LXGFC40型連續管作業機的改進

劉欽祥

（南陽二機石油裝備集團股份有限公司，河南南陽473006）

0 引言

車載連續管作業設備是油氣田勘探開發過程中的重要設備，深入石油天然氣勘探、鉆井、修井以及運輸等方面，在勘探、開發、油井增產和現場服務等領域發揮積極作用，是油氣田領域降低生產成本、減小勞動強度、提高油氣產量的關鍵設備。隨著油價的低位振蕩，開發商千方百計降低鉆井成本，與常規的轉盤或頂驅旋轉鉆井作業相比，連續管鉆井技術有其獨有的作業優勢：1）不需要接單根，避免卡鉆事故的發生，減少鉆井液對地層的污染[1-3]；2）結構緊湊，適合快速移運；3）不需要壓井作業；4)適合高溫高壓井、水平井等復雜井，對復雜井有巨大的經濟效益和社會價值[4-5]。

南陽二機生產的LXGFC40連續管作業機,在一定程度上解決了連續管作業設備對井口需要吊車、位移調節范圍小、運輸不便、費用較高等缺點，在國內某油田現場調試使用過程中，這種作業設備暴露出如下幾個缺點：1）二類車底盤長度、寬度、運輸和承載力等諸多受限，致使井架高度、寬度受限；因注入頭中心偏移原因，在隨井架起升過程中與井架距離太近難以控制，需要幾人用繩子保持平衡，尤其大風天氣對工人的體力是個不小的挑戰[6]；2）這種作業設備在作業時只能與連續管滾筒呈一字型排列，占地面積要求大，增大施工成本，對于一些井場面積不規則的作業區域難以施工；3）常規液壓小絞車由于井架天車的移動、鋼絲繩的纏繞角度等問題，導致小絞車容易出現亂繩問題，且液壓小絞車液壓鎖存在工作時間長易泄壓現象，這對安全施工是個巨大安全隱患，液壓小絞車本身沒有剎車裝置，在進行注入頭起降作業時難以有效控制高度；4）液壓系統只能滿足液壓支腿、液壓小絞車和起升缸使用要求，注入頭要單獨使用液壓系統，即作業過程需要兩種液壓源；5）注入頭吊裝不合理，重心不在幾何中心，致使在吊裝過程中容易偏轉，很難控制吊裝位置。

針對上述問題，南陽二機集團對LXGFC40連續管作業機的結構進行了改進，具體如下：在滿足3C認證的前提下，使用自制底盤，優化井架和天車結構，增大連續管作業設備的使用區域范圍；使用的新型氣動絞車自帶里巴斯繩槽，優化氣動絞車的安裝角度，實現天車移動工況下絞車不亂繩，氣動絞車的帶式剎車結構避免液壓泄漏造成的安全隱患，消除危險源；滿足安全生產需要。改進后的型號定為LXGFC40B。

1 技術改進

1）自制底盤。采用XD40/8×8運載車（自制車架）替代二類底盤加副車架型式，這種結構與副車架加二類底盤相比具有:a.車架大梁采用自拼焊接結構，抗彎截面系數大，承載能力更高，無中間連接，作業安全可靠性高；b.車架自帶液壓支腿，作業時液壓支腿支起承受載荷，避免輪胎承受作業載荷；c.自制運載車采用國內濰柴WP10系列發動機，功率大、轉矩大、瞬時響應靈敏、皮實耐用，車輛尾氣排放[7～9]滿足國五排放要求，廢氣中有害成分如CO、NOX、PM小于國五要求；變矩器采用進口Allison4430 ORS，最大靜轉矩3525 N·m，帶有下坡減速器，滿足GB7258機動車運行安全技術條件，總質量大于12 t的專項作業車必須有輔助制動的要求；d.運載車采用4根車橋，分為前雙橋和后雙橋結構，其中前雙橋為轉向和驅動橋，后雙橋為驅動橋；常規路面采用后雙橋驅動行駛，泥濘路面或者山地、丘陵、叢林、沙漠等地區后雙橋驅動力不足的情況下，掛合前加力，滿足復雜路況運輸要求。

2）井架。井架采用單片式桁架結構，前傾、前后雙開口，井架有2根負荷繃繩，井架大負荷作業時起平衡作用，防止井架后翻，天車下方有4根防風繃繩，抗風能力強；優化注入頭通過井架的通道，在天車前、后、左、右移動過程中，注入頭到井架內側的距離更大，保證支起井架過程中不需要專用人員拉安全繩，減低作業勞動強度，結構安全可靠。

3）注入頭作業方向不受限制。新型結構使在井場作業時，注入頭與連續管滾筒的作業角度在0°～180°范圍內隨意排放，能有效減小設備對井場面積要求，對于一些山區和土地昂貴的地區，極大降低作業費用；對叢林地區能減少對林木和草地的破壞，有效拓展連續管作業技術在鉆井作業中的使用范圍。

