XJ150型无风载绷绳修井机研制及应用

杨文新，曹立明，王建刚，王斌虎，李培江

（1.新疆油田公司井下作业公司，新疆克拉玛依834000；2.江汉石油管理局第四石油机械厂，湖北荆州434000） ＊

XJ150型无风载绷绳修井机研制及应用

杨文新1，曹立明2，王建刚1，王斌虎1，李培江1

（1.新疆油田公司井下作业公司，新疆克拉玛依834000；2.江汉石油管理局第四石油机械厂，湖北荆州434000）＊

为满足沼泽、沙漠及井位密集地区的小修作业要求，加快生产进度，开发了一种车载自走式无风载绷绳修井设备。介绍了其结构原理及设计的关键点，并对其应用效果进行统计分析。目前该设备已在新疆油田得到广泛应用。

桅型井架；风载绷绳；修井机

近年来，随着国内石油钻采设备研制能力的迅速提升，车载自走式修井设备已形成系列化生产，提升载荷300～2 250kN，技术性能已达到国际同行业先进水平。

车载自走式修井设备配备的井架基本为桅型井架，作业时需要在井架顶部四角安装4根风载绷绳，并与地锚桩连接固定，每个地锚桩沿绷绳方向承拉能力＞75kN。由于沼泽、沙漠、丘陵、山地及井位非常密集的井场没有位置或无法打地锚桩，需要使用吊车、平板车吊运水泥条代替地锚桩。这样不仅耗资、耗力，而且由于地锚坑受力有限，作业安全无法保障。

为了适应沼泽、沙漠及井位密集地区的作业需要，在保证作业安全的条件下，达到方便操作、降低作业强度、提高作业效率的目的，研制了一种XJ150型无风载绷绳修井机，配备了风载稳定装置，省略了挖绷绳锚坑、打地锚桩、水泥条搬运等耗资、耗力、耗时的工序，减少了作业前准备工作量，降低劳动强度，同时解决了作业时井架过度偏载或整车侧翻的隐患。

1 结构组成

该修井设备包括井架、底盘车、车架、发动机、支撑座、传动系统、绞车、支架、司钻控制箱等，整体结构如图1所示。其重要特征在于其风载稳定装置设在修井机尾部的车架上。

图1 XJ150型无风载绷绳修井机整体结构

为了能更好地监测修井机作业时的受力状况，在修井机车架前部的支撑座和活动支腿上设有传感器，通过电缆与司钻控制箱上的智能电子警示仪连通。修井机作业前，首先调整车架前后支撑座及液压小底座，将整机调平；接着展开防侧翻支架至与车架垂直的位置，安装固定支撑杆与车架相联，形成三角形稳定结构，通过调整丝杆可调整支撑座的高度；然后起升井架到直立状态后通过定位销与井架底座相联，调整内载荷绷绳，使内载荷绷绳受一定预紧力；最后根据整机实际平衡情况在智能电子警示仪上设定支腿上传感器的安全数据值即可进行作业，当任一支撑受力变化超过设定值范围时智能电子警示仪立即发出声光警示。

2 主要技术性能指标

通过对国内油田实地调研：作业井深约1 000 m、作业载荷在300kN以内的占较大份额，作业环境风速一般在4～5级以下。根据以上调研，首先确定了无风载绷绳修井机工作的额定载荷为300kN，考虑到修井机在作业过程中有可能发生卡管等工程事故，为了能保证修井机正常解封、解卡作业，在修井机额定载荷的基础上增加了1.95的载荷安全系数，即修井机最大载荷为585kN。而无风载绷绳修井机主要用于修井作业，因此在最大钩载作业下，使用∅63.5mm（2英寸）加厚油管的修井深度为2 600m，其各项技术性能参数如下：

修井深度 2 600m（∅63.5mm加厚油管）

额定载荷 300kN

最大钩载 585kN

发动机额定功率 216kW

井架高度 18m（从地面到天车底部）

游动系统 3×4

底盘驱动形式 6×6

具有倾斜报警功能，能够实现一体化作业。

3 技术难点及创新点

XJ150型无风载绷绳修井机采用18m桅杆式井架，桅杆式井架向井口方向有3～5°的倾角。因此，如何确保作业时整机的安全、可靠性是研制的难点及关键之处。

3.1 整体结构受力合理性

桅杆式井架作业提升管柱时将产生沿井架垂直向下的外力，会导致修井机沿井架方向的纵向倾倒，同时当修井机作业时还受到两侧方向的外在风力，目前修井机完全依靠4根风载绷绳来平衡所有外力，当取消4根风载绷绳的作业工况下，为满足修井作业要求进行了结构改进设计。

1） 井架底座的设计 井架底座是由4根立柱及型材焊接而成的一个侧面呈矩形、水平方向呈“门”字形的结构架。其中2个立柱下端焊接在车架上，上端与桅型井架下端通过铰支座活动联接；另外2个立柱上端与桅型井架下端活动联接，下端联接液压小底座。液压小底座是1个整体式的矩形块，其上设有1对可液压升降的支腿，用于调整车架水平，并承受井架在3～5°的倾角时提升载荷产生的垂直向下力，提高防倾翻能力。

