新型一體化連續(xù)管作業(yè)機輔車研制及應(yīng)用

柳慶仁，于東兵，楊 高，劉 菲，馬 青，殷卓成

(中石油江漢機械研究所有限公司，武漢 430024)

現(xiàn)有一體化連續(xù)管作業(yè)機[1]為兩車裝結(jié)構(gòu)，由主車和輔車組成，主車上布置有控制室、滾筒、液壓傳動與控制系統(tǒng)、注入頭、導(dǎo)向器、防噴盒和軟管滾筒等，輔車上布置有防噴系統(tǒng)、隨車吊、長短支腿和附件等，已廣泛應(yīng)用于中淺井通井、洗井一體化快速修井以及清蠟、解堵、沖砂、水力機械切割等作業(yè)[2-4]。但作業(yè)時都需要另外配備泵注設(shè)備來配合進行，現(xiàn)場一般采用700型壓裂車或水泥車[5-7]作為泵注設(shè)備，難免存在泵注設(shè)備調(diào)用不及時、組織困難、井場布置難等問題，影響了一體化連續(xù)管作業(yè)機的作業(yè)效率，增加了整體作業(yè)成本。

為了解決一體化連續(xù)管作業(yè)機作業(yè)時泵注設(shè)備等待、組織困難、井場布置難等問題，進一步提升一體化連續(xù)管作業(yè)機的作業(yè)效率、降低其整體作業(yè)成本，同時提高連續(xù)管裝備配套能力，推進連續(xù)管裝備和配套裝置的集成化設(shè)計與應(yīng)用，開發(fā)了新型一體化連續(xù)管作業(yè)機輔車，實現(xiàn)泵注裝置與連續(xù)管作業(yè)機的集成，滿足現(xiàn)場應(yīng)用要求，并促進連續(xù)管裝備配套技術(shù)的發(fā)展。

1 技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)及組成

新型一體化連續(xù)管作業(yè)機輔車的開發(fā)滿足一體化連續(xù)管作業(yè)機作業(yè)需求，現(xiàn)場無需另外配備泵注設(shè)備，作業(yè)效率得到保障和提高，同時達到節(jié)省井場空間和節(jié)約作業(yè)成本目的。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該輔車由底盤車、泵注裝置、隨車吊、防噴器、防噴管、發(fā)電機、長短支腿和附件等組成，其中泵注裝置作為一個獨立泵注單元布置在輔車的前部，輔車后部布置隨車吊、防噴器、防噴管、發(fā)電機和附件等。泵注裝置用于配合作業(yè)機進行泵注作業(yè)，隨車吊主要負責吊裝注入頭、防噴器等，并在注入頭與井口裝置連接完后，舉升注入頭。

1.2 泵注參數(shù)分析

筆者跟蹤收集了一體化連續(xù)管作業(yè)機在青海、薩北地區(qū)作業(yè)時的泵注參數(shù)，如表1所示。

表1 連續(xù)管泵注施工作業(yè)參數(shù)

1.3 泵注裝置結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)

泵注裝置主要由柴油機及附件系統(tǒng)[8]、液力變速器、600型三缸柱塞泵[9]、聯(lián)軸器、自動控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、液氣路系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、高低壓管匯和底座等組成。柴油機型號為QSZ1-C550-30，其性能參數(shù)如圖2所示。液力變速器[10]傳動比為7.62、5.57、4.00、2.80、2.01、1.39、1.00，最大輸入功率為469 kW，最大輸入轉(zhuǎn)矩為2 400 N·m，最大輸入轉(zhuǎn)速2 500 r/min。600型三缸柱塞泵采用?76 mm(3英寸)柱塞，最大輸入功率為447 kW，最大輸入轉(zhuǎn)矩為7 800 N·m，齒輪的傳動比為4.61，沖程為152.4 mm。

1—底盤車；2—泵注裝置；3—隨車吊；4—防噴器；5—登車梯Ⅰ；6—發(fā)電機；7—長短支腿；8—防噴管；9—液壓與控制系統(tǒng)；10—登車梯Ⅱ。圖1 一體化連續(xù)管作業(yè)機泵注輔車結(jié)構(gòu)

圖2 柴油機性能參數(shù)曲線

泵注裝置在柴油機額定轉(zhuǎn)速(1 900 r/min)下的性能參數(shù)如表2所示(基于柱塞泵容積效率100%，機械效率90%)，其中壓力由式(1)得到：

p=(P1-P2)η1η2ηB·60/Q

(1)

表2 泵注裝置技術(shù)參數(shù)

續(xù)表2

式中：p為泵的輸出壓力，MPa；P1為柴油機輸出功率，kW；P2為柴油機附件系統(tǒng)、柱塞泵潤滑系統(tǒng)和低壓管匯離心泵等消耗功率，kW；η1為變速箱機械效率，η2為聯(lián)軸器機械效率；ηB為柱塞泵機械效率(取90%)；Q為泵的輸出排量，L/min。

從表2可知，上述泵注裝置最大排量860 L/min，最高壓力97.5 MPa。

該泵注裝置設(shè)有超壓保護系統(tǒng)[11-12]，可以根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)需求，通過機械式安全閥或自動控制系統(tǒng)設(shè)定壓力限值(壓力一旦超過壓力限值，安全閥自動泄壓和柴油機快速回怠速)，保障作業(yè)安全，出廠時最高壓力設(shè)定為70 MPa。通過調(diào)節(jié)柴油機轉(zhuǎn)速和變換液力變速器擋位，可以實現(xiàn)排量連續(xù)輸出，泵注裝置輸出排量與最高工作壓力關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖3 泵注裝置壓力與排量的關(guān)系曲線

