移動式火驅(qū)電點火器配套起下裝備的研制

楊顯志

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引言

火燒油層技術(shù)是稠油油藏開發(fā)中后期重要的接替技術(shù)之一［1－6］，油層點火［7－8］則是火燒油層技術(shù)開發(fā)成功的前提。移動式電點火技術(shù)［9－11］作為一種高效的油層點火技術(shù)，已在遼河、吉林等油田推廣應(yīng)用。用于移動式電點火器起下作業(yè)的多為傳統(tǒng)連續(xù)管車［12－15］，由于連續(xù)管車注入頭為封閉結(jié)構(gòu)，電點火器與連續(xù)管設(shè)備無法分離，因此，連續(xù)管車在整個點火期間需停放在井場上，存在設(shè)備占井周期長、運行成本高及安全風(fēng)險大等問題，難以滿足遼河油田火驅(qū)規(guī)模實施需求。因此，研制了移動式電點火器專用起下裝備，并形成了完整的施工工藝。

1 工藝結(jié)構(gòu)與工藝原理

1.1 工藝結(jié)構(gòu)

結(jié)合遼河油田火驅(qū)現(xiàn)場需要，考慮裝備制造及點火期間的運行成本，移動式電點火器配套起下裝備主要由2個橇塊結(jié)構(gòu)組成，包括打開式注入頭橇(簡稱注入頭橇)和可拆卸滾筒橇(簡稱滾筒橇)。注入頭橇主要包括鵝頸導(dǎo)向裝置、注入頭本體、液壓系統(tǒng)、打開式注入頭橇架、滑動導(dǎo)軌和升降支腿;滾筒橇主要包括電－液控制系統(tǒng)、變頻驅(qū)動電機、活動滾筒和排纜計深裝置(圖1)。

圖1 橇組整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計Fig.1 The overall structure design of skid group

1.2 工藝原理

注入頭橇的作用主要是方便電點火器與井口對接，為連續(xù)管入井和出井提供動力，并檢測連續(xù)管工作狀況，可在不截斷連續(xù)管的情況下，將注入頭本體取出，用于下一口井的點火作業(yè);滾筒橇的作用主要是收卷排放連續(xù)管，控制連續(xù)管的下井深度和速度。

現(xiàn)場點火施工時，安裝擺放注入頭橇及滾筒橇，調(diào)整升降支腿高度，使注入頭撬高度適合采油井口的高度;調(diào)整滑動導(dǎo)軌，注入頭本體在水平方向移動，從而將電點火器與井口準(zhǔn)確對接。利用注入頭鏈條上夾持塊的摩擦力將電點火器下入井中進行點火作業(yè)，點火完成后，利用注入頭橇和滾筒橇提出并收卷電點火器，移走作業(yè)橇組。

多口井同步點火作業(yè)時，將電點火器下到設(shè)計位置后，可將注入頭本體沿兩側(cè)滑動導(dǎo)軌打開，將電點火器沿著平移出口取出，同時，使用專用吊具吊起滾筒橇上的活動滾筒，將活動滾筒及電點火器留在原井點火。在滾筒橇上重新安裝活動滾筒后，將整個橇組移動至其他井組，重新下入電點火器進行點火作業(yè)，可解決傳統(tǒng)連續(xù)管起下設(shè)備占井周期長、運行成本高等問題。

1.3 工藝參數(shù)

該裝備主要適應(yīng)外徑為25.4 mm或31.8 mm的連續(xù)管，活動滾筒可盤卷長度為2 500 m的連續(xù)管，滿足遼河油田1 700 m井深的點火需求;注入頭橇最大下推力為45.0 kN、上提力為90.0 kN，滾筒可提供45.0 kN輔助拉力，完全滿足連續(xù)管極限抗拉強度要求，起下速度為0.2～60.0 m/min;整機運輸狀態(tài)外形尺寸為6 680 mm×2 300 mm×2 800 mm，整機質(zhì)量僅為16.70 t，井場占地面積小，運輸方便。