4）氣動絞車的應用。氣動絞車同液壓小絞車相比具有以下特點：排繩整體不亂繩，拉力大，氣動絞車采用手動剎車裝置，避免了液壓絞車容易漏油造成的環境污染，方便操作，手感強，能夠徹底解決液壓絞車自帶液壓鎖長時間工作帶來的壓降，避免壓降引起的注入頭下降，保證施工作業安全、可靠。

5）變矩器輸出液壓系統。液壓泵通過帶泵箱實現動力輸出，高壓泵通過換向閥實現低壓和高壓的轉換，高壓系統供給注入頭使用，低壓系統供液壓支腿、起升缸使用，低壓和高壓通過雙鎖閥實現互鎖，且高壓是鉆井作業，低壓是前期準備工作，作業時間不沖突，輸出實現駕駛室和液控箱雙向控制，且雙控能實現互鎖，避免誤操作。

6）一體運輸。連續管作業機在進行轉場運輸過程中，注入頭兩側的空間被充分利用，將井口工具和設備安放在專用運輸支架上，能夠將刮削器、防噴器、接頭體、轉換短節、井口裝置等一體運輸，降低運輸作業成本。

2 技術參數

發動機功率為190 kW（1800 r/min），變矩器最大靜輸入為3525 N·m，井架額定載荷400 kN，最大抗風能力為110 km/h，工作環境溫度為-20～45℃，注入頭可起升高度大于12 m（注入頭底部到地面），車尾離井口中心最大作業距離為2.5 m，注入頭前后可調節距離為600 mm，天車左右可調節距離為400 mm，井架最大傾斜度為7°，整機（含井架外形尺寸）為14 500 mm×3000 mm×4200 mm，整機質量為23 t。

3 試驗方法優化

3.1 連續管作業機的模態測試

實驗以增大效益、數據可靠、性能優異為目標，應用模態實驗、靜態試驗和動態實驗相結合的方法[10]，以便連續管作業機動態作業安全可靠。對測試不穩定或有安全隱患的部件進行分析，優化設計，例如井架單片桁架結構的改進確定，起升液壓缸的連接等。

3.2 連續管作業機的檢查

設備實驗之前進行外觀和關鍵焊縫的檢查，外觀主要包括目視檢查和外形尺寸，關鍵焊縫主要指車架大梁和井架等承載件。

1）外觀和外形尺寸。目視設備不能有碰撞和明顯缺陷，外廓尺寸符合3C一致性要求，滿足SY/T5534油田專用車通用技術條件。

2）關鍵焊縫。關鍵焊縫進行無損檢測，車架大梁采用磁粉探傷，無相關線性顯示，無大于3 mm的圓形顯示，沿大梁焊縫間隔小于1.6 mm的相關顯示不多于3個；井架大腿采用磁粉探傷，無大于3 mm的圓形顯示。

3.3 連續管作業機的實驗

根據出廠驗收規范，連續管作業設備的幾個主要實驗應該在一定的時間內做完，包括液氣壓實驗、絞車提升實驗、注入頭的旋轉實驗、運轉部件的溫升實驗，噪聲不得超過85 dB[11～12]。

1）抗風能力。抗風能力試驗是通過有限元分析而進行的。模擬工況為無鉤載，風速風速60節（結構及附件重量動載系數為1.1），0°、45°、90°正吹、斜吹、側吹；在此工況下井架的穩定性判別系數最大為0.96847＜1.0，安全。

2）液氣壓系統。液路系統[13～16]壓力為21 MPa和14 MPa時，換向閥在2個壓力級別下分別保壓5 min，液壓表不允許有壓降，各接頭處不得有滲漏，各執行閥件和元器件動作是否可靠，檢查與指示名牌標識的一致性等；氣壓在0.7～0.8 MPa時，保壓5 min，壓降不得大于0.03 MPa。

3）井架。井架起落，氣動絞車起吊注入頭，注入頭移出井架后，注入頭導向架在0°～180°之間自由定位，大鉤帶載荷情況下天車能夠前后、左右移動等。

4）路試。路試是在山區土路和國道上進行的，總路試里程為500 km，最高運行速度為60 km/h,總的運行狀態良好，能夠滿足用戶的使用要求。

4 結 語

實驗證明改進后的連續管作業機，完全避免了LXGFC40存在的不足，滿足了當前用戶的使用要求。而且該連續管作業機還具有常規鉆修機不具備的工作可靠性，性能穩定性，復雜路況的移運靈活性，而且輔助費用低廉，預計搬家費用只有其他鉆修機的1/10，在一些溝壑交叉的區域內也可以通過直升機完成運輸工作。近年來，隨著非常規油氣資源的大發展，開采技術的進步倒逼開采設備的升級換代，而我國煤層氣主要集中在山西，頁巖氣主要在四川、重慶山區，交通不便，這些特定的區域，加上連續管作業的優勢，必將推動連續管作業的大發展。