论文部分内容阅读
【摘要】目前在油田修井作业中起下管柱依靠人工操作，工人工作量大、安全性低。为此，研制了自动化修井装置。它主要包括提升系统、井口卡座、动力吊卡、冲砂装置、龙头机构、滑道系统、自动液压钳、监控系统、照明系统、液压系统、电控系统等。它实现了井口自动起、下管杆操作、自动抢喷、自动冲砂、防环境污染等功能。自动化修井装置减轻井口工人的劳动强度，提高施工安全性，改善了作业环境，具有广阔的推广应用前景。
【关键词】修井 自动化 动力吊卡 滑道系统 自动液压钳
修井作业是油田稳产、高产的的重要环节，其主要工作有：检泵、防砂、调层、射孔、换封、新井投产等，其中一个非常繁重的工作就是起下油管、抽油杆及井下工具[1]。目前起下作业依赖人工倒换油管（抽油杆）吊卡、摘挂吊环、推拉液压钳、推放小滑车、辅助油管定位。传统的作业方式不仅要求操作人员精力高度集中，动作配合灵活准确，而且操作频繁，不安全因素较多，作业危险性大，大部分井口人身伤害事故是由于井口操作配合不当造成的，工人劳动强度较大且作业效率低。
1 国内研究现状
修井作业行业仍采用传统的修井方式，井口操作的机械化程度很低，工人劳动强度大，安全系数低。为了降低工人的劳动强度，改善工作环境，增加工作的安全性，在国内一些石油机械厂和石油院校对修井井口作业的机械化进行了研究[2]。
2 自动化修井装置
目前，辽河石油勘探局兴隆台工程技术处和新松机器人公司共同研制了一套自动化修井装置，并在现场中投入使用。此装置作业流程采用自动化的技术手段，实现修井作业中的“提、转、甩”这三个基本功能和井口无人自动化操作。装置主要包括提升系统、井口卡座、动力吊卡、冲砂装置、龙头机构、滑道系统、自动液压钳、监控系统、照明系统、液压系统、电控系统等。
2.1 提升系统
提升系统采用变频电机通过减速机驱动滚筒的形式实现管杆的上提和下放。它的最大优点就是节省能源和减少环境污染，达到绿色修井的目的。提升系统主要包括：底盘、大绞车（气离合、滚筒、减速机、盘刹）、液压小绞车、井架、天车、游车系统等。
2.2 井口卡座
井口卡座由本体、液动卡瓦、吊卡定位器、接箍定位器、防喷溅装置以及自动抢喷装置等组成。卡瓦开、关采用液压动力驱动，动作可靠。吊卡定位器安装在卡座工作平板上，用来实现油管、抽油杆上提和下放时吊卡在井口位置的准确定位。接箍定位器可以上下升降和水平移动，可以准确定位接箍位置。防喷溅装置可以回收油管内的液体，防止污染井场环境。自动抢喷装置采用传统井控原理进行设计，在旋紧防喷旋塞后能够自动关闭防喷旋塞中心球阀，确保有效可靠的封井。
2.3 动力吊卡
动力吊卡由吊卡、自制吊环、连接装置、常规吊环等组成。在上提和下放的过程中，吊卡卡爪的打开与关闭采用吊卡上的液压缸自动完成操作。卡爪的开合由一对偏心轮来实现。当两个偏心轮合在一起时，通过两个槽形凸轮的后部平面与吊卡外壁接触起到限位作用而达到一个极限位置，即锁卡的位置。
2.4 冲砂装置
冲砂装置安装在动力吊卡内部，主要由密封胶件、中心管、转向弯头、导轨、限位销和液压缸等组成。在冲砂作业中可以实现自动换单根，不需拆接弯头和倒水龙带，缩减了换单根的时间，避免砂卡现象发生。
2.5 龙头机构
龙头机构包括导向斗、活门机构、扶正机构、电磁推管器等。龙头机构固定在底盘龙头调节机构上，通过四连杆机构相连接，在运输时收回，以缩小运输时设备的外形尺寸，工作时伸出，并且根据井场实际情况可以进行±90度旋转，以满足不同工作状态的需要。导向斗整体为框架结构，安装在斜定位机构的上部，对动力吊卡进行导向定位。活门机构单侧门旋转角度大于90°，双门打开后吊卡可以顺利通过，关闭时对吊卡进行支撑。扶正机构由两个扶手构成，在进行管杆上提和下放操作时，卡爪调节到适用于管杆的位置。电磁推管器在甩管杆时，对管杆推出一个初始角度以利于管杆倾斜下滑；在接管杆时，对管杆辅助支撑，以防止管杆的摆动和对扶正机构的冲击，并利用电磁吸力可以有效控制管杆在空中随意摆动。
