彭小平

【摘 要】該設(shè)計(jì)與常規(guī)鉆機(jī)自動(dòng)化設(shè)計(jì)最大的區(qū)別，在于對(duì)鉆臺(tái)面、小鼠洞和大門(mén)坡進(jìn)行了一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)，是對(duì)傳統(tǒng)作業(yè)方式的一次突破，它可以實(shí)現(xiàn)在接、甩鉆具單根時(shí)不用將鉆具上提到鉆臺(tái)面高度以上，能夠降低起吊鉆具作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于單根運(yùn)移路線短，能夠提高工作效率，特別是對(duì)于重量大的大尺寸鉆鋌效果更加明顯。

【關(guān)鍵詞】貓道;小鼠洞;接甩鉆具;優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)： TE922 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）08-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.014

【Abstract】The biggest difference between this design and the automatic design of conventional drilling rig lies in the integrated and optimized design of drill table， mouse hole and gate slope， which is a breakthrough to the traditional operation method. It can realize that when connecting or throwing a drill tool at a single root， it does not need to raise the drill tool above the height of the drilling table， which can reduce the operational safety risk of the lifting tool. At the same time， due to the short single transport route， it can improve the working efficiency. In particular.

【Key words】Cat Road; Mouse holes; Accepting drilling tools; Optimized design

0 引言

近年來(lái)，隨著自動(dòng)化技術(shù)水平的提高，為了降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，國(guó)內(nèi)外石油機(jī)械行業(yè)均對(duì)鉆機(jī)的配套設(shè)施開(kāi)展了廣泛研究，包括貓道和小鼠洞等[1-3]。這些研究存在一個(gè)共性問(wèn)題，鉆具上、下鉆臺(tái)時(shí)需要移動(dòng)的距離和高度沒(méi)有改變，部分運(yùn)動(dòng)屬于無(wú)效運(yùn)動(dòng)，影響生產(chǎn)時(shí)效，且制造成本高、運(yùn)輸不方便、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)使用不方便等，使得推廣應(yīng)用受到限制。鉆機(jī)的機(jī)械自動(dòng)化能力已成為制約安全、制約鉆井提速增效的瓶頸問(wèn)題。

1 接甩鉆具單根作業(yè)方式現(xiàn)狀

1.1 常規(guī)作業(yè)方式

我國(guó)現(xiàn)有鉆機(jī)在鉆井過(guò)程中，接、甩鉆具大多數(shù)仍以人手工操作配合鉆臺(tái)與貓道上的氣動(dòng)絞車(chē)?yán)?、拽的方式進(jìn)行，具體過(guò)程如下：

接鉆具單根。首先由工人從鉆臺(tái)上的氣動(dòng)絞車(chē)下放鋼絲繩掛住鉆具頂部，沿著貓道和坡道提升至鉆臺(tái)面，然后由鉆工扶住緩慢移至小鼠洞中，用吊卡卡住鉆具。如果是接比較重的鉆鋌，則需要打安全卡瓦，更加費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

甩鉆具單根。利用鉆臺(tái)上的氣動(dòng)絞車(chē)將鉆具提出小鼠洞，再人工將鉆具推入坡道內(nèi)，沿坡道的V型槽滑入至貓道上。

常規(guī)作業(yè)方式的缺點(diǎn)是需要3-4名熟練工人配合，效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，單根提升高、安全性差。

1.2 動(dòng)力貓道作業(yè)方式

鉆具的運(yùn)送自動(dòng)化方面，目前國(guó)內(nèi)外鉆機(jī)配套制造廠家和公司的研究主要集中在動(dòng)力貓道，較少涉及鉆臺(tái)、小鼠洞、大門(mén)坡等設(shè)施的改進(jìn)。現(xiàn)有動(dòng)力貓道大致可分為固定式、舉升式和抓取式三類(lèi)。

a）固定式。模擬原有人工運(yùn)送鉆具的方式，通過(guò)安裝在貓道和坡道上的動(dòng)力裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)其上的鉆具運(yùn)動(dòng)。

