SLG450/73拖掛連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的研制

康麗梅

（中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠，湖北 荊州434024）

連續(xù)油管設(shè)備在油田服務(wù)方面應(yīng)用日趨廣泛，并隨著井深及作業(yè)范圍的不斷拓展，對連續(xù)油管作業(yè)裝備承載能力及油管容量要求日趨增大，目前常規(guī)底盤式連續(xù)油管車由于運輸限制，已無法滿足大管徑、大容量連續(xù)油管承載及運輸要求。拖掛式連續(xù)油管作業(yè)機(jī)承載能力強(qiáng)，布局性好，且操作便捷，因此大管徑連續(xù)油管作業(yè)機(jī)通常采用此結(jié)構(gòu)形式。由于國外設(shè)備性能成熟，集成度好，目前大型拖掛連續(xù)油管設(shè)備主要來自于進(jìn)口，但是國外同等性能設(shè)備價格昂貴，并且使用維護(hù)成本高，不能適合國內(nèi)連續(xù)油管市場日趨增長的行業(yè)需求，因此研發(fā)適合國內(nèi)外油田用戶使用及匹配同等國外技術(shù)水平的拖掛連續(xù)油管設(shè)備對國產(chǎn)連續(xù)油管設(shè)備的發(fā)展具有重要意義。本研究在廣泛調(diào)研國內(nèi)外拖掛式連續(xù)油管設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行SLG450/73拖掛連續(xù)油管裝備研制工作。

1 總體方案與整機(jī)性能

1.1 總體結(jié)構(gòu)

SLG450/73拖掛連續(xù)油管作業(yè)機(jī)為大管徑、大容量連續(xù)油管作業(yè)機(jī)，適合我國新疆、西部油田地區(qū)及國外南北美、中東部石油地區(qū)，設(shè)備集成度好，安裝維護(hù)方便。整機(jī)采用牽引車+拖車形式，所有部件均布于兩臺車上（如圖1所示）。其中，牽引車部分主要由動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、交流發(fā)電機(jī)及牽引底盤車組成；拖車部分由操作控制室、油管滾筒、注入頭及鵝頸管、軟管滾筒組、防噴系統(tǒng)及拖車底盤組成。

圖1 整機(jī)配置及布局

1.2 工作原理

SLG450/73拖掛連續(xù)油管設(shè)備采用全液壓驅(qū)動，動力取自牽引車底盤發(fā)動機(jī)全功率取力器，通過聯(lián)軸器帶動連泵裝置驅(qū)動系統(tǒng)注入頭、油管滾筒、綜合系統(tǒng)液壓泵組，為整機(jī)運轉(zhuǎn)提供動力。拖車底盤大梁采用下沉式變截面結(jié)構(gòu)，滾筒沉于大梁之下，降低運輸高度，增加滾筒有效容量。并配備小型柴油發(fā)電機(jī)組，為系統(tǒng)提供220 V交流電。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

注入頭設(shè)計額定提升能力450 kN，額定下入力225 kN，最大提升速度48 m/min，牽引車型號BENZ3344 6X6，牽引車發(fā)動機(jī)型號OM501LA 320 kW，油管滾筒容量50.8 mm（2 in）-6 500 m、73 mm（2.875 in）-2 800 m，鵝頸管半徑2 540 mm（100 in），防噴器組通徑130 mm，額定工作壓力105 MPa，整車外形尺寸19 500 mm×2 600 mm×4 450 mm。整機(jī)注入頭提升能力滿足油管滾筒最大質(zhì)量使用需求，其技術(shù)參數(shù)達(dá)到國外同等拖掛連續(xù)油管裝備技術(shù)水平。

2 SLG450/73拖掛裝備技術(shù)特點

2.1 大噸位注入頭

新型105K注入頭，采用對稱鏈條布置，液壓馬達(dá)及減速箱驅(qū)動，主要特點：①運用ANSYS軟件進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析，實現(xiàn)注入頭結(jié)構(gòu)輕量化；②運用MATLAB軟件分析，實現(xiàn)兩鏈輪中心距最優(yōu)化，達(dá)到注入頭整體尺寸最優(yōu)化；③優(yōu)化V形油管倒入、倒出角，實現(xiàn)油管進(jìn)出注入頭角度最優(yōu)化；④合理設(shè)計快換式油管夾持塊結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)注入頭夾持塊快速更換最優(yōu)化。注入頭結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 注入頭結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 高效換裝油管滾筒

