小修作業機智能化升級設備配置淺析

車繼勇，晏夢云，張海鵬，馬永剛

（1.蘭州石油機械研究所，甘肅蘭州 730070；2.西安電力高等專科學校，陜西西安 71000；3.渤海石油裝備（天津）采油裝備有限公司，天津 300280；4.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅蘭州 730070）

0 引言

小修作業機是油井保產穩產的重要設備。國內開發時間比較長的老油田，井下作業小修機自動化智能化程度普遍不高，配備自動化智能化設備比例小于10%，且配置不齊全，大多數采用4 人1 機的作業模式，修井作業效率低、工作時間長、修井成本高、安全性可靠性低，特殊修井新型工藝實施受限。

近年來，國內幾家大型修井機制造企業將修井機、小修作業機、試油修井設備的自動化、智能化、高可靠性、模塊化等陸續作為研發重點，近幾年新出廠的修井作業機設計模塊化，控制自動化，配置了智能化設備，而且部分還針對井下落物打撈、油泵檢修等作業工藝進行優化。

技術升級后的小修自動化智能化作業機適用于油田油、水井小修常規作業，具備自動油管舉升、自動卡持、自動對中、自動上/卸扣的功能。與常規小修智能化配置設備相比，優點在于自動化程度高、作業效率高，具有管柱在線無損探傷功能，提升絞車采用永磁同步電機作為主驅動，控制上具有超高的安全性和可靠性，司鉆1 人集成控制，無按鈕式操作，帶動力滑車，不傷絲扣，增速起升機構，輸送效率高，管柱自動對中，可滿足沖砂，不拆卸即可通過任何井下工具。

1 技術參數

作業效率：下管速度50 根/h，起管速度45 根/h，貓道起升15 s；適應井口高度0～1.5 m，適配井口壓力21/35 MPa，最大卸扣扭矩6000 N·m；適應油管直徑:″，適應油管長度：RANGⅡ8～10 m；貓道最大輸送重量500 kg，最大輸送高度4.2 m，控制系統電源DC 24 V。

2 配置方案

智能化小修作業機按設備控制協作進行模塊化設計，主要由提升游動模塊、井口模塊、智能控制模塊、場地模塊組成（圖1），技術升級總體方案上完善各模塊所完成的主要工作內容、自動化控制要求，根據小修作業機智能化升級總體要求，各模塊設計開發相應的智能化配套設備及部件。

圖1 小修作業機模塊組成

2.1 提升游動模塊（圖2）

圖2 提升游動模塊

游動系統設備組成包括修井絞車、天車、游車、大鉤、動力吊卡等。主要智能化控制設備為絞車的控制系統，絞車采用永磁同步電機作為動力源，永磁電機直驅絞車在設計中減少了鏈傳動減速或齒輪傳動減速環節，結構簡單，安裝尺寸小，可在鉆機后臺任意位置安裝。可實現鉆機絞車無齒輪（無鏈條）傳動和無摩擦剎車（設計的剎車盤為輔助安全剎車，主要依靠電機控制制動），降低鉆機能耗，簡化操作，控制精度高、安全性和可靠性高、維保費用低。

動力吊卡、吊環偏擺器，動力吊卡使用修井機液壓系統驅動，由司鉆遠程操作在井口抓取油管，可實現自動開合、自動翻轉、自動側擺、自動避讓油管接箍。吊卡配備機械鎖、液壓鎖、管柱到位傳感器、閉合傳感器等多重安全保護裝置，以杜絕誤操作。防油管柱擺動可無損安裝在現有的游鉤上。

2.2 井口模塊

井口模塊自動化配套設備是小修作業機的核心，對小修作業過程中油管起升、下放、上卸扣、油管扶正等一系列動作進行智能化自動化處理，并具備泥漿油污防噴，井口廢液收集等輔助功能。

（1）集成化作業平臺（圖3）。智能一體化動力鉗、泥漿防噴盒、井口扶正機械手、氣動卡盤、沖砂密封、井口廢液收集（能夠適應不同位置（左、右、前）上油管）等協作油管處理平臺。安裝自動校準功能，適應不同井口高度，內置校準程序。就位后只需要跑一次全行程，即可記憶主要參數。

為適應改革后的執業醫師考試，我國的高等醫學院校需進行相應的教學改革，例如：藥理學、病理學及一些臨床學科已經進行了相應的教學改革[4-7]。組織學是一門重要的醫學基礎課程，與生理學、病理學等基礎課程有著千絲萬縷的聯系，雖然執業醫師考試中沒有單列組織學，但執業醫師考試題中卻有諸多與組織學密切相關的知識點，為了適應執業醫師考試改革的需要，在組織學教學中也進行了相應的探索式改革，具體總結如下。