這種貓道結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是只適用于井架小、鉆臺(tái)面積小、底座低的陸地小型鉆機(jī)。

b）舉升式?？恳焊走M(jìn)行舉升動(dòng)作，將鉆具向井口方向推動(dòng)到需要的位置。其缺點(diǎn)是尺寸太大，難以運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)。

c）抓取式。多用于海洋鉆機(jī)及一些對(duì)安裝布置空間有特殊要求的鉆機(jī)，借助機(jī)械臂抓住鉆具，再通過(guò)相應(yīng)動(dòng)作將其移送到需要的位置，可以直接實(shí)現(xiàn)鉆具在鉆臺(tái)和鉆桿排放架之間的運(yùn)移。

其優(yōu)點(diǎn)是處理鉆具能力強(qiáng)、速度快、自動(dòng)化程度高;缺點(diǎn)是成本高、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜、安裝維修不易，而且對(duì)液壓元件和自動(dòng)化控制程度的要求也高。

1.3 鉆井小鼠洞鉆具卡緊作業(yè)方式

專(zhuān)門(mén)針對(duì)小鼠洞所做的研究改進(jìn)形式也有很多，有液動(dòng)的，也有氣動(dòng)的，還有自動(dòng)的。以美國(guó)艾迪科公司生產(chǎn)的小鼠洞接單根裝置為例，純靠鉆具自重來(lái)發(fā)生作用的。該裝置用螺栓連接在焊于鼠洞管頂端的法蘭盤(pán)上。單根拉上鉆臺(tái)后，鉆工打開(kāi)支座鎖緊器，并將單根下入小鼠洞管內(nèi)，當(dāng)單根公接頭和護(hù)絲通過(guò)接頭支座后，鉆工就松開(kāi)手動(dòng)支座鎖緊器，繼續(xù)下放單根，在單根上接頭到達(dá)接頭支座時(shí)，單根就被掛住，并在自重作用下被鉗頭鎖緊。然后，用方鉆桿將小鼠洞管內(nèi)的單根對(duì)接，上扣完畢上提方鉆桿，鉗頭自動(dòng)退開(kāi)，單根向上移動(dòng)時(shí)，下接頭和護(hù)絲觸及接頭支座，支座自動(dòng)縮回，完成接單根操作。

其優(yōu)點(diǎn)是避免了在小鼠洞上進(jìn)行擱、取吊卡或安全卡瓦的作業(yè)，在一定程度上降低了勞動(dòng)強(qiáng)度;缺點(diǎn)是改進(jìn)范圍小，針對(duì)整個(gè)作業(yè)流程而言，作用有限。

2 接甩鉆具優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化思路

上述各種研究，無(wú)論是動(dòng)力貓道還是氣動(dòng)小鼠洞裝置，均將注意力集中在單一的設(shè)施上開(kāi)展研究，沒(méi)有打破固定思維，將大門(mén)坡和鉆臺(tái)這兩項(xiàng)設(shè)施看成了不可改變的環(huán)節(jié)，因此存在較多難以克服的缺點(diǎn)。

實(shí)際上鉆具運(yùn)行路線上最大的阻礙不是貓道，而是大門(mén)坡和鉆臺(tái)。因此，采用“去大門(mén)坡”設(shè)計(jì)，拋棄常用的大門(mén)坡，并改變沿用了多年的鉆臺(tái)面和小鼠洞管固有形式，使鉆具幾乎可以以直線形式到達(dá)小鼠洞內(nèi)，大幅縮短了鉆具運(yùn)移路線。同時(shí)，對(duì)工作量較大鉆具在小鼠洞內(nèi)的作業(yè)設(shè)計(jì)了一套液控裝置，最終達(dá)到提高作業(yè)效率、降低作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)的目的。

2.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

快速接甩鉆具系統(tǒng)包括鉆臺(tái)、扶正筒、液壓推桿、套筒式液壓缸、外筒、貓道、蓋板，圖1和圖2分別為該系統(tǒng)的側(cè)視圖和俯視圖。其中，小鼠洞由扶正筒、液壓推桿、套筒式液壓缸和外筒組成。套筒式液壓缸與外筒為固定連接，位于小鼠洞底部，上端面設(shè)計(jì)有托板;扶正筒為半圓筒形，上端與鉆臺(tái)面平齊;液壓推桿與扶正筒連接，接甩鉆具時(shí)，單根位于扶正筒內(nèi);鉆臺(tái)正前方開(kāi)有U型槽，上面設(shè)計(jì)有兩塊蓋板與鉆臺(tái)連接，平常不用時(shí)蓋上，防止人員墜落，需要接甩鉆具單根作業(yè)時(shí)可以打開(kāi)。

