安全增效，更好地促進(jìn)修井作業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展。

1.3 智能化

修井自動(dòng)化工具的配套雖然能夠有效解決和降低勞動(dòng)強(qiáng)度和減員，但不能保證各個(gè)自動(dòng)化工具之間以及與主機(jī)之間的協(xié)同作業(yè)及設(shè)備的安全保護(hù)。自動(dòng)化能夠使操作更加簡(jiǎn)便，節(jié)省人力，許多操作都可以引入操作室內(nèi)由一人操作，但過渡的減員容易造成工作人員操作負(fù)擔(dān)，增加錯(cuò)誤率。

因此，司鉆的操控設(shè)計(jì)要盡可能趨于人性化，確保設(shè)備在空間上智能防撞，集成控制系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)都能夠獨(dú)立作業(yè)，也可集成作業(yè)，同時(shí)也便于作業(yè)人員的操作。除此之外，還需對(duì)操作室內(nèi)的動(dòng)作監(jiān)視、預(yù)警系統(tǒng)和故障診斷及報(bào)警系統(tǒng)的維護(hù)，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理。

以上這些都是近年來在傳統(tǒng)重載石油修井機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的創(chuàng)新和改造的簡(jiǎn)單總結(jié)，但這些創(chuàng)新和改造卻不能徹底地解決工人操作所遇到的實(shí)際問題，更不能解決修井作業(yè)所面臨的新工藝問題。

傳統(tǒng)修井機(jī)作業(yè)過程，通常在起下管柱前，要先對(duì)井內(nèi)進(jìn)行處理，釋放壓力或用壓井液壓井，然后才能進(jìn)行修井作業(yè)，一般都是在溢流下進(jìn)行作業(yè)，而且需吊車配合、需待不壓井作業(yè)裝置對(duì)井口進(jìn)行處理后方才可用傳統(tǒng)修井機(jī)作業(yè)。此過程，起下油管或油桿，只能是邊放噴邊作業(yè)，操作工又累又臟、耗時(shí)低效。況且是絞車鋼絲繩提升，更沒有對(duì)管柱的下壓力，起下作業(yè)過程易誘發(fā)井涌、井噴等事故。

相對(duì)于傳統(tǒng)修井作業(yè)，帶壓作業(yè)除了能保護(hù)儲(chǔ)層外，還能夠解決修井作業(yè)當(dāng)中普遍存在的問題，如：“管柱的上頂和下壓、防噴和泄流”都是可控的，不會(huì)發(fā)生井噴事故。帶壓作業(yè)指利用特殊修井設(shè)備，在油、氣、水井井口帶壓的情況下，直接實(shí)施起下管桿、井筒修理及增產(chǎn)措施的井下作業(yè)技術(shù)。通過防噴器組控制環(huán)空內(nèi)壓力，控制油管內(nèi)部壓力，通過對(duì)管柱施加外力克服井內(nèi)上頂力，完成帶壓情況下起下管柱的作業(yè)過程。幾乎所有的油、氣、水井從勘探、開發(fā)到后期的維護(hù)過程都會(huì)受到不同程度的傷害。如何避免和減小對(duì)儲(chǔ)層的傷害，提高油、氣、水井的壽命和產(chǎn)能一直是開發(fā)技術(shù)所努力的方向。所以，帶壓作業(yè)技術(shù)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)真正意義上油氣層的保護(hù)提供了可能。

因此，各大油田都迫切而急需一套高效作業(yè)、快速移運(yùn)的起下油管/桿的自動(dòng)化作業(yè)設(shè)備，減少實(shí)際操作人員，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高整體作業(yè)的效率，使油田工人工作的更體面，這是我們當(dāng)前設(shè)計(jì)者迫切需要解決的問題。

隨著基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展，特別是信息技術(shù)和AI技術(shù)的發(fā)展，勞動(dòng)環(huán)境的日益完善，操作舒適性和安全的要求，使得我們不得不重新審視和暢想我國(guó)車載修井機(jī)的發(fā)展。

2 未來車載修井作業(yè)機(jī)方案暢想

帶壓作業(yè)自動(dòng)修井機(jī)是結(jié)合不壓井技術(shù)，集成和創(chuàng)新地發(fā)展了傳統(tǒng)修井技術(shù)，除了能夠?qū)崿F(xiàn)修井作業(yè)的自動(dòng)起下油管（桿）柱、自動(dòng)上卸扣、自動(dòng)輸送和排放管（桿）柱外、整機(jī)井口無人或少人化操作，達(dá)到高效、節(jié)能、安全、環(huán)保。真正上解決了目前修井作業(yè)中存在的普遍問題，也是當(dāng)前油田工人所期盼的理想車載修井機(jī)。

