半自動液壓轉(zhuǎn)盤的研制與應(yīng)用

梁東平 趙瑞元 楊義興 孫權(quán)

摘 要：目前長慶油田大修作業(yè)造扣（倒扣）、套磨銑施工時，仍廣泛使用老式轉(zhuǎn)盤或ZP70Y-12型液壓轉(zhuǎn)盤，或使用螺桿鉆具套磨銑，使用轉(zhuǎn)盤和螺桿鉆具存在扭矩較低、管柱易反轉(zhuǎn)打扭、自動化程度低、安全隱患多、易造成環(huán)境污染等缺點。為此聯(lián)合廠家研制了ZP70Y-24G半自動液壓轉(zhuǎn)盤，該設(shè)備采用大扭矩三檔變速傳動機構(gòu)，加裝液壓剎車用于控制反扭矩，專用密封膠芯密封方鉆桿，造扣圈數(shù)計數(shù)器、施工實時觀察扭矩，改進(jìn)方補芯結(jié)構(gòu)防止旋轉(zhuǎn)時竄出，解決了造扣（倒扣）和套磨銑時的井控風(fēng)險及安全環(huán)保隱患，提高了作業(yè)效率。

關(guān)鍵詞：液壓轉(zhuǎn)盤;造扣（倒扣）;套磨銑

1 使用老式造扣器、傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤、液壓轉(zhuǎn)盤造扣、套磨銑存在問題

1.1 使用老式造扣器造扣（倒扣）作業(yè)存在問題

①安裝時將造扣（倒扣）器吊起1.5-2.0m，然后下放使補芯孔穿過鉆桿短接（人工對眼），造扣（倒扣）器坐于吊卡之上，存在較大安全風(fēng)險;②取吊卡時需用麻繩將造扣（倒扣）器系綁在鉆桿上，上提鉆具，作業(yè)人員從造扣（倒扣）器下方取出吊卡，存在較大安全風(fēng)險;③傳統(tǒng)造扣（倒扣）器在操作時需將鋼絲繩纏在通井機錨頭上，在纏鋼絲繩和松鋼絲繩時極易傷人;④無法測量力矩，作業(yè)人員根據(jù)鋼絲繩松緊程度或依靠經(jīng)驗判斷力矩大小;⑤造扣（倒扣）器重約800kg，操作時需人工拉繩使其轉(zhuǎn)動傳遞扭矩，操作完畢后人工將繩纏于繩滾子，耗費人力和時間;⑥不防噴，修井液循環(huán)過程中無法實現(xiàn)管匯集中排放;⑦機械能損耗大、施工效率低。

1.2 使用傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)盤磨銑作業(yè)存在問題

①方補芯與方鉆桿不密封，液體返出地面無控制手段;②使用鏈條傳動，鏈條無法安裝防護(hù)罩，存在絞傷等安全隱患;③傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤組裝時需支墊方木，易出現(xiàn)下陷傾斜倒塌傷人;④旋轉(zhuǎn)時不能同時上提鉆具，需停止旋轉(zhuǎn)后再上提，浪費人力物力;⑤修井液不能實現(xiàn)循環(huán)利用。

1.3 使用ZP70Y-12型液壓轉(zhuǎn)盤存在問題

①扭矩較小，不能滿足深井旋轉(zhuǎn)作業(yè)和大扭矩造扣（倒扣）作業(yè);②轉(zhuǎn)盤因鉆柱反扭矩過大發(fā)生急速倒轉(zhuǎn)，容易引起馬達(dá)內(nèi)部壓力迅速升高損壞馬達(dá)，雖然使用了棘爪防止轉(zhuǎn)盤倒轉(zhuǎn)保護(hù)了馬達(dá)，但轉(zhuǎn)盤本身無法釋放反扭矩，存在安全隱患;③補芯與轉(zhuǎn)臺聯(lián)接不可靠，容易脫開竄出，設(shè)計安全系數(shù)不高;④不具備低壓密封功能，無法滿足井控和環(huán)保要求;⑤不能實現(xiàn)不同規(guī)格方鉆桿作業(yè)要求。

