連續(xù)油管滾筒自動排管控制方案研究

孫仁俊

（中石化石油工程機械有限公司第四機械廠，湖北 荊州434020）

連續(xù)油管滾筒自動排管控制方案研究

孫仁俊

（中石化石油工程機械有限公司第四機械廠，湖北 荊州434020）

為了保證連續(xù)油管整齊且緊湊的纏繞在油管滾筒上，避免連續(xù)油管作業(yè)困難，損傷連續(xù)油管,介紹了機械式、液壓式和電控式3種連續(xù)油管滾筒自動排管控制方案，分析了不同排管方案的控制方式及其各自的優(yōu)缺點。指出，機械式排管成本低，但設備占用空間大，傳動精度低；液壓式排管可靠性高，不需要進行特殊防爆處理，可實現(xiàn)無極變速，但控制相對復雜；電控式排管傳動精度高，但成本較高，需要進行特殊的防爆處理。研究結果表明，可根據(jù)實際情況選擇合適的排管方式，以滿足不同現(xiàn)場作業(yè)需求。

連續(xù)油管；滾筒；自動排管；機械式；液壓式；電控式

Abstract:In order to guarantee the coiled tubing neat and compact winding on the tubing rollers,avoid coiled tubing operation difficulty,damage the coiled tubing,in this article,it introduced 3 kinds of coiled tubing roller automatic arrangement pipe control scheme,including mechanical type,hydraulic type and electrically controlled type,and analyzed the control mode of different scheme,as well as its advantages and disadvantages.Finally it pointed that the cost of mechanical arrangement pipe is low,but the space usage of equipment is large and low transmission precision;the transmission precision of electrically controlled type is high,but the cost is high,need to conduct special explosion-proof processing.The research results indicated that it should choose the appropriate arrangement pipe method according to actual situation,in order to satisfy the demands of different on-site work.

Key words:coiled tubing;roller;automatic arrangement pipe;mechanical type;hydraulic type;electrically controlled type

1 概 述

連續(xù)油管設備是石油機械領域發(fā)展迅速的一種新型設備，其在油田服務方面應用十分廣泛。油管滾筒作為連續(xù)油管的承載裝置，是連續(xù)油管設備的重要部件，其功能的完善決定了整個連續(xù)油管設備的性能。操作連續(xù)油管設備進行纏管作業(yè)時，必須要保證連續(xù)油管整齊且緊湊地纏繞在油管滾筒上。連續(xù)油管排列凌亂將直接影響整個油管滾筒的容量，其滾筒承載連續(xù)油管的長度也會減少，還會使連續(xù)油管排列產生錯位，給連續(xù)油管入井作業(yè)造成困難，損傷連續(xù)油管。另外，必須對連續(xù)油管的長度進行監(jiān)控，以便掌握連續(xù)油管的下井深度。

2 自動排管控制方案

目前，連續(xù)油管纏繞在滾筒上普遍是通過纏繞滾筒自動排管機構完成，同時輔助手動強制排管功能，并且通過鏈輪之間的速比調整，保證油管滾筒轉動一周，導向輪沿雙向螺桿走一個油管直徑的長度，這樣就能實現(xiàn)連續(xù)油管整齊而且緊湊地排列在油管滾筒上。當更換不同直徑的連續(xù)油管時，需先更換二級排管鏈輪組，以調節(jié)速比適應滾筒速度。由于二級排管鏈輪組的鏈輪中心距較大，有時甚至超過2 m，更換鏈輪組費時費力，而且張緊輪時常會轉至極限角度。另外，鏈條長短也需要隨之調節(jié)，操作極為不便。為了解決這些問題，下面分別從機械快速更換鏈輪組式、液壓式和電控式3種自動排管控制方式進行研究。

2.1 快速更換鏈輪組

鏈輪組自動排管驅動方案結構如圖1所示。分別由一級鏈輪組、二級鏈輪組及變速鏈輪組構成。一級鏈輪組包括一級主動軸、一級主動鏈輪、一級從動軸、一級從動鏈輪及一級鏈條，一級主動軸通過鏈輪與連續(xù)油管滾筒的驅動系統(tǒng)連接；二級鏈輪組包括二級主動軸、二級主動鏈輪、扭矩限制器、二級從動鏈輪及二級鏈條，二級從動鏈輪套裝在所述扭矩限制器上，扭矩限制器與自動排管裝置的雙向螺桿同軸連接，即雙向螺桿的一端插裝在扭矩限制器的內孔中。變速鏈輪組包括輪架、主動變速鏈輪及從動變速鏈輪，主動變速鏈輪及從動變速鏈輪與輪架連接，變速鏈輪組整體套裝在一級從動軸和二級主動軸上。

圖1 鏈輪組自動排管驅動方案結構示意圖

連續(xù)油管滾筒運轉時帶動驅動系統(tǒng)運轉，其一級鏈輪組、變速鏈輪組、二級鏈輪組依次運轉，二級鏈輪組的扭矩限制器與雙向螺桿同軸連接，從而帶動雙向螺桿轉動。當更換變速鏈輪組時，改變了系統(tǒng)變速比，從而也改變了雙向螺桿的速度，進而減慢或加速排管速度。具體實施中可以把需要的各種油管對應的變速鏈輪組先組裝好，作為配件，并在輪架上標注相應管子直徑尺寸，方便使用。

