修井機與帶壓作業裝置集成化改造與應用研究

陳楠，邢付順，母小平，劉世峰，賈海平，王紅月

（1.中油集團渤海裝備中成裝備制造公司，天津 300280；2.川慶鉆探長慶井下技術作業公司，陜西 西安 710014 ）

帶壓作業技術是一種在保持井內帶壓的環境下實施鉆修井作業的新技術，能最大限度實現對油氣層和環境的保護，有利于油井穩產、高產。近年來，隨著各油田帶壓修井作業工作量的持續遞增，迫切需要全面提升帶壓作業技術保障能力及施工能力。目前帶壓作業過程通常為常規修井機與帶壓作業設備配合完成，存在起下效率低、作業周期長、搬安工作量大、修井成本高、操作安全性低等問題。

集成式帶壓作業修井機有效地解決了這些問題，但集成式帶壓作業修井機購置成本高，同時如廢棄原有設備則造成較大浪費，為此提出了對普通修井機及輔助式帶壓作業裝置進行集成化升級改造，以達到集成式帶壓作業修井機作業效能的目的。

渤海裝備制造公司與吐哈油田公司合作，對原有修井機與帶壓作業裝置進行了集成化改造，并在吐哈油田注水井帶壓作業中應用，經現場應用證明，改造后的修井機降低了作業成本，減少了污染排放，提高了帶壓作業施工效率與作業安全性，達到了集成改造的目的。

1 改造前設備狀況

1.1 技術參數

吐哈油田公司所提供的輔助式帶壓作業修井機由XJ1600型修井機和BYJ18-21/35型帶壓作業裝置2部分構成。

修井機主要技術參數：

額定鉤載：1200kN；

發動機功率：600HP；

井架高度：35m；

二層臺高度：19.2m；20.1m；21.7m；

液控系統壓力：14MPa；

二層臺容量：≥220根。

帶壓作業裝置主要技術參數：

液壓站裝機功率：340HP；

液控系統壓力：10.5MPa；

帶壓裝置平臺高度：7200mm。

1.2 設備存在問題

原輔助式帶壓作業裝置由帶壓作業井口、液壓站與液控房3部分組成。各部分之間通過多根液壓管線聯接，拆裝勞動強度大，安裝費工費時。作業機操作由修井機司鉆和帶壓裝置操作手配合完成，兩人均遠離井口，與井口工溝通配合困難，施工難度大，安全風險高。單根起下，油管全部地面擺放，油管上下平臺時間長，上卸扣次數多，作業效率低。工作過程中，修井機和帶壓作業裝置的發動機交替工作，單機長期處于怠速狀態，燃油消耗大、污染排放多。

采用此種配套方式進行井深3000m的水井帶壓作業，作業周期約為15天，安裝運輸分別需要3天，且需動用吊車和大型運輸車輔助安裝與運輸，施工時間長，作業成本高。

2 集成化改造

2.1 改造方案介紹

升級改造的帶壓作業設備由XJ1600型修井機和BYJ18—21/35型帶壓作業裝置組成，對該配置進行集成化改造，共用修井機所配套發動機，修井機與帶壓作業裝置動力集成。液壓系統合并，兩設備共用1套液壓源，將液壓源集成后安裝于修井機主車，減少冗余配置的同時便于整體運輸。將原帶壓作業裝置操作位置移至井口工作平臺，修井機司鉆配套井口位操作平臺，便于修井機司鉆、帶壓裝置操作手、井口工之間溝通、配合。設計與帶壓井口工作平臺配套的立根排放飄臺，帶壓作業起雙根油管，且立排支立于地面。

2.2 改造措施

2.2.1 動力系統集成改造

原修井機和帶壓作業裝置各有1臺發動機，發動機輸出功率分別為600HP和340HP，作業時2部動力不同時工作，而是交替輸出動力，造成了設備資源的極大浪費。

根據整車配置及動力校核，在修井機發動機與變速箱間增加帶泵箱，帶泵箱具有2個全功率取力口，可為集成后的液壓系統提供動力。集成化改造后，共用修井機的發動機。車載發動機的動力通過帶泵箱、液力變速箱由分動箱分動，用于底盤行走及上裝工作，通過切換手柄實現2種工作狀態的切換。上裝工作時發動機動力經帶泵箱、液力變速箱、分動箱、傳動軸傳遞到角傳動箱、絞車進行修井機常規作業，同時帶泵箱通過2個取力器分別連接1臺雙聯泵驅動修井機與帶壓裝置液壓系統工作。

2.2.2 液壓源集成改造

原修井機和帶壓作業裝備各有1套液壓源，即2套設備各具有1臺液壓油箱，在占用整機配套空間的同時也加大了液壓油的配套量。2套設備的液控系統壓力分別為14MPa和10.5MPa，將2套系統合并，使帶壓裝置的液壓動力取自修井機的動力，從而減少冗余配置。對原有液壓系統進行了如下改造。

