连续油管径向射流钻井技术地面设备方案设计

2013-01-12吴淼

石油矿场机械 2013年1期

吴淼

（胜利油田高原石油装备有限责任公司，山东东营257091） ①

目前，国内许多油井经过多年的开采，出现了产油量明显下降或者不产油的情况，导致产能建设投资逐年增加，成本控制难度加大。为此，应进一步研究和开发成本更低、能有效提高单井产量的技术，以实现少井高产、降低吨油成本。侧钻井、水平井、分支井等复杂结构井是其中有效的技术手段，但需利用连续油管高压水射流钻井技术才能获得最经济的效果［1］。连续油管径向射流钻井技术是通过地面设备的控制在套管上开窗，然后利用软管进行喷进，以达到增加油气的渗透面积而增加产量的目的［2］。地面设备主要为套管开窗、连续油管提升或下注及软管水平喷进提供动力［3］。

1 整体设计思路

连续油管径向射流钻井技术地面设备主要由操作房、滚筒排管系统、操作测控系统、液压系统、注入提升系统、高压泵撬系统等组成。操作房内能够放置液压系统、操作系统及滚筒排管系统，同时设置休息室，满足人性化设计要求。液压系统为滚筒旋转、排管器排管、注入头提升和下注提供动力，减轻劳动强度。操作测控系统能够检测注入头悬重、液压油系统油温、发动机油水温度、高压水压力及流量等各项指标，为及时发现问题并改变操控方式提供可靠信息。滚筒排管系统能够将连续油管缠绕在滚筒上，有效节省设备空间。注入头系统能够实现连续油管的起下，同时设置有悬重传感器，有效地保护管子不被拉断或折弯［4－5］。高压泵撬系统为井下油管开窗时的螺杆马达旋转提供动力，也为软管喷进提供高压水射流。

2 方案设计

2.1 操作房

操作房方案设计的目标是高集成度和人性化结构，主要由滚筒室、控制室、休息室、液压站室组成。

1）滚筒室包含作业照明灯、滚筒室灯、空调室外机等。作业照明灯和滚筒室灯均采用LED防爆照明灯，且可以上下、左右摆动，以调整照明位置，开关在控制室内操作；空调室外机带动控制室内的空调室内机。

2）控制室包含空调室内机、控制室门、控制室座椅、管线盖板、操作台后盖板、操作台面板、控制室观察窗等。电器开关在控制室内单独控制，控制室座椅可以升降和旋转。控制室观察窗表面贴防爆膜，防止异物从滚筒室砸碎玻璃。

3）休息室包含过道门、休息室门、钳工台、上下铺、休息室观察窗及照明灯等。过道门必须密封、隔热；休息室门必须密封、隔热、防盗；钳工台应位置高度、大小合适，角边人性化处理；上下铺的垫子采用可拆卸清洗的粗布面料，上铺必须安装防侧翻栏杆，下铺床下安装工具箱。

4）液压站室包含散热窗门、液压站室门及LED防爆照明灯等。散热窗门有2扇，分别在一体式操作房的左右两侧，采用气缸定位；LED防爆照明灯安装在液压站室的顶部，操作开关在液压站室内。

具体结构方案如图1。

图1 操作房结构方案

2.2 滚筒排管系统

滚筒方案设计目标是全液压操作，简单可靠，能够实现拖拽功能，主要由底座、减速机及马达、滚筒、排管器、油缸及轴承等组成［6］。设备采用沉入式行星减速机，能够节约空间；减速机刹车采用单独控制，操作简单，马达及减速机为缠绕连续油管提供大的扭矩；滚筒具有大容量的特点；排管器能实现自动排管，减轻劳动强度；油缸能实现排管器升降，方便地调整作业高度［7］。

图2 滚筒排管结构方案

2.3 操作测控系统

操作测控系统方案的目标是所有设备的操控均在控制室内完成，而且松手后也能够继续工作；所有测控点均能在控制室内观察，能够轻松、方便地解决出现的问题。在控制室内能够完成注入头夹持、张紧、提升及下注，滚筒的旋转，排管器排管及排管器的升降。在操作室内能够观察高压泵撬进出口压力和排量、液压油温、注入头悬重及发动机油温、水温、转速、油压、水压等参数。参数的显示均采用液晶显示屏，观察直观，所有作业数据均可以保存和读取，方便存档。

2.4 液压系统

液压系统主要由发动机、液压泵组、液压油箱、过滤器、执行机构、散热器、PVG阀组、管线、蓄能器、接头及压力表等组成，如图3所示。为了使结构更加紧凑、操作更加可靠简单，采用摩擦定位的PVG阀组，在任意位置均可以定位，可以减轻劳动强度。其中，1个阀组控制滚筒旋转、排管、排管器升降，另1个阀组控制注入头升降、油缸夹紧、油缸张紧及四闸板防喷器的动作。

2.5 注入提升系统

注入提升系统方案的目标是具有安全可靠、结构精巧、提升力大等特点，主要由鹅颈管、框架、双夹持机构、夹持油缸、张紧油缸和防喷盒组成［8］，如图4所示。鹅颈管具有导向作用，上面设置搭扣机构（防止连续油管跳出）、框架支撑夹持机构、夹持油缸（推动夹持机构夹紧连续油管，为提升和下注提供足够的正压力）、张紧油缸（防止夹持链条过松而跳动）。本装置还设置剪销式悬重装置，随时监测拉力情况，保证连续油管安全［9］。

图3 液压系统方案

2.6 高压泵撬系统

高压泵撬系统设计目标为高集成度、高可靠性、操作简单，主要由发动机、变速箱、传动轴、高压泵、水箱、柴油箱、操作台、粗过滤器、离心泵、精过滤器及传感器系统等组成，如图5所示。发动机的动力由变速箱经过传动轴传递给高压泵动力端，传动轴处安装护罩，保证安全；液体经过粗过滤后进入水箱后再进入离心泵或者液体经过粗过滤后直接进入离心泵，从离心泵出来后经过并联的精过滤器后进入高压泵撬的液力端，从液力端出来的为高压液体，能够满足井下作业工艺的使用要求。本设备采用的是双管路系统，进水管路、过滤系统均是2路，如果1路出现问题时可以随时打开另1路管路，保证可以继续作业，增加了设备的使用性能和可靠性能。在管路上设置有压力传感器和流量传感器，可以随时监测液力变化情况，根据实际使用情况进行调整，以达到作业要求。同时还设置有报警器，保证在没有水或是过滤器堵塞的情况下及时发现问题。泵撬的操作和观察可以在操作台上完成，同时也可以将仪表进行二次连接，直接接至操作房内操作台上，因此该泵撬不仅可以单独使用，也可以集成控制，实现了设备的多用途和使用的灵活性。