為了方便操作，帶壓作業(yè)自動(dòng)修井機(jī)油管（桿）柱自動(dòng)輸送和排放機(jī)構(gòu)，井口自動(dòng)上/卸扣機(jī)構(gòu)不僅能夠在操作臺(tái)上操作，同時(shí)還設(shè)置了遙控操作，可以在井場(chǎng)內(nèi)離線操作，真正意義上實(shí)現(xiàn)井口操作的無人化，把井場(chǎng)操作者從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來。

2.1 總體要求

修井作業(yè)時(shí)管柱始終要具有可控，防噴，防有害氣體，無漏失，自動(dòng)化、起下鉆功能。

總體思路是以帶壓作業(yè)機(jī)的液缸起下鉆方式的結(jié)構(gòu)原理為基礎(chǔ)，研制液壓自動(dòng)機(jī)械臂，油管輸送架，集液器，清扣及涂脂器；配套液壓鉗，液壓防噴器，按起下鉆技術(shù)要求，進(jìn)行相關(guān)的探測(cè)及自動(dòng)化控制技術(shù)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)修井起下鉆作業(yè)的自動(dòng)化?？傮w結(jié)構(gòu)示意見圖1、圖2。

圖1 運(yùn)輸示意圖

圖2 井口安裝示意圖

2.2 主要功能和要求

（1）起下鉆過程中，管柱始終處于受控狀態(tài)，且防止上頂、下砸。

（2）油管內(nèi)和環(huán)空應(yīng)具有自動(dòng)防噴功能。

（3）卸扣時(shí)具有防止液體的濺落功能。

（4）當(dāng)有害氣體超標(biāo)時(shí)，能自動(dòng)關(guān)井功能。

（5）具有自動(dòng)清理油管絲扣和涂密封脂功能。

（6）管具地面輸送系統(tǒng)具有長(zhǎng)水平段推送鉆具功能。

（7）起、下鉆時(shí)，套管頭不承受載荷的功能。

（8）具有無線遠(yuǎn)控和自動(dòng)化操作功能。

（9）各項(xiàng)起下鉆參數(shù)自動(dòng)記錄的功能。

總體結(jié)構(gòu)功能示意見圖3、圖4。

圖3 抓管及起下鉆功能示意圖

圖4 接管及起下鉆示意圖

2.3 技術(shù)參數(shù)（以600kN載荷技術(shù)參數(shù)為準(zhǔn)）

最大上拉力：600kN。

額定下壓力：300kN。

上提及下放最大速度：1.3m/s。

上提及下入額定速度：0.8m/s。

總重量：≤15t。

2.4 安裝與使用

若對(duì)上懸掛井口作業(yè)，將井口大四通上法蘭處的小法蘭盤拆開，將小四通全部吊走。再將車載自動(dòng)化修井機(jī)倒于井口，通過液壓缸起升作業(yè)平臺(tái)，調(diào)節(jié)底盤上的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的X、Y方向，使作業(yè)平臺(tái)對(duì)準(zhǔn)井眼中心，插入油管短節(jié)與小法盤連接，通過液缸上提井口40～50cm，可豎直Z方向調(diào)節(jié)井眼，并將吊卡支撐在油管接箍和下法蘭之間，卸去上法蘭后，將防噴器對(duì)準(zhǔn)安裝于下四通上，可進(jìn)行自動(dòng)化起下鉆作業(yè)。

若對(duì)下懸掛井口進(jìn)行作業(yè)，只要用吊車將井口吊走，再將車載自動(dòng)化修井機(jī)倒于井口，通過油缸起升作業(yè)平臺(tái)，底盤上調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)X、Y方向調(diào)節(jié)井眼，通過油缸可豎直Z方向調(diào)節(jié)井眼，使作業(yè)平臺(tái)下的防噴器順利地對(duì)準(zhǔn)安裝于井口上，即可進(jìn)行起下鉆作業(yè)。

2.5 結(jié)構(gòu)組成

修井機(jī)主體結(jié)構(gòu)類似不壓井作業(yè)機(jī)（如圖2），并增加了探測(cè)、控制功能及相應(yīng)的自動(dòng)化輔助功能，以滿足安全起下鉆，防噴溢流，自動(dòng)化控制等要求。

