自動化液壓貓道的設計研究

胡小剛，陳 德，杜瑞穎，張志敏，張 杰，章迎春

（渤海石油裝備制造有限公司石油機械廠，河北任丘 062550）

0 引言

目前國內石油鉆井過程中，上、下鉆具仍以氣動絞車使用鋼絲繩拉、拽的方式為主，需要3～4 名工人配合，鉆具易發生碰撞損壞，安全隱患多。國外先進鉆機大多配有自動化貓道，其中以德國本泰克、美國Canrig 等公司為代表，技術先進可靠。但國外設計的產品結構都比較大，不符合我國對運輸尺寸的要求。我國鉆機主要有2 大特點：鉆臺面高，4 000 m 鉆機通常在7.5 m，5 000 m 鉆機在9 m，7 000 m 鉆機為10.5 m，井口與大門坡道之間的距離比較遠。形成上述特點的原因在于將鉆機的立根盒梁設計在井架的正前方，鉆具必須穿過排放立根的立根盒才能到達井口，因此需要結合國內鉆機的實際情況進行研究，以滿足國內及國際高端市場對自動化貓道的需求。

1 產品結構設計

渤海石油裝備制造有限公司研制了一種自動化液壓貓道，集機械、電氣、液壓于一體，能夠實現將鉆桿、套管在地面與鉆機鉆臺之間進行送上或運下。主要由平跑道、斜跑道、運移桿、支架、電氣系統及液壓系統等幾大部分組成，主體結構見圖1。

1.1 平跑道

平跑道是整個系統的基座，是運移桿及支架在翻起前的軌道支撐，安放有液壓系統及電氣系統，將輸送物送入運移桿及將輸出物送出。主要由平臺、軌道、物料進出機構等組成，斜跑道與平跑道在端部鉸接，如圖2。

1.2 斜跑道

圖1 自動化貓道

圖2 平跑道

斜跑道部分由坡道、滑輪裝置及液壓絞車等組成。其一端與平跑道鉸接，另一端與鉆臺連接。斜跑道的作用是作為運移桿前輪的軌道，在背面接近底端安裝液壓絞車。

1.3 電氣控制系統

電氣控制系統主要包括軟啟動器、工業無線遙控器、PLC 控制系統、動力電纜、控制電纜等幾個部分。通過軟啟動器驅動55 kW 的電動機帶動液壓泵，使系統壓力保持在15 MPa 左右，為系統各油缸提供動力。具有遙控器控制和電控箱本體就地控制兩種操作方式。

1.4 液壓系統

液壓系統由液壓源、液壓閥組、執行機構（搖臂油缸、撥翻油缸、擋舌油缸等）、液壓管路（硬管與軟管）、附件組成。

液壓源的作用是為液壓貓道提供液壓動力，包括油箱、油泵、電機、閥塊、電器控制等元器件。液壓源采用2 級泵，即1 臺電機驅動2 個泵工作(柱塞泵和齒輪泵)。正常工作時，柱塞泵主要為主、副絞車提供液壓動力，從而實現液壓貓道的起升及鉆桿的推進。齒輪泵主要為起升油缸、擋舌油缸及撥翻油缸提供動力，能快速實現鉆桿至液壓貓道的裝卸。

液壓貓道中的液壓管路部分主要是由軟管和硬管兩部分組成，其中泵的進出油、過濾器的進出油、閥塊的進出油、油缸的進出油以及主、副絞車的進出油都是通過軟管方式連接，其特點為可以防止因電機工作時的震動而使得接頭松動，方便拆卸及更換。另外閥塊進出油至油缸進出油的中間距離是通過硬管連接，特點為整齊，無需拆卸。液壓管線采用軟硬管結合的方式使得液壓油路易檢修，易更換。

液壓源設有獨立的風冷裝置，對液壓油進行冷卻。該風冷裝置通過溫控器來控制，當油溫高于設定值上限，風冷電機自動啟動，油溫低于設定值下限時停止。

1.5 執行機構

搖臂機構（物料進出機構）：主要作用是將鉆桿從低位起升至高位或從高位降至低位。

擋舌：主要作用是鉆桿傾翻或起升至鉆機平臺時防止鉆桿慣性或人為誤操作而使得鉆桿翻出運移槽。

撥翻（翻管裝置）：主要作用是將鉆桿翻出運移槽至搖臂機構，通過搖臂機構將鉆桿從高位降至低位。

2 技術參數

驅動形式：55 kW 電機驅動，運送鉆具的長度8～11 m，運送鉆具的最大直徑500 mm，運送鉆具的最大重量3 000 kg，運送單根鉆具的時間70～120 s，根據40、50、70、90 鉆機的不同做成系列化貓道。

3 產品特點

上下鉆臺面不需要人工操作，安全性高。上下鉆臺面不需要其他輔助設備，操作簡單。一人即可完成操作，較常規方式減人2～3 人。液壓驅動，PLC 控制，自動聯鎖，平穩可靠。不需要對井臺作特別的改動。在井臺面上裝有機械限位機構，防止運移桿沖出井臺面的過沖危險。在緊急情況下，自動液壓貓道可作為貓道使用。

4 結語

自動化液壓貓道能夠大大降低鉆井過程中拆卸鉆具的安全風險，減少現場操作人員，符合各大鉆探公司的實際需求，隨著中油油服等企業“四化建設”的實施，機械化、自動化裝備將逐步推廣，傳統鉆機的貓道逐步被自動化貓道取代已成為發展的必然趨勢。