一種液壓自動貓道在鉆井作業現場的試驗及分析

王小紅，陸野，廖志勇

（川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司，陜西 西安 710018）

隨著鉆井裝備技術的發展，自動化、變頻驅動不僅代表著當前最新高科技，也是未來發展主流方向。液壓自動貓道是諸多鉆井自動化裝備之一。不管結構如何，自動貓道的主要功能是自動完成鉆桿、鉆鋌、套管等鉆具的上下鉆臺，其主要優點是效率高、安全可靠、解放人力、控降安全風險并減輕勞動強度，改變傳統的通過人工實現鉆具上下鉆臺的方式。

1 某品牌自動貓道在現場試驗情況

根據安排，2013年9月5日在某鉆井隊ZJ40LDB鉆機安裝試用了該型號自動貓道。下面詳細介紹該自動貓道的試用情況。

1.1 液壓自動貓道基本功能

（1）基本技術參數。適用鉆臺高度6～6.5米（ZJ40LDB鉆臺高度6米），適用鉆具長度8.9～11.5米。適用鉆具直徑φ114～273mm，最大運送重量T3，貓道臺面高度800mm，貓道臺面長度28米，兩段結構。

現場管排架布置方式為前后雙管排架，鉆具輸送工作方式上一下三，鉆具上貓道方式為自動翻進、翻出。設備總功率18kW，液壓泵驅動，系統額定壓力16MPa，系統流量62L/min，整機運輸外型尺寸（長×寬×高）16000×2300×2200mm，總重21噸。

（2）主要運行參數。能適應6～6.5m鉆井平臺高度，滿足4～10″常用鉆具的上下鉆臺作業。

鉆具上平臺1根/次，從鉆井平臺下鉆具3根/次，28米全行程單次上下鉆具時間控制在90秒內，15米半行程上下鉆具控制在60秒內。上鉆具過程采用坡道抬起式專利技術作業方式，減小對鉆具接頭的磨損，滿足8.9～11.5m不等長鉆具上鉆臺作業時，鉆具伸出臺面長度的自動計算、控制。

1.2 能完成的主要功能

（1）主體結構及功能。該產品主要由15米和12米兩段水平貓道臺和一段坡道段三部分組成，主要實現不同鉆桿排之間的鉆具倒調、自動上鉆具、自動下鉆具等作用，適用管具類型：4″、41/2″、5″、51/2″等鉆桿、10″以下套管等。

（2）鉆具實現上下鉆臺。直推式上下鉆具作業，保留了傳統雙氣絞車上下鉆具的模式。鉆井作業是24小時不間斷工作，這對鉆井輔助設備的可靠性是個嚴峻的考驗。當貓道設備出現故障或需要停機維護期間，可以沿用傳統雙氣絞車沿坡道直接上下鉆具的作業。經過現場測量，推一根鉆桿立根需要時間56秒，推一根鉆桿并抓下一根鉆桿雙形成需時間為1分56秒。節約時間方面在推拉鉆鋌、套管時優勢明顯，因為上述鉆具人力在下面繃鉆具、掛繩套等時間長。

（3）實現鉆具自動翻轉在管架上實現倒換鉆具。通過貓道外之間，可以實現鉆具自動翻轉到貓道上面或將貓道上面的鉆具排列到鉆具上面。

（4）鉆具運行過程中磨損情況。對鉆具接頭的磨損小。直推式上下鉆具最大難點是：小車推動鉆具上移過程中，鉆具前端移動至坡道根部時阻力最大，對接頭的磨損嚴重。為減少該摩擦阻力，坡道設計時，在坡道根部增加了一個抬起機構，當鉆具接頭運動至坡道根部時，程序控制自動把鉆具接頭抬起，當抬起點高于坡道阻力最大點后，鉆具再次上移，從而有效減小了對鉆具接頭的磨損。

1.3 現場試用實現的功能

從現場試驗情況來看，經過現場培訓，目前司鉆及內外鉗工均可以獨立操作該設備，該設備主要能完成如下幾項工作。

一是自動推鉆具上鉆臺，可以順著貓道、大門坡道自動運行，達到鉆臺面800毫米高度，然后人工上提絲。

二是自動抓住鉆具從大門坡道拖拉至貓道任意位置，上述兩種動作速度適中安全，人員完全遠離鉆具運動軌跡區域，沒有安全風險，操作人員站在鉆臺左側。

三是將管架上面的鉆具通過四個液壓千斤自動翻轉到貓道中間滑槽內，實現鉆具自動上下貓道。

四是可以將管架上面鉆具左右進行翻轉倒換。從試用情況來看，簡單易學，安裝拆卸方便，不增加車次，由于場地管架鉆具運動區域不需要站人，故安全省力，節約體力；一個人員站在鉆臺右側邊角操作，另外一人配合提鉆具或帶、取提絲，需要兩人配合。總體簡單實用，安全方便，節約體力，工作效率比人工要高。但是鉆具前期排放檢查、涂抹絲扣油、通徑等工作仍需要提前做。

2 存在主要問題、分析、改進思路

（1）整體結構不合理。該貓道為12米+16米兩節結構。第一節貓道長度達到16米，存在超長及拐彎障礙，這給搬家帶來麻煩，建議2節貓道改為3節組合，每節長度大約為10米。

（2）鉆具運行速度不可調。鉆具上下鉆臺及鉆具在貓道平面上運行的速度不可調。經過測算，一般單行程（即從貓道盡頭到上鉆臺）推鉆具上鉆臺，大約用時50～58秒；雙行程（即推鉆具從貓道盡頭上鉆臺再從鉆臺抓鉆具下拉到最大行程）用時1分30秒～1分50秒。效率比人工高。但是，現場鉆具千差萬別，考慮效率及安全因素，滑車運行速度應可調或設置三個檔位。

（3）整體推力小。最大推力為3噸。一根鉆鋌重量一般為2噸，再考慮摩擦系數，推拉鉆鋌很費力。建議最大推力設計為5～6噸。

（4）貓道槽摩擦力太大，沒有設計滾子結構。建議設計滾子結構，一是減少摩擦力，二是避免摩擦損傷鉆具。

（5）滑車抓鉆具機構設計不合理。滑車抓鉆具機構應能滿足不同直徑或沒有接箍鉆具的要求，需配不同規格的抓鉆具機構，該機構方便拆卸安裝。

（6）其他。比如顏色應符合鉆井設備標示要求；液壓管線設計應便于插接等。

3 結語

根據鉆機的鉆具輸送方式繁瑣，工作人員勞動強度大、操作危險系數大的缺點等，提出一種自動化程度高、現場操作安全可靠性強、制造成本低、系統整體結構勁抽合理，提高了鉆井工作效率，不影響原有鉆機結構和整個鉆井作業過程實現自動化動力液壓貓道，提出不同于傳統的鉆具輸送方式，利用鉆臺下方的井口空間，鉆井隊鉆具從鉆臺面下方垂直輸送，大大提升了鉆臺使用空間，使用更加安全，自動化程序高，并提出本研究課題的主要研究和實現內容，以及該貓道不同于以往所使用的自動化貓道的主要研究和實現內容，以及該貓道不同于以往所使用的自動化貓道的創新點。

液壓自動貓道在國內外得到一定程度的應用，技術相對成熟，現場使用效果好。國外產品最大缺點是價格昂貴，因此國內開發的新型液壓自動貓道在現場使用效果較好，通過現場驗證，提出了改進完善思路，產品完善后值得推廣使用。