2.5.1 修井機(jī)基架

由四個(gè)液缸支撐的作業(yè)平臺(tái)的中間位置上，安裝了兩個(gè)起下管柱的升降液缸，液缸的上、下部安裝游動(dòng)和固定卡瓦及漏磁探測(cè)儀、防噴器；防噴器在固定卡瓦的下部，且能夠在油缸的舉升下，上下移動(dòng)并可調(diào)約500mm，使其與油缸間通過活動(dòng)連接方式成為一個(gè)整體；防噴器的上面安裝有漏磁探測(cè)儀，用于探測(cè)油管接箍，防噴管與游動(dòng)卡瓦連接；平臺(tái)下部的四個(gè)液壓支腿，將載荷的作用力轉(zhuǎn)移至地面。

2.5.2 液壓鉗

液壓鉗安裝于游動(dòng)卡瓦的頂部，當(dāng)上卸扣時(shí)，推出或縮回。類似上卸扣的鐵鉆工（可用油管動(dòng)力鉗改造），實(shí)現(xiàn)高低檔轉(zhuǎn)換，停轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)子開口與開定子開口始終對(duì)口，便于液壓鉗推進(jìn)與退出，以便實(shí)現(xiàn)上卸扣的自動(dòng)化。

2.5.3 液壓機(jī)械臂

平臺(tái)的邊沿處安裝有液壓機(jī)械臂，該機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)抓取地面油管架上的油管，并將油管舉升，與井口油管實(shí)現(xiàn)對(duì)扣。

2.5.4 升降油缸

升降行程。采用一級(jí)油缸，行程5.5m；確保每次起出半根油管，通過調(diào)節(jié)大油缸的流量，加快起下速度。

液缸功率估算：250kW。

發(fā)動(dòng)機(jī)功率估計(jì)：360kW。

超載保護(hù)。安裝于油缸上的壓力傳感器，探測(cè)液壓油的壓力值，當(dāng)載荷超過設(shè)定值時(shí)，油缸停止加載，以起到超載保護(hù)的作用。

2.5.5 防噴管長(zhǎng)度

防噴管長(zhǎng)度=液缸長(zhǎng)度-固定卡瓦高度-防噴器高度-漏磁探測(cè)儀+(集液器的高度)。

2.5.6 油管地面排管架

起鉆時(shí)排管架前高后低，下鉆時(shí)排管架后高前低，目得是讓油管自動(dòng)滾動(dòng)到排管架上，并讓油管實(shí)現(xiàn)定位。確保每次抓取時(shí)，機(jī)械手距油管接箍之間有一定的距離，便于自動(dòng)上卸扣。

2.5.7 液壓支腿

支腿液缸上安裝有壓力表和壓力傳感器，當(dāng)支腿油壓降低時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)償油壓，調(diào)整支腿液缸的承壓能力；由于支腿液缸共用蓄能器壓力，當(dāng)某一支腿受力小時(shí)，會(huì)自動(dòng)伸長(zhǎng)，使其受力達(dá)到均衡；但各個(gè)支腿下面均須墊實(shí)；當(dāng)傾斜度無法自動(dòng)調(diào)整時(shí)，給予報(bào)警警示。

2.5.8 液壓機(jī)械手臂

安裝于修井機(jī)基架的平臺(tái)上，作用力矩要能滿足吊裝作業(yè)井口反扭矩的要求。

額定力矩：5m×100kg。

具有無線遠(yuǎn)程控制功能。具有升縮，折疊，旋轉(zhuǎn)，抓放，對(duì)扣功能，在井口接箍和地面油管定點(diǎn)位置之間，往復(fù)運(yùn)動(dòng)。吊裝大直徑工具等；抓送大直徑工具到地面或到井口，并對(duì)準(zhǔn)井口油管至接箍上，帶有扶正工具和上卸扣功能。

控制要點(diǎn)。每個(gè)伸縮節(jié)有流量傳感器，探測(cè)和控制液缸伸縮量；每個(gè)旋轉(zhuǎn)部位有角度傳感器，探測(cè)和控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度，確保按實(shí)測(cè)角度和伸縮量，準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)井口油管接箍，或地面油管輸送架上的定位點(diǎn)；爪手的開合有壓力傳感器探測(cè)，確保抓住和扶正油管。

