連續(xù)管注入頭檢驗方法研究

李鵬飛， 吳大飛， 張三坡

（江漢機(jī)械研究所，湖北荊州434000）

0 引言

隨著國內(nèi)連續(xù)管作業(yè)技術(shù)的推廣應(yīng)用和發(fā)展，連續(xù)管作業(yè)機(jī)在國內(nèi)市場占有率呈井噴式增長，其作業(yè)工藝也越來越高端，從常規(guī)的沖砂、洗井等簡單工藝逐步擴(kuò)展到鉆井、酸化、壓裂、鉆磨、深井射孔和測井等新型作業(yè)領(lǐng)域[1]，而井深需求從1000～7000 m，復(fù)雜的作業(yè)工況和新工藝應(yīng)用需求對連續(xù)管設(shè)備的整體性能，尤其是對關(guān)鍵部件注入頭提出了更高的要求。注入頭是連續(xù)管作業(yè)機(jī)的關(guān)鍵部件，其主要功能是：克服連續(xù)管在井筒內(nèi)的浮力和井壁的摩擦力，將連續(xù)管安全下入井筒；根據(jù)作業(yè)工況要求可控制連續(xù)管的起下速度；安全承載井內(nèi)連續(xù)管重量；將連續(xù)管起出井筒。經(jīng)各油田現(xiàn)場統(tǒng)計，注入頭故障率占連續(xù)管作業(yè)機(jī)故障率的首位，而注入頭經(jīng)常出現(xiàn)的主要問題是打滑、異響、偏磨、載荷不穩(wěn)定、液路問題等[2]。除液路問題外，其他主要問題的發(fā)生均與其復(fù)雜的空間形位公差加工精度有關(guān)，所以其加工精度的檢驗方法研究至關(guān)重要。

注入頭的工作原理是作業(yè)時，由2組張緊液壓缸推動鏈輪達(dá)到鏈條張緊的目的；由夾緊液壓缸推動夾緊梁和推板，推動裝在鏈條上的夾持塊夾緊連續(xù)管，通過2臺同步的可正反轉(zhuǎn)動的液壓馬達(dá)提供動力，驅(qū)動鏈條和夾持塊實現(xiàn)油管起下動作，連續(xù)管通過導(dǎo)向器平滑導(dǎo)入夾持塊和防噴系統(tǒng)。連續(xù)管的起下速度和深度由旋轉(zhuǎn)編碼器和作業(yè)參數(shù)儀記錄和顯示，懸重由電子或液壓載荷傳感器和載荷儀表記錄和顯示，通過安裝在注入頭上的潤滑油箱和氣動增壓泵實現(xiàn)連續(xù)管及鏈條總成的潤滑。從注入頭工作原理可以看出，驅(qū)動軸、被動軸、鏈條總成、推板、張緊缸、夾緊缸、注入頭箱體的對中、導(dǎo)向器與箱體的對中等均是保證注入頭性能的關(guān)鍵部位。

1 注入頭結(jié)構(gòu)

注入頭由驅(qū)動總成、鏈條總成、夾緊機(jī)構(gòu)、張緊總成、底座、箱體、框架、導(dǎo)向器、潤滑總成等組成。其中驅(qū)動總成由液壓馬達(dá)、減速器、制動器、鏈輪、驅(qū)動軸、軸承、軸封等組成，制動器安裝在馬達(dá)和減速器之間，制動器和馬達(dá)在箱體一側(cè)，減速器在箱體另一側(cè)，壓力釋放制動器自動剎車。鏈條總成由重載鏈條、托架、夾持塊、減震墊、自潤滑軸承、銷軸和彈簧片組成，夾持塊安裝在托架上，通過彈簧片定位，減震墊安裝在夾持塊和托架之間。夾持塊為帶溝槽的半圓型結(jié)構(gòu)，既可保證夾持性能又不損傷連續(xù)管。夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計有3～4組夾緊液缸，與夾緊梁和推板成一體，可自動調(diào)心和獨(dú)立控制夾緊、松開。張緊總成采用垂直張緊設(shè)計，鏈輪軸上安裝有編碼器和里程計，編碼器用于測量連續(xù)管起下速度和深度，里程計可直觀記錄注入頭運(yùn)行的總行程。底座上安裝有載荷傳感器，導(dǎo)向器安裝在框架上。注入頭設(shè)計有壓力噴射潤滑系統(tǒng)，可在控制室進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2 工裝設(shè)計

