新型修井操作工藝的應(yīng)用

劉銘強(qiáng)

（江蘇油田井下作業(yè)處，江蘇揚(yáng)州225265）

新型修井操作工藝的應(yīng)用

劉銘強(qiáng)

（江蘇油田井下作業(yè)處，江蘇揚(yáng)州225265）

分析傳統(tǒng)修井作業(yè)操作方式人工各操作流程工作量和存在的弊端，研究應(yīng)用新型修井操作工藝，通過研制配套常規(guī)作業(yè)用管桿自動(dòng)輸送機(jī)、對(duì)開式吊卡、氣動(dòng)卡瓦、油管扶正器和井口小平臺(tái)等裝置，打破傳統(tǒng)作業(yè)操作模式，井口連續(xù)倒換吊卡、場地工抬放油管的重體力工作減少，實(shí)現(xiàn)井口單人操作和管桿自動(dòng)輸送的半自動(dòng)化工作模式。

油井作業(yè)；修井操作工藝；應(yīng)用

1 存在的問題

傳統(tǒng)油井作業(yè)操作方式是依靠人力與作業(yè)機(jī)配合進(jìn)行起下管柱施工。現(xiàn)場施工時(shí)，通常情況下現(xiàn)場有4人進(jìn)行配合操作，其中1名設(shè)備操作手負(fù)責(zé)操作作業(yè)機(jī)，2名井口工負(fù)責(zé)倒換吊卡和油管上卸扣，1名場地工負(fù)責(zé)撬油管。以正常情況起英寸200根油管為例，2名井口工和1名場地工的工作內(nèi)容見表1，從表中可看出，井口工和場地工操作是一項(xiàng)高強(qiáng)度體力勞動(dòng)（據(jù)調(diào)研，長期從事此項(xiàng)工作勞動(dòng)者多患有腰椎疾?。?，而且井口操作環(huán)境惡劣，井內(nèi)原油、污水隨油管帶出后污染防噴器及井口操作位置，員工只能踩在污泥內(nèi)施工，操作環(huán)境惡劣。打破傳統(tǒng)作業(yè)操作模式，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善現(xiàn)場操作環(huán)境，提高勞動(dòng)力利用效率是亟需解決的問題。

表1 工作內(nèi)容

2 場地工操作工藝優(yōu)化

場地工主要負(fù)責(zé)輸送油管，降低場地工輸送油管勞動(dòng)強(qiáng)度需從實(shí)現(xiàn)機(jī)械送管方向入手。2013年，江蘇油田引進(jìn)投用1臺(tái)帶壓作業(yè)用管桿輸送機(jī)，受到基層員工歡迎和認(rèn)可。為此，在此基礎(chǔ)上需研制一臺(tái)適合常規(guī)作業(yè)用管桿自動(dòng)輸送機(jī)。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)特點(diǎn)，常規(guī)作業(yè)用管桿自動(dòng)輸送機(jī)采用了一體化設(shè)計(jì)，將液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合在一起。設(shè)計(jì)整體尺寸長×寬×高控制在9000×1400×1500 cm以內(nèi)，方便運(yùn)輸裝卸。

液壓缸是輸送機(jī)最重要的部件，只有可靠的液壓缸才能滿足現(xiàn)場的使用需求。在液壓缸的選型設(shè)計(jì)上需要考慮輸送能力和輸送速度。設(shè)計(jì)液壓缸額定起升負(fù)荷為3000 N，最大舉升能力為5000 N，要求液壓缸安全系數(shù)可達(dá)到3。

液壓缸選型主要依據(jù)所需的最大作用力Fmax以及最大工作行程來確定。根據(jù)液壓系統(tǒng)中油缸的工作特點(diǎn)，查資料可知：

式中i——第i級(jí)活塞缸

P——液壓系統(tǒng)額定工作壓力，MPa

η——系統(tǒng)效率，通常取=0.8

參照表2選取P，P越高，對(duì)密封要求也越高，成本亦隨之上升。根據(jù)機(jī)構(gòu)類型及工作特點(diǎn)，取P=10 MPa。

表2 液壓設(shè)備常用的工作壓力

根據(jù)輸送機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主舉升液壓缸工作角度α范圍是14.15°～49.53°，在最小角度時(shí)，液壓缸垂直方向分力最小，水平方向分力最大（圖1）。，由公式（1）可知

圖1 液壓缸受力分析

表3 缸筒內(nèi)徑尺寸系列（GB/T 2348-1993）

參照表3，取液壓缸內(nèi)徑為D1=100 mm。在單桿活塞中，d值可由D和λv求得，標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的λv系列值為1.06，1.12，1.25，1.4，1.6，2，2.5和5，為減少活塞在運(yùn)動(dòng)過程中的沖擊，取參照表4，取活塞桿直徑d=63 mm。最后根據(jù)輸送機(jī)整體結(jié)構(gòu)，確定主舉升液壓缸型號(hào)，其額定工作壓力16 MPa，行程為1290 mm，內(nèi)徑為Φ100 mm，活塞桿直徑為63 mm（圖2）。液壓缸完成選型后，需要進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。液壓缸靜強(qiáng)度在21 MPa壓力時(shí)，穩(wěn)壓5 min無壓降滲漏、無永久變形等現(xiàn)象；在16 MPa壓力時(shí)，液壓缸伸縮500次，全行程無滲漏。

通過對(duì)主要部件的校核計(jì)算，最終實(shí)施生產(chǎn)制作和現(xiàn)場調(diào)試應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了油管機(jī)械化輸送，優(yōu)化了場地工操作。