并通過遙控方式能取得其運(yùn)行數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)，按存儲(chǔ)程序自動(dòng)運(yùn)行。

2.5.9 有害氣體監(jiān)測(cè)儀

安裝于井口平臺(tái)上，接箍處一個(gè)，油套環(huán)空一個(gè)；對(duì)有害氣體具有探測(cè)功能，當(dāng)有害氣體含量出現(xiàn)異常時(shí)，將信號(hào)傳給工控機(jī)并執(zhí)行相關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)緊急關(guān)井。

2.6 控制原理

接箍的探測(cè)與定位關(guān)系到液缸升降的開始和停止，采用漏磁探測(cè)儀，通過無接觸方式探測(cè)油管接箍何時(shí)出井口；液缸的運(yùn)動(dòng)行程由管柱上兩個(gè)接箍的距離確定，安裝在防噴器上部的漏磁探測(cè)儀與游動(dòng)卡瓦下死點(diǎn)的距離為一定值。

2.6.1 起鉆控制計(jì)算

上提管柱，若漏磁探測(cè)儀探測(cè)到接箍時(shí)，根據(jù)接箍上升的預(yù)定高度，用該距離計(jì)算第二個(gè)接箍上升到油缸下死點(diǎn)位置時(shí)的所用油量，來控制接箍到達(dá)下死點(diǎn)，使油缸停止上行；由液壓泵提供動(dòng)力，由工控機(jī)計(jì)算、執(zhí)行液壓泵運(yùn)行至預(yù)定高度，控制固定卡瓦關(guān)住，和游動(dòng)卡瓦打開，并實(shí)施卸扣程序。

2.6.2 下鉆控制計(jì)算

下鉆時(shí)，游動(dòng)卡瓦處于下死點(diǎn)，通過地面油管架上的紅外線探測(cè)儀，探測(cè)油管長(zhǎng)度，通過該長(zhǎng)度計(jì)算游動(dòng)卡瓦上行抱住第一個(gè)接箍所需油量，以此控制游動(dòng)卡瓦上部到接箍的下部，并卡住接箍，游動(dòng)卡瓦再下行至下死點(diǎn)，完成一根油管的下入。

2.6.3 油管損傷探測(cè)與控制

當(dāng)油管有破損時(shí)，漏磁探測(cè)儀可直接檢出油管有破損，可自動(dòng)將該破損油管起出，通過液壓機(jī)械手臂，抓放到另一地面擺放位置。

油管壁厚的探測(cè)與控制。利用液壓臂探測(cè)油管的重量，利用紅外線探測(cè)油管長(zhǎng)度，當(dāng)壁厚達(dá)不到要求時(shí)，即每米油管的重量也達(dá)不到要求。則必須挑選出并實(shí)測(cè)油管最小壁厚的極限值。

油管絲扣檢測(cè)。清理絲扣過程中，若清絲扣被卡住轉(zhuǎn)不動(dòng)了，或絲扣數(shù)不夠，則說明絲扣受到損傷，則可自動(dòng)將該油管移送走，而不需再下入井內(nèi)。

2.6.4 防噴系統(tǒng)控制

當(dāng)井內(nèi)有油管，發(fā)生井涌時(shí)，關(guān)閉半封閘板；當(dāng)井內(nèi)無油管，暫停作業(yè)或井涌時(shí)，關(guān)閉全封閘板。

安裝有井涌傳感器，當(dāng)工控機(jī)接收到井噴信號(hào)后，根據(jù)井內(nèi)是否有油管，指令會(huì)控制安裝在防噴器液缸上的電磁閥，開關(guān)單閘板或雙閘板。

2.6.5 游動(dòng)及固定卡瓦

接箍高度的探測(cè)，是起下鉆控制最基本的參照點(diǎn)，以其判斷并確定行程，卡瓦開合，機(jī)械臂和鐵鉆工的運(yùn)行時(shí)機(jī)和程度。在液壓管路安裝中有壓力傳感器，分別判斷其處于打開或關(guān)閉狀態(tài)。兩者分別處于開/關(guān)狀態(tài)，不能同時(shí)開或關(guān)，確保管柱始終處于受控狀態(tài)。

