LGC450型連續油管作業車的研制

羅 東

（中石化石油工程機械有限公司 第四機械廠，湖北 荊州 434024）

0 引言

連續油管作業裝備自上世紀60年代初誕生以來已有50 多年歷史，由于其具有帶壓欠平衡作業、連續起下管柱、對地層傷害小、低成本等特點，且隨著國內作業工藝水平不斷提升，連續油管作業[1-4]范圍也越來越廣，由原來的注氮排液、沖砂解堵等常規作業不斷向高端作業轉變，如射孔、拖動壓裂,橋塞坐放、水泥封堵、橋塞及球座鉆磨、油管切割、打撈等等。同時不斷增加的水平井段以及更多高壓、高溫地層井，都需要使用大直徑、大噸位連續油管作業裝備進行作業。國內頁巖氣開發的光明前景，也使得連續油管裝備正在經歷一場新的變革。

1 總體結構

LGC450 連續油管作業車采用車載式結構，但與常規布置方式不同，分為動力車和滾筒車，動力車由底盤車、控制室、液壓系統、氣路系統、軟管滾筒、注入頭、鵝頸管及防噴系統等組成。如圖1 所示。

圖1 動力車示意圖Fig.1 Structure of power truck

滾筒車由底盤車、攝像系統、油管滾筒、連續油管等組成。如圖2 所示。

圖2 滾筒車示意圖Fig.2 Structure of tubing reel truck

2 主要部件及功能

2.1 載重底盤車

動力車采用奔馳8X6 底盤車，梯形車架，整體式U型縱梁，高強度車架和高強度副大梁。整車承載44t，帶ABS 和遠控油門，歐四排放標準，最高車速85km/h，最小離地間隙319mm，最大功率320kW/1800r，最大扭矩2100Nm/1080r,底盤發動機全功率取力，為分動箱油泵提供動力，以驅動注入頭、油管滾筒、軟管滾筒、防噴系統等。整車帶有智能發動機管理系統、自動檢測系統和柔性保養提示系統。

滾筒車采用奔馳8X8 變截面底盤車，采用特殊改裝框架式車架，前后為U 型縱梁，中間為方型框架式專用梁。最大承載58t，最高車速80km/h，最小離地間隙361mm，采用專用越野輪胎，滿足國內山區路況及油田非等級公路。

2.2 控制室

控制室帶有升降裝置，在作業時能夠通過油缸方便起升到合適高度，方便觀察油管滾筒、注入頭及井口等作業情況，并且通過儀表系統、數據采集系統和控制系統，使操作人員能對作業過程進行遠程控制、視頻監控、信號收集、數據存儲、作業分析和遠程發送等。重要控制元器件設有安全裝置，防止操作人員誤操作，保證作業安全?？刂剖宜闹芫惭b大面積鋼化玻璃，前方玻璃裝有雨刮器，方便雨中作業，另三面均安裝遮陽簾，以防止強陽光下面板反光，同時內部設有照明系統、空調系統，外部設有探照燈，方便夜間作業。

2.3 液壓系統

液壓系統動力由四個液壓泵提供： 兩個定排量葉片泵和兩個壓力補償變量活塞泵，采用底盤發動機全功率取力，以驅動和控制油管滾筒、注入頭、軟管滾筒、防噴系統等部件。

液壓系統由注入頭液路、油管滾筒液路、綜合液路組成。其中注入頭液路和綜合液路系統為閉式系統，油管滾筒液路為開式系統。液壓系統設有多個蓄能器，以便在液壓系統發生故障時，實現防噴器、防噴盒、張緊油缸和夾緊油缸的控制。配備緊急油泵系統，以便為液壓系統失效時提供后備動力。液壓泵帶超壓保護裝置，在系統壓力補償失效的情況下保護系統。注入頭和油管滾筒采用液壓互鎖和聯動控制，保證作業同步性和作業安全性。

2.4 氣路系統

氣路系統使用底盤儲氣罐作為氣源，共分三路，一路是通過氣動泵和控制閥件，為防噴盒提供動力，控制防噴盒的打開和關閉。一路通過氣動泵和控制閥件，為注入頭鏈條、滑板、軸承提供潤滑，一路是通過減壓閥為連續油管潤滑提供動力。

2.5 軟管滾筒

軟管滾筒共有4 個，包括注入頭動力軟管滾筒、注入頭控制軟管滾筒和防噴器控制軟管滾筒和油管滾筒控制軟管滾筒，均采用液壓馬達作為動力，實現其正反轉。軟管滾筒上配備長50m 液壓軟管，實行統一編碼，采用快速接頭，方便液壓軟管的快速裝卸。

2.6 鵝頸管

鵝頸管用于支撐連續油管并將其導入到注入頭，采用前端擴口折疊式設計。通過油缸控制前端伸縮和順序閥控制3 處壓蓋順序開啟和關閉，無需人工干預，方便油管導入，使用鋼制和鋁合金滾輪，增大摩擦面積，減輕油管磨損。滾輪采用多位置結構，以適應不同管徑的連續油管。鵝頸管通過銷軸安裝于注入頭頂部上，鵝頸管安裝座可根據油管曲率半徑進行調節，以保證油管順利進入鏈條中心。

