10 000 m超深测井绞车超低速控制模式设计

饶群鹏，刘 洋，康自强

（宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721000）①

10 000 m超深测井绞车超低速控制模式设计

饶群鹏，刘 洋，康自强

（宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721000）①

随着10 000 m超深测井绞车的研制成功，传统闭式液压系统已不能满足其超低速作业要求。进行了10 000 m测井绞车液压系统的设计及计算，通过增加超低速控制模式，改造液压马达外置冲洗回路，可满足超低速作业要求。通过试验及现场作业，取得了良好的社会及经济效益。

测井绞车；液压系统；设计

近年来，我国能源政策进行重大调整，对超深井测井［1-2］设备提出更高了要求。宝鸡石油机械有限责任公司根据市场需要，自主研制开发了10 000 m超深超低速测井车。10 000 m测井绞车电缆容量比常规7 000 m测井绞车容量大45%，绞车提升能力大50%，测井深度更深，要求绞车速度更低更稳定。目前，传统的闭式液压系统已不能满足油田测井超低速作业要求（线速度30 m／h），通过对绞车液压系统调速方式进行创新，设计了绞车超低速控制模式，改造液压马达外置冲洗回路，可以满足超低速测井作业要求。

1 超低速控制模式

超低速控制电气原理如图1所示，液压原理如图2所示。

1） 常规测井时，将速度选择开关扳至常规挡，常规挡电磁阀通电后工作，操纵电比例控制手柄，泵比例控制放大器根据电比例控制信号控制绞车上提与下放状态。液压油流向如图2所示，液压油经过超低速电磁阀，超低速控制模式不起作用。

2） 超低速测井时，将速度选择开关扳至超低速挡，超低速挡电磁阀通电后工作，操纵电比例控制手柄，泵比例控制放大器根据电比例控制信号控制绞车上提与下放状态。液压油流向如图2所示，液压油经过超低速阀块中的顺序阀，超低速控制模式起作用，通过调节顺序阀中的C口压力，使电比例马达获得稳定超低转速，实现超低速模式控制。

图1 超低速控制电气原理

图2 超低速控制液压原理

根据实际测井工况要求，采用绞车上提状态进行测井作业，下放状态不进行测井作业。因此，对液压回路中上提状态时的低压侧管路加装超低速控制阀，进行流速稳定性控制，才能达到稳定的液压马达转速。超低速控制阀由液控单向阀和顺序阀组成，原理如图3所示。

1） 绞车下放状态时，不进行测井作业，低速阀不起作用，液压油从P3流向P1，最大流量240 L／min，全部通过电磁阀和液控单向阀，压力降＜1.8 MPa。

2） 绞车上提状态，电磁阀不通电时，绞车为非超低速状态，液压油从P1流向P3，最大流量240 L／min，全部通过电磁阀，压力降＜1.8 MPa。

3） 绞车上提状态，电磁阀通电时，绞车为超低速状态，液压油从P1流向P3，最大流量120 L／min，通过调整顺序阀D口的压力（达到7.0 MPa）实现系统的低速性能，保证泵提供足够小的流量。液压马达的最低稳定转速由原来的110 r／min降低到10～20 r／min，从而实现绞车的超低速控制。

图3 超低速控制阀原理

2 超低速液压系统设计计算

2.1 马达最低稳定转速

当电缆下井深度达到10 000 m时，滚筒缠绕直径Dmin＝610.7 mm；当滚筒缠绕满电缆时缠绕直径Dmax＝1 492.4 mm，则中径Dz＝（Dmin＋Dmax）／2＝1 051.6 mm。

根据传动路线，减速器的速比为29.95，链条传动的速比为100／23，马达到滚筒的总传动比为iz＝29.97×100／23＝121.52。根据测井作业要求，测井线速度为30 m／h时，滚筒最低转速为ngmin＝30／（π×Dz×60）＝0.151 r／min。由此可知，满足测井线速度为30 m／h时，马达需要的最小稳定转速为：nmmin＝ngmin×iz＝0.151×121.52＝18.350 r／min。

2.2 超低速液压系统状态分析

10 000 m测井绞车采用德国REXROTH公司的AA6VM107EP2／63W-VSC527B型液压马达。传统的闭式液压系统（如图4）工作状态下，马达的稳定转速约为：nm＝110 r／min。因nmmin＝18.350 r／min，nm＞nmmin，不能满足超低速测井要求，故必须对传统的闭式液压系统回路进行改制：增加超低速控制模式、改造液压马达外置冲洗回路，才能达到液压马达需要的最低稳定转速，实现超低速作业要求（如图5）。