由圖3可知，泵注裝置輸出參數(shù)滿足表1所列泵注施工作業(yè)參數(shù)范圍，最小排量為77 L/min(此時柴油機轉(zhuǎn)速1 300 r/min，變速器擋位為1擋)，滿足小排量作業(yè)(例如：水力切割)需求。

2 技術(shù)特點

1) 新型一體化連續(xù)管作業(yè)機輔車實現(xiàn)了泵注裝置與連續(xù)管作業(yè)機的集成，提升了連續(xù)管裝備的配套能力與獨立作業(yè)能力，提高了作業(yè)效率。

2) 該輔車泵注裝置采用臥式散熱系統(tǒng)，通過聯(lián)軸器實現(xiàn)液力變速器與三缸柱塞泵之間動力傳遞，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，易集成于連續(xù)管作業(yè)機系統(tǒng)。采用國產(chǎn)成熟發(fā)動機、變速箱、柱塞泵組合配置，成本低廉、性能穩(wěn)定，取代現(xiàn)場泵注設(shè)備后，有效降低了作業(yè)機配套設(shè)備成本。

3) 該輔車泵注裝置布置在車前部，其高壓排出端設(shè)置在輔車主駕駛側(cè)，井場布置時，與一體化連續(xù)管作業(yè)機主車滾筒外部高壓管匯入口(主車副駕駛側(cè))相鄰，方便高壓管路連接。

4) 該輔車泵注裝置動力及控制系統(tǒng)與隨車吊動力及控制系統(tǒng)相互獨立，互不影響，泵注裝置動力來自臺上柴油機，隨車吊動力來自底盤車柴油機，其中泵注裝置設(shè)置有近程與遠程控制，可在作業(yè)機控制室內(nèi)對泵注裝置進行遠程控制，操作方便。

5) 具備良好的運移性能和現(xiàn)場作業(yè)適應(yīng)性能，減少了現(xiàn)場泵注設(shè)備的配備，節(jié)省了井場空間，方便布置。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

該輔車配套于LG180/38-2500型一體化連續(xù)管作業(yè)機，應(yīng)用于大慶油田采油三廠，主要進行通洗井、熱洗、井底沖洗、清蠟、除垢等修井作業(yè)[13]。于2019-05—2020-05在該地區(qū)使用，完成了311口井小修作業(yè)，創(chuàng)下了單車組年作業(yè)超過300口井的國內(nèi)小修作業(yè)記錄[14]。

該輔車還配套于LG270/38-4000型一體化連續(xù)管作業(yè)機，應(yīng)用于遼河油田，主要進行通洗井、套管沖砂等作業(yè)，取得了良好的作業(yè)效果。

1) 典型作業(yè)I。采油井連續(xù)管清蠟解堵。利用?38 mm(1.5英寸)小尺寸連續(xù)管下入旋轉(zhuǎn)高壓水力噴射工具，通過向連續(xù)管內(nèi)泵注高溫液體，在連續(xù)管及套管內(nèi)外建立溫度場及循環(huán)通道，融化沖散蠟堵，實現(xiàn)不動管柱解堵，完成修井作業(yè)。此類作業(yè)的泵注排量180～200 L/min，泵注壓力13～18 MPa，平均泵注時間1.5～3.0 h。

2) 典型作業(yè)II。注入井連續(xù)管除垢解堵。利用?38 mm(1.5英寸)小尺寸連續(xù)管下入旋流噴洗破巖工具，通過向連續(xù)管內(nèi)泵注液體，高壓液體經(jīng)過旋流噴洗破巖工具射流為風暴式錐狀高頻旋轉(zhuǎn)流體，沖擊管壁，利于沖蝕剝離管壁污垢，并攜帶返出井口[15]。此類作業(yè)的泵注排量280～300 L/min，泵注壓力20～30 MPa，平均泵注時間1～2 h。

3) 典型作業(yè)III。連續(xù)管套管刮沖一體化作業(yè)。利用連續(xù)管下入扶正器+水力刮蠟器+噴洗工具組合式工具串，實施通、刮、沖一體化工藝，一趟下入即可完成洗井、通井、刮削等工序，實現(xiàn)通洗井一體化作業(yè)。有效提高了作業(yè)效率，降低了作業(yè)成本。此類作業(yè)的泵注排量280～400 L/min，泵注壓力20～30 MPa，平均泵注時間3～4 h。

4 結(jié)論

1) 新型一體化連續(xù)管作業(yè)機輔車解決了作業(yè)時泵注設(shè)備等待、組織困難、井場布置難等問題，提高了一體化連續(xù)管作業(yè)機的作業(yè)效率，降低了作業(yè)成本，達到了降本提速增效目的。

2) 該輔車實現(xiàn)了泵注裝置與連續(xù)管作業(yè)機的集成，提高了連續(xù)管裝備的配套與獨立作業(yè)能力，促進了連續(xù)管裝備配套技術(shù)發(fā)展，推進了連續(xù)管裝備和配套裝置的集成化設(shè)計與應(yīng)用。

3) 現(xiàn)場應(yīng)用表明，該輔車滿足一體化連續(xù)管作業(yè)機作業(yè)泵注需求，完全可以取代現(xiàn)場泵注設(shè)備。配套于LG180/38-2500型一體化連續(xù)管作業(yè)機后，不僅創(chuàng)下了國內(nèi)單車組年作業(yè)井次記錄，而且創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。