半自動液壓轉盤的研制與應用

梁東平 趙瑞元 楊義興 孫權

摘 要：目前長慶油田大修作業造扣（倒扣）、套磨銑施工時，仍廣泛使用老式轉盤或ZP70Y-12型液壓轉盤，或使用螺桿鉆具套磨銑，使用轉盤和螺桿鉆具存在扭矩較低、管柱易反轉打扭、自動化程度低、安全隱患多、易造成環境污染等缺點。為此聯合廠家研制了ZP70Y-24G半自動液壓轉盤，該設備采用大扭矩三檔變速傳動機構，加裝液壓剎車用于控制反扭矩，專用密封膠芯密封方鉆桿，造扣圈數計數器、施工實時觀察扭矩，改進方補芯結構防止旋轉時竄出，解決了造扣（倒扣）和套磨銑時的井控風險及安全環保隱患，提高了作業效率。

關鍵詞：液壓轉盤;造扣（倒扣）;套磨銑

1 使用老式造扣器、傳統轉盤、液壓轉盤造扣、套磨銑存在問題

1.1 使用老式造扣器造扣（倒扣）作業存在問題

①安裝時將造扣（倒扣）器吊起1.5-2.0m，然后下放使補芯孔穿過鉆桿短接（人工對眼），造扣（倒扣）器坐于吊卡之上，存在較大安全風險;②取吊卡時需用麻繩將造扣（倒扣）器系綁在鉆桿上，上提鉆具，作業人員從造扣（倒扣）器下方取出吊卡，存在較大安全風險;③傳統造扣（倒扣）器在操作時需將鋼絲繩纏在通井機錨頭上，在纏鋼絲繩和松鋼絲繩時極易傷人;④無法測量力矩，作業人員根據鋼絲繩松緊程度或依靠經驗判斷力矩大小;⑤造扣（倒扣）器重約800kg，操作時需人工拉繩使其轉動傳遞扭矩，操作完畢后人工將繩纏于繩滾子，耗費人力和時間;⑥不防噴，修井液循環過程中無法實現管匯集中排放;⑦機械能損耗大、施工效率低。

1.2 使用傳統機械轉盤磨銑作業存在問題

①方補芯與方鉆桿不密封，液體返出地面無控制手段;②使用鏈條傳動，鏈條無法安裝防護罩，存在絞傷等安全隱患;③傳統轉盤組裝時需支墊方木，易出現下陷傾斜倒塌傷人;④旋轉時不能同時上提鉆具，需停止旋轉后再上提，浪費人力物力;⑤修井液不能實現循環利用。

1.3 使用ZP70Y-12型液壓轉盤存在問題

①扭矩較小，不能滿足深井旋轉作業和大扭矩造扣（倒扣）作業;②轉盤因鉆柱反扭矩過大發生急速倒轉，容易引起馬達內部壓力迅速升高損壞馬達，雖然使用了棘爪防止轉盤倒轉保護了馬達，但轉盤本身無法釋放反扭矩，存在安全隱患;③補芯與轉臺聯接不可靠，容易脫開竄出，設計安全系數不高;④不具備低壓密封功能，無法滿足井控和環保要求;⑤不能實現不同規格方鉆桿作業要求。

2 研制半自動液壓轉盤及配套發動機液壓站

針對老式造扣器、傳統轉盤、ZP70Y-12型液壓轉盤使用過程中存在的缺點，研制開發應用了ZP70Y-24G型半自動液壓轉盤及配套YYZ-100-18/135型發動機液壓站，該設備由長慶油田分公司梁東平井下作業勞模（工匠）創新工作室、采油一廠、九廠、十廠井下作業技能專家聯合公關，由山東臨朐靜遠石油機械有限公司生產，具有大扭矩、可控制反扭矩，施工實時觀察扭矩、專用密封膠芯密封方鉆桿，造扣圈數計數器，改進方補芯結構防止旋轉時竄出等優點，解決了造扣（倒扣）和套磨銑時的井控風險及安全環保隱患，提高了作業效率。

2.1 ZP70Y-24G半自動液壓轉盤工作原理

當液壓油通過換向閥進入液壓馬達時，液壓馬達開始工作，馬達動力經花鍵軸傳遞給滑動齒輪，當滑動齒輪與高速、中速、低速齒輪分別嚙合時，動力經齒輪、齒輪軸、大齒輪傳遞給轉臺，此時轉臺可以得到需要的高速、中速、低速，轉臺中裝有方補心，由方補心驅動方鉆桿完成修井工作。

2.2 YYZ-100-18/135型液壓站技術原理及工作原理

技術原理：YYZ100-18-135型液壓站是為滿足ZP70Y-24G液壓轉盤及其他類似設備的動力和控制要求而設計的。該設備主要由發動機、柱塞泵、油箱、控制閥組、齒輪泵、高速馬達、冷卻裝置、蓄電池等部分組成。設計上采用了防熱、不帶壓起動、緩釋剎車等技術措施。

