一種液壓自動(dòng)貓道在鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)及分析

王小紅，陸野，廖志勇

（川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶鉆井總公司，陜西 西安 710018）

隨著鉆井裝備技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化、變頻驅(qū)動(dòng)不僅代表著當(dāng)前最新高科技，也是未來(lái)發(fā)展主流方向。液壓自動(dòng)貓道是諸多鉆井自動(dòng)化裝備之一。不管結(jié)構(gòu)如何，自動(dòng)貓道的主要功能是自動(dòng)完成鉆桿、鉆鋌、套管等鉆具的上下鉆臺(tái)，其主要優(yōu)點(diǎn)是效率高、安全可靠、解放人力、控降安全風(fēng)險(xiǎn)并減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改變傳統(tǒng)的通過(guò)人工實(shí)現(xiàn)鉆具上下鉆臺(tái)的方式。

1 某品牌自動(dòng)貓道在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

根據(jù)安排，2013年9月5日在某鉆井隊(duì)ZJ40LDB鉆機(jī)安裝試用了該型號(hào)自動(dòng)貓道。下面詳細(xì)介紹該自動(dòng)貓道的試用情況。

1.1 液壓自動(dòng)貓道基本功能

（1）基本技術(shù)參數(shù)。適用鉆臺(tái)高度6～6.5米（ZJ40LDB鉆臺(tái)高度6米），適用鉆具長(zhǎng)度8.9～11.5米。適用鉆具直徑φ114～273mm，最大運(yùn)送重量T3，貓道臺(tái)面高度800mm，貓道臺(tái)面長(zhǎng)度28米，兩段結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)場(chǎng)管排架布置方式為前后雙管排架，鉆具輸送工作方式上一下三，鉆具上貓道方式為自動(dòng)翻進(jìn)、翻出。設(shè)備總功率18kW，液壓泵驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)額定壓力16MPa，系統(tǒng)流量62L/min，整機(jī)運(yùn)輸外型尺寸（長(zhǎng)×寬×高）16000×2300×2200mm，總重21噸。

（2）主要運(yùn)行參數(shù)。能適應(yīng)6～6.5m鉆井平臺(tái)高度，滿足4～10″常用鉆具的上下鉆臺(tái)作業(yè)。

鉆具上平臺(tái)1根/次，從鉆井平臺(tái)下鉆具3根/次，28米全行程單次上下鉆具時(shí)間控制在90秒內(nèi)，15米半行程上下鉆具控制在60秒內(nèi)。上鉆具過(guò)程采用坡道抬起式專(zhuān)利技術(shù)作業(yè)方式，減小對(duì)鉆具接頭的磨損，滿足8.9～11.5m不等長(zhǎng)鉆具上鉆臺(tái)作業(yè)時(shí)，鉆具伸出臺(tái)面長(zhǎng)度的自動(dòng)計(jì)算、控制。

1.2 能完成的主要功能

（1）主體結(jié)構(gòu)及功能。該產(chǎn)品主要由15米和12米兩段水平貓道臺(tái)和一段坡道段三部分組成，主要實(shí)現(xiàn)不同鉆桿排之間的鉆具倒調(diào)、自動(dòng)上鉆具、自動(dòng)下鉆具等作用，適用管具類(lèi)型：4″、41/2″、5″、51/2″等鉆桿、10″以下套管等。

（2）鉆具實(shí)現(xiàn)上下鉆臺(tái)。直推式上下鉆具作業(yè)，保留了傳統(tǒng)雙氣絞車(chē)上下鉆具的模式。鉆井作業(yè)是24小時(shí)不間斷工作，這對(duì)鉆井輔助設(shè)備的可靠性是個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。當(dāng)貓道設(shè)備出現(xiàn)故障或需要停機(jī)維護(hù)期間，可以沿用傳統(tǒng)雙氣絞車(chē)沿坡道直接上下鉆具的作業(yè)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，推一根鉆桿立根需要時(shí)間56秒，推一根鉆桿并抓下一根鉆桿雙形成需時(shí)間為1分56秒。節(jié)約時(shí)間方面在推拉鉆鋌、套管時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯，因?yàn)樯鲜鲢@具人力在下面繃鉆具、掛繩套等時(shí)間長(zhǎng)。

（3）實(shí)現(xiàn)鉆具自動(dòng)翻轉(zhuǎn)在管架上實(shí)現(xiàn)倒換鉆具。通過(guò)貓道外之間，可以實(shí)現(xiàn)鉆具自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到貓道上面或?qū)⒇埖郎厦娴你@具排列到鉆具上面。

（4）鉆具運(yùn)行過(guò)程中磨損情況。對(duì)鉆具接頭的磨損小。直推式上下鉆具最大難點(diǎn)是：小車(chē)推動(dòng)鉆具上移過(guò)程中，鉆具前端移動(dòng)至坡道根部時(shí)阻力最大，對(duì)接頭的磨損嚴(yán)重。為減少該摩擦阻力，坡道設(shè)計(jì)時(shí)，在坡道根部增加了一個(gè)抬起機(jī)構(gòu)，當(dāng)鉆具接頭運(yùn)動(dòng)至坡道根部時(shí)，程序控制自動(dòng)把鉆具接頭抬起，當(dāng)抬起點(diǎn)高于坡道阻力最大點(diǎn)后，鉆具再次上移，從而有效減小了對(duì)鉆具接頭的磨損。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)試用實(shí)現(xiàn)的功能