2 核心結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 打開式注入頭橇

注入頭橇是起下裝備最為重要的部件，主要由可升降撬架、注入頭本體、滑動導(dǎo)軌機構(gòu)、電－液驅(qū)動系統(tǒng)及指重計深系統(tǒng)等組成(圖2)。升降撬架主要由升降支腿、支腿底座及升降橇架上、下底座等組成;注入頭本體主要由鏈輪、鏈條、夾持塊及伸縮液缸等組成;滑動導(dǎo)軌機構(gòu)主要由滑動導(dǎo)軌及平移液缸等組成。

圖2 打開式注入頭橇主體結(jié)構(gòu)設(shè)計Fig.2 The main structure design of the open injection head skid

升降撬架既是注入頭本體的運輸橇，也是注入頭本體的工作底橇。升降支腿上分布有等間距為150 cm的銷軸孔，在作業(yè)過程中，通過調(diào)節(jié)支腿銷孔位置調(diào)整升降橇高度，支腿底部安裝微調(diào)機構(gòu)，行程為150 mm，滿足不平整井場、不同高度火驅(qū)井口的安裝要求;在運輸過程中，升降支腿收回，升降橇落下，整體高度不超過2.8 m，質(zhì)量約為7.45 t，方便吊裝及運輸。

升降橇架上底座設(shè)計了鵝頸導(dǎo)向裝置，點火作業(yè)時由平放狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q立狀態(tài)，為連續(xù)管和電點火器提供導(dǎo)向支撐作用;下底座安裝可使注入頭本體前后、左右移動的滑動導(dǎo)軌機構(gòu)，注入頭本體在2個導(dǎo)軌平移液缸的推動下可以沿導(dǎo)軌前后、左右移動，方便電點火器與井口的快速、準(zhǔn)確對接。

注入頭本體安裝在底座滑動導(dǎo)軌上，采用側(cè)向打開式結(jié)構(gòu)設(shè)計，分左、右2個模塊，通過2組伸縮液缸聯(lián)結(jié)。伸縮液缸處于壓縮狀態(tài)時，注入頭本體左、右2個模塊聯(lián)結(jié)在一起，電機驅(qū)動鏈輪，將動力傳遞給鏈條上的夾持塊，可為電點火器出井、入井提供動力;伸縮液缸處于打開狀態(tài)時，注入頭本體左、右2個模塊沿底橇滑動導(dǎo)軌向兩側(cè)滑移分離，旋開導(dǎo)向桿，將電點火器沿著平移出口取出，將電點火器留在原作業(yè)井井口，滿足多口井同步點火作業(yè)需求。

注入頭底部安裝有指重傳感器，可顯示下入井內(nèi)的連續(xù)管質(zhì)量及檢測連續(xù)管工作狀況，根據(jù)指重傳感器數(shù)據(jù)可診斷軟阻或硬阻情況，注入頭電機內(nèi)部裝有測量電機速度的電子編碼器，可記錄下井連續(xù)管的深度和速度。

2.2 可拆卸滾筒橇

滾筒橇主要由滾筒橇架、活動滾筒、驅(qū)動系統(tǒng)、排管計深系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、高壓電滑環(huán)和測試滑環(huán)［15］等組成(圖 3)。

圖3 滾筒橇主體結(jié)構(gòu)設(shè)計Fig.3 The main structure design of the roller skid

滾筒橇架是活動滾筒的工作撬?；顒訚L筒利用兩側(cè)的4個圓錐定位銷連接在滾筒橇架上。點火作業(yè)時，活動滾筒在驅(qū)動系統(tǒng)和排管計深系統(tǒng)的控制下將電點火器通過連續(xù)油管下入井內(nèi)，點火完成后，拆開4個圓錐定位銷，利用專用吊具將活動滾筒從滾筒橇架移走，留置在原井場。在滾筒橇架上安裝新的活動滾筒后即可移動至下一口井進行點火作業(yè)。

