修井機(jī)與帶壓作業(yè)裝置集成化改造與應(yīng)用研究

陳楠，邢付順，母小平，劉世峰，賈海平，王紅月

（1.中油集團(tuán)渤海裝備中成裝備制造公司，天津 300280；2.川慶鉆探長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西 西安 710014 ）

帶壓作業(yè)技術(shù)是一種在保持井內(nèi)帶壓的環(huán)境下實(shí)施鉆修井作業(yè)的新技術(shù)，能最大限度實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣層和環(huán)境的保護(hù)，有利于油井穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。近年來，隨著各油田帶壓修井作業(yè)工作量的持續(xù)遞增，迫切需要全面提升帶壓作業(yè)技術(shù)保障能力及施工能力。目前帶壓作業(yè)過程通常為常規(guī)修井機(jī)與帶壓作業(yè)設(shè)備配合完成，存在起下效率低、作業(yè)周期長(zhǎng)、搬安工作量大、修井成本高、操作安全性低等問題。

集成式帶壓作業(yè)修井機(jī)有效地解決了這些問題，但集成式帶壓作業(yè)修井機(jī)購置成本高，同時(shí)如廢棄原有設(shè)備則造成較大浪費(fèi)，為此提出了對(duì)普通修井機(jī)及輔助式帶壓作業(yè)裝置進(jìn)行集成化升級(jí)改造，以達(dá)到集成式帶壓作業(yè)修井機(jī)作業(yè)效能的目的。

渤海裝備制造公司與吐哈油田公司合作，對(duì)原有修井機(jī)與帶壓作業(yè)裝置進(jìn)行了集成化改造，并在吐哈油田注水井帶壓作業(yè)中應(yīng)用，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，改造后的修井機(jī)降低了作業(yè)成本，減少了污染排放，提高了帶壓作業(yè)施工效率與作業(yè)安全性，達(dá)到了集成改造的目的。

1 改造前設(shè)備狀況

1.1 技術(shù)參數(shù)

吐哈油田公司所提供的輔助式帶壓作業(yè)修井機(jī)由XJ1600型修井機(jī)和BYJ18-21/35型帶壓作業(yè)裝置2部分構(gòu)成。

修井機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：

額定鉤載：1200kN；

發(fā)動(dòng)機(jī)功率：600HP；

井架高度：35m；

二層臺(tái)高度：19.2m；20.1m；21.7m；

液控系統(tǒng)壓力：14MPa；

二層臺(tái)容量：≥220根。

帶壓作業(yè)裝置主要技術(shù)參數(shù)：

液壓站裝機(jī)功率：340HP；

液控系統(tǒng)壓力：10.5MPa；

帶壓裝置平臺(tái)高度：7200mm。

1.2 設(shè)備存在問題

原輔助式帶壓作業(yè)裝置由帶壓作業(yè)井口、液壓站與液控房3部分組成。各部分之間通過多根液壓管線聯(lián)接，拆裝勞動(dòng)強(qiáng)度大，安裝費(fèi)工費(fèi)時(shí)。作業(yè)機(jī)操作由修井機(jī)司鉆和帶壓裝置操作手配合完成，兩人均遠(yuǎn)離井口，與井口工溝通配合困難，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。單根起下，油管全部地面擺放，油管上下平臺(tái)時(shí)間長(zhǎng)，上卸扣次數(shù)多，作業(yè)效率低。工作過程中，修井機(jī)和帶壓作業(yè)裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)交替工作，單機(jī)長(zhǎng)期處于怠速狀態(tài)，燃油消耗大、污染排放多。

采用此種配套方式進(jìn)行井深3000m的水井帶壓作業(yè)，作業(yè)周期約為15天，安裝運(yùn)輸分別需要3天，且需動(dòng)用吊車和大型運(yùn)輸車輔助安裝與運(yùn)輸，施工時(shí)間長(zhǎng)，作業(yè)成本高。

2 集成化改造

2.1 改造方案介紹

升級(jí)改造的帶壓作業(yè)設(shè)備由XJ1600型修井機(jī)和BYJ18—21/35型帶壓作業(yè)裝置組成，對(duì)該配置進(jìn)行集成化改造，共用修井機(jī)所配套發(fā)動(dòng)機(jī)，修井機(jī)與帶壓作業(yè)裝置動(dòng)力集成。液壓系統(tǒng)合并，兩設(shè)備共用1套液壓源，將液壓源集成后安裝于修井機(jī)主車，減少冗余配置的同時(shí)便于整體運(yùn)輸。將原帶壓作業(yè)裝置操作位置移至井口工作平臺(tái)，修井機(jī)司鉆配套井口位操作平臺(tái)，便于修井機(jī)司鉆、帶壓裝置操作手、井口工之間溝通、配合。設(shè)計(jì)與帶壓井口工作平臺(tái)配套的立根排放飄臺(tái)，帶壓作業(yè)起雙根油管，且立排支立于地面。