2.1 箱體檢測工裝

連續(xù)管經(jīng)導(dǎo)向器平滑導(dǎo)入夾持塊后，通過夾緊系統(tǒng)將連續(xù)管夾緊，注入頭馬達(dá)驅(qū)動鏈條和夾持塊將連續(xù)管送入井筒，為保證連續(xù)管中心、箱體中心、夾緊缸中心、脹緊缸中心和防噴盒中心在同一直線上，而且要保證兩驅(qū)動軸平行度、夾緊缸平行度，設(shè)計了注入頭箱體綜合檢驗工裝（見圖1、圖2），注入頭箱體整體加工完成后，將2件減速器側(cè)法蘭1安裝在箱體上的減速器安裝處，將2件馬達(dá)側(cè)法蘭3安裝在箱體上的馬達(dá)安裝處，軸2軸7穿過減速器側(cè)法蘭和馬達(dá)側(cè)法蘭，水平軸5穿過軸2軸7，將下橫梁檢測板8和墊塊9安裝在被動軸軸承座安裝處，然后將夾緊缸套上裝入試驗試棒，最后將防噴盒檢測工裝（見圖3）連接在注入頭底座上。安裝完成后，先將水平軸5手動旋轉(zhuǎn)靈活，保證兩驅(qū)動軸平行度和位置公差；再將直線度要求嚴(yán)格的連續(xù)管試棒穿過箱體焊接定位橫梁中心孔、水平軸5中心孔、下橫梁檢測板8中心孔和防噴盒連接板中心孔，然后手動旋轉(zhuǎn)連續(xù)管試棒，能夠靈活轉(zhuǎn)動。通過以上工裝可以檢測：馬達(dá)安裝法蘭和減速器安裝法蘭同心度；兩主動軸平行度；兩驅(qū)動軸的中心線和兩被動軸的中心線是否重合；導(dǎo)向器直線段與夾緊缸中心線、箱體的中心線、兩驅(qū)動軸的中心線和兩被動軸的中心線、防噴盒孔中心線是否重合。

圖1 注入頭箱體綜合檢驗工裝

圖2 注入頭箱體綜合檢驗工裝

2.2 載荷傳感器工裝

為了保證傳感器的安裝尺寸的定位和互換性，以及避免焊接電流擊穿傳感器等問題，設(shè)計如圖4所示的傳感器檢測工裝，工裝尺寸與傳感器本體尺寸完全一致。

圖3 防噴盒檢測工裝

圖4 傳感器檢測工裝

2.3 推板定位工裝

注入頭作業(yè)時，夾緊液壓缸推動夾緊梁和推板朝夾緊正壓力方向運(yùn)動，推板將正壓力傳遞到托架、軸承和夾持塊上，最終轉(zhuǎn)化為連續(xù)管的夾持力，注入頭馬達(dá)帶動鏈條、夾持塊和連續(xù)管起下動作，托架軸承始終沿著推板表面運(yùn)動。從注入頭工作原理可以看出，推板安裝的平面度、平行度和定位尺寸直接影響到注入頭的夾持性能，為了方便安裝和檢測推板安裝的形位公差尺寸，設(shè)計了推板定位工裝（見圖5），工裝頂部設(shè)計有吊環(huán)，方便安裝和拆卸。

2.4 最大提升力測試工裝

圖5 推板定位工裝

注入頭安裝完成后，最大提升力是注入頭的主要設(shè)計參數(shù)，最大提升力下是否打滑也是至關(guān)重要的性能指標(biāo)；注入頭載荷傳感器利用杠桿原理，乘以系數(shù)顯示實際的連續(xù)管重量，這種方法存在一定的數(shù)值誤差，提升力數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是作業(yè)機(jī)操作手判斷井下故障的最主要依據(jù)，因此為驗證最大提升力試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和提升能力，在參考模擬加載系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了注入頭最大提升力測試工裝（見圖6）。測試前，將接頭1通過螺紋與傳感器連接，將連續(xù)管與接頭3進(jìn)行焊接，焊接后整體插入注入頭夾持塊，通過接頭3上的螺紋與應(yīng)變式傳感器連接，連接完成后將接頭1底部進(jìn)行固定，最后連接顯示屏的數(shù)據(jù)線。測試時，根據(jù)檢驗要求給連續(xù)管施加夾緊力，注入頭馬達(dá)提供拉力，通過顯示屏讀取應(yīng)變式傳感器的數(shù)據(jù)，控制室儀表讀取注入頭本身安裝的傳感器數(shù)據(jù)，對比這2組數(shù)據(jù)可以檢測出控制室儀表的誤差以及設(shè)置的載荷參數(shù)是否準(zhǔn)確（見表1）。

圖6 注入頭最大提升力測試工裝

表1 注入頭最大提升力試驗情況 kN

3 結(jié)論

1）使用以上檢驗方法驗證的注入頭，其各綜合形位公差尺寸滿足設(shè)計要求。2）對30多臺注入頭使用以上方法驗證，通過現(xiàn)場使用，能夠有效地降低注入頭異響、打滑、跳齒、偏磨、載荷不穩(wěn)定等故障的出現(xiàn)，有效保障了作業(yè)效率，節(jié)省大量維修設(shè)備帶來的人力、物力損耗。

［參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 吳大飛.連續(xù)管起出報警裝置的改進(jìn)設(shè)計 [J].石油礦場機(jī)械,2016,45(11)：63-66.

[2] 王永勝.連續(xù)油管作業(yè)機(jī)常用故障分析及解決方法[J].石油機(jī)械,2009,37(4)：81-82.

[3] 劉壽軍.連續(xù)管裝備試驗系統(tǒng)研究[J].石油機(jī)械,2013,41(10)：1-4.