LG90/50Q型軌道式一體化連續(xù)管作業(yè)機研制

殷卓成，馬 青，柳慶仁，劉平國，袁文才，劉 菲，顏家福，周忠城

(中石油江漢機械研究所有限公司，武漢 430000)

近年來，隨著國內(nèi)外大平臺叢式井、大斜度長水平井開發(fā)需求逐步攀升，以及大量油氣田生產(chǎn)開發(fā)已步入中后期階段，致使油氣田開發(fā)工藝中采油、修井作業(yè)任務(wù)占比大，通常需要快速完成作業(yè)工藝轉(zhuǎn)換[1-4]。常規(guī)有桿采油作業(yè)工藝需要頻繁接單根后起下管柱，并且存在桿管偏磨作業(yè)風險；常規(guī)修井機作業(yè)需頻繁拆裝作業(yè)設(shè)備，并且需要配合油管桿頻繁上卸扣和起升及下放，勞動強度繁重、作業(yè)風險高。因此，對于自動化、智能化程度高并且可完全滿足采油、修井工藝作業(yè)要求的新型作業(yè)設(shè)備的開發(fā)利用迫在眉睫。其中，連續(xù)管憑借無需接單根、起下管作業(yè)速度快、可帶壓作業(yè)、配套工具齊全等優(yōu)勢，目前已廣泛應用于油氣田勘探開發(fā)領(lǐng)域，特別是在長水平井無桿泵采油、大/小修井作業(yè)工藝中應用效果明顯[5-10]。

但是，常規(guī)連續(xù)管作業(yè)機在大平臺叢式井作業(yè)中需頻繁拆裝運移井口裝置以及配套連續(xù)管裝備，并且由于平臺叢式井井間距通常較小，導致連續(xù)管設(shè)備可調(diào)整空間受限、配套設(shè)備井口對中操作時間較長。為進一步提高現(xiàn)場作業(yè)效率、減輕人員勞動強度，同時增強現(xiàn)有連續(xù)管作業(yè)機自動化程度，開發(fā)了一種軌道式一體化連續(xù)管作業(yè)機。該軌道式一體化連續(xù)管作業(yè)機采用雙軌道撬裝形式，可快速拆裝運移及調(diào)整井口裝置，連續(xù)管裝備與井口支架可實現(xiàn)修井與采油作業(yè)配套設(shè)備快速轉(zhuǎn)換等，滿足現(xiàn)場作業(yè)要求、減輕了現(xiàn)場人員勞動強度，為推動油氣田裝備自動化、智能化發(fā)展提供了研發(fā)思路。

1 總體結(jié)構(gòu)方案及性能特點

軌道式一體化連續(xù)管作業(yè)機主要由敷纜管滾筒、修井滾筒、動力控制撬、導向器、注入頭、井口支撐架、防噴盒、防噴器、可伸縮式防噴管、軌道、電機等組成，總體結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。其中，快換式敷纜管滾筒可兼容目前國內(nèi)常規(guī)敷纜管運輸卷盤尺寸，可直接實現(xiàn)運輸卷盤在滾筒上的快速安裝、起下管采油作業(yè)，無需進行倒管；修井作業(yè)滾筒采用下沉式撬裝結(jié)構(gòu)，以增大滾筒的纏管容量，在適應道路運輸條件的同時實現(xiàn)連續(xù)管容量最大化。

1-修井滾筒；2-動力控制撬；3-敷纜管滾筒；4-連續(xù)管(或敷纜管)；5-導向器；6-注入頭；7-軌道；8-井口；9-防噴盒；10-防噴管；11-井口支撐架；12-電機；13-防噴器。圖1 LG90/50Q型連續(xù)管作業(yè)機總體布置

目前，常規(guī)連續(xù)管作業(yè)機以車裝式為主。為適應我國山區(qū)等復雜道路運輸條件及現(xiàn)場工況，將該軌道式一體化連續(xù)管作業(yè)機整體設(shè)計為撬裝結(jié)構(gòu)[11-13]。其中，動力與控制系統(tǒng)集成于動力控制撬，敷纜管采油滾筒與修井作業(yè)滾筒分別成撬并且可實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，井口支撐架可用于快速運移并連接井口防噴器、支撐并局部調(diào)整注入頭與防噴盒位置。配置有可伸縮式防噴管，可快速調(diào)整以適應不同井口高度與方位。根據(jù)平臺井場的實際井位分布采用鋪設(shè)2條軌道形式，將滾筒撬、動力控制撬以及井口支撐架置于軌道上。電控系統(tǒng)可實現(xiàn)各撬體在軌道上的快速運移與精確操控，可大量減輕平臺井的配套作業(yè)設(shè)備井間運移、井口對中調(diào)試以及采油修井工藝流程轉(zhuǎn)換等方面的操作勞動強度。