2 研制半自動液壓轉(zhuǎn)盤及配套發(fā)動機液壓站

針對老式造扣器、傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤、ZP70Y-12型液壓轉(zhuǎn)盤使用過程中存在的缺點，研制開發(fā)應(yīng)用了ZP70Y-24G型半自動液壓轉(zhuǎn)盤及配套YYZ-100-18/135型發(fā)動機液壓站，該設(shè)備由長慶油田分公司梁東平井下作業(yè)勞模（工匠）創(chuàng)新工作室、采油一廠、九廠、十廠井下作業(yè)技能專家聯(lián)合公關(guān)，由山東臨朐靜遠(yuǎn)石油機械有限公司生產(chǎn)，具有大扭矩、可控制反扭矩，施工實時觀察扭矩、專用密封膠芯密封方鉆桿，造扣圈數(shù)計數(shù)器，改進(jìn)方補芯結(jié)構(gòu)防止旋轉(zhuǎn)時竄出等優(yōu)點，解決了造扣（倒扣）和套磨銑時的井控風(fēng)險及安全環(huán)保隱患，提高了作業(yè)效率。

2.1 ZP70Y-24G半自動液壓轉(zhuǎn)盤工作原理

當(dāng)液壓油通過換向閥進(jìn)入液壓馬達(dá)時，液壓馬達(dá)開始工作，馬達(dá)動力經(jīng)花鍵軸傳遞給滑動齒輪，當(dāng)滑動齒輪與高速、中速、低速齒輪分別嚙合時，動力經(jīng)齒輪、齒輪軸、大齒輪傳遞給轉(zhuǎn)臺，此時轉(zhuǎn)臺可以得到需要的高速、中速、低速，轉(zhuǎn)臺中裝有方補心，由方補心驅(qū)動方鉆桿完成修井工作。

2.2 YYZ-100-18/135型液壓站技術(shù)原理及工作原理

技術(shù)原理：YYZ100-18-135型液壓站是為滿足ZP70Y-24G液壓轉(zhuǎn)盤及其他類似設(shè)備的動力和控制要求而設(shè)計的。該設(shè)備主要由發(fā)動機、柱塞泵、油箱、控制閥組、齒輪泵、高速馬達(dá)、冷卻裝置、蓄電池等部分組成。設(shè)計上采用了防熱、不帶壓起動、緩釋剎車等技術(shù)措施。

工作原理：發(fā)動機通過飛輪盤連接盤帶動雙聯(lián)油泵轉(zhuǎn)動。柱塞油泵把液壓油從油箱中吸出，排出高壓油，高壓油通過溢流閥、電磁換向閥、設(shè)備負(fù)載，散熱器回到油箱。輸出壓力由溢流閥進(jìn)行調(diào)整，壓力顯示通過防震壓力表讀出。高壓油通過電磁換向閥控制輸出方向，電磁溢流閥不通電卸荷，主油路換向開關(guān)在中位時液壓油直接回油箱，液壓站不輸出壓力，主油路換向開關(guān)在其他位置時，壓力油通過換向閥出油口輸出工作壓力。齒輪油泵一路通過溢流閥、電磁換向閥帶動高速馬達(dá)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，用于冷卻主油路液壓油，另一路通過手輪緩釋閥，二位四通換向閥用于緩釋轉(zhuǎn)盤反力矩。

2.3 轉(zhuǎn)盤的正、反轉(zhuǎn)剎車及剎車緩釋功能技術(shù)原理

研發(fā)的液壓轉(zhuǎn)盤液壓剎車裝置（該裝置為斷油剎，轉(zhuǎn)盤失去動力同時剎車），解決了轉(zhuǎn)盤因反扭矩造成的倒轉(zhuǎn)問題和反扭矩緩慢釋放這一難題。液壓剎車裝置包括馬達(dá)制動器和剎車控制系統(tǒng)，馬達(dá)制動器是用于制動和松開液壓馬達(dá)輸出軸，制動器結(jié)構(gòu)和液壓離合器類似，內(nèi)部有活塞和主動片從動片組成，由液壓活塞驅(qū)動分離，靠蝶形彈簧壓緊結(jié)合，主動片和馬達(dá)輸出軸相連，從動片和馬達(dá)殼體固定，活塞的前部腔室上設(shè)有進(jìn)油口。當(dāng)井口鉆具存在反扭矩需要停止時，可先剎車制動使轉(zhuǎn)盤停止，然后斷開動力，剎車控制系統(tǒng)利用液壓閥組控制馬達(dá)制動器分離（松開剎車）和結(jié)合（剎車），也可以控制進(jìn)油壓力改變剎車力大小達(dá)到緩釋反扭矩目的。

