一體化帶壓作業(yè)機(jī)高速舉升技術(shù)研究

王大彪 王 洋 于春霞

（中國石油吉林油田分公司扶余綜合服務(wù)公司 吉林松原 138000）

在高壓油水井修井方面，帶壓作業(yè)設(shè)備有安全性高、安裝方便、低能環(huán)保、易于推廣等特點(diǎn)，具有較大優(yōu)勢。近年來，帶壓作業(yè)技術(shù)在國內(nèi)各油田的應(yīng)用越來越廣泛，吉林油田已經(jīng)大面積應(yīng)用帶壓作業(yè)修井，需要在技術(shù)和管理方面全面提升，確保油水井的正常生產(chǎn)。

在帶壓作業(yè)工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化評(píng)價(jià)和工況智能診斷方面，還有一些亟待解決的問題：一是工藝設(shè)計(jì)還停留在經(jīng)驗(yàn)水平，地面設(shè)備和井下管、工具的配置沒有實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)；二是工況診斷準(zhǔn)確率不高，不能為生產(chǎn)提供準(zhǔn)確指導(dǎo)；三是不具備能耗與效率的分析與計(jì)算功能，無法評(píng)價(jià)帶壓作業(yè)系統(tǒng)配置的能耗水平，致使部分井投產(chǎn)后系統(tǒng)效率較低。

1 研究的技術(shù)背景

油水井帶壓作業(yè)技術(shù)是在井口有壓力的情況下進(jìn)行各種施工作業(yè)，解決了高壓水井、自噴油井、新射孔和壓裂井的作業(yè)難題，提高注水時(shí)效和水井利用率，因避免壓井對(duì)地層產(chǎn)生的傷害而提高油井的產(chǎn)能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，吉林油田每年約有1300井次帶壓作業(yè)需求。

目前，國際上正在廣泛推廣和應(yīng)用帶壓作業(yè)技術(shù)。近年來，國內(nèi)各油田紛紛開始開展此項(xiàng)工作研究，先后經(jīng)歷了調(diào)研、合作開發(fā)試驗(yàn)、自主研發(fā)三個(gè)階段，主要開展并完成了密封防噴技術(shù)、加載控制技術(shù)、液壓控制技術(shù)以及其他配套技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研究，已研制成功并投入使用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的相關(guān)設(shè)備，一些現(xiàn)場帶壓作業(yè)的操作規(guī)程、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也相繼出臺(tái)。

隨著油田開發(fā)工作的不斷深入和工程作業(yè)技術(shù)的日漸成熟，帶壓作業(yè)將會(huì)有著廣闊的應(yīng)用前景。

2 油田帶壓設(shè)備的現(xiàn)狀

原系統(tǒng)蓄能器不參加工作，防噴器開關(guān)靠泵直接供給（圖1），因無法實(shí)現(xiàn)防噴器的快速開關(guān)，所以不符合井控要求。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，蓄能器因一直處于關(guān)閉狀態(tài)而無可操作性，緊急情況下需要人工打開蓄能器下閥門，才能關(guān)閉該蓄能器所對(duì)應(yīng)的防噴器，其及時(shí)性和可靠性無法保證。

圖1 老式帶壓作業(yè)設(shè)備蓄能器聯(lián)接原理圖

另外，龍門油缸進(jìn)回油管線通徑小（20mm），無差動(dòng)設(shè)計(jì)、無負(fù)壓補(bǔ)油系統(tǒng)、無任意位置停止自鎖裝置，因而無法滿足強(qiáng)拔和快速運(yùn)動(dòng)的需要，導(dǎo)致停止響應(yīng)時(shí)間偏長、定位誤差大。

3 帶壓作業(yè)舉升系統(tǒng)的建立

帶壓作業(yè)龍門舉升系統(tǒng)工況研究的重點(diǎn)是：在井下壓力較大時(shí)起管過了平衡點(diǎn)、下管柱時(shí)沒有達(dá)到平衡點(diǎn)時(shí)龍門舉升缸和卡瓦、半封的配合。這時(shí)，安全性和速度是一對(duì)矛盾，市場經(jīng)濟(jì)講究的是經(jīng)濟(jì)效益，但是安全是第一位的。在此系統(tǒng)上加大油路流量以提高速度，并且加入舉升差速系統(tǒng)使龍門舉升缸的舉升速度提高到原來的兩倍以上，所以改造后的龍門舉升系統(tǒng)更加快速、安全可靠。

3.1 液壓油流量的控制

對(duì)帶壓作業(yè)速度影響最大的因素是油缸的運(yùn)動(dòng)速度，而流進(jìn)油缸的液壓油流量又決定了油缸的運(yùn)動(dòng)速度。

油缸有普通聯(lián)接、差動(dòng)聯(lián)接和差動(dòng)自吸聯(lián)接3種形式。其中，差動(dòng)聯(lián)接方式上行速度較普通聯(lián)接明顯增加，也是應(yīng)用較多的聯(lián)接形式。而差動(dòng)自吸聯(lián)接就是在差動(dòng)聯(lián)接的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)自吸管線，此管線直接接油箱。差動(dòng)自吸聯(lián)接的最大優(yōu)點(diǎn)是充分利用了帶壓作業(yè)的負(fù)載特性，通過下腔的自吸來解決油泵排量的限制，不僅解決了速度的瓶頸問題，而且還有效防止因下腔真空導(dǎo)致的上橫梁下沖的問題。