2 主要技術(shù)參數(shù)

注入頭最大持續(xù)提升力 90 kN

注入頭最大持續(xù)注入力 45 kN

注入頭最大起下速度 45 m/min

注入頭最小穩(wěn)定速度 0.1 m/min

25.4～50.8 mm

修井滾筒連續(xù)管容量 連續(xù)管)；1 500 m(2 英寸連續(xù)管)

防噴器 英寸)；工作壓力13.79 MPa(2 000 psi)

防噴盒(側(cè)開門式) 英寸)；工作壓力13.79 MPa(2 000 psi)

3 主要部件及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 注入頭

注入頭是通過直接夾持鋼制連續(xù)管或非金屬采油敷纜管實現(xiàn)下入和起出井筒的關(guān)鍵部件，主要由驅(qū)動系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)、張緊系統(tǒng)、鏈條總成、箱體、底座、框架、潤滑系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和導向器等組成，總體部件結(jié)構(gòu)如圖2所示。注入頭的起/下管作業(yè)功能通過兩大模塊實現(xiàn)：一是在夾緊液缸的驅(qū)動下，夾緊梁、推板以及與推板接觸的鏈條軸承、托架和夾持塊向靠近連續(xù)管的方向運動，并最終使夾持塊夾緊連續(xù)管；二是在驅(qū)動系統(tǒng)液壓馬達的驅(qū)動下，驅(qū)動鏈輪帶動鏈條以及鏈條上的夾持塊上/下運動，從而實現(xiàn)注入頭起/下連續(xù)管的功能。注入頭下部有2組張緊液缸推動被動鏈輪使鏈條張緊，以保證鏈條處于合適狀態(tài)進行工作，并且安裝有雙向載荷傳感器用于顯示注入頭所受連續(xù)管重力、遇阻載荷，同時還配備有里程計與旋轉(zhuǎn)編碼器，分別用于顯示連續(xù)管起下管里程及實時速度。此外，連續(xù)管在進入注入頭前將先通過上部弧狀結(jié)構(gòu)的導向器完成預彎，避免連續(xù)管直接進入注入頭，使彎曲曲率過大而損傷連續(xù)管；連續(xù)管從注入頭下部穿出后將直接進入側(cè)開門式防噴盒，用于井筒與連續(xù)管環(huán)空區(qū)間防噴以及實現(xiàn)連續(xù)管帶壓作業(yè)。

1-驅(qū)動系統(tǒng)；2-框架；3-鏈條系統(tǒng)；4-夾緊系統(tǒng)；5-箱體；6-底座；7-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；8-導向器；9-張緊系統(tǒng)。圖2 連續(xù)管注入頭結(jié)構(gòu)

3.2 滾筒

滾筒既是用于纏繞存儲、運輸連續(xù)管(或敷纜管)的載體，也是通過配合注入頭實現(xiàn)連續(xù)管有序起下作業(yè)、整齊緊密纏繞的關(guān)鍵部件[14-16]。由于本軌道式一體化連續(xù)管作業(yè)機致力于同時滿足采油、修井作業(yè)要求，并且可實現(xiàn)2種工藝的快速轉(zhuǎn)換，因此基于現(xiàn)場作業(yè)需求，研制了修井滾筒和敷纜管滾筒。其中，修井滾筒用于纏繞鋼制連續(xù)管，配備下沉式獨立運輸?shù)鬃?，置于軌道上，利用電控系統(tǒng)進行精準運移控制。作業(yè)時配合注入頭、井下作業(yè)工具等實現(xiàn)連續(xù)管的有序起下修井作業(yè)。配備有自動/強制排管裝置、內(nèi)/外部管匯通道、機械計數(shù)器、旋轉(zhuǎn)編碼器等。結(jié)構(gòu)如圖3所示?？鞊Q式敷纜管滾筒則設(shè)計為可兼容目前國內(nèi)常規(guī)敷纜管運輸卷盤尺寸，實現(xiàn)敷纜管運輸卷盤在滾筒上的快速安裝、分離，并進行無桿采油作業(yè)，有效避免了常見的采油管柱桿管偏磨問題。無需提前進行敷纜管倒管操作，提高了作業(yè)效率。

