車載式高壓直管擺放及固定裝置

王保祥，呂文偉，徐 武

（1.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，陜西 西安710000；2.中石化四機石油機械有限公司，湖北 荊州434020）

1 引言

隨著全球工業化發展，石油需求不斷增加，各國都加大了石油的開采力度，井場道路條件越來越差，深井、水平井開采量不斷增加，非常規油氣資源的開發比例也逐漸增大。頁巖氣作為清潔高效能源，受到國家開采政策的大力支持，成為當前油氣開采主戰場。中石化響應國家能源局的號召在示范區涪陵焦石壩片區進行了大規模的開采。國內頁巖氣多分布在崇山峻嶺間，如蜀南、鄂西、貴州、重慶等地，該片區地處山區，井場場地條件嚴重受到地形地貌的制約，油田現場惡劣的條件對設備提出了更高的要求。連續油管車以其強大的功能和優良的性能在當今油田作業設備領域內得到了廣泛的認可和使用。現代連續油管技術應用在石油工業始于20 世紀60 年代，經過50 多年的發展，現已成為世界油氣工業技術研究和應用中的一個熱點。連續油管作業技術因占地面積小、效率高、對地層傷害小、帶壓作業等一系列優點在油氣開采尤其長水平井開采中應用越來越廣泛。現階段，國外陸上油氣開發中80%以上采用帶壓作業，形成了帶壓鉆井、修井功能于一體的連續油管作業裝備，以美國、加拿大等國為代表，在油氣井連續油管帶壓作業技術方面處于領先地位。利用連續油管修井已代表著當今世界修井技術的發展方向，并將作為一種常規、高效的作業技術在世界范圍內普及。近年來連續油管鉆井、壓裂技術也成為熱點。目前連續油管最大鉆井深度已超過6 900 m?，F在連續油管外徑由原來的Φ12.7（1/2"）mm 發展到現在的Φ12.7（1/2"）～Φ168.27（6-5/8"）mm。因為連續油管裝備的適用范圍廣，連續油管技術前期主要是作為傳輸流體的通道，基本用于洗井、基質酸化和氮氣舉升，目前已經擴展到鉆井、修井、測井和射孔、增產措施等領域，相關技術發展至今，連續油管已可廣泛用于油田鉆井、完井、壓裂、酸化、排液、試油、采油采氣、修井、集輸管線解堵等領域。

連續油管車作業完成后，管道內壁殘留有工藝液，這種工藝液往往會對連續油管內壁進行腐蝕，影響連續油管力學性能，給工作帶來風險。為了避免這種風險，作業結束后需要用空壓機泵車對其盤管進行清洗和吹掃工作，以保障連續油管車的使用壽命。用于將連續油管車和空壓機泵車連接起來的包括直管在內的連接管匯，通常以工具附件的形式由空壓機泵車攜帶。而如何在空壓機泵車有限的安裝空間內，以不影響其他部件的安裝及使用為前提下，解決直管的擺放及固定問題成為了一個技術難題。

2 技術方案

目前作業現場經常采用連續油管作業設備與空壓機泵車組合的形式，而且根據井場布置的不同，為了保證設備的正常連接，通常要求空壓機泵車要攜帶至少30 m 的高壓直管，而空壓機泵車為多功能集成設備，上裝部分部件繁多，設計緊湊，沒有足夠空間用于攜帶和固定高壓直管。本文需研制出一種便于操作、節約空間的車載高壓直管擺放及固定裝置，確保將設備所需高壓直管存放在空壓機泵車上，并且取用方便、固定可靠，從而解決高壓直管無法隨空壓機泵車攜帶和固定的工程難題。