图4 传统闭式液压系统原理

图5 超低速闭式液压系统原理

2.3 超低速阀流量

已知液压马达流量Qm＝107 m L／r，发动机转速nf＝1 500 r／min，液压油泵流量Qb＝125 m L／r，则超低速阀中单向阀的流量为

式中：Qjmax为单向阀最大流量；Qjmin为单向阀最小流量。

超低速阀中顺序阀的流量为

式中：Qsmax为顺序阀最大流量；Qsmin为顺序阀最小流量。

根据单向阀最大、最小流量选择美国SUN公司DFEA-8DN型液控单向阀，液控单向阀流量曲线如图6所示。根据顺序阀最大、最小流量选择美国SUN公司SCCA-LAN型顺序阀，顺序阀流量曲线如图7所示。

图6 DFEA-8DN型液控单向阀流量曲线

图7 SCCA-LAN型顺序阀流量曲线

2.4 液压马达外置冲洗回路

AA6VM107EP2／63W-VSC527B型马达与冲洗阀采用内连接方式，由于冲洗阀液压油流量过大，影响在超低速状态下通过马达的液压油流量，导致超低速出现爬行现象，因此应封堵冲洗阀，改造液压马达冲洗回路。根据液压马达技术要求，冲洗流量为0.6～1.1 L／min，并设计冲洗截流孔。冲洗口流体模型如图8所示。

图8 冲洗口流体模型

断面流速为

式中：v1为断面1流速；v2为断面2流速；Q为断面1、2流量；d1为断面1直径，取10 mm；d2为断面2直径，取2.5 mm.

根据流体力学伯努里方程［3］及能量守恒，有

式中：Z1、Z2分别为断面1中心和断面2中心距离基准面的垂直高度，Z1＝Z2；p1为油液流过断面1的压力，即液压马达内置冲洗压力（2.8 MPa）；p2为油液流过断面2的压力，即液压马达出口压力（0 MPa）；ρ为液压油密度，ρ＝800 kg／m3；g为重力加速度。

将已知量代入式（2）得

根据以上计算结果，液压马达外置冲洗回路改造达到液压马达技术要求，即冲洗流量为0.6～1.1 L／min。

3 现场试验及应用

该测井车研制成功后，在宝鸡石油机械有限责任公司试验场进行了绞车载荷试验［4］，试验情况如表1所示。

表1 绞车载荷试验结果

试验结果表明，测井绞车各项技术指标均达到了设计要求，能够满足用户的超低速作业要求。目前，该测井车已在新疆塔里木油田完成测井作业近180余口，系统运行良好，得到用户高度好评。

4 结语

通过该项目的研究，掌握了超深井测井绞车液压系统的设计、制造技术，形成具有自主知识产权的“超深测井绞车超低速控制模式”，可满足油田超低速测井工况，具有良好的社会及经济效益。

［1］ 原宏壮，陆大卫，张辛耘，等.测井技术新进展综述［J］.地球物理学进展，2005，20（3）：786-787.

［2］ 马坤，郭强，戴建飞，等.分布式光纤测井技术在稠油开采中的应用［J］.石油矿场机械，2012，41（2）：45-48.

［3］ 刘军营.液压与气压传动［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2008.

［4］ SY／T5073—2008，油田测井和试井绞车［S］.

Ultra-low Speed Control Mode for 10 000 m Deep Well Logging Winch

RAO Qun-peng，LIU Yang，KANG Zi-qiang
（Baoji Oilfield Machinery Co.，Ltd.，Baoji 721000，China）

With the successful development of 10 000 m deep well logging winch，the traditional closed hydraulic system cannot meet the ultra-low speed working condition any more.Based on the design and numerical calculation for the 10 000 m logging winch hydraulic system，the ultralow speed control mode was added，transforming external flushing circuit to the hydraulic motor and via experiment and field operation，the new control mode can satisfy the ultra-low speed requirements and leads to great social and economic benefits.

the logging winch；hydraulic system；design

TE924

A

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.07.008

1001-3482（2014）07-0029-04

2014-01-09

饶群鹏（1976-），男，陕西汉中人，工程师，主要从事石油机械产品设计工作，E-mail：bstc_rqp＠163.com。