（1）在集成的動力系統帶泵箱上分別安裝2個雙聯泵，2臺雙聯泵分別為泵a/泵b和泵c/泵d，其中泵b為蓄能器組提供液壓動力，實現對帶壓作業裝置各防噴器的開關控制；泵a與泵c經控制閥組合后為帶壓作業裝置升降油缸提供液壓動力，保證升降油缸的上提力與下壓力；泵d為修井機主機提供液壓動力，滿足立放井架、液壓絞車、液壓鉗等工作要求。在司鉆操作臺上操縱各種控制手柄完成對液壓系統各執行元件的控制，從而完成帶壓起下立根作業。

（2）在修井機司鉆操作臺上增設液壓動力切換裝置，以便修井機和帶壓作業裝置間進行動力切換。

（3）加大液壓油箱。為滿足修井機和帶壓作業裝置2套液控系統正常工作，重新設計修井機液壓油箱，加大油箱的有效容積。

（4）增加蓄能器組。為防止動力不足或緊急情況下，帶壓作業裝置不能提供充足的液壓動力，在修井機主機上安裝了蓄能器組。蓄能器組液壓管線成束，由修井機液壓系統引出，整體接入帶壓作業裝置。

（5）增加液壓油散熱器。為使液壓油油溫能降至工作溫度以確保主機可以連續正常運轉，在液力變速箱旁安裝了液壓油散熱器，用于液壓系統散熱，對液壓油進行冷卻。

2.2.3 控制系統集成改造

原輔助式帶壓作業修井機各有1套液控系統，其管線接頭多、連接復雜、整機搬遷過程需反復進行拆裝。對原有控制系統進行如下改造。

（1）井口操作臺設計。取消原裝置液控房，改造為井口操作臺，將液控房所有操作功能轉移到操作臺內。帶壓裝置操作手與修井機司鉆、井口工在同一平面操作。井口操作臺隨帶壓作業裝置一起運輸。

（2）集成控制閥塊設計。將主油缸的調壓閥、換向控制閥、差動控制閥、蓄能器調壓閥等通過集成液壓閥塊連接，減少液壓管線和接頭。

（3）增加遠程控制箱。增加安全防噴器遠程控制箱，創新采用遠程無線遙控技術，主要控制三閘板防噴器，在井口出現緊急狀況時，可以通過遠程控制箱遠程遙控實現關閉安全防噴器。

2.2.4 立根起下結構改造

原輔助式帶壓作業修井機配合作業過程為單根起下，油管全部地面擺放，油管上下平臺時間長，上卸扣次數多，作業效率低。對原有結構進行如下改造。

（1）對原有二層工作平臺進行改造，使之滿足起雙根高度的同時二層臺指梁對應帶壓作業裝置配套地面管柱盒。

（2）增加立根排放飄臺。在帶壓作業裝置平臺外側增加立根排放飄臺，排放飄臺設有左右2個排放口，供立根穿過平臺支立在地面上使用。排放口安裝翻轉蓋板，開啟可通過立根，關閉可防止落物和人員跌落。中間為安全走道，方便井口工排管。周邊布置安全通道，配備防護欄，滿足安全施工要求。

（3）增加地面立根盒。為保護管柱絲扣，并使立根排放整齊，在立根排放口下部地面上擺放采用鋼木結構的立根盒作為支撐，排放立根時管柱下端絲扣直接支立在木質立根盒上。

3 改造后效果

集成改造后的帶壓作業修井機作業參數：

二層臺高度：17.5m；

立根排放飄臺高度：7200mm。

在滿足各項作業指標的基礎上，改造后的整機與改造前相比具有以下優點。

（1）集成化動力輸出，節省修井費用，減少污染排放。

（2）集成優化了液壓系統，合并了液壓油箱，減少了液壓管線，提高搬安時效。

（3）修井帶壓施工過程各崗位之間溝通及時準確，帶壓作業的操作安全性提高。

（4）帶壓起下過程可進行立根作業，減少管柱上下平臺時間和上卸扣次數，提高帶壓作業時效，縮短修井周期。

4 現場試驗與應用

改造后的帶壓作業修井機經投入使用，每次起下立根耗時3~4min，以3000m管柱水井起下4趟管柱為例，比起下單根減少40h。

經改造設計后，取消地面液壓站與液控房，大幅減小了設備規模、管線全部集成化，大幅提高拆裝效率，每井次搬安可節約20h。

改造后的作業機經廠內安裝、調試、試運行后，于2017年5月~2019年1月在吐哈油田完成共28井次的注水井帶壓作業。綜合施工效率提高了16.9%以上。

5 結語

集成改造后的帶壓作業修井機是國內首創的可以起下立根的帶壓作業機，集成化程度高，搬安迅速，操作方便，安全節能環保，有效提高了修井作業的效率，縮短了作業周期，滿足我國西部油田需要。此集成化改造方案是帶壓修井作業推廣中的一個成功案例。