當更換不同規(guī)格的連續(xù)油管時，只需更換相應的變速鏈輪組。相比原更換方法，省去了拆卸鏈輪、調整鏈條及調整鏈條張力等多個環(huán)節(jié)，只要將原有變速鏈輪組抽出，插裝對應的變速鏈輪組即可。整個更換過程省時省力，由于變速鏈輪組鏈條短，在工作中下垂幅度小，不必使用鏈條張緊裝置，可以在輪架上刻上該變速鏈輪組適用的連續(xù)油管規(guī)格，更換鏈輪組時便于檢查核對。

2.2 液壓自動排管

圖2 液壓自動排管方案結構示意圖

液壓自動排管方案結構如圖2所示。其工作原理為：球閥與外接手油泵相連，工作前先需要經過調試，使用手動泵給液壓系統(tǒng)管路充滿液壓油，并調節(jié)安全閥，設置系統(tǒng)最高壓力，然后向油箱加入適量液壓油。滾筒帶動連桿式液壓泵給液壓馬達供油，調節(jié)液壓馬達的排量，使得滾筒轉動一周，液壓馬達帶動排管器在雙向螺桿的軸向移動距離剛好等于連續(xù)油管的外徑。調試完成后即可投入使用，滾筒收卷連續(xù)油管時，同時帶動連桿式液壓泵持續(xù)給液壓馬達供油，液壓馬達旋轉驅動排管器在滾筒上排布連續(xù)管。連續(xù)油管在旋轉卷筒上布滿一層時，排管器運動到雙向螺桿的端部，觸碰塊觸碰到行程控制閥后，使行程控制閥換向。壓力油經過手動換向閥和節(jié)流閥后使液動閥換向，進而實現(xiàn)液壓馬達的換向，從而改變排管器的移動方向進行下一層連續(xù)排的布管，觸碰塊離開行程控制閥后，行程控制閥復位。當下一層連續(xù)管布滿后，觸碰塊觸碰到另一個行程控制閥，排管器的移動方向再次改變，實現(xiàn)反復布管。若要使?jié)L筒由收油管轉向放油管，則可先停止?jié)L筒的轉動，然后手動操作兩個手動換向閥換向，最后再手動觸碰滾筒換向前剛剛動作復位的那個行程控制閥，以實現(xiàn)接通壓力油，使液動閥實現(xiàn)換向，接下來只需啟動滾筒的放油管旋轉，就可進行連續(xù)的放油管工作。如需要讓滾筒再次換向時，只需重復以上工作即可實現(xiàn)。

本方案采用液壓驅動，實現(xiàn)了無極調速，防爆性能好，可靠性高。當連續(xù)油管外徑變化時，只需要調節(jié)液壓馬達的排量，就能調節(jié)排管器的移動速度，以實現(xiàn)不同外徑連續(xù)油管的作業(yè)。

2.3 電控自動排管

電控自動排管方案結構如圖3所示。第一馬達為滾筒驅動馬達，第二馬達通過鏈輪組與雙向螺桿相連，可實現(xiàn)自動排管功能和強制排管功能，它們分別設有第一旋轉編碼器與第二旋轉編碼器。這兩個旋轉編碼器均與控制連續(xù)油管裝置的外部控制系統(tǒng)相連，它們將分別測量第一、第二馬達的旋轉圈數(shù)，發(fā)送給外部控制系統(tǒng)，外部控制系統(tǒng)根據(jù)收到的旋轉圈數(shù)信號控制或校正第二馬達的旋轉圈數(shù)。本電控方案簡化了整套排管裝置的結構，解決了更換不同規(guī)格的連續(xù)油管時需要更換鏈輪（或者齒輪）的不利因素。

圖3 電控自動排管方案結構示意圖

3 結束語

機械自動排管方式成本低，但排管裝置設備較大，占用空間大，不能實現(xiàn)無級變速，傳動精度低。液壓自動排管方式可靠性高，不需要進行特殊防爆處理，可實現(xiàn)無極變速，但是控制相對復雜。電控自動排管方式精度高，但是電控原件的成本高，而且在油氣作業(yè)現(xiàn)場，需要進行特殊的防爆處理。幾種自動排管控制方式均有其優(yōu)缺點，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇合適的自動排管控制方式，以滿足不同的現(xiàn)場作業(yè)需求。

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Scheme Research of the Automatic Discharge Pipe Control for the Coiled Tubing Roller

SUN Renjun
（No.4 Machinery Factory，Sinopec Oil Engineering Machinery Co.，Ltd.，Jingzhou 434020，Hubei，China）

TE933.8

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.04.012

2016－12－09

編輯：李紅麗

孫仁?。?986—），男，湖北仙桃人，工程師，碩士，現(xiàn)主要從事石油裝備液氣設計工作。