驅(qū)動系統(tǒng)由變頻電機、減速機、鏈輪組等組成。起下電點火器時，通過變頻電機提供動力，并進行速度調(diào)節(jié)，經(jīng)過減速機和鏈輪組的鏈條進行一、二級減速后傳遞至活動滾筒的轉(zhuǎn)軸，保證活動滾筒平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，最大驅(qū)動速度為20 m/min，可提供4.5 kN的輔助上提力。

排管計深系統(tǒng)主要由排管器、強排電機、強排和自排鏈輪組及計數(shù)器等組成，排管系統(tǒng)隨滾筒同步轉(zhuǎn)動，正常排管時依靠自排鏈輪組實現(xiàn)隨動排管、自動換向，也可啟動強排電機依靠強排鏈輪組強制排管。機械計深器和電子計深器可以自動記錄電點火器下井深度及速度。

高壓電滑環(huán)和測試滑環(huán)系統(tǒng)分別安裝在滾筒的左、右轉(zhuǎn)動半軸，高壓電滑環(huán)設(shè)計電壓為950 V，電流為150.0 A，可以為電點火操作提供電流，同時，在電點火器起下過程中可帶電加熱作業(yè)，解決電點火器下井過程中管柱內(nèi)存大量死油遇阻問題。測試滑環(huán)設(shè)計電壓為24 V，電流為0.5 A，可以實時監(jiān)測電點火器下井加熱過程中的溫度變化情況，保證施工安全。

操作平臺安裝在滾筒橇上，高度約為1 100 mm，周圍安裝有護欄，兩側(cè)有旋梯，頂部有遮陽篷，可有效保證操作人員安全。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

截至目前，該裝備已在遼河、吉林等油田累計施工50余井次，現(xiàn)場實施過程中，滾筒與注入頭之間動作協(xié)調(diào)，運行平穩(wěn)，高壓電滑環(huán)/測試滑環(huán)接入正常;載荷裝置實時顯示電點火器下井狀態(tài);起下速度控制在0.2～20.5 m/min，與下入管柱進行深度校核，計深精度在0.5 m范圍內(nèi)，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)滿足火驅(qū)現(xiàn)場實際需求，均實現(xiàn)了電點火器的安全、高效帶壓起下作業(yè)。該裝備于2018年12月在遼河油田錦45－015－更223及錦 45－013－更 223井首次完成2口井的同步點火作業(yè)。錦45－013－更223井為新井，2018年3月完鉆，完鉆井深為1 076.0 m，射孔層段為1 014.3～1 023.4 m，射開2個小層，油層厚度為6.6 m。2018年12月20日開始點火，設(shè)計電點火器下深為1 021.0 m，分3個點火階段，點火周期為13 d。錦45－015－更223井為新井，2018年3月完鉆，完鉆井深為1 050.0 m，射孔層段為1 009.8～1 013.9 m，射開1個小層，油層厚度為4.1 m。2018年12月22日開始點火，設(shè)計電點火器下深為1 012.0 m，分3個點火階段，點火周期為12 d。設(shè)備從錦45－013－更223井移至錦45－015－更223井，重新組裝到電點火器開始下井作業(yè)耗時8.5 h，大幅提升了設(shè)備利用率，降低點火運行成本60%以上，滿足了火驅(qū)規(guī)模實施需求。

4 結(jié)論

(1)火驅(qū)移動式電點火器配套起下裝備采用撬裝式結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，主體結(jié)構(gòu)為可拆卸滾筒橇和打開式注入頭橇的橇塊模式，適應(yīng)外徑不大于31.8 mm的小直徑電點火器或連續(xù)管的起下作業(yè)，可在連續(xù)管不被截斷的情況下，將作業(yè)橇組移至其他點火井進行電點火起下作業(yè)，提高了設(shè)備的利用效率。

(2)裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，實現(xiàn)了設(shè)備的小型化，方便吊運及現(xiàn)場作業(yè)，參數(shù)達到設(shè)計指標(biāo)要求?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，可以實現(xiàn)井口防噴裝置與電點火器的快速準(zhǔn)確對接，成功完成多口井的同步點火作業(yè)，降低了火驅(qū)點火運行成本，可助推火驅(qū)規(guī)模化實施。