LG90/50Q型軌道式一體化連續管作業機研制

殷卓成，馬 青，柳慶仁，劉平國，袁文才，劉 菲，顏家福，周忠城

(中石油江漢機械研究所有限公司，武漢 430000)

近年來，隨著國內外大平臺叢式井、大斜度長水平井開發需求逐步攀升，以及大量油氣田生產開發已步入中后期階段，致使油氣田開發工藝中采油、修井作業任務占比大，通常需要快速完成作業工藝轉換[1-4]。常規有桿采油作業工藝需要頻繁接單根后起下管柱，并且存在桿管偏磨作業風險；常規修井機作業需頻繁拆裝作業設備，并且需要配合油管桿頻繁上卸扣和起升及下放，勞動強度繁重、作業風險高。因此，對于自動化、智能化程度高并且可完全滿足采油、修井工藝作業要求的新型作業設備的開發利用迫在眉睫。其中，連續管憑借無需接單根、起下管作業速度快、可帶壓作業、配套工具齊全等優勢，目前已廣泛應用于油氣田勘探開發領域，特別是在長水平井無桿泵采油、大/小修井作業工藝中應用效果明顯[5-10]。

但是，常規連續管作業機在大平臺叢式井作業中需頻繁拆裝運移井口裝置以及配套連續管裝備，并且由于平臺叢式井井間距通常較小，導致連續管設備可調整空間受限、配套設備井口對中操作時間較長。為進一步提高現場作業效率、減輕人員勞動強度，同時增強現有連續管作業機自動化程度，開發了一種軌道式一體化連續管作業機。該軌道式一體化連續管作業機采用雙軌道撬裝形式，可快速拆裝運移及調整井口裝置，連續管裝備與井口支架可實現修井與采油作業配套設備快速轉換等，滿足現場作業要求、減輕了現場人員勞動強度，為推動油氣田裝備自動化、智能化發展提供了研發思路。

1 總體結構方案及性能特點

軌道式一體化連續管作業機主要由敷纜管滾筒、修井滾筒、動力控制撬、導向器、注入頭、井口支撐架、防噴盒、防噴器、可伸縮式防噴管、軌道、電機等組成，總體結構布置如圖1所示。其中，快換式敷纜管滾筒可兼容目前國內常規敷纜管運輸卷盤尺寸，可直接實現運輸卷盤在滾筒上的快速安裝、起下管采油作業，無需進行倒管；修井作業滾筒采用下沉式撬裝結構，以增大滾筒的纏管容量，在適應道路運輸條件的同時實現連續管容量最大化。

1-修井滾筒；2-動力控制撬；3-敷纜管滾筒；4-連續管(或敷纜管)；5-導向器；6-注入頭；7-軌道；8-井口；9-防噴盒；10-防噴管；11-井口支撐架；12-電機；13-防噴器。圖1 LG90/50Q型連續管作業機總體布置

目前，常規連續管作業機以車裝式為主。為適應我國山區等復雜道路運輸條件及現場工況，將該軌道式一體化連續管作業機整體設計為撬裝結構[11-13]。其中，動力與控制系統集成于動力控制撬，敷纜管采油滾筒與修井作業滾筒分別成撬并且可實現快速轉換，井口支撐架可用于快速運移并連接井口防噴器、支撐并局部調整注入頭與防噴盒位置。配置有可伸縮式防噴管，可快速調整以適應不同井口高度與方位。根據平臺井場的實際井位分布采用鋪設2條軌道形式，將滾筒撬、動力控制撬以及井口支撐架置于軌道上。電控系統可實現各撬體在軌道上的快速運移與精確操控，可大量減輕平臺井的配套作業設備井間運移、井口對中調試以及采油修井工藝流程轉換等方面的操作勞動強度。

2 主要技術參數

注入頭最大持續提升力 90 kN

注入頭最大持續注入力 45 kN

注入頭最大起下速度 45 m/min

注入頭最小穩定速度 0.1 m/min

25.4～50.8 mm

修井滾筒連續管容量 連續管)；1 500 m(2 英寸連續管)

防噴器 英寸)；工作壓力13.79 MPa(2 000 psi)

防噴盒(側開門式) 英寸)；工作壓力13.79 MPa(2 000 psi)

3 主要部件及關鍵技術

3.1 注入頭

注入頭是通過直接夾持鋼制連續管或非金屬采油敷纜管實現下入和起出井筒的關鍵部件，主要由驅動系統、夾緊系統、張緊系統、鏈條總成、箱體、底座、框架、潤滑系統、數據采集系統和導向器等組成，總體部件結構如圖2所示。注入頭的起/下管作業功能通過兩大模塊實現：一是在夾緊液缸的驅動下，夾緊梁、推板以及與推板接觸的鏈條軸承、托架和夾持塊向靠近連續管的方向運動，并最終使夾持塊夾緊連續管；二是在驅動系統液壓馬達的驅動下，驅動鏈輪帶動鏈條以及鏈條上的夾持塊上/下運動，從而實現注入頭起/下連續管的功能。注入頭下部有2組張緊液缸推動被動鏈輪使鏈條張緊，以保證鏈條處于合適狀態進行工作，并且安裝有雙向載荷傳感器用于顯示注入頭所受連續管重力、遇阻載荷，同時還配備有里程計與旋轉編碼器，分別用于顯示連續管起下管里程及實時速度。此外，連續管在進入注入頭前將先通過上部弧狀結構的導向器完成預彎，避免連續管直接進入注入頭，使彎曲曲率過大而損傷連續管；連續管從注入頭下部穿出后將直接進入側開門式防噴盒，用于井筒與連續管環空區間防噴以及實現連續管帶壓作業。