2.7 防噴系統

防噴系統由防噴器、防噴盒、防噴管和出井辨別系統組成，系統通徑為5 1/8，額定工作壓力為105MPa。采用連續油管專用四閘板防噴器，具有全封、剪切、卡瓦、半封功能，可進行液控和手動操作。配備側門式防噴盒，實現連續油管在運動時和井內管柱間的環空密封，并配備出井辨別系統，自動判別連續油管出井狀況，防止連續油管甩出和防止工具掉入井底。

2.8 注入頭

注入頭通過液壓驅動反向旋轉的雙鏈條夾持油管進行起下作業，通過控制室控制注入頭的運行速度和作業壓力，其主要由馬達、剎車、減速箱、鏈條總成、夾持系統和張緊系統、測量系統等組成。

采用高強度框架結構，保證注入頭的整體穩定性和安全性。夾持系統為快換式結構，可快速更換夾持塊和軸承，并可適應不同的連續油管管徑，同時便于維護和裝卸。夾持塊帶溝槽設計，便于排污和增大夾持力。夾緊軸承為免維護結構，減少保養維護時間。采用集中潤滑系統，延長鏈條、軸承等部件的使用壽命。采用液壓釋放型剎車，保證作業安全可靠。注入頭還配備電子負載傳感器、電子深度傳感器、機械里程表和視頻監控系統等。

2.9 油管滾筒

油管滾筒是連續油管的儲運設備，用以均勻地纏繞連續油管。其由滾筒體、驅動裝置、排管系統、高壓管匯、計深裝置、油管潤滑裝置等組成。滾筒采用液壓驅動形式，驅動滾筒正、反轉，使連續油管在起、下時保持具有一定的拉力，使其緊緊纏繞在滾筒上。總體結構為模塊化快換結構，方便整體吊裝和移運。驅動裝置采用馬達、液壓釋放型剎車和行星齒輪箱等組成。動力通過馬達、減速箱傳遞到滾筒芯軸上，實現滾筒的正反轉，再通過中間鏈輪將動力傳遞到排管系統，排管系統采用自動排管和手動排管結合，自動和手動通過扭矩限制器切換。高壓管匯分為內部管匯和外部管匯，內部管匯一端與連續油管連接，另一端安裝于滾筒芯軸上。高壓旋轉頭連接到滾筒軸端面上，滿足滾筒旋轉時，為外部壓力介質提供通道。外部循環管匯安裝有高壓流量計和電子壓力傳感器，實時為控制室傳回數據。

3 主要技術參數

最大上提力：45t，最大下入力：22.5t，高檔最大速度：48m/min，低檔最大速度：26m/min，油管滾筒容量：2"6100m，油管尺寸范圍：1"～3 1/2"，最高工作壓力：105MPa，動力車外形尺寸（12800×2500×4000）mm，滾筒車外形尺寸（12000×2500×4300）mm。

4 技術特點

（1）設備采用動力車和滾筒車布置，結構緊湊、安全可靠，并滿足國內山區路況及油田非等級公路使用要求。

（2）采用第四代注入頭，快換式夾持系統，可快速更換夾持塊和軸承，采用集中潤滑，精確潤滑到每個點，采用高強度鋼材，提高了注入頭穩定性和安全性，同時減輕了注入頭重量。

（3）采用大容量油管滾筒，在滾筒車不超高、不超重的情況下，2"油管容量達到6100m，滿足深井作業要求。

（4）整機工作壓力達到105MPa，滿足高壓作業要求。

（5）數據采集系統能對油管入井深度、起下速度、油管重量、循環壓力、井口壓力、注入排量等參數進行采集、顯示、儲存。分析軟件能對連續油管進行疲勞壽命模擬與跟蹤，油管受力和作業條件極限分析，水力學模擬，井下工具串管理等。

（6）配備在線檢測系統，在作業過程中自動檢測連續油管損傷、油管壁厚、橢圓度等影響作業安全的參數。

（7）防噴器和滾筒控制手柄配置鎖緊限位裝置，防止人員誤操作。

5 結論

研制的LGC450 連續油管作業車具有作業能力強、操作方更、技術先進、安全可靠，移運性好等優點，能夠滿足長水平井、高溫高壓井以及深井使用要求，能夠進行各種長時間復雜作業，具有良好地應用前景。

[1] 孫曉明，張保弟，等.LGC230 型連續油管作業車研制[J].石油礦場機械，2010，8.

[2] 王峻喬.連續油管技術分析與研究[J].石油礦場機械，2005，5.

[3] 李宗田 連續油管技術手冊[M]. 北京：石油工業出版社，2003.

[4] 趙章明 連續油管工程技術手冊[M].北京：石油工業出版社，2011.