圖3 集成化作業平臺

（2）井口環形防噴器。可封住油管與套管環管，滿足沖砂作業時的密封要求。

（3）防噴器加長手輪。底部與原作業機單閘板防噴器連接并配有加長旋轉手輪，可在井口平臺外關閉、啟動防噴器。平臺首次安裝后可與防噴器整體運輸、安裝，操作簡便。

（4）智能一體化油管鉗（圖4）。程序化自動控制完成管鉗自動伸縮、自動上扣、卸扣、換擋、對中一氣呵成；增加配置了扭矩儀及遠程控制系統，實時顯示上扣扭矩，可精確上扣，防止過載損傷管柱；集成泥漿防濺盒；實時扭矩控制系統，可防止上/卸扣過擰或欠擰，錯扣感知功能，上、下扣錯位后，系統感知并預警，提高施工質量。

圖4 智能化油管鉗

（5）井口扶正機械手。提升油管時接住油管尾部緩沖、扶住油管下部進行對扣；下放油管時將油管推至動力貓道。

2.3 場地模塊

場地模塊設備包括：動力貓道、油管清洗裝置、油管探傷、油污收集等設備。

（1）動力貓道（圖5）：增速起升機構，10 s 起升，動力滑車，可有效防止磨損絲扣、拉拽滑車，可處理抽油桿（可選）長度6.8 m，普通車輛即可運輸。

圖5 動力貓道

（2）井口清潔化裝置包括：泥漿防噴盒、貓道泥漿收集槽、井口泥漿收集傘、液相、固相排污口。

（3）油管清洗系統：油管盒前方單獨設置離線清洗盒，管桿自井內取出后，自動化輸送線可輸送至后方的離線清洗盒內，利用高壓水蒸汽對油管內、外壁進行清洗。

（4）油管在線無損探傷系統工作原理：用一磁場沿管桿軸向（或者周向）磁化管桿段，當管桿通過磁化磁場時，一旦管桿中存在缺陷，則會在管桿表面產生漏磁場，或者引起磁化管桿磁路內的磁通變化，采用磁敏感元件檢測磁場的畸變即可獲得有關管桿缺陷的信息。

2.4 智能控制模塊

控制箱可集成在操作臺內，或者掛裝在井架上，配置有觸摸操作屏，可設置設備的運行參數，集成攝像頭監控畫面。

（1）一體化集成控制系統。司鉆1 人操作修井機及自動化設備，僅通過腳踏開關做安全確認，無需繁雜的操作，所有作業流程均內置于PLC 程序內，無需人工干預，司鉆僅通過腳踏開關做安全確認，無需繁雜的操作；采用分時負載控制技術，設備錯峰使用液壓系統動力輸出，系統整體負載降低，運行速度大幅提升。扭矩控制確保施工安全，實時扭矩控制系統可防止上/卸扣過擰或欠擰，錯扣感知功能，上、下扣錯位后，系統感知并預警，提高施工質量。

（2）智能化軟件系統。AIRIG 數字孿生平臺（設備參數、修井參數）→RPDAS 遠程預測診斷分析系統（智慧調度、預判分析）→智慧智能修井專家系統（設備監控、修井監控）。

（3）視頻監控。系統留有視頻監控接口，司鉆可全局監控作業狀況及設備運行狀態。

3 智能化升級的優點

（1）提高勞動生產率。多人協作變為司鉆為主導的全自動化作業，管具上扣合格率100%。

（2）降低勞動強度。繁重的人工勞動轉變為自動化管控。（3）提升經濟效益。減少作業人員數量，可實現1 人1 機作業模式，大幅度降低人工成本。

（4）降低安全事故率。徹底杜絕員工在非安全區域工作。

4 結束語

技術升級的智能化小修作業機，游動模塊絞車提升采用永磁電機提供動力，減少了中間機械減速環節，設備故障率及維護保養工作量降低，調速控制更簡便。井場控制電路全部采用24 V電，確保用電安全。增加了管柱在線無損檢測功能，第一時間發現管柱缺陷，及時更換。徹底杜絕井口作業安全隱患，極大減輕了勞動強度，提升作業員工的安全感和幸福感。

具備多重安全傳感器和安全邏輯智能管理系統，識別有安全隱患的誤操作，不響應危險操作；采用腳踏開關確認，系統自動運行。修井作業過程中每班減少2 人，每個作業隊減少8 人，智能化設備作業，平均單口井作業時間縮短35%，經濟效益明顯，2 年可收回投資成本。采用模塊化設計理念，僅有2 個運輸單元，轉場、安裝快速便捷。