1-驅動系統；2-框架；3-鏈條系統；4-夾緊系統；5-箱體；6-底座；7-數據采集系統；8-導向器；9-張緊系統。圖2 連續管注入頭結構

3.2 滾筒

滾筒既是用于纏繞存儲、運輸連續管(或敷纜管)的載體，也是通過配合注入頭實現連續管有序起下作業、整齊緊密纏繞的關鍵部件[14-16]。由于本軌道式一體化連續管作業機致力于同時滿足采油、修井作業要求，并且可實現2種工藝的快速轉換，因此基于現場作業需求，研制了修井滾筒和敷纜管滾筒。其中，修井滾筒用于纏繞鋼制連續管，配備下沉式獨立運輸底座，置于軌道上，利用電控系統進行精準運移控制。作業時配合注入頭、井下作業工具等實現連續管的有序起下修井作業。配備有自動/強制排管裝置、內/外部管匯通道、機械計數器、旋轉編碼器等。結構如圖3所示?？鞊Q式敷纜管滾筒則設計為可兼容目前國內常規敷纜管運輸卷盤尺寸，實現敷纜管運輸卷盤在滾筒上的快速安裝、分離，并進行無桿采油作業，有效避免了常見的采油管柱桿管偏磨問題。無需提前進行敷纜管倒管操作，提高了作業效率。

1-底座； 2-排管器； 3-支臂液缸； 4-內部管匯； 5-滾筒體；6-外部管匯； 7-起吊裝置；8-梯子； 9-液壓馬達+減速器 ；10-旋轉接頭。圖3 連續管修井滾筒結構

3.3 軌道式井口支撐架

軌道式井口支撐架既是用于支撐并帶動注入頭、導向器在軌道上精準運移的載體，也是可通過支架上調節裝置實現注入頭、防噴盒井口對中的關鍵部件。軌道式井口支撐架是一套由行走輪及驅動控制系統、可升降支架主體、滑軌移動式防噴盒固定座、注入頭安裝平臺、液缸等部件組成的可在鋪設軌道上運行的注入頭井口支撐裝置，可實現注入頭在鋪設軌道上運動，進行軌道內叢式井之間采油和修井一體化作業，結構如圖4所示。該軌道式井口支撐架可在無需配備吊車的情況下，完成軌道間全部叢式井的采油、修井一體化作業，主要功能體現在：

圖4 軌道式井口支撐架結構示意

1) 進行防噴管、防噴器等井控設備切換時，可將防噴盒固定座平移對中固定或抽開避讓，快速實現敷纜管和連續管不同井控設備的快速切換。

2) 進行轉移切換作業井時，通過電機控制系統和液缸平移機構，實現作業井口的快速切換及對中操作，極大減輕了作業人員勞動強度。

4 現場試驗

研制的LG90/50Q型軌道式一體化連續管作業機已在江漢油田井場完成了現場調試及作業試驗，成功完成采油、修井作業工藝以及快速實現叢式井的井口切換連接與作業工藝轉換，作業過程中各配套部件運行狀態正常、現場適應性良好。該軌道式一體化連續管作業機整機及軌道動力控制撬、滾筒、注入頭、井口支撐架等部件操控運行靈敏且滿足作業要求。注入頭通過井口支撐架升降、滑動液缸水平滑動實現快速井口對接與拆裝。防噴盒可根據采油、修井作業工藝轉換，進行便捷式滑移對中?？缮炜s式防噴管可配合防噴盒、防噴器及井口狀況進行高度調節實現帶壓作業。該作業機整體配套設備拆裝自動化程度高、實現了快速轉換、較大程度減輕了現場人員勞動強度。

5 結論

1) 研制了LG90/50Q型軌道式一體化連續管作業機。軌道化動力控制撬、滾筒、注入頭、井口支撐架等采用電控系統，整機模塊化程度高、響應速度快、操控靈敏、運移順暢，非常適合平臺叢式井、大斜度長水平井的復雜采油修井一體化作業。

2) 軌道化井口支撐架可同時實現注入頭、導向器在軌道上精準運移，并且可垂直/水平方向全方位調節注入頭以適應不同井口狀態；可滑移式防噴盒、可伸縮式防噴管配合軌道化井口支撐架，實現采油與修井作業工藝的快速轉換及拆裝。

3) LG90/50Q型軌道式一體化連續管作業機可滿足常規作業工藝，同時實現了采油、修井作業配套設備快速轉換，滿足現場作業要求、減輕了現場人員勞動強度，為推動油氣田裝備自動化、智能化發展提供了研發思路。