修井作業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在大港油田的應(yīng)用及展望

楊希軍，張宏峰，柴壽春，陳吉森，王春祥

（中國(guó)石油大港油田公司井下作業(yè)公司，天津 300283）

1 國(guó)內(nèi)修井作業(yè)自動(dòng)化技術(shù)研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，勝利、大慶、新疆、河南等油田與勝機(jī)、三一、南陽(yáng)二機(jī)、東方先科等裝備制造企業(yè)合作，開(kāi)展自動(dòng)化修井設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)近20年的研發(fā)攻關(guān)試驗(yàn)，取得了一定的成果與認(rèn)識(shí)。

勝機(jī)公司研發(fā)的管桿輸送機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定，在勝利油田累計(jì)投產(chǎn)150套。三一石油推出的常規(guī)修井機(jī)井口自動(dòng)化改造方案，形成了比較完整的系統(tǒng)配套。南陽(yáng)二機(jī)生產(chǎn)的全自動(dòng)修井機(jī)小規(guī)模推廣，分別在河南、新疆、大慶、大港油田開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。東方先科研制的分體式自動(dòng)化裝置在大港油田完成23井次小修作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，各廠家設(shè)備存在無(wú)法起下泵桿、沖砂費(fèi)時(shí)費(fèi)力、制造維護(hù)成本高、生產(chǎn)時(shí)效低等共性問(wèn)題，因此修井作業(yè)自動(dòng)化研制還任重道遠(yuǎn)，需要修井專(zhuān)業(yè)與裝備制造專(zhuān)業(yè)相結(jié)合，研發(fā)出滿足修井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求的自動(dòng)化設(shè)備。

2 大港油田修井作業(yè)自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用情況

大港油田一直致力于修井作業(yè)自動(dòng)化的探索試驗(yàn)工作，先后推廣了管桿舉升機(jī)、井口操作平臺(tái)、氣動(dòng)卡瓦等自動(dòng)化配套裝置。2021年，結(jié)合本油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，研發(fā)試驗(yàn)了智能一體化修井機(jī)和分體式修井作業(yè)裝置各一套，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，改進(jìn)了設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性，為下步研發(fā)提供了方向。

2.1 智能一體化修井機(jī)應(yīng)用情況

智能一體化修井機(jī)于2021年7月在大港油田投產(chǎn)使用，目前累計(jì)完成20口井，起下管桿18 320根。設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 智能一體化修井機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.1.1 設(shè)備模塊組成和工作流程

一體化修井機(jī)由管桿輸送、油管提懸、井口處理、集成控制4個(gè)模塊設(shè)計(jì)組成，如圖1所示。在作業(yè)過(guò)程中，采用PLC 集成控制各模塊操作，通過(guò)控制室的按鈕或手柄，各模塊相互協(xié)同，實(shí)現(xiàn)小修作業(yè)的自動(dòng)化。起管工序流程如圖2所示，下放管柱與之相反。

圖1 智能一體化修井機(jī)系統(tǒng)組成

圖2 一體化修井機(jī)起升管柱工序流程

2.1.2 設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)

（1）管桿輸送技術(shù)。研發(fā)的動(dòng)力貓道舉升高度為0.8～3.5 m，移送管柱長(zhǎng)度為8～10 m，最大起升載荷0.5 t，可遠(yuǎn)程遙控、雙向折疊，簡(jiǎn)便靈巧。

（2）自動(dòng)液壓鉗技術(shù)。該設(shè)備集成對(duì)扣器和反扭矩釋放裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，集成主機(jī)，位置精度高，一鍵到井口位，一鍵完成上、卸扣作業(yè)，安全省力，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）扶正機(jī)械手技術(shù)。機(jī)械手臂集成主機(jī)，通過(guò)伸縮臂實(shí)現(xiàn)伸長(zhǎng)接管、縮回對(duì)中的功能，程序設(shè)置精密，一鍵到井口位，準(zhǔn)確對(duì)中。

（4）集成控制技術(shù)。設(shè)備集成化程度高，除貓道外，其他全部集成于機(jī)車(chē)尾部，控制系統(tǒng)由液壓控制、PLC 自動(dòng)控制、各裝置的控制元件組成，程序安全互鎖，避免誤操作。

2.1.3 存在問(wèn)題及改進(jìn)措施

（1）存在問(wèn)題。①施工井架與貓道只能同一直線擺放；②無(wú)法自動(dòng)化起下泵桿；③無(wú)法快速安裝防噴單根，搶噴時(shí)間長(zhǎng)；④沖砂單根只能臨時(shí)放置在貓道另一側(cè)，接完油管單根后，需要人力搬上貓道，平時(shí)2 min 能完成的工序?qū)崪y(cè)需要7 min。