表4 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（GB/T 2348-1993）

圖2 主舉升液壓缸

3 井口工操作工藝優(yōu)化

優(yōu)化井口工操作環(huán)境需要從減輕工作量和改善操作環(huán)境入手，設(shè)計(jì)配套了井口小平臺(tái)、氣動(dòng)卡瓦等裝置。井口小平臺(tái)的設(shè)計(jì)定位是能夠讓井口工站在上面操作，井口溢出介質(zhì)能夠進(jìn)行回收處理，避免污染，使井口工能夠有一個(gè)相對(duì)安全、良好的操作空間。

結(jié)合當(dāng)前作業(yè)工藝要求，井口小平臺(tái)需安裝在防噴器上方，設(shè)計(jì)小平臺(tái)安裝法蘭與防噴器法蘭一致，便于拆卸。井口小平臺(tái)工作面采用格柵踏網(wǎng)設(shè)計(jì)，防滑且便于油管內(nèi)的介質(zhì)流入工作面下方的集污盒。由于人站在小平臺(tái)上操作，工作面距離地面有一定的高度（＜2 m），為了保證操作安全，平臺(tái)周圍設(shè)計(jì)了可拆卸防護(hù)欄、上臺(tái)梯子以及逃生通道。設(shè)計(jì)圖紙見圖3。

徹底解決井口工倒換吊卡的問題是應(yīng)用氣動(dòng)卡瓦替代一個(gè)吊卡，將氣動(dòng)卡瓦安裝在小平臺(tái)中心通道上，實(shí)現(xiàn)快速卡管。在作業(yè)機(jī)上引入工作氣源并安裝控制氣閥，控制氣閥在安裝時(shí)需要嚴(yán)格對(duì)安裝位置進(jìn)行選定分析，既不能影響機(jī)手正常操作，也不能處于易誤操作的區(qū)域（圖4）。最終在通井機(jī)上，控制氣閥安裝在儀表盤的中間偏上區(qū)域（圖5）。在修井機(jī)上則安裝于司鉆箱的右上方，這些位置都是容易操作且不容易誤碰，安全可靠。

另外，為了更快的實(shí)現(xiàn)吊卡扣管操作，采用對(duì)開式吊卡（圖6）替代活門吊卡，配合管桿自動(dòng)輸送機(jī)的送管上抬動(dòng)作，可提高扣管速度。通過以上研究測(cè)試，最終確定了作業(yè)井口機(jī)械化裝置主要由常規(guī)作業(yè)用管桿自動(dòng)輸送機(jī)、井口小平臺(tái)、油管扶正器、對(duì)開式吊卡和氣動(dòng)卡瓦等構(gòu)成。

圖3 井口小平臺(tái)設(shè)計(jì)

圖4 氣動(dòng)卡瓦現(xiàn)場安裝測(cè)試

圖5 氣動(dòng)卡瓦控制閥在通井機(jī)上的安裝位置

4 現(xiàn)場調(diào)試應(yīng)用

在完成整套作業(yè)井口機(jī)械化裝置的設(shè)計(jì)制作后，該套設(shè)備在現(xiàn)場投入調(diào)試、演練工作（圖7）。在演練調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)氣動(dòng)卡瓦卡放管柱不到位，經(jīng)過分析，由于小平臺(tái)中心通道大于油管外徑，油管在通道內(nèi)產(chǎn)生偏移，油管與通道的同軸度偏差大，造成氣動(dòng)卡瓦無法正常楔入卡住油管。為此，設(shè)計(jì)油管扶正器（圖8），徹底解決了氣動(dòng)卡瓦無法正常卡住油管的問題，實(shí)現(xiàn)了快速卡管、快速釋放。調(diào)試正常、操作熟練后，2015年12月作業(yè)井口機(jī)械化裝置在永7-18井成功應(yīng)用（圖9），管桿自動(dòng)輸送機(jī)在場地工的遙控下，將油管送至井口小平臺(tái)工作面指定位置，井口工熟練完成扣吊卡、上扣操作，機(jī)手得到“油管已上扣”指令，釋放氣動(dòng)卡瓦，油管下入井內(nèi)，整個(gè)過程耗時(shí)僅僅1 min。

圖6 對(duì)開式吊卡

圖7 現(xiàn)場調(diào)試

圖8 油管扶正器

5 效果

通過對(duì)井口操作工藝的優(yōu)化，打破了傳統(tǒng)作業(yè)操作模式，為現(xiàn)場施工帶來了極大地好處，受到了基層單位的歡迎和認(rèn)可，主要效果如下。

（1）井口實(shí)現(xiàn)單人操作。利用氣動(dòng)卡瓦的配合，井口操作無需倒換吊卡，單人就可實(shí)施起下管柱作業(yè)。

圖9 永7-18井施工現(xiàn)場

（2）井口操作環(huán)境得到改善。具有集污功能的小平臺(tái)不僅使井口工不用踩在油污內(nèi)操作，也使防噴器變得清潔。

（3）大幅度降低勞動(dòng)強(qiáng)度。井口工和場地工的勞動(dòng)強(qiáng)度降低了約80%，不再需要倒換吊卡和抬放油管，員工操作變得輕松。

（4）有利于挖掘勞動(dòng)力潛力。勞動(dòng)強(qiáng)度降低后，有利于基層隊(duì)伍盤活人力資源，緩解用工緊張的問題。

（5）有利于標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場的建設(shè)。采用標(biāo)準(zhǔn)化的配置，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場的建設(shè)起到了助推作用，讓管理更加規(guī)范。

（6）設(shè)備可靠性得到提高。管桿自動(dòng)輸送機(jī)采用一體化設(shè)計(jì)，不僅現(xiàn)場裝卸方便，而且無須現(xiàn)場接插電纜和液壓管線，避免接插件的損壞和液壓系統(tǒng)的污染，有效提高設(shè)備運(yùn)行效率。

〔編輯 凌瑞〕

TE935

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.27