從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況來(lái)看，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，目前司鉆及內(nèi)外鉗工均可以獨(dú)立操作該設(shè)備，該設(shè)備主要能完成如下幾項(xiàng)工作。

一是自動(dòng)推鉆具上鉆臺(tái)，可以順著貓道、大門(mén)坡道自動(dòng)運(yùn)行，達(dá)到鉆臺(tái)面800毫米高度，然后人工上提絲。

二是自動(dòng)抓住鉆具從大門(mén)坡道拖拉至貓道任意位置，上述兩種動(dòng)作速度適中安全，人員完全遠(yuǎn)離鉆具運(yùn)動(dòng)軌跡區(qū)域，沒(méi)有安全風(fēng)險(xiǎn)，操作人員站在鉆臺(tái)左側(cè)。

三是將管架上面的鉆具通過(guò)四個(gè)液壓千斤自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到貓道中間滑槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)鉆具自動(dòng)上下貓道。

四是可以將管架上面鉆具左右進(jìn)行翻轉(zhuǎn)倒換。從試用情況來(lái)看，簡(jiǎn)單易學(xué)，安裝拆卸方便，不增加車(chē)次，由于場(chǎng)地管架鉆具運(yùn)動(dòng)區(qū)域不需要站人，故安全省力，節(jié)約體力；一個(gè)人員站在鉆臺(tái)右側(cè)邊角操作，另外一人配合提鉆具或帶、取提絲，需要兩人配合?？傮w簡(jiǎn)單實(shí)用，安全方便，節(jié)約體力，工作效率比人工要高。但是鉆具前期排放檢查、涂抹絲扣油、通徑等工作仍需要提前做。

2 存在主要問(wèn)題、分析、改進(jìn)思路

（1）整體結(jié)構(gòu)不合理。該貓道為12米+16米兩節(jié)結(jié)構(gòu)。第一節(jié)貓道長(zhǎng)度達(dá)到16米，存在超長(zhǎng)及拐彎障礙，這給搬家?guī)?lái)麻煩，建議2節(jié)貓道改為3節(jié)組合，每節(jié)長(zhǎng)度大約為10米。

（2）鉆具運(yùn)行速度不可調(diào)。鉆具上下鉆臺(tái)及鉆具在貓道平面上運(yùn)行的速度不可調(diào)。經(jīng)過(guò)測(cè)算，一般單行程（即從貓道盡頭到上鉆臺(tái)）推鉆具上鉆臺(tái)，大約用時(shí)50～58秒；雙行程（即推鉆具從貓道盡頭上鉆臺(tái)再?gòu)你@臺(tái)抓鉆具下拉到最大行程）用時(shí)1分30秒～1分50秒。效率比人工高。但是，現(xiàn)場(chǎng)鉆具千差萬(wàn)別，考慮效率及安全因素，滑車(chē)運(yùn)行速度應(yīng)可調(diào)或設(shè)置三個(gè)檔位。

（3）整體推力小。最大推力為3噸。一根鉆鋌重量一般為2噸，再考慮摩擦系數(shù)，推拉鉆鋌很費(fèi)力。建議最大推力設(shè)計(jì)為5～6噸。

（4）貓道槽摩擦力太大，沒(méi)有設(shè)計(jì)滾子結(jié)構(gòu)。建議設(shè)計(jì)滾子結(jié)構(gòu)，一是減少摩擦力，二是避免摩擦損傷鉆具。

（5）滑車(chē)抓鉆具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理?；?chē)抓鉆具機(jī)構(gòu)應(yīng)能滿足不同直徑或沒(méi)有接箍鉆具的要求，需配不同規(guī)格的抓鉆具機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)方便拆卸安裝。

（6）其他。比如顏色應(yīng)符合鉆井設(shè)備標(biāo)示要求；液壓管線設(shè)計(jì)應(yīng)便于插接等。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)鉆機(jī)的鉆具輸送方式繁瑣，工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、操作危險(xiǎn)系數(shù)大的缺點(diǎn)等，提出一種自動(dòng)化程度高、現(xiàn)場(chǎng)操作安全可靠性強(qiáng)、制造成本低、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)勁抽合理，提高了鉆井工作效率，不影響原有鉆機(jī)結(jié)構(gòu)和整個(gè)鉆井作業(yè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化動(dòng)力液壓貓道，提出不同于傳統(tǒng)的鉆具輸送方式，利用鉆臺(tái)下方的井口空間，鉆井隊(duì)鉆具從鉆臺(tái)面下方垂直輸送，大大提升了鉆臺(tái)使用空間，使用更加安全，自動(dòng)化程序高，并提出本研究課題的主要研究和實(shí)現(xiàn)內(nèi)容，以及該貓道不同于以往所使用的自動(dòng)化貓道的主要研究和實(shí)現(xiàn)內(nèi)容，以及該貓道不同于以往所使用的自動(dòng)化貓道的創(chuàng)新點(diǎn)。

液壓自動(dòng)貓道在國(guó)內(nèi)外得到一定程度的應(yīng)用，技術(shù)相對(duì)成熟，現(xiàn)場(chǎng)使用效果好。國(guó)外產(chǎn)品最大缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，因此國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的新型液壓自動(dòng)貓道在現(xiàn)場(chǎng)使用效果較好，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，提出了改進(jìn)完善思路，產(chǎn)品完善后值得推廣使用。