2.6.6 漏磁探測(cè)儀

安裝于雙閘板防噴器之上，對(duì)損傷油管進(jìn)行探測(cè)。若探測(cè)后油管有損傷則用機(jī)械臂將其自動(dòng)移走。

判斷接箍何時(shí)進(jìn)出井口，通過液壓油流量控制油管接箍到游動(dòng)卡瓦下死點(diǎn)的位置，使其給工控機(jī)傳輸信號(hào)，由工控機(jī)判斷，并輸出執(zhí)行信號(hào)使機(jī)械手臂和鐵鉆工執(zhí)行自動(dòng)化操作。

2.6.7 其它探測(cè)儀

探測(cè)液缸行程。第一組安裝于液缸頂部，對(duì)液缸的移動(dòng)距離進(jìn)行探測(cè)，對(duì)下入井內(nèi)油管的深度進(jìn)行記錄，作為修井資料并保存，配合漏磁探測(cè)儀，對(duì)接箍位置進(jìn)行探測(cè)和控制。

探測(cè)井涌及井噴。第二組安裝于游動(dòng)卡瓦上部，讓其略高于接箍位置，探測(cè)接箍出口某一高度是否有液體返出，若有液體返出，產(chǎn)生井涌或井噴信號(hào)，此時(shí)工控機(jī)接收該信號(hào)后，執(zhí)行關(guān)井作業(yè)。

信號(hào)接收。該信號(hào)采用無線信號(hào)發(fā)射與接收。

管柱不通探測(cè)。第三組安裝于集液器盤頂上，當(dāng)其受到液流沖擊時(shí)，工控機(jī)接收到?jīng)_擊信號(hào)，結(jié)合第一組信號(hào)，判斷是否啟動(dòng)集液器工作。

油管長(zhǎng)度探測(cè)。安裝于地面清扣器上，探測(cè)油管及短節(jié)長(zhǎng)度，進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，該數(shù)據(jù)為游動(dòng)卡瓦移動(dòng)距離提供計(jì)算依據(jù)。

2.6.8 清扣和涂脂器

安裝于地面油管輸送架上，利用氣，液或電作動(dòng)力，對(duì)油管絲扣自動(dòng)進(jìn)行清理和涂密封脂。當(dāng)探測(cè)到油管定位點(diǎn)上有油管時(shí)，探測(cè)儀開始探測(cè)油管的長(zhǎng)度，清扣器開始清理油管兩端絲扣；清扣完成后，在油管接箍端涂油脂。

2.6.9 地面油管輸送架

固定定位。置于地面，并于基架連接定位，給地面油管和防噴旋塞定位，便于機(jī)械手臂自動(dòng)抓取。

輸送功能。將油管架上的油管輸送到油管定位點(diǎn)，或?qū)⒍ㄎ稽c(diǎn)上的油管輸送到管架上；對(duì)輸送油管的數(shù)量進(jìn)行記錄。

輔助功能。其上安裝油管+油管旋塞，清扣器和涂脂器以及紅外線探測(cè)儀。

控制要點(diǎn)。其上油管定位點(diǎn)上有受力開關(guān)，與工控機(jī)相連，當(dāng)開關(guān)處于打開狀態(tài)時(shí)表明該定位點(diǎn)沒有油管，液壓機(jī)械手臂不能抓油管，輸送器須向該點(diǎn)輸送油管；否則可抓油管，但不能輸送油管。

2.6.10 集液器

探測(cè)與控制。安裝于防噴管法蘭盤上端面，當(dāng)平臺(tái)上的液滴探測(cè)器探到有液體泄出，下移油管封堵接箍，同時(shí)通過液缸機(jī)構(gòu)推送集液器抱住油管接箍，再上提一定距離，收集泄漏液體到防噴管中返回井內(nèi)；液體漏失完后，自動(dòng)縮回原位，機(jī)械臂將油管抓走；當(dāng)卸開下個(gè)接箍時(shí)，集液器會(huì)自動(dòng)上行，讓開位置。

運(yùn)行方法。在起鉆及下鉆程序中調(diào)用集液控制運(yùn)行模塊。

2.7 動(dòng)力系統(tǒng)

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，作業(yè)過程須節(jié)能運(yùn)行。調(diào)速系統(tǒng)要根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載需求自動(dòng)提高柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，提供所需動(dòng)力；不能始終處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

先讓發(fā)動(dòng)機(jī)加速到某一速度，通過開式油泵的供油量控制油液運(yùn)行速度，以達(dá)到工藝要求。當(dāng)負(fù)荷增大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，液缸運(yùn)行速度達(dá)不到要求時(shí)，柴油機(jī)自動(dòng)加大油門，提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以滿足負(fù)荷及運(yùn)行速度的控制要求。