在系統(tǒng)改造過程中，選擇用兩組電液動(dòng)換向閥配合補(bǔ)油回路（圖2），實(shí)現(xiàn)了小負(fù)荷快速上升、大負(fù)荷慢速上升及快速下降等3種操作模式。由于補(bǔ)油系統(tǒng)的設(shè)置，解決了由于井下壓力而造成的上橫梁下沖的問題。

圖2 兩組電液動(dòng)換向閥構(gòu)成的差動(dòng)系統(tǒng)

3.2 帶壓系統(tǒng)改進(jìn)方案

帶壓系統(tǒng)改進(jìn)方案依據(jù)的原理是：防噴器在整個(gè)過程中是間隙工作狀態(tài)（比如在起管時(shí)，防噴器處于關(guān)閉狀態(tài)，無需供油），無需液壓油時(shí)，泵就會(huì)給蓄能器供油，當(dāng)防噴器需要開關(guān)時(shí)，泵和蓄能器能夠同時(shí)向防噴器供油，因而可以實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)防噴器的目的（圖3）。

圖3 帶壓系統(tǒng)改進(jìn)原理圖

將蓄能器串聯(lián)整合后由系統(tǒng)統(tǒng)一使用，關(guān)閉防噴器時(shí)由泵和蓄能器同時(shí)供油，既可實(shí)現(xiàn)快速關(guān)井，又可以長時(shí)間保壓蓄能以備急需。主要改進(jìn)工作如下：更換原多路閥為特制保壓多路閥，更換原溢流閥為防爆電磁溢流閥，增加恒定減壓閥，增加防爆壓力控制器及配套的繼電器和防爆控制箱等（圖4）。改進(jìn)后的系統(tǒng)既節(jié)約能量，又符合井控原則。

圖4 液壓系統(tǒng)操作九聯(lián)閥

防噴器的控制壓力一般推薦在8.4～10.5MPa，蓄能器儲(chǔ)備壓力在19～21MPa（泵排量較小時(shí)也可以設(shè)定在16～19MPa），可通過調(diào)節(jié)壓力繼電器來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定的上限時(shí)，壓力繼電器發(fā)出訊號(hào)，使電磁溢流閥卸荷、泵卸載。當(dāng)系統(tǒng)壓力（蓄能器壓力）小于設(shè)定的壓力下限時(shí)，電磁液流閥關(guān)閉，泵就會(huì)開始工作、向蓄能器供油。減壓閥的目的就是把蓄能器輸出壓力減到防噴器的合適的工作壓力（8.4～10.5MPa），工作壓力可以人工設(shè)定，輸出排量不受影響。如果蓄能器的總?cè)萘窟_(dá)到240L、壓力在19MPa時(shí)，可以在柴油機(jī)失去動(dòng)力的情況下，對(duì)10組防噴器分別開關(guān)一次。無需再去開關(guān)截止閥。該系統(tǒng)蓄能器的保壓效果很好，不會(huì)因?yàn)椴裼蜋C(jī)不工作而泄壓。

3.3 泵油路出口結(jié)構(gòu)改造

更換現(xiàn)有進(jìn)回油管路（加大到32mm），設(shè)置位置鎖定機(jī)構(gòu)，增加差動(dòng)集成閥板、三位四通防爆電液動(dòng)換向閥、兩位四通電液動(dòng)換向閥、增加負(fù)壓補(bǔ)油裝置，增加防爆電器控制箱和防爆換向手控開關(guān)。

對(duì)系統(tǒng)實(shí)施上述措施后，舉升速度提高一倍，防噴器開關(guān)速度提高一倍，蓄能器可自動(dòng)補(bǔ)壓，提高了系統(tǒng)的安全性能。上述改進(jìn)均可在原設(shè)備上方便地實(shí)現(xiàn)：所需電能可以使用自車上的24V直流電；新增加的元器件按位置安裝，不會(huì)改變原車結(jié)構(gòu)；司鉆的操作習(xí)慣也維持不變。改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)性能有了較大提升：蓄能器始終處于保壓狀態(tài)，防噴器開關(guān)速度提高1倍以上，無需加油門就可以在3～4s內(nèi)開或關(guān)防噴器一次；泵處于經(jīng)濟(jì)工作狀態(tài)，高壓卸載低壓補(bǔ)油自動(dòng)實(shí)現(xiàn)等。

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場試驗(yàn)修正參數(shù)尾項(xiàng)，建立起了帶壓作業(yè)正常運(yùn)行載荷的理論。將其移植到測試診斷軟件系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合常規(guī)診斷方法和現(xiàn)場修井驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對(duì)扶余綜合服務(wù)中心帶壓作業(yè)工作效率的新突破?，F(xiàn)場應(yīng)用取得了較好的效果，不僅提高了工作效率，而且還解決了原車的安全隱患，是一套適合扶余綜合服務(wù)中心帶壓作業(yè)工況的新技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)帶壓作業(yè)的系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)。

[1]雄繼忠，李開連，延曉鶴，李東升.不壓井帶壓作業(yè)裝置的引進(jìn)與改進(jìn)[J].石油化工應(yīng)用，2009，28（1）：10-12.

[2]楊永超，權(quán)培豐，崔大慶，譚國華.ZY-1型帶壓作業(yè)裝置的研究與應(yīng)用[J].石油礦廠機(jī)械，2000，29（3）：22-23.

[3]蔡彬，彭勇，閆文輝，王進(jìn)全，黃悅?cè)A，欒蘇.不壓井修井作業(yè)裝備發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].鉆采工藝，2008，31（6）：106-109.