新型帶壓作業(yè)設備平衡絞車研制與應用

邾啟孟

（中石化石油工程機械有限公司第四機械廠，湖北荊州434020）

新型帶壓作業(yè)設備平衡絞車研制與應用

邾啟孟

（中石化石油工程機械有限公司第四機械廠，湖北荊州434020）

平衡絞車是帶壓作業(yè)設備上一個重要組成部分，配合舉升系統(tǒng)實現(xiàn)隨動起下管柱和提升重物。詳細闡述一種帶壓作業(yè)設備上的新型平衡絞車，這種平衡絞車具有高速收放繩、低速隨動收放繩、結構緊湊控制精度高等優(yōu)點，其控制系統(tǒng)采用全液壓控制，并且具有雙絞車獨立工作，懸停隨動功能，自動制動剎車功能、無換向閥控制的特點。

帶壓作業(yè)設備；平衡絞車；隨動控制；液壓控制系統(tǒng)

帶壓作業(yè)裝備是一種用于油氣開發(fā)的新型作業(yè)設備，通過卡瓦夾持管柱隨四根舉升油缸升降實現(xiàn)上提或下放管柱作業(yè)，通過防噴器密封管柱和井口之間環(huán)空以防止井下高壓流體噴出井口，作業(yè)過程不需要壓井作業(yè)。平衡絞車主要承擔上提下放作業(yè)管柱和井下工具，不同于一般液壓絞車，其具有配合舉升系統(tǒng)的隨動上行和下行功能、懸停功能等特殊功能[1-2]。

近年來，隨著國內非常規(guī)能源開發(fā)的深入，帶壓作業(yè)技術和帶壓作業(yè)設備也得到逐步發(fā)展，平衡絞車是帶壓作業(yè)設備的重要組成部分，目前國外帶壓作業(yè)設備公司設計的平衡絞車已經(jīng)發(fā)展到多種結構形式和液壓控制系統(tǒng)，具有低速穩(wěn)定隨動上提下放和雙絞車獨立工作等優(yōu)點，而國內現(xiàn)有帶壓作業(yè)設備的平衡絞車一般采用換向閥換向來實現(xiàn)絞車空鉤下放，而在作業(yè)過程中隨動下行是通過先導調壓閥來控制的，這樣的控制方式比較復雜，長時間的工作增加操作人員的負擔，特別是不熟練的操作人員如果工作中混淆了，容易產生誤操作導致安全事故發(fā)生。本文針對帶壓作業(yè)設備平衡絞車及其控制系統(tǒng)進行研究，以期對平衡絞車在帶壓作業(yè)復雜工況下能夠實現(xiàn)安全、高效、人性化操作的需求。

1 平衡絞車概況

平衡絞車直接關系著帶壓作業(yè)的平穩(wěn)、高效、安全作業(yè)，平衡絞車主要包括絞車主體、減速機、絞車滾筒、制動器、馬達以及液壓控制系統(tǒng)，通過液壓系統(tǒng)驅動馬達正反轉，經(jīng)減速機減速后帶動滾筒轉動實現(xiàn)收放繩，馬達的轉速可以通過調速閥和調壓閥調節(jié)，制動器采用液壓釋放式剎車，操作絞車工作時，壓力達到許可工作力時解剎工作。新型帶壓作業(yè)設備上的平衡絞車控制系統(tǒng)實現(xiàn)雙絞車獨立工作模式、帶管柱懸停隨動功能、自動剎車制動功能，采用全液壓控制方式。

2 平衡絞車結構設計

平衡絞車總成主要由有雙滾筒、液壓馬達及行星齒輪減速機構等組成。為了縮小平衡絞車的體積和重量，減速機安裝在滾筒內部，滾筒一端安裝有支撐軸承，一端與減速機、液壓馬達通過法蘭連接，在滾筒外側設計滾杠和檔桿，達到排繩和防鋼絲繩滑出的作用[3-4]。

在提放單根過程中，可以通過對溢流壓力的調節(jié)來應對提升重量的改變，同時通過對分路流量的調節(jié)來對提升下放速度進行改變；平衡絞車配置雙滾筒，在作業(yè)過程中一個滾筒將地面的油管提升至操作臺，另一個滾筒提住油管隨起升下放裝置將管柱下放至井內，并與其速度保持一致，能有效地提高作業(yè)效率。圖1所示。

圖1 平衡絞車結構圖

3 液壓控制系統(tǒng)

平衡絞車控制系統(tǒng)主要分為液壓動力系統(tǒng)、懸停隨動控制系統(tǒng)、剎車制動系統(tǒng)三大部分。其中動力系統(tǒng)集成為液壓站，控制系統(tǒng)馬達、主壓力控制閥、調速閥等隨平衡絞車安裝到帶壓作業(yè)設備起重拔桿之上，遠程控制閥和剎車閥位于操作平臺上，操作平臺上的作業(yè)人員作業(yè)前打開剎車閥，操作遠程控制閥旋鈕即可操作平衡絞車隨動上提下放。本控制系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)的設計除去了常規(guī)平衡絞車控制系統(tǒng)的手動換向閥，直接通過遠程控制閥控制平衡絞車，代替原來作業(yè)時需要同時操作手動換向閥和遠程壓力控制閥的操作方式。如圖2所示。