選擇“60噸載荷的自動(dòng)修井機(jī)”，不僅是為了減少設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)，更重要的是考慮應(yīng)用清潔能源-網(wǎng)電提供動(dòng)力。蓄電池供能的行駛車輛，利用率中的80%時(shí)間都是在停止當(dāng)中，真正工作使用的時(shí)間只占20%，這和我們修井機(jī)作業(yè)80%都是在井場(chǎng)作業(yè)時(shí)間類似，其余的時(shí)間幾乎是在運(yùn)輸搬遷過程，因此自動(dòng)化修井機(jī)行駛可考慮采用獨(dú)立電機(jī)輪轂驅(qū)動(dòng)底盤，80%的作業(yè)過程時(shí)間充分利用作業(yè)過程的網(wǎng)電對(duì)蓄電池充電，以便運(yùn)輸搬遷時(shí)行駛之用。同時(shí)，也可通過充電樁為蓄電池充電，為車輛行駛過程提供電能。據(jù)了解蓄電池提供動(dòng)力的電驅(qū)車橋已經(jīng)趨于成熟（如：煤礦電驅(qū)礦車普遍使用），高能蓄電池和充電技術(shù)也已經(jīng)走向了成熟。

2.8 控制模塊工作程序

工控機(jī)是自動(dòng)化和無線遠(yuǎn)控的大腦，起到探測(cè)，接收，處理，并發(fā)出執(zhí)行信號(hào)，進(jìn)行自動(dòng)化及無線遠(yuǎn)控操作的作用。

2.8.1 輸入及輸出模塊

起鉆輸入?yún)?shù)；下鉆輸入?yún)?shù)；鉆磨輸入?yún)?shù)；輔助參數(shù)。

2.8.2 自動(dòng)化起鉆模塊

進(jìn)入該模塊后，游動(dòng)卡瓦下行到接箍下部位置，自動(dòng)卡住油管接箍后，打開固定卡瓦，上提管柱；工控機(jī)接收到下一個(gè)漏磁探測(cè)儀探測(cè)到的油管接箍信號(hào)，計(jì)算接箍到預(yù)定高度所需的油液量，當(dāng)油液量達(dá)到計(jì)算量時(shí)，第二個(gè)接箍到達(dá)預(yù)定位置，液缸停業(yè)上行；關(guān)閉固定卡瓦，打開游動(dòng)卡瓦；游動(dòng)卡瓦下行到下死點(diǎn)位置，機(jī)械臂扶住油管，同時(shí)鐵鉆工移動(dòng)至油管接箍并自動(dòng)卸扣；卸扣結(jié)束后，機(jī)械臂上提10mm后，并將油管抓送到地面油管輸送架定位點(diǎn)上，完成起出一根油管接箍。重復(fù)以上動(dòng)作，自動(dòng)完成起鉆程序。

2.8.3 自動(dòng)下鉆模塊

進(jìn)入該模塊后，關(guān)閉固定卡瓦，打開游動(dòng)卡瓦，油缸降至下死點(diǎn)位；同時(shí)，液壓機(jī)械臂抓送油管到井口接箍，并對(duì)正接箍；鐵鉆工抱住接箍，并自動(dòng)上扣；絲扣上緊后，液壓機(jī)械臂離開，繼續(xù)抓送油管；鐵鉆工復(fù)位，同時(shí)液缸上行到第一個(gè)油管接箍的下部后，停止上行；游動(dòng)卡瓦關(guān)閉，固定卡瓦打開；繼續(xù)下行至下死點(diǎn)時(shí)，停止下行，關(guān)閉固定卡瓦，打開游動(dòng)卡瓦，完成一根油管的下入。重復(fù)以上動(dòng)作，自動(dòng)完成下鉆程序。

2.8.4 緊急關(guān)井模塊

當(dāng)探測(cè)發(fā)現(xiàn)有害氣體超標(biāo)或發(fā)現(xiàn)井涌后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)井模式。