2.2 改造措施

2.2.1 動(dòng)力系統(tǒng)集成改造

原修井機(jī)和帶壓作業(yè)裝置各有1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率分別為600HP和340HP，作業(yè)時(shí)2部動(dòng)力不同時(shí)工作，而是交替輸出動(dòng)力，造成了設(shè)備資源的極大浪費(fèi)。

根據(jù)整車配置及動(dòng)力校核，在修井機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱間增加帶泵箱，帶泵箱具有2個(gè)全功率取力口，可為集成后的液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。集成化改造后，共用修井機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。車載發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過帶泵箱、液力變速箱由分動(dòng)箱分動(dòng)，用于底盤行走及上裝工作，通過切換手柄實(shí)現(xiàn)2種工作狀態(tài)的切換。上裝工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)帶泵箱、液力變速箱、分動(dòng)箱、傳動(dòng)軸傳遞到角傳動(dòng)箱、絞車進(jìn)行修井機(jī)常規(guī)作業(yè)，同時(shí)帶泵箱通過2個(gè)取力器分別連接1臺(tái)雙聯(lián)泵驅(qū)動(dòng)修井機(jī)與帶壓裝置液壓系統(tǒng)工作。

2.2.2 液壓源集成改造

原修井機(jī)和帶壓作業(yè)裝備各有1套液壓源，即2套設(shè)備各具有1臺(tái)液壓油箱，在占用整機(jī)配套空間的同時(shí)也加大了液壓油的配套量。2套設(shè)備的液控系統(tǒng)壓力分別為14MPa和10.5MPa，將2套系統(tǒng)合并，使帶壓裝置的液壓動(dòng)力取自修井機(jī)的動(dòng)力，從而減少冗余配置。對(duì)原有液壓系統(tǒng)進(jìn)行了如下改造。

（1）在集成的動(dòng)力系統(tǒng)帶泵箱上分別安裝2個(gè)雙聯(lián)泵，2臺(tái)雙聯(lián)泵分別為泵a/泵b和泵c/泵d，其中泵b為蓄能器組提供液壓動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶壓作業(yè)裝置各防噴器的開關(guān)控制；泵a與泵c經(jīng)控制閥組合后為帶壓作業(yè)裝置升降油缸提供液壓動(dòng)力，保證升降油缸的上提力與下壓力；泵d為修井機(jī)主機(jī)提供液壓動(dòng)力，滿足立放井架、液壓絞車、液壓鉗等工作要求。在司鉆操作臺(tái)上操縱各種控制手柄完成對(duì)液壓系統(tǒng)各執(zhí)行元件的控制，從而完成帶壓起下立根作業(yè)。

（2）在修井機(jī)司鉆操作臺(tái)上增設(shè)液壓動(dòng)力切換裝置，以便修井機(jī)和帶壓作業(yè)裝置間進(jìn)行動(dòng)力切換。

（3）加大液壓油箱。為滿足修井機(jī)和帶壓作業(yè)裝置2套液控系統(tǒng)正常工作，重新設(shè)計(jì)修井機(jī)液壓油箱，加大油箱的有效容積。

（4）增加蓄能器組。為防止動(dòng)力不足或緊急情況下，帶壓作業(yè)裝置不能提供充足的液壓動(dòng)力，在修井機(jī)主機(jī)上安裝了蓄能器組。蓄能器組液壓管線成束，由修井機(jī)液壓系統(tǒng)引出，整體接入帶壓作業(yè)裝置。

（5）增加液壓油散熱器。為使液壓油油溫能降至工作溫度以確保主機(jī)可以連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在液力變速箱旁安裝了液壓油散熱器，用于液壓系統(tǒng)散熱，對(duì)液壓油進(jìn)行冷卻。

2.2.3 控制系統(tǒng)集成改造

原輔助式帶壓作業(yè)修井機(jī)各有1套液控系統(tǒng)，其管線接頭多、連接復(fù)雜、整機(jī)搬遷過程需反復(fù)進(jìn)行拆裝。對(duì)原有控制系統(tǒng)進(jìn)行如下改造。