2.6 滑道系统
滑道系统主要由前箱、后箱、底座支撑、两侧支撑、动力滑道、小滑车、机械手、驱动链机构、抓管机构、举升机构、高度及位置调节机构和检测装置等构成。在起管流程的操作过程中，驱动链机构自动旋转，可以有效驱动管杆顺利下滑，抓管机构自动把管杆接送到管桥上，保证甩管过程连续可靠；在下管流程操作过程中，抓管机构自动把管杆从管桥上管位接送到動力滑道上，然后小滑车把管杆推送到预定位置，所有过程全部自动操作。
2.7 自动液压钳
自动液压钳是在手动油管液压钳的基础上通过机构和控制方式的改造来实现自动操作，更换主钳和背钳钳牙可以进行抽油杆上卸扣操作。自动液压钳有自动上卸扣、扭矩检测控制、旋转圈数计数等功能。
此自动化修井装置只需2名工人操作，实现了井口起、下管杆自动化操作（液压钳上卸管、杆扣自动化操作、井口卡座自动化操作、吊卡的自动化操作以及甩管的自动化操作等功能）、自动抢喷、自动冲砂、防环境污染等功能。经过二年多的实际应用，积累了大量现场工作经验，对修井工作中的不足，逐渐加以改进和完善，达到了实用性、适应性、可靠性、安全性、降低劳动强度的目标。
3 结语
自动化修井装置不仅能提高修井工人作业的安全性和降低工人的劳动强度，更能创造出良好的经济效益。在以人为本，安全生产、清洁生产的社会环境下有着非常广阔的市场应用前景。
参考文献
[1] 张宝增，王瑞和.修井作业中的自动起下管柱系统探讨[J].石油矿场机械，2007，36（4）：22-25
[2] 常玉连，肖易萍，高 胜，聂文平.修井井口机械化自动化装置的研究进展[J].石油矿场机械，2008，37（5）：62-67
作者简介
王四明，男，生于1984年，助理工程师，2008年毕业于大庆石油学院机械设计制造及其自动化专业，现从事井下作业和自动化修井工作。
【关键词】修井 自动化 动力吊卡 滑道系统 自动液压钳
修井作业是油田稳产、高产的的重要环节，其主要工作有：检泵、防砂、调层、射孔、换封、新井投产等，其中一个非常繁重的工作就是起下油管、抽油杆及井下工具[1]。目前起下作业依赖人工倒换油管（抽油杆）吊卡、摘挂吊环、推拉液压钳、推放小滑车、辅助油管定位。传统的作业方式不仅要求操作人员精力高度集中，动作配合灵活准确，而且操作频繁，不安全因素较多，作业危险性大，大部分井口人身伤害事故是由于井口操作配合不当造成的，工人劳动强度较大且作业效率低。
1 国内研究现状
修井作业行业仍采用传统的修井方式，井口操作的机械化程度很低，工人劳动强度大，安全系数低。为了降低工人的劳动强度，改善工作环境，增加工作的安全性，在国内一些石油机械厂和石油院校对修井井口作业的机械化进行了研究[2]。
2 自动化修井装置
目前，辽河石油勘探局兴隆台工程技术处和新松机器人公司共同研制了一套自动化修井装置，并在现场中投入使用。此装置作业流程采用自动化的技术手段，实现修井作业中的“提、转、甩”这三个基本功能和井口无人自动化操作。装置主要包括提升系统、井口卡座、动力吊卡、冲砂装置、龙头机构、滑道系统、自动液压钳、监控系统、照明系统、液压系统、电控系统等。
2.1 提升系统
提升系统采用变频电机通过减速机驱动滚筒的形式实现管杆的上提和下放。它的最大优点就是节省能源和减少环境污染，达到绿色修井的目的。提升系统主要包括：底盘、大绞车（气离合、滚筒、减速机、盘刹）、液压小绞车、井架、天车、游车系统等。
2.2 井口卡座