圖2 液壓控制系統(tǒng)圖

3.1 液壓動力系統(tǒng)

平衡絞車液壓動力系統(tǒng)主要分為兩個絞車獨立驅動的兩個泵和一個為剎車先導閥供油的泵，使用兩個泵獨立供油的好處是使兩個平衡絞車控制互相獨立，在平衡絞車懸停或者隨動下放的過程不會因油路壓力波動等因素導致失控。平衡絞車系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場實際使用和絞車負載計算一般采用中壓控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用葉片泵和葉片馬達，對液壓油具有很好的抗污染性，因此不需要設置高壓過濾器。

3.2 懸停隨動控制系統(tǒng)

懸停隨動控制系統(tǒng)主要包括單向閥、調速閥、背壓閥、主溢流閥、遠程控制閥，其特點在于此系統(tǒng)無換向閥即可實現(xiàn)平衡絞車升降、懸停、隨動功能。如圖2，泵供油到懸停隨動控制系統(tǒng)，經(jīng)過單向閥分為兩支油路，一支經(jīng)過單向節(jié)流閥的單向功能達到馬達工作口，一支連接主溢流閥，溢流閥溢流口與馬達另外一個工作口集油經(jīng)過背壓閥回油箱。調節(jié)遠控閥工作壓力，當系統(tǒng)壓力等于負載的載荷等效壓力時，平衡絞車進入懸停狀態(tài)；當系統(tǒng)壓力高于等效壓力時，絞車處于提升狀態(tài)并可隨壓力調節(jié)實現(xiàn)速度快慢控制；當調節(jié)壓力低于等效壓力時，絞車處于下降狀態(tài)并可隨壓力調節(jié)實現(xiàn)速度快慢控制。

3.3 剎車制動系統(tǒng)

剎車制動系統(tǒng)包括先導剎車閥和剎車控制閥組，其特點是采用液壓釋放式剎車，具有手動越權剎車和工作中系統(tǒng)失壓情況下可以實現(xiàn)自動剎車，避免系統(tǒng)故障以及人為失誤導致事故發(fā)生。先導剎車閥具有越權控制功能，在使用平衡絞車前先操作先導剎車閥使剎車控制閥組給制動器供油解剎，然后再使用先導調壓閥控制絞車提升或者下放，在使用過程中如果需要緊急剎車，可以使用先導剎車閥越權剎車；剎車控制閥組壓力進油取自懸停隨動系統(tǒng)的進油，在液壓系統(tǒng)故障導致失壓情況時，剎車控制閥組內部控制機能會使其泄油讓制動器制動，防止絞車在起吊重物過程中失控下墜。

4 結束語

新型平衡絞車采用本液壓控制系統(tǒng)，可以在不使用換向閥的情況下實現(xiàn)提升、懸停、隨動下放管柱等所有帶壓作業(yè)設備需要的功能，懸停隨動控制系統(tǒng)可以使絞車在懸停和隨動狀態(tài)穩(wěn)定，抗干擾性好，并且設計的剎車控制系統(tǒng)具備雙重保護措施。在新型帶壓作業(yè)設備上已經(jīng)得到應用，最大工作速度達到1 m/s，最小工作速度達到0.01 m/s，作業(yè)負載范圍從0~2 t，懸停和隨動狀態(tài)穩(wěn)定，雙絞車工作不受干擾，操作方式簡單可靠，可以很好的滿足帶壓作業(yè)設備的各種作業(yè)要求和操作者人性化使用要求。

[1]成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社，2007.

[2]謝永金，曹立明.新型不壓井作業(yè)設備的研究[J].石油裝備學術研討會，2007，（8）：161-164.

[3]楊德強.同步液壓絞車研究[J].中國高新技術企業(yè)旬刊，2015，（08）：88-89.

[4]王煒.不壓井作業(yè)裝置技術現(xiàn)在與應用分析[J].石油機械，2014，（10）：86-89.Development and Application of Counterbalance Winch in Snubbing Unit

ZHU Qi-meng
（SJ Petroleum Machinery Co.，SINOPEC，Jingzhou Hubei 434020，China）

Countbalance winch is an important part of snubbing unit，with jack system to moving up and down tubing and lifting weights. This paper describes a new type counterbalance winch in snubbing unit，which has the advantage of wire rope high-speed movement，ultra-low-speed servo control，compact structure and high control precision. This counterbalance winch adopts full hydraulic control，which has the characteristics of independent operation of double winch，hovering follow-up function，automatic braking function，on directional control valve. Key words: snubbing unit；counterbalance winch；servo control；hydraulic system

T E921

A

1672-545X（2016）09-0101-02

2016-06-14

邾啟孟（1989-），男，安徽蕪湖人，機械工程師，學士學位，現(xiàn)從事石油機械液壓系統(tǒng)設計工作。