修井作業自動化技術在大港油田的應用及展望

楊希軍，張宏峰，柴壽春，陳吉森，王春祥

（中國石油大港油田公司井下作業公司，天津 300283）

1 國內修井作業自動化技術研究現狀

近年來，勝利、大慶、新疆、河南等油田與勝機、三一、南陽二機、東方先科等裝備制造企業合作，開展自動化修井設備現場試驗，經過近20年的研發攻關試驗，取得了一定的成果與認識。

勝機公司研發的管桿輸送機結構緊湊、性能穩定，在勝利油田累計投產150套。三一石油推出的常規修井機井口自動化改造方案，形成了比較完整的系統配套。南陽二機生產的全自動修井機小規模推廣，分別在河南、新疆、大慶、大港油田開展現場試驗。東方先科研制的分體式自動化裝置在大港油田完成23井次小修作業現場試驗。

現場試驗表明，各廠家設備存在無法起下泵桿、沖砂費時費力、制造維護成本高、生產時效低等共性問題，因此修井作業自動化研制還任重道遠，需要修井專業與裝備制造專業相結合，研發出滿足修井現場實際需求的自動化設備。

2 大港油田修井作業自動化設備應用情況

大港油田一直致力于修井作業自動化的探索試驗工作，先后推廣了管桿舉升機、井口操作平臺、氣動卡瓦等自動化配套裝置。2021年，結合本油田現場實際，研發試驗了智能一體化修井機和分體式修井作業裝置各一套，通過現場試驗，改進了設備的現場適應性，為下步研發提供了方向。

2.1 智能一體化修井機應用情況

智能一體化修井機于2021年7月在大港油田投產使用，目前累計完成20口井，起下管桿18 320根。設備主要技術參數，見表1。

表1 智能一體化修井機技術參數

2.1.1 設備模塊組成和工作流程

一體化修井機由管桿輸送、油管提懸、井口處理、集成控制4個模塊設計組成，如圖1所示。在作業過程中，采用PLC 集成控制各模塊操作，通過控制室的按鈕或手柄，各模塊相互協同，實現小修作業的自動化。起管工序流程如圖2所示，下放管柱與之相反。

圖1 智能一體化修井機系統組成

圖2 一體化修井機起升管柱工序流程

2.1.2 設備關鍵技術

（1）管桿輸送技術。研發的動力貓道舉升高度為0.8～3.5 m，移送管柱長度為8～10 m，最大起升載荷0.5 t，可遠程遙控、雙向折疊，簡便靈巧。

（2）自動液壓鉗技術。該設備集成對扣器和反扭矩釋放裝置，其結構簡化，集成主機，位置精度高，一鍵到井口位，一鍵完成上、卸扣作業，安全省力，減輕工人勞動強度。

（3）扶正機械手技術。機械手臂集成主機，通過伸縮臂實現伸長接管、縮回對中的功能，程序設置精密，一鍵到井口位，準確對中。

（4）集成控制技術。設備集成化程度高，除貓道外，其他全部集成于機車尾部，控制系統由液壓控制、PLC 自動控制、各裝置的控制元件組成，程序安全互鎖，避免誤操作。

2.1.3 存在問題及改進措施

（1）存在問題。①施工井架與貓道只能同一直線擺放；②無法自動化起下泵桿；③無法快速安裝防噴單根，搶噴時間長；④沖砂單根只能臨時放置在貓道另一側，接完油管單根后，需要人力搬上貓道，平時2 min 能完成的工序實測需要7 min。

（2）改進措施。①升級扶正機械手臂，增加旋轉功能，機械手磁吸油管后，啟動旋轉馬達，機械手與油管一起旋轉180°，將油管移運至動力貓道；②配置動力吊卡轉換吊鉤，起下泵桿時，無需拆卸吊卡，只需卡住吊卡轉換吊鉤，直接懸掛抽油桿吊卡；③將油管、旋塞閥、防噴短節組成新的防噴單根，放置貓道另一側抓手處，出現緊急情況，立即搶裝；④研發雙軌道動力貓道，可一鍵切換起下狀態，實現便捷沖砂的設計方案。

2.2 分體式自動化修井機應用情況

分體式自動化修井機于2021年8月在大港油田投產使用，累計施工23口井，共起下26644根油管，設備主要技術參數如表2所示。

表2 分體式自動化裝置技術參數

2.2.1 設備系統組成和工作流程

分體式自動化裝置采用模塊化設計，由升降平臺、液壓吊卡、半自動液壓鉗、氣動卡盤、管桿輸送機組成，形成了一套簡便實用的半自動化作業裝置，示意圖，如圖3所示，起下管柱的具體工序流程，如圖4所示。

圖3 分體式修井機井口自動化配套裝置

圖4 分體式自動化修井機起下管柱工序流程

2.2.2 設備關鍵技術

（1）井口操作平臺。由臺體、翻轉踏板、升降支腿、積液排污槽等主要部分組成，升降系統由液壓控制，可做到單腿的高度調整，實現平臺整體水平。

（2）半自動液壓鉗。通過小絞車鋼絲繩懸吊于井口，尾部連接氣缸。人工輔助完成液壓鉗的上卸扣、推送，整體移動由尾端氣缸推動，上卸扣由本體控制閥手動操作。

2.2.3 存在問題及改進措施

（1）存在問題。①起下油管過程中液壓吊卡偏擺角度不正；②液壓鉗推動氣缸過長，致使液壓鉗離井口太近；③操作平臺需吊車配合安裝拆卸，搬遷時需額外增加運輸車輛。

（2）改進措施。①安裝大鉤防風導向裝置，減小晃動，提高吊卡對油管的取送對中準確度；②液壓鉗推動氣缸更改為多級缸，避讓井口半徑600 mm 左右；③研發井架自背式井口操作平臺，高度可調，重量較輕，安裝方便快捷，搬遷可隨井架一起搬走。

3 修井作業自動化技術改進方向

通過多井次的現場試驗，一兩套自動化設備逐漸適應現場實際，實現了人工輔助起下泵桿，施工井范圍由最初的水井擴大到油水井，司鉆操作逐漸熟練，員工接受度不斷提高。然而設備依舊存在應急搶噴時間長，搬遷準備工作量大，制造維護成本高，生產時效較低等問題。要實現小修作業自動化技術推廣使用，未來應重點攻關以下幾方面。

（1）充分考慮井控應急的設施配套，做到應急反應迅捷準確。

（2）優化集成控制程序，縮短動作間銜接時間，提升設備運行速度。

（3）抽油桿的輸送、對中、上卸扣問題。

（4）改進自動液壓鉗，提升自動對中精確度。

（5）結合各油田作業現場實際，考慮不同的改造標準，形成多種自動化配套方案。

4 結語

自動化技術是今后修井作業發展的必由之路，其規模化推廣將為數智油田建設增添新動力，注入新動能。油田企業應緊緊抓住數智轉型建設機遇，與機械制造廠家交流合作，將修井專業與裝備研發相結合，對現有修井設備進行升級改造，共同研發適應性強、性價比高、穩定性好的自動化修井設備。