新型大容量油管滾筒采用筒芯快換快裝式滾筒結(jié)構(gòu)，主要特點：①通過滾筒整體結(jié)構(gòu)研究，優(yōu)化滾筒體及傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)滾筒及排管系統(tǒng)輕量化；②優(yōu)選滾筒整吊方式，使筒芯可帶油管整體起吊，達(dá)到不更換滾筒體同時滿足不同油管直徑的需求；③通過筒芯接口標(biāo)準(zhǔn)化方式，達(dá)到滾筒筒芯高效快換快裝的要求；④筒芯快換式滾筒結(jié)構(gòu)，相對普通油管滾筒有較高的購買成本，但是后期資金投入少，使用收益大?？鞊Q油管滾筒如圖3所示。

2.3 動力裝置與牽引車集成技術(shù)

動力及液壓系統(tǒng)集成布置于牽引車上，單獨成撬式布置，7 kW柴油發(fā)電機(jī)組集成布置于撬座上，為井場用電設(shè)施供電，主要特點：①牽引車動力驅(qū)動整機(jī)動力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，不需單獨配備發(fā)動機(jī)動力撬座，減少獨立發(fā)動機(jī)撬座運輸模塊，縮短拖車鵝頸處長度尺寸，增強(qiáng)拖車強(qiáng)度并節(jié)省設(shè)計制造成本；②發(fā)電機(jī)支架可旋轉(zhuǎn)，集成布置方式結(jié)構(gòu)緊湊，維修檢測動力系統(tǒng)及液壓閥件方便，且牽引車布置不占用拖車后甲板位置，增加拖車甲板后部組件安裝空間。

2.4 注入頭及鵝頸管整體舉升技術(shù)

注入頭、鵝頸管及防噴盒整體布置于拖車尾部支撐架上，通過支撐架油缸舉升至垂直位置。主要特點：①合理的布局及角度設(shè)計使作業(yè)及運輸時油管無需從注入頭及鵝頸管內(nèi)取出，節(jié)省現(xiàn)場作業(yè)時油管需對接注入頭時間；②運輸時防噴盒懸于拖車外，縮短拖車甲板后懸長度尺寸，減小道路轉(zhuǎn)彎半徑；③工作及檢修時，注入頭、鵝頸管及防噴盒整機(jī)舉升于拖車外部，不受甲板臺面限制，操作空間大，作業(yè)及維護(hù)方便。

2.5 液壓控制技術(shù)

連續(xù)油管液壓系統(tǒng)主要分為注入頭控制系統(tǒng)、滾筒控制系統(tǒng)和綜合泵液壓系統(tǒng)。所有的液壓泵均由牽引車底盤發(fā)動機(jī)通過一進(jìn)二出的分動箱驅(qū)動。整個液壓系統(tǒng)特點：①帶有沖洗功能閉式系統(tǒng)，降低注入頭驅(qū)動系統(tǒng)溫度，實現(xiàn)系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行；②注入頭低速穩(wěn)定控制技術(shù)，以鉆塞工藝為基礎(chǔ)，優(yōu)選液壓泵、馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)，實現(xiàn)調(diào)速比48，滿足注入頭高速及低速穩(wěn)定運行的要求；③結(jié)合液壓多負(fù)載順序控制技術(shù)，優(yōu)選控制壓力參數(shù)，實現(xiàn)鵝頸管壓蓋順序控制；④優(yōu)化剎車控制方式，采用自動剎車與緊急剎車相結(jié)合的方式，確保在重載時注入頭工作的安全性。

3 結(jié)語

SLG450/73拖掛連續(xù)油管作業(yè)機(jī)是在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的一種新型連續(xù)油管作業(yè)裝備。該作業(yè)機(jī)的最大特點是集成化程度高，運載能力強(qiáng)，安裝移運方便，適合油田工況及道路運輸條件較好的平原、沙漠等地區(qū)。目前SLG450/73拖裝連續(xù)油管作業(yè)機(jī)已完成技術(shù)設(shè)計工作，后續(xù)將進(jìn)行產(chǎn)品試制和油田現(xiàn)場工業(yè)試驗。該作業(yè)機(jī)的成功研制將豐富國產(chǎn)連續(xù)油管作業(yè)裝備的種類，提高國產(chǎn)連續(xù)油管設(shè)備的綜合競爭實力。

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