（1）井口操作臺(tái)設(shè)計(jì)。取消原裝置液控房，改造為井口操作臺(tái)，將液控房所有操作功能轉(zhuǎn)移到操作臺(tái)內(nèi)。帶壓裝置操作手與修井機(jī)司鉆、井口工在同一平面操作。井口操作臺(tái)隨帶壓作業(yè)裝置一起運(yùn)輸。

（2）集成控制閥塊設(shè)計(jì)。將主油缸的調(diào)壓閥、換向控制閥、差動(dòng)控制閥、蓄能器調(diào)壓閥等通過集成液壓閥塊連接，減少液壓管線和接頭。

（3）增加遠(yuǎn)程控制箱。增加安全防噴器遠(yuǎn)程控制箱，創(chuàng)新采用遠(yuǎn)程無線遙控技術(shù)，主要控制三閘板防噴器，在井口出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，可以通過遠(yuǎn)程控制箱遠(yuǎn)程遙控實(shí)現(xiàn)關(guān)閉安全防噴器。

2.2.4 立根起下結(jié)構(gòu)改造

原輔助式帶壓作業(yè)修井機(jī)配合作業(yè)過程為單根起下，油管全部地面擺放，油管上下平臺(tái)時(shí)間長(zhǎng)，上卸扣次數(shù)多，作業(yè)效率低。對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下改造。

（1）對(duì)原有二層工作平臺(tái)進(jìn)行改造，使之滿足起雙根高度的同時(shí)二層臺(tái)指梁對(duì)應(yīng)帶壓作業(yè)裝置配套地面管柱盒。

（2）增加立根排放飄臺(tái)。在帶壓作業(yè)裝置平臺(tái)外側(cè)增加立根排放飄臺(tái)，排放飄臺(tái)設(shè)有左右2個(gè)排放口，供立根穿過平臺(tái)支立在地面上使用。排放口安裝翻轉(zhuǎn)蓋板，開啟可通過立根，關(guān)閉可防止落物和人員跌落。中間為安全走道，方便井口工排管。周邊布置安全通道，配備防護(hù)欄，滿足安全施工要求。

（3）增加地面立根盒。為保護(hù)管柱絲扣，并使立根排放整齊，在立根排放口下部地面上擺放采用鋼木結(jié)構(gòu)的立根盒作為支撐，排放立根時(shí)管柱下端絲扣直接支立在木質(zhì)立根盒上。

3 改造后效果

集成改造后的帶壓作業(yè)修井機(jī)作業(yè)參數(shù)：

二層臺(tái)高度：17.5m；

立根排放飄臺(tái)高度：7200mm。

在滿足各項(xiàng)作業(yè)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，改造后的整機(jī)與改造前相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）集成化動(dòng)力輸出，節(jié)省修井費(fèi)用，減少污染排放。

（2）集成優(yōu)化了液壓系統(tǒng)，合并了液壓油箱，減少了液壓管線，提高搬安時(shí)效。

（3）修井帶壓施工過程各崗位之間溝通及時(shí)準(zhǔn)確，帶壓作業(yè)的操作安全性提高。

（4）帶壓起下過程可進(jìn)行立根作業(yè)，減少管柱上下平臺(tái)時(shí)間和上卸扣次數(shù)，提高帶壓作業(yè)時(shí)效，縮短修井周期。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用

改造后的帶壓作業(yè)修井機(jī)經(jīng)投入使用，每次起下立根耗時(shí)3~4min，以3000m管柱水井起下4趟管柱為例，比起下單根減少40h。

經(jīng)改造設(shè)計(jì)后，取消地面液壓站與液控房，大幅減小了設(shè)備規(guī)模、管線全部集成化，大幅提高拆裝效率，每井次搬安可節(jié)約20h。

改造后的作業(yè)機(jī)經(jīng)廠內(nèi)安裝、調(diào)試、試運(yùn)行后，于2017年5月~2019年1月在吐哈油田完成共28井次的注水井帶壓作業(yè)。綜合施工效率提高了16.9%以上。

5 結(jié)語

集成改造后的帶壓作業(yè)修井機(jī)是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的可以起下立根的帶壓作業(yè)機(jī)，集成化程度高，搬安迅速，操作方便，安全節(jié)能環(huán)保，有效提高了修井作業(yè)的效率，縮短了作業(yè)周期，滿足我國(guó)西部油田需要。此集成化改造方案是帶壓修井作業(yè)推廣中的一個(gè)成功案例。