2.1 整體布局

高壓直管擺放及固定位置如圖1 所示，副梁總成底部與底盤車大梁連接起到加強大梁強度的作用，副梁總成上部集成安裝各類部件，由于空壓機泵車集成多種功能，副梁上集成了多種功能部件，導致副梁總成上部沒有空間來存放，本文以副梁總成下部空間為切入點，通過對副梁總成的特殊設計，巧妙地將空壓機泵車所需裝載的高壓直管安裝在副梁總成內部，將直管擺放及固定裝置與副大梁集成在一起，既不增加整機寬度，又不增加整機高度，既可以安裝固定直管，又起到了連接副大梁主縱梁和邊梁的作用，不僅合理利用了安裝空間，而且提高了副大梁的強度。同時，該直管擺放及固定裝置將直管固定在副大梁上平面以下，降低了直管的離地高度，操作人員站立在地面上就可方便地取用或者存放直管，避免人員登高作業，降低了安全風險，降低了人員勞動量。同時，該直管擺放及固定裝置將直管隱藏在副大梁內，不僅對提高設備整體外觀質量起到促進作用，而且能防止雨雪沖刷直管，延長了直管的使用壽命。

圖1 高壓直管擺放及固定位置

2.2 關鍵結構設計

2.2.1 副梁總成

副梁總成如圖2 所示，主要由邊梁、橫梁、縱梁、連接板、翻轉檔桿總成組成。連接板的作用是將副梁總成和空壓機泵車底盤固定在一起，副大梁總成中的橫梁在靠近車輛外側下部位置處開有缺口，確保高壓直管能夠放入，橫梁側面開設凹槽，高壓直管可以沿凹槽向內或向外滑動，這種特殊的設計使得橫梁既可以滿足承載要求又可以放進或拿出高壓直管，橫梁變成了“高壓直管匣”。高壓直管的兩頭都放入到這種“高壓直管匣”內，“高壓直管匣”外側設置了翻轉檔桿總成，防止高壓直管左右滑動，從而起到固定高壓直管的作用。而且，這種“高壓直管匣”式的結構儲量大，兩側加起來能夠存放40 m 長的高壓直管，如此，這種特殊設計的橫梁和翻轉檔桿總成一起形成了一種車載高壓直管擺放及固定裝置，并且管線長度足以滿足現場施工要求。

圖2 副梁總成

2.2.2 翻轉檔桿總成

加砂系統如圖3 所示，翻轉檔桿總成由翻轉檔桿、轉銷、彈簧鎖銷構成。轉銷將翻轉檔桿銷接在“高壓直管匣”式橫梁上，翻轉檔桿可以沿轉銷轉動，彈簧鎖銷固定在翻轉檔桿上可隨彈簧鎖銷一起轉動，當翻轉檔桿位于豎直位置時，彈簧鎖銷自動鎖定限制翻轉檔桿旋轉，從而將“高壓直管匣”式橫梁內部的高壓直管固定在其內部，手動拔起彈簧鎖銷的鎖銷桿后即可打開翻轉檔桿并取用高壓直管。

圖3 加砂系統

3 結論

連續油管施工作業在市場上贏得了立足之地。連續油管作業具有快速高效、對地層的低傷害、低成本（來源于工序的簡化）等優點。20 世紀60 年代至70 年代末，油管材料發展緩慢；20 世紀80 年代，油管焊接工藝的出現使之煥發新的生機；20 世紀90 年代以來，隨著井下工具及工藝的發展，連續管作業迅速發展，連續油管在世界各油氣田的應用范圍持續擴大。中國連續油管作業也發展迅速，目前國內共有引進的連續油管作業機30 臺左右，主要分布在四川、大慶、長慶、勝利、華北、中原、吉林、新疆、遼河、吐哈、大港、河南和克拉瑪依等油田。而且設備呈不斷增長的趨勢，因此解決連續油管輔助設備的空壓機泵車的存放高壓直管的難題將進一步推進連續有關作業設備的發展，也將進一步降低連續油管作業的施工成本。本文成功研制的“高壓直管匣”在滿足橫梁承載強度的前提下，巧妙地對橫梁結構進行改造設計，加上翻轉檔桿總成，形成一套隱藏在副梁總成內部的車載式高壓直管擺放及固定裝置，解決了空壓機泵車無法裝載固定高壓直管的難題，將直管擺放及固定裝置與副大梁集成在一起，既不增加整機寬度，又不增加整機高度，既可以安裝固定直管，又起到了連接副大梁主縱梁和邊梁的作用，不僅合理利用了安裝空間，而且提高了副大梁的強度。同時便于人員操作，這樣的設計理念和巧妙的方法可在其他特種設備上推廣，起到在有限條件下擴充儲物空間的作用。