分動箱安全控制裝置的研制

徐 武，呂文偉，王保祥

（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

21 世紀以來，全球油氣勘探呈現勘探難度大、勘探對象復雜的趨勢，資料顯示，占總資源量43%的低滲透油氣資源埋藏較深，85%的油氣井位于山區、丘陵、沙漠等復雜地理環境；老油田已進入中后期開發階段，穩產難度大；更多的低品位、低滲透油區有待開發，尤其是深層天然氣開發難度越來越大。美國頁巖氣和致密油資源的成功勘探開發證明，傳統意義上的生油（氣）層已成為了新的勘探開發對象。連續油管作業技術因占地小、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。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，現階段，國外陸上油氣開發中80%以上的采用帶壓作業，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上處于領先地位。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。現在連續油管外徑由原來的Φ12.7（1/2”）mm 發展到現在的Φ168.27（6-5/8”）mm。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。

目前連續油管作業技術應用越來越多，連續油管設備在油氣田上的應用范圍持續擴大，連續管鉆井技術和連續管壓裂技術成為20 世紀90 年代以來發展最快的兩項技術。據統計，中國每年大約以800 口井數量遞增，特別是氣井、水平井、定向井、大斜度井、分支井數量大幅增加，并且隨著油氣的不斷開采，作業井深逐漸延伸至5 000～6 000 m。

俄羅斯蘇爾古特地區以及中國東北地區、新疆地區冬季溫度低至-20 ℃以下，這些寒冷地區油田開發過程中經常使用低溫連續油管輔助設備對油管內壁進行熱洗和吹掃作業，低整機的移運、空壓機運轉、鍋爐運轉以及三缸柱塞泵的運轉動力全部都由底盤發動機提供。

低溫連續油管輔助設備在底盤原有傳動鏈上加裝了一個分動箱，用于將底盤動力輸出至車臺上裝設備，三缸柱塞泵的動力是通過底盤變速箱和底盤分動箱之間加裝的一種分動箱提供的。這種分動箱有上下2 個輸出口，下輸出口與底盤分動箱相聯，用于驅動底盤車行駛，上輸出口與三缸柱塞泵相聯，用于驅動三缸柱塞泵。輸出口選擇由換擋開關控制換擋氣缸實現。傳統的做法是，當車輛停止后，踩離合器同時扳動分動箱換擋開關，分動箱從行車模式切換到作業模式，或從作業模式切換到行車模式。駐車不穩或行車過程中誤操作使得分動箱意外換擋，后果是分動箱傳動齒輪損壞，底盤車因失去動力而突然停機，埋下極大的安全隱患，對設備造成不可逆的損壞，嚴重時還有可能會對操作人員的人身安全造成危害。因此，設備的安全換擋成為了設備安全的一個重要組成部分和重點關注點。

2 技術方案

本文通過改變現有換擋控制方式，研制一種分動箱安全換擋控制裝置，取代目前低溫連續油管輔助設備分動箱換擋方式，實現分動箱安全換擋。該裝置通過底盤PSM 控制模塊輸出底盤駐車信號控制底盤分動箱動力輸出的模式切換，實現底盤分動箱的安全換擋，即只有在操作人員刻意換擋的情況下，才可以完成分動箱的換擋，除此之外所有非意志下的換擋都不會換擋成功，如此一來有效避免由于誤操作造成分動箱意外換擋，導致分動箱傳動齒輪損壞，提高設備的操作安全性，延長設備使用壽命和確保操作人員人身安全。同時將行車模式指示燈與漸近開關聯動，實時顯示行車模式提醒操作人員，將潤滑泵油壓指示燈與油壓開關聯動，用于指示分動箱供油狀態，監測顯示分動箱運行狀態。油壓開關控制第二兩位三通電磁閥得電以及給分動箱供油，通過第一兩位三通電磁閥和第二兩位三通電磁閥執行換擋開關傳輸的分動箱動力擋位信號，進行擋位切換。

2.1 裝置組成

分動箱安全換擋控制裝置控制原理如圖1 所示，分動箱安全換擋控制裝置主要由蓄電池、保險、電源開關、控制繼電器、換擋開關、第一電磁閥、第二電磁閥、漸進開關、行車模式指示燈、油壓開關、潤滑泵油壓指示燈構成。

圖1 分動箱安全換擋控制裝置控制原理圖

蓄電池作為電能元件，為整個系統的運行提供24 V 直流電源。保險作為控制電路的安全保護元件，避免因短路、過載等造成用電設備的燒毀。電源開關作為供電回路的控制開關，打開此開關后控制回路才有電，閉合時控制回路沒有電。控制繼電器由底盤駐車信號控制。換擋開關控制底盤分動箱動力在“臺上”和“底盤”間進行切換。第一電磁閥和第二電磁閥是底盤分動箱動力執行機構。行車模式指示燈與漸近開關聯動，用于指示行車模式。潤滑泵油壓指示燈與油壓開關聯動，用于指示分動箱供油狀態。油壓開關控制第二兩位三通電磁閥得電以及給分動箱供油，第一兩位三通電磁閥和第二兩位三通電磁閥執行換擋開關傳輸的分動箱動力擋位信號。

2.2 裝置運行

車輛在行車模式時，車載分動箱動力驅動底盤，漸近開關處于閉合狀態，電源開關打開后，行車模式指示燈點亮。需要將分動箱動力切換到作業模式時，操作人員將車輛駐車，拉上手剎，此時底盤PSM 控制模塊輸出底盤駐車信號控制繼電器觸點閉合，同時換擋開關得電。此時，踩下離合器同時扳動換擋開關至“臺上”位置，第一電磁閥得電，第二電磁閥斷電，分動箱換擋氣缸換擋將動力切換至臺上，車輛進入作業模式，漸近開關處于斷開狀態行車模式指示燈熄滅。此時，油壓開關閉合，潤滑泵油壓指示燈點亮。作業完成后，扳動換擋開關至“底盤”位置，油壓開關斷開，潤滑泵油壓指示燈熄滅，第二電磁閥得電，第一電磁閥斷電，分動箱動力重回底盤，車輛進入行車模式。若車輛未拉上手剎，控制繼電器觸點處于常斷開狀態，換擋開關失效。這樣，駐車不穩或行車過程中即使誤操作，也不會使分動箱意外換擋，底盤分動箱實現安全換擋。

3 結論

通過改變現有換擋控制方式，研制出一種分動箱安全換擋控制裝置，取代目前低溫連續油管輔助設備分動箱換擋方式，分動箱安全換擋控制裝置通過引入底盤PSM 控制模塊輸出的底盤駐車信號作為控制底盤分動箱動力輸出的模式切換的先決條件，使得設備只有在操作人員刻意換擋的情況下，才可以完成分動箱的換擋，除此之外所有非意志下的換擋都不會換擋成功，從而實現底盤分動箱的安全換擋，駐車不穩或行車過程中即使誤操作，也不會使分動箱意外換擋，避免事故的發生，提升了設備安全性和操作人員的人身安全。