2.4 ZP70Y-24G半自動液壓轉(zhuǎn)盤及配套YYZ-100-18/135型液壓站技術(shù)特點

①扭矩大，液壓轉(zhuǎn)盤總成采用新型低速大扭矩液壓馬達(dá)（超級馬達(dá)），加裝安全閥保護(hù)馬達(dá)，減速箱為三檔變速，可適應(yīng)不同工況，轉(zhuǎn)臺最大扭矩為24kN.m;②可控制反扭矩、轉(zhuǎn)盤的正、反轉(zhuǎn)剎車及剎車緩釋功能。液壓轉(zhuǎn)盤總成采用液壓剎車裝置（該裝置為斷油剎，轉(zhuǎn)盤失去動力同時剎車）解決轉(zhuǎn)盤因反扭矩造成的倒轉(zhuǎn)問題;③專用密封膠芯密封方鉆桿。根據(jù)方鉆桿外形尺寸設(shè)計專用密封膠芯，改進(jìn)轉(zhuǎn)盤內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)，采用OLD旋轉(zhuǎn)密封圈密封轉(zhuǎn)臺、YX密封圈密封膠芯與轉(zhuǎn)臺，解決轉(zhuǎn)盤內(nèi)部密封問題，有效防止井液外流內(nèi)溢，增加了承壓能力和密封可靠性，滿足施工及安全環(huán)保要求;④改進(jìn)方補芯結(jié)構(gòu)，方便拆裝，滿足作業(yè)施工安全需求。方補芯采用外部為圓形的滾子方補芯結(jié)構(gòu)（參考大修轉(zhuǎn)盤用方補芯），方補芯下部采用錐體結(jié)構(gòu)，與配套的錐孔連接盤聯(lián)接，傳遞扭矩安全系數(shù)高，不易竄出;⑤液壓站、轉(zhuǎn)盤配置圈數(shù)計數(shù)器，能夠準(zhǔn)確方便的記錄轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，便于修井作業(yè)施工實時觀察;⑥施工實時觀察扭矩。液壓站加裝轉(zhuǎn)盤壓力計及檔位扭矩對應(yīng)標(biāo)牌，說明書附“壓力扭矩對應(yīng)表”，方便觀察旋轉(zhuǎn)扭矩;⑦液壓站配置大流量高壓柱塞雙聯(lián)油泵滿足液壓轉(zhuǎn)盤動力需求，配置電磁閥組控制系統(tǒng)和16m高壓液壓管線遠(yuǎn)程實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的正、反轉(zhuǎn)剎車及剎車緩釋功能。

3 半自動液壓轉(zhuǎn)盤及配套發(fā)動機液壓站現(xiàn)場試驗應(yīng)用情況

3.1 井況簡述

山72-015井為南梁作業(yè)區(qū)一口分注井，注水層位延9、長4+5。2018年3月測調(diào)遇阻，安排帶壓檢串作業(yè)，經(jīng)過反復(fù)活動解卡解封，起出油管10根，起至第11根活動解卡時油管接箍脫扣，剩余油管落井，上提最大負(fù)荷310kN。分析認(rèn)為封隔器未徹底解封或封隔器垢卡。

3.2 現(xiàn)場試驗應(yīng)用情況

前期套銑使用普通轉(zhuǎn)盤無進(jìn)尺，無法進(jìn)行造扣打撈。10月24日使用該半自動液壓轉(zhuǎn)盤套銑進(jìn)尺0.90m，10月25日使用該轉(zhuǎn)盤進(jìn)行母錐造扣打撈，撈獲原井油管16根，10月28-30日使用該轉(zhuǎn)盤及配套工具進(jìn)行倒扣打撈作業(yè)，撈獲油管68根;該液壓轉(zhuǎn)盤進(jìn)行造扣（倒扣）作業(yè)，扭矩可以達(dá)到××kN.m，完全滿足井深××m作業(yè)要求;該液壓轉(zhuǎn)盤的專用密封膠芯，壓力達(dá)××兆帕，密封性良好，滿足現(xiàn)場井控安全環(huán)保要求;當(dāng)反扭矩過大時，設(shè)備可以安全剎車，通過緩釋方式可達(dá)到安全釋放反扭矩的目的;通過控制轉(zhuǎn)盤高、中、低檔轉(zhuǎn)速檢驗改進(jìn)的方補芯結(jié)構(gòu)，安全性良好;觀察扭矩表及圈數(shù)計數(shù)器工作狀態(tài)良好。

4 后期改進(jìn)建議

方補心裝置加裝保護(hù)罩，避免高空小件落物掉入旋轉(zhuǎn)空間，造成安全風(fēng)險;制作專用二層平臺，降低操作平面高度，方便操作人員作業(yè);液控系統(tǒng)加裝聯(lián)絡(luò)裝置，如對講機、電子喇叭、報警儀等，便于司鉆和液壓站及時保持聯(lián)系;液壓轉(zhuǎn)盤加裝尾部固定連桿，保證安全可靠。