（1）首先將已出井口的管柱下入井內(nèi)，使游動(dòng)卡瓦處于液缸的上死點(diǎn)，關(guān)閉固定卡瓦，打開游動(dòng)卡瓦后，游動(dòng)卡瓦上升一定的距離(≤1m)；同時(shí)，機(jī)械臂放下已抓到的油管于輸送架上，再在輸送架上抓取旋轉(zhuǎn)短節(jié)+防噴旋塞，插入到游動(dòng)卡瓦中，使卡瓦卡住可轉(zhuǎn)動(dòng)部位；下移液缸，使防噴旋塞接頭與井口接箍對(duì)扣，鐵鉆工抱住接箍開始上扣。實(shí)現(xiàn)緊急關(guān)井的功能。

（2）若往井內(nèi)下入管柱時(shí)，其拉力為零時(shí)，將漏出井外的油管起出后，再執(zhí)行步驟（1）。

2.8.5 子模塊

抓送油管。工控機(jī)接收液壓機(jī)械臂上的旋轉(zhuǎn)角度，折疊角度，液缸伸縮量的信號(hào)值，與通過無線遠(yuǎn)控的測(cè)試記錄數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)，控制機(jī)械臂自動(dòng)抓送油管；當(dāng)液缸上行，且固定卡瓦關(guān)閉，游動(dòng)卡瓦打開時(shí)，結(jié)合鐵鉆工卸扣，執(zhí)行扶、抓，送油管到地面油管輸送架；反之，從地面油管架抓、送、扶油管到井口接箍，配合鐵鉆工上扣。

上、卸扣。當(dāng)固定卡瓦關(guān)閉，工控機(jī)按收到固定卡瓦的油壓和油量信號(hào)，確認(rèn)關(guān)閉，執(zhí)行打開游動(dòng)凡爾程序，并通過油壓和油量信號(hào)確認(rèn)打開，并結(jié)合液缸上行或下行的判斷，再執(zhí)行推動(dòng)鐵鉆工抱住油管接箍的卸口，或上扣程序；自動(dòng)上、卸扣技術(shù)已成熟，只需選型。

清扣和涂油脂。當(dāng)下鉆時(shí)，工控機(jī)通過檢測(cè)地面油管定位架上的信號(hào)，控制清扣機(jī)靠近油管對(duì)其清扣后，對(duì)接箍?jī)?nèi)腔涂油脂，再實(shí)施抓送油管功能。當(dāng)起鉆時(shí)，若沒有接收到地面油管定位架上的信號(hào)，則執(zhí)行抓放油管到地面油管架上的功能。

防有害氣體或防噴。工控機(jī)接收安裝在油管接箍處的超聲波或紅外線信號(hào)，若判斷為井涌，井噴；或接收到有害氣體信號(hào)，則執(zhí)行緊急關(guān)井功能。將油管接箍下到預(yù)定高度；若下不到位，則將該油管起出；關(guān)閉固定卡瓦，啟動(dòng)機(jī)械臂抓取油管防噴旋塞，封堵油管接箍，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防噴。

2.8.6 顯示與記錄

（1）油管長(zhǎng)度（下入和起出）。

油管數(shù)量：＿根，長(zhǎng)度：＿m，總長(zhǎng)：＿m。

（2）負(fù)載。

每根油管重量：＿kg，總重量：＿t。

下入負(fù)載：＿kg，對(duì)應(yīng)的油管長(zhǎng)度：＿m。

起出負(fù)載對(duì)應(yīng)的油管長(zhǎng)度：＿m。

鉆壓（負(fù)載-懸重）與油管長(zhǎng)度關(guān)系曲線。

薄壁油管：＿根，＿m。

破損油管：＿根，＿m。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)石油修井機(jī)歷經(jīng)了全進(jìn)口、半進(jìn)口、半國(guó)產(chǎn)化和國(guó)產(chǎn)化幾個(gè)時(shí)期，如今，結(jié)合油田實(shí)際放棄傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式（由絞車提升鋼絲繩、游吊、滑輪組起、下鉆作業(yè)），并結(jié)合不壓緊井作業(yè)先進(jìn)技術(shù)，利用當(dāng)前先進(jìn)的人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)運(yùn)算平臺(tái)及先進(jìn)的通信技術(shù)，設(shè)計(jì)一款先進(jìn)的自動(dòng)化車載修井機(jī)，響應(yīng)國(guó)家對(duì)節(jié)能減排、減少消耗和保護(hù)環(huán)境的政策，使整機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或智能化，井口無人或少人化的操作，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，達(dá)到高效、節(jié)能、安全、環(huán)保的要求。真正意義上解決當(dāng)前修井作業(yè)中存在的普遍問題，也是油田工人所期盼和向往的先進(jìn)修井設(shè)備。