井口卡座由本体、液动卡瓦、吊卡定位器、接箍定位器、防喷溅装置以及自动抢喷装置等组成。卡瓦开、关采用液压动力驱动，动作可靠。吊卡定位器安装在卡座工作平板上，用来实现油管、抽油杆上提和下放时吊卡在井口位置的准确定位。接箍定位器可以上下升降和水平移动，可以准确定位接箍位置。防喷溅装置可以回收油管内的液体，防止污染井场环境。自动抢喷装置采用传统井控原理进行设计，在旋紧防喷旋塞后能够自动关闭防喷旋塞中心球阀，确保有效可靠的封井。
2.3 动力吊卡
动力吊卡由吊卡、自制吊环、连接装置、常规吊环等组成。在上提和下放的过程中，吊卡卡爪的打开与关闭采用吊卡上的液压缸自动完成操作。卡爪的开合由一对偏心轮来实现。当两个偏心轮合在一起时，通过两个槽形凸轮的后部平面与吊卡外壁接触起到限位作用而达到一个极限位置，即锁卡的位置。
2.4 冲砂装置
冲砂装置安装在动力吊卡内部，主要由密封胶件、中心管、转向弯头、导轨、限位销和液压缸等组成。在冲砂作业中可以实现自动换单根，不需拆接弯头和倒水龙带，缩减了换单根的时间，避免砂卡现象发生。
2.5 龙头机构
龙头机构包括导向斗、活门机构、扶正机构、电磁推管器等。龙头机构固定在底盘龙头调节机构上，通过四连杆机构相连接，在运输时收回，以缩小运输时设备的外形尺寸，工作时伸出，并且根据井场实际情况可以进行±90度旋转，以满足不同工作状态的需要。导向斗整体为框架结构，安装在斜定位机构的上部，对动力吊卡进行导向定位。活门机构单侧门旋转角度大于90°，双门打开后吊卡可以顺利通过，关闭时对吊卡进行支撑。扶正机构由两个扶手构成，在进行管杆上提和下放操作时，卡爪调节到适用于管杆的位置。电磁推管器在甩管杆时，对管杆推出一个初始角度以利于管杆倾斜下滑；在接管杆时，对管杆辅助支撑，以防止管杆的摆动和对扶正机构的冲击，并利用电磁吸力可以有效控制管杆在空中随意摆动。
2.6 滑道系统
滑道系统主要由前箱、后箱、底座支撑、两侧支撑、动力滑道、小滑车、机械手、驱动链机构、抓管机构、举升机构、高度及位置调节机构和检测装置等构成。在起管流程的操作过程中，驱动链机构自动旋转，可以有效驱动管杆顺利下滑，抓管机构自动把管杆接送到管桥上，保证甩管过程连续可靠；在下管流程操作过程中，抓管机构自动把管杆从管桥上管位接送到動力滑道上，然后小滑车把管杆推送到预定位置，所有过程全部自动操作。
2.7 自动液压钳
自动液压钳是在手动油管液压钳的基础上通过机构和控制方式的改造来实现自动操作，更换主钳和背钳钳牙可以进行抽油杆上卸扣操作。自动液压钳有自动上卸扣、扭矩检测控制、旋转圈数计数等功能。
此自动化修井装置只需2名工人操作，实现了井口起、下管杆自动化操作（液压钳上卸管、杆扣自动化操作、井口卡座自动化操作、吊卡的自动化操作以及甩管的自动化操作等功能）、自动抢喷、自动冲砂、防环境污染等功能。经过二年多的实际应用，积累了大量现场工作经验，对修井工作中的不足，逐渐加以改进和完善，达到了实用性、适应性、可靠性、安全性、降低劳动强度的目标。
3 结语
自动化修井装置不仅能提高修井工人作业的安全性和降低工人的劳动强度，更能创造出良好的经济效益。在以人为本，安全生产、清洁生产的社会环境下有着非常广阔的市场应用前景。
参考文献
[1] 张宝增，王瑞和.修井作业中的自动起下管柱系统探讨[J].石油矿场机械，2007，36（4）：22-25
[2] 常玉连，肖易萍，高 胜，聂文平.修井井口机械化自动化装置的研究进展[J].石油矿场机械，2008，37（5）：62-67
作者简介
王四明，男，生于1984年，助理工程师，2008年毕业于大庆石油学院机械设计制造及其自动化专业，现从事井下作业和自动化修井工作。