（2）改進(jìn)措施。①升級(jí)扶正機(jī)械手臂，增加旋轉(zhuǎn)功能，機(jī)械手磁吸油管后，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，機(jī)械手與油管一起旋轉(zhuǎn)180°，將油管移運(yùn)至動(dòng)力貓道；②配置動(dòng)力吊卡轉(zhuǎn)換吊鉤，起下泵桿時(shí)，無(wú)需拆卸吊卡，只需卡住吊卡轉(zhuǎn)換吊鉤，直接懸掛抽油桿吊卡；③將油管、旋塞閥、防噴短節(jié)組成新的防噴單根，放置貓道另一側(cè)抓手處，出現(xiàn)緊急情況，立即搶裝；④研發(fā)雙軌道動(dòng)力貓道，可一鍵切換起下?tīng)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)便捷沖砂的設(shè)計(jì)方案。

2.2 分體式自動(dòng)化修井機(jī)應(yīng)用情況

分體式自動(dòng)化修井機(jī)于2021年8月在大港油田投產(chǎn)使用，累計(jì)施工23口井，共起下26644根油管，設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 分體式自動(dòng)化裝置技術(shù)參數(shù)

2.2.1 設(shè)備系統(tǒng)組成和工作流程

分體式自動(dòng)化裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，由升降平臺(tái)、液壓吊卡、半自動(dòng)液壓鉗、氣動(dòng)卡盤(pán)、管桿輸送機(jī)組成，形成了一套簡(jiǎn)便實(shí)用的半自動(dòng)化作業(yè)裝置，示意圖，如圖3所示，起下管柱的具體工序流程，如圖4所示。

圖3 分體式修井機(jī)井口自動(dòng)化配套裝置

圖4 分體式自動(dòng)化修井機(jī)起下管柱工序流程

2.2.2 設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)

（1）井口操作平臺(tái)。由臺(tái)體、翻轉(zhuǎn)踏板、升降支腿、積液排污槽等主要部分組成，升降系統(tǒng)由液壓控制，可做到單腿的高度調(diào)整，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)整體水平。

（2）半自動(dòng)液壓鉗。通過(guò)小絞車(chē)鋼絲繩懸吊于井口，尾部連接氣缸。人工輔助完成液壓鉗的上卸扣、推送，整體移動(dòng)由尾端氣缸推動(dòng)，上卸扣由本體控制閥手動(dòng)操作。

2.2.3 存在問(wèn)題及改進(jìn)措施

（1）存在問(wèn)題。①起下油管過(guò)程中液壓吊卡偏擺角度不正；②液壓鉗推動(dòng)氣缸過(guò)長(zhǎng)，致使液壓鉗離井口太近；③操作平臺(tái)需吊車(chē)配合安裝拆卸，搬遷時(shí)需額外增加運(yùn)輸車(chē)輛。

（2）改進(jìn)措施。①安裝大鉤防風(fēng)導(dǎo)向裝置，減小晃動(dòng)，提高吊卡對(duì)油管的取送對(duì)中準(zhǔn)確度；②液壓鉗推動(dòng)氣缸更改為多級(jí)缸，避讓井口半徑600 mm 左右；③研發(fā)井架自背式井口操作平臺(tái)，高度可調(diào)，重量較輕，安裝方便快捷，搬遷可隨井架一起搬走。

3 修井作業(yè)自動(dòng)化技術(shù)改進(jìn)方向

通過(guò)多井次的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，一兩套自動(dòng)化設(shè)備逐漸適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，實(shí)現(xiàn)了人工輔助起下泵桿，施工井范圍由最初的水井?dāng)U大到油水井，司鉆操作逐漸熟練，員工接受度不斷提高。然而設(shè)備依舊存在應(yīng)急搶噴時(shí)間長(zhǎng)，搬遷準(zhǔn)備工作量大，制造維護(hù)成本高，生產(chǎn)時(shí)效較低等問(wèn)題。要實(shí)現(xiàn)小修作業(yè)自動(dòng)化技術(shù)推廣使用，未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)攻關(guān)以下幾方面。

（1）充分考慮井控應(yīng)急的設(shè)施配套，做到應(yīng)急反應(yīng)迅捷準(zhǔn)確。

（2）優(yōu)化集成控制程序，縮短動(dòng)作間銜接時(shí)間，提升設(shè)備運(yùn)行速度。

（3）抽油桿的輸送、對(duì)中、上卸扣問(wèn)題。

（4）改進(jìn)自動(dòng)液壓鉗，提升自動(dòng)對(duì)中精確度。

（5）結(jié)合各油田作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，考慮不同的改造標(biāo)準(zhǔn)，形成多種自動(dòng)化配套方案。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化技術(shù)是今后修井作業(yè)發(fā)展的必由之路，其規(guī)?；茝V將為數(shù)智油田建設(shè)增添新動(dòng)力，注入新動(dòng)能。油田企業(yè)應(yīng)緊緊抓住數(shù)智轉(zhuǎn)型建設(shè)機(jī)遇，與機(jī)械制造廠家交流合作，將修井專(zhuān)業(yè)與裝備研發(fā)相結(jié)合，對(duì)現(xiàn)有修井設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，共同研發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高、穩(wěn)定性好的自動(dòng)化修井設(shè)備。