2） 侧向支座设计 在车架尾部的两侧通过活动铰支座联接了2个带活动支腿的防侧翻支架，其采用型钢焊接而成，支架可绕销轴展开、收拢，活动支腿是一个带调整丝杆的支撑座。支架展开时安装固定支撑杆，与支架、车架相联形成三角形稳定结构，增大侧向稳定力矩，抵消井架作业时产生的侧向不平衡力。防侧翻支架结构如图2所示。

图2 防侧翻支架结构

3.2 整机安全可靠性

1） 侧后翻警示装置。为了解决修井机在无防风绷绳的情况下能安全、可靠地工作，在修井机前后支腿增加了压力传感器，在司钻控制台上设置了电子报警装置，严密监控各液压支腿的支反力变化情况，如有异常，提前及时报警。

2） 多种工况作业时所产生的变化外力对整机的影响。采用美国结构软件公司的StruCAD＊3D三维空间梁结构分析计算软件对无绷绳修井机进行作业工况受力计算。受力支撑点如图3所示。

XJ150型无风载绷绳修井机在4种工况下的受力计算如下：

工况1：最大钩载585kN，0°方向（从车头向车尾方向）35节风（8级）。

工况2：最大钩载585kN，90°方向（从车左右侧垂直车身方向）35节风（8级）。

工况3：0°方向最大风速60节（12级），无钩载。

工况4：90°方向最大风速60节（12级），无钩载。

不同工况及载荷下建模计算结果如表1～2所示。

图3 无风载绷绳修井机各受力支撑点

表1 4种工况下各液压支腿受力支撑点支反力 kN

表2 在4种钩载工况下各液压支腿受力支撑点支反力 kN

1） 在4种工况下，前部支点A、B所受地面支反力全部为正值，这说明在4种工况和4种钩载作业下，XJ150型无风载绷绳修井机在施工作业工程中前桥不会离开地面，也说明修井机不会向后倾翻。

2） 在4种工况下，旋转式防侧翻装置支点C、D所受地面支反力全部为正值，这说明在4种工况和4种钩载作业下，XJ150型无风载绷绳修井机在施工作业工程中修井机防侧翻装置2个支撑点都不会离开地面，也说明修井机在4种工况下作业时不会向左或向右倾翻。

4 现场应用

4.1 应用效果评价

XJ150型无风载绷绳修井机（如图4）投产第1年施工67口井，现场对其立放井架所用时间进行测时并取平均值，再通过与普通同级别修井机进行对比，从而对XJ150型无风载绷绳修井机的应用效果进行评价。

图4 现场作业XJ150型无风载绷绳修井机

该设备与同级别普通修井机作业时间对比如表3所示。

表3 无风载绷绳修井机作业时间对比

由表3可以看出：由于无风载绷绳修井机不需要打地锚桩和调节绷绳距离，相比普通同级别修井机，立放井架速度大幅加快，每口井可节约时间约41min，加快了施工进度，提高了作业效率，同时大幅降低了工人的劳动强度。

4.2 经济效益分析

由于无风载绷绳修井机不需要调节绷绳距离和打地锚桩，相比普通同级别修井机，立放井架速度大幅加快，每口井可节约41min，在相同工况下每年可节约作业时间：41×270＝11 070min＝184.5h。

按照目前1 000m以内油、水井小修作业每口井平均作业时间在10h以内计算，每年可多施工18口井。

4.3 安全效果评价

1） 防倾翻装置代替风载绷绳，经理论计算可承受12级大风井架不倾翻。

2） 采用电子防倾翻报警仪，实时显示各支腿受力情况，及时自动报警，保证了设备平衡稳定。

3） 采用电子防碰装置，当提升高度超过设定值时自动刹车，保证提升作业施工的安全性。

4） 安全照明采用防爆灯具，保证夜间照明及施工安全。

5 结语

无风载绷绳修井机在减少井场作业面积、降低使用者劳动强度、减少作业成本、提高作业效率方面具有较大的发展空间。目前，XJ150型无风载绷绳修井机已实现批量生产，并在新疆油田得到广泛应用。

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Development and Application of XJ150Workover Rig without Guy Rope

YANG Wen－xin1，CAO Li－ming2，WANG Jian－gang1，WANG Bin－hu1，LI Pei－jiang1
（1.Downhole Technique Company，Xinjiang Oilfield Company，Karamay834000，China；2.The Fourth Petroleum Machinery Factory，Jianghan Petroleum Administration Bureau，Jingzhou434000，China）

To meet the requirement of workover treatment in marshland，desert and well populated area and to accelerate the construction progress，a self－propelled workover rig without guy rope was designed.This text presents its working principle and key technology，the application effects is analysed statistically.Now the work over has been fully applied in Xinjiang Oilfield.

mast type mast；guy rope；workover rig

1001－3482（2012）03－0065－04

TE935

A

2011－09－28

杨文新（1961－），男，新疆克拉玛依人，工程师，主要从事石油装备管理工作，E－mail：fw3－wangjg＠petrochina.com.cn。