工作原理：發動機通過飛輪盤連接盤帶動雙聯油泵轉動。柱塞油泵把液壓油從油箱中吸出，排出高壓油，高壓油通過溢流閥、電磁換向閥、設備負載，散熱器回到油箱。輸出壓力由溢流閥進行調整，壓力顯示通過防震壓力表讀出。高壓油通過電磁換向閥控制輸出方向，電磁溢流閥不通電卸荷，主油路換向開關在中位時液壓油直接回油箱，液壓站不輸出壓力，主油路換向開關在其他位置時，壓力油通過換向閥出油口輸出工作壓力。齒輪油泵一路通過溢流閥、電磁換向閥帶動高速馬達風扇旋轉，用于冷卻主油路液壓油，另一路通過手輪緩釋閥，二位四通換向閥用于緩釋轉盤反力矩。

2.3 轉盤的正、反轉剎車及剎車緩釋功能技術原理

研發的液壓轉盤液壓剎車裝置（該裝置為斷油剎，轉盤失去動力同時剎車），解決了轉盤因反扭矩造成的倒轉問題和反扭矩緩慢釋放這一難題。液壓剎車裝置包括馬達制動器和剎車控制系統，馬達制動器是用于制動和松開液壓馬達輸出軸，制動器結構和液壓離合器類似，內部有活塞和主動片從動片組成，由液壓活塞驅動分離，靠蝶形彈簧壓緊結合，主動片和馬達輸出軸相連，從動片和馬達殼體固定，活塞的前部腔室上設有進油口。當井口鉆具存在反扭矩需要停止時，可先剎車制動使轉盤停止，然后斷開動力，剎車控制系統利用液壓閥組控制馬達制動器分離（松開剎車）和結合（剎車），也可以控制進油壓力改變剎車力大小達到緩釋反扭矩目的。

2.4 ZP70Y-24G半自動液壓轉盤及配套YYZ-100-18/135型液壓站技術特點

①扭矩大，液壓轉盤總成采用新型低速大扭矩液壓馬達（超級馬達），加裝安全閥保護馬達，減速箱為三檔變速，可適應不同工況，轉臺最大扭矩為24kN.m;②可控制反扭矩、轉盤的正、反轉剎車及剎車緩釋功能。液壓轉盤總成采用液壓剎車裝置（該裝置為斷油剎，轉盤失去動力同時剎車）解決轉盤因反扭矩造成的倒轉問題;③專用密封膠芯密封方鉆桿。根據方鉆桿外形尺寸設計專用密封膠芯，改進轉盤內部密封結構，采用OLD旋轉密封圈密封轉臺、YX密封圈密封膠芯與轉臺，解決轉盤內部密封問題，有效防止井液外流內溢，增加了承壓能力和密封可靠性，滿足施工及安全環保要求;④改進方補芯結構，方便拆裝，滿足作業施工安全需求。方補芯采用外部為圓形的滾子方補芯結構（參考大修轉盤用方補芯），方補芯下部采用錐體結構，與配套的錐孔連接盤聯接，傳遞扭矩安全系數高，不易竄出;⑤液壓站、轉盤配置圈數計數器，能夠準確方便的記錄轉盤旋轉圈數，便于修井作業施工實時觀察;⑥施工實時觀察扭矩。液壓站加裝轉盤壓力計及檔位扭矩對應標牌，說明書附“壓力扭矩對應表”，方便觀察旋轉扭矩;⑦液壓站配置大流量高壓柱塞雙聯油泵滿足液壓轉盤動力需求，配置電磁閥組控制系統和16m高壓液壓管線遠程實現轉盤的正、反轉剎車及剎車緩釋功能。

3 半自動液壓轉盤及配套發動機液壓站現場試驗應用情況

3.1 井況簡述

山72-015井為南梁作業區一口分注井，注水層位延9、長4+5。2018年3月測調遇阻，安排帶壓檢串作業，經過反復活動解卡解封，起出油管10根，起至第11根活動解卡時油管接箍脫扣，剩余油管落井，上提最大負荷310kN。分析認為封隔器未徹底解封或封隔器垢卡。

3.2 現場試驗應用情況

前期套銑使用普通轉盤無進尺，無法進行造扣打撈。10月24日使用該半自動液壓轉盤套銑進尺0.90m，10月25日使用該轉盤進行母錐造扣打撈，撈獲原井油管16根，10月28-30日使用該轉盤及配套工具進行倒扣打撈作業，撈獲油管68根;該液壓轉盤進行造扣（倒扣）作業，扭矩可以達到××kN.m，完全滿足井深××m作業要求;該液壓轉盤的專用密封膠芯，壓力達××兆帕，密封性良好，滿足現場井控安全環保要求;當反扭矩過大時，設備可以安全剎車，通過緩釋方式可達到安全釋放反扭矩的目的;通過控制轉盤高、中、低檔轉速檢驗改進的方補芯結構，安全性良好;觀察扭矩表及圈數計數器工作狀態良好。

4 后期改進建議

方補心裝置加裝保護罩，避免高空小件落物掉入旋轉空間，造成安全風險;制作專用二層平臺，降低操作平面高度，方便操作人員作業;液控系統加裝聯絡裝置，如對講機、電子喇叭、報警儀等，便于司鉆和液壓站及時保持聯系;液壓轉盤加裝尾部固定連桿，保證安全可靠。