2.3 主要特征

優(yōu)化后的接甩鉆具主要具有以下特征：鉆臺(tái)在小鼠洞面對(duì)貓道一側(cè)開(kāi)有U型槽;去掉了大門(mén)坡;將小鼠洞設(shè)計(jì)為半圓筒形，且在底部增加了液控機(jī)構(gòu);扶正筒和液壓推桿設(shè)計(jì);對(duì)鉆具進(jìn)入小鼠洞后上下限位的防滑脫設(shè)計(jì)。

a）前兩項(xiàng)設(shè)計(jì)優(yōu)化旨在打通場(chǎng)地上鉆具與小鼠洞之間的障礙，改變以往鉆具單根走拋物線進(jìn)入小鼠洞的形式，將其改為直線進(jìn)入，大大縮短了作業(yè)時(shí)間，且減少了鉆具從高處滑脫傷人的風(fēng)險(xiǎn)。

b）將小鼠洞設(shè)計(jì)為半圓筒形，且在底部增加了液控機(jī)構(gòu)降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。液控機(jī)構(gòu)為套筒式液壓缸，其上端面設(shè)計(jì)有托板和夾緊機(jī)構(gòu)，用來(lái)承放和夾緊鉆具。由于不同的鉆具長(zhǎng)度有差別，為了使單根母扣端保持在合適位置，省掉了鉆桿打吊卡或鉆鋌打安全卡瓦的作業(yè)環(huán)節(jié)，尤其省時(shí)省力。

c）扶正筒和液壓推桿設(shè)計(jì)。扶正筒設(shè)計(jì)為半圓筒形，且上端與鉆臺(tái)為銷(xiāo)軸連接，在液壓推桿的作用下，扶正筒可以繞銷(xiāo)軸向貓道方向旋轉(zhuǎn)一定角度，使其下端與貓道前端相接觸，方便接甩鉆具單根，無(wú)論對(duì)鉆桿還是鉆鋌都十分方便省力。

d）小鼠洞內(nèi)的防滑脫設(shè)計(jì)。鉆具進(jìn)入小鼠洞后，套筒式液壓缸活塞板上設(shè)有半弧形擋板，可以對(duì)鉆具單根下端限位。作業(yè)完成后可將蓋板關(guān)閉，防止人員或工具墜落。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的工作方式

接鉆具單根時(shí)，首先控制液壓推桿伸出，推動(dòng)扶正筒向貓道傾斜，使其下端與貓道前端接觸，采用氣動(dòng)絞車(chē)上提鉆具沿貓道運(yùn)移至扶正筒內(nèi)，操作液壓推桿使扶正筒帶著鉆具緩慢回收至垂直狀態(tài)，重新回到小鼠洞外筒內(nèi)，蓋上鉆臺(tái)上的蓋板，然后操縱套筒式液壓缸，使其伸縮上下運(yùn)動(dòng)調(diào)整鉆具至合適高度，再操縱夾緊機(jī)構(gòu)夾緊鉆具，即可開(kāi)始接單根入井口。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)目前石油鉆井行業(yè)接甩鉆具單根作業(yè)方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，研發(fā)了一套安全高效的系統(tǒng)裝置。該設(shè)計(jì)采用一體化設(shè)計(jì)思路，可以能夠節(jié)約大量作業(yè)時(shí)間，并極大地增加作業(yè)的安全性，是對(duì)現(xiàn)有作業(yè)方式的一次大的改進(jìn)，在油氣井鉆探施工領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

（2）該設(shè)計(jì)與單一的動(dòng)力貓道或小鼠洞鉆具卡緊裝置相比，功能更加全面，而結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，制造成本低，體積小，便于運(yùn)輸，適宜于推廣。

（3）該設(shè)計(jì)適用于4000米以上鉆臺(tái)高度足夠的大型普通鉆機(jī)，適應(yīng)面廣。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙淑蘭，李文彪，聶永晉，史楠楠.動(dòng)力貓道技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2010，39（02）：13-15.