1-底座； 2-排管器； 3-支臂液缸； 4-內(nèi)部管匯； 5-滾筒體；6-外部管匯； 7-起吊裝置；8-梯子； 9-液壓馬達+減速器 ；10-旋轉(zhuǎn)接頭。圖3 連續(xù)管修井滾筒結(jié)構(gòu)

3.3 軌道式井口支撐架

軌道式井口支撐架既是用于支撐并帶動注入頭、導向器在軌道上精準運移的載體，也是可通過支架上調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)注入頭、防噴盒井口對中的關(guān)鍵部件。軌道式井口支撐架是一套由行走輪及驅(qū)動控制系統(tǒng)、可升降支架主體、滑軌移動式防噴盒固定座、注入頭安裝平臺、液缸等部件組成的可在鋪設(shè)軌道上運行的注入頭井口支撐裝置，可實現(xiàn)注入頭在鋪設(shè)軌道上運動，進行軌道內(nèi)叢式井之間采油和修井一體化作業(yè)，結(jié)構(gòu)如圖4所示。該軌道式井口支撐架可在無需配備吊車的情況下，完成軌道間全部叢式井的采油、修井一體化作業(yè)，主要功能體現(xiàn)在：

圖4 軌道式井口支撐架結(jié)構(gòu)示意

1) 進行防噴管、防噴器等井控設(shè)備切換時，可將防噴盒固定座平移對中固定或抽開避讓，快速實現(xiàn)敷纜管和連續(xù)管不同井控設(shè)備的快速切換。

2) 進行轉(zhuǎn)移切換作業(yè)井時，通過電機控制系統(tǒng)和液缸平移機構(gòu)，實現(xiàn)作業(yè)井口的快速切換及對中操作，極大減輕了作業(yè)人員勞動強度。

4 現(xiàn)場試驗

研制的LG90/50Q型軌道式一體化連續(xù)管作業(yè)機已在江漢油田井場完成了現(xiàn)場調(diào)試及作業(yè)試驗，成功完成采油、修井作業(yè)工藝以及快速實現(xiàn)叢式井的井口切換連接與作業(yè)工藝轉(zhuǎn)換，作業(yè)過程中各配套部件運行狀態(tài)正常、現(xiàn)場適應性良好。該軌道式一體化連續(xù)管作業(yè)機整機及軌道動力控制撬、滾筒、注入頭、井口支撐架等部件操控運行靈敏且滿足作業(yè)要求。注入頭通過井口支撐架升降、滑動液缸水平滑動實現(xiàn)快速井口對接與拆裝。防噴盒可根據(jù)采油、修井作業(yè)工藝轉(zhuǎn)換，進行便捷式滑移對中。可伸縮式防噴管可配合防噴盒、防噴器及井口狀況進行高度調(diào)節(jié)實現(xiàn)帶壓作業(yè)。該作業(yè)機整體配套設(shè)備拆裝自動化程度高、實現(xiàn)了快速轉(zhuǎn)換、較大程度減輕了現(xiàn)場人員勞動強度。

5 結(jié)論

1) 研制了LG90/50Q型軌道式一體化連續(xù)管作業(yè)機。軌道化動力控制撬、滾筒、注入頭、井口支撐架等采用電控系統(tǒng)，整機模塊化程度高、響應速度快、操控靈敏、運移順暢，非常適合平臺叢式井、大斜度長水平井的復雜采油修井一體化作業(yè)。

2) 軌道化井口支撐架可同時實現(xiàn)注入頭、導向器在軌道上精準運移，并且可垂直/水平方向全方位調(diào)節(jié)注入頭以適應不同井口狀態(tài)；可滑移式防噴盒、可伸縮式防噴管配合軌道化井口支撐架，實現(xiàn)采油與修井作業(yè)工藝的快速轉(zhuǎn)換及拆裝。

3) LG90/50Q型軌道式一體化連續(xù)管作業(yè)機可滿足常規(guī)作業(yè)工藝，同時實現(xiàn)了采油、修井作業(yè)配套設(shè)備快速轉(zhuǎn)換，滿足現(xiàn)場作業(yè)要求、減輕了現(xiàn)場人員勞動強度，為推動油氣田裝備自動化、智能化發(fā)展提供了研發(fā)思路。