连续油管滚筒自动排管控制方案研究

2017-10-11孙仁俊

焊管 2017年4期

关键词：链轮电控油管

孙仁俊

（中石化石油工程机械有限公司第四机械厂，湖北荆州434020）

连续油管滚筒自动排管控制方案研究

孙仁俊

（中石化石油工程机械有限公司第四机械厂，湖北荆州434020）

为了保证连续油管整齐且紧凑的缠绕在油管滚筒上，避免连续油管作业困难，损伤连续油管,介绍了机械式、液压式和电控式3种连续油管滚筒自动排管控制方案，分析了不同排管方案的控制方式及其各自的优缺点。指出，机械式排管成本低，但设备占用空间大，传动精度低；液压式排管可靠性高，不需要进行特殊防爆处理，可实现无极变速，但控制相对复杂；电控式排管传动精度高，但成本较高，需要进行特殊的防爆处理。研究结果表明，可根据实际情况选择合适的排管方式，以满足不同现场作业需求。

连续油管；滚筒；自动排管；机械式；液压式；电控式

Abstract:In order to guarantee the coiled tubing neat and compact winding on the tubing rollers,avoid coiled tubing operation difficulty,damage the coiled tubing,in this article,it introduced 3 kinds of coiled tubing roller automatic arrangement pipe control scheme,including mechanical type,hydraulic type and electrically controlled type,and analyzed the control mode of different scheme,as well as its advantages and disadvantages.Finally it pointed that the cost of mechanical arrangement pipe is low,but the space usage of equipment is large and low transmission precision;the transmission precision of electrically controlled type is high,but the cost is high,need to conduct special explosion-proof processing.The research results indicated that it should choose the appropriate arrangement pipe method according to actual situation,in order to satisfy the demands of different on-site work.

Key words:coiled tubing;roller;automatic arrangement pipe;mechanical type;hydraulic type;electrically controlled type

1 概述

连续油管设备是石油机械领域发展迅速的一种新型设备，其在油田服务方面应用十分广泛。油管滚筒作为连续油管的承载装置，是连续油管设备的重要部件，其功能的完善决定了整个连续油管设备的性能。操作连续油管设备进行缠管作业时，必须要保证连续油管整齐且紧凑地缠绕在油管滚筒上。连续油管排列凌乱将直接影响整个油管滚筒的容量，其滚筒承载连续油管的长度也会减少，还会使连续油管排列产生错位，给连续油管入井作业造成困难，损伤连续油管。另外，必须对连续油管的长度进行监控，以便掌握连续油管的下井深度。

2 自动排管控制方案

目前，连续油管缠绕在滚筒上普遍是通过缠绕滚筒自动排管机构完成，同时辅助手动强制排管功能，并且通过链轮之间的速比调整，保证油管滚筒转动一周，导向轮沿双向螺杆走一个油管直径的长度，这样就能实现连续油管整齐而且紧凑地排列在油管滚筒上。当更换不同直径的连续油管时，需先更换二级排管链轮组，以调节速比适应滚筒速度。由于二级排管链轮组的链轮中心距较大，有时甚至超过2 m，更换链轮组费时费力，而且张紧轮时常会转至极限角度。另外，链条长短也需要随之调节，操作极为不便。为了解决这些问题，下面分别从机械快速更换链轮组式、液压式和电控式3种自动排管控制方式进行研究。

2.1 快速更换链轮组

链轮组自动排管驱动方案结构如图1所示。分别由一级链轮组、二级链轮组及变速链轮组构成。一级链轮组包括一级主动轴、一级主动链轮、一级从动轴、一级从动链轮及一级链条，一级主动轴通过链轮与连续油管滚筒的驱动系统连接；二级链轮组包括二级主动轴、二级主动链轮、扭矩限制器、二级从动链轮及二级链条，二级从动链轮套装在所述扭矩限制器上，扭矩限制器与自动排管装置的双向螺杆同轴连接，即双向螺杆的一端插装在扭矩限制器的内孔中。变速链轮组包括轮架、主动变速链轮及从动变速链轮，主动变速链轮及从动变速链轮与轮架连接，变速链轮组整体套装在一级从动轴和二级主动轴上。

图1 链轮组自动排管驱动方案结构示意图

连续油管滚筒运转时带动驱动系统运转，其一级链轮组、变速链轮组、二级链轮组依次运转，二级链轮组的扭矩限制器与双向螺杆同轴连接，从而带动双向螺杆转动。当更换变速链轮组时，改变了系统变速比，从而也改变了双向螺杆的速度，进而减慢或加速排管速度。具体实施中可以把需要的各种油管对应的变速链轮组先组装好，作为配件，并在轮架上标注相应管子直径尺寸，方便使用。

当更换不同规格的连续油管时，只需更换相应的变速链轮组。相比原更换方法，省去了拆卸链轮、调整链条及调整链条张力等多个环节，只要将原有变速链轮组抽出，插装对应的变速链轮组即可。整个更换过程省时省力，由于变速链轮组链条短，在工作中下垂幅度小，不必使用链条张紧装置，可以在轮架上刻上该变速链轮组适用的连续油管规格，更换链轮组时便于检查核对。

2.2 液压自动排管

图2 液压自动排管方案结构示意图

液压自动排管方案结构如图2所示。其工作原理为：球阀与外接手油泵相连，工作前先需要经过调试，使用手动泵给液压系统管路充满液压油，并调节安全阀，设置系统最高压力，然后向油箱加入适量液压油。滚筒带动连杆式液压泵给液压马达供油，调节液压马达的排量，使得滚筒转动一周，液压马达带动排管器在双向螺杆的轴向移动距离刚好等于连续油管的外径。调试完成后即可投入使用，滚筒收卷连续油管时，同时带动连杆式液压泵持续给液压马达供油，液压马达旋转驱动排管器在滚筒上排布连续管。连续油管在旋转卷筒上布满一层时，排管器运动到双向螺杆的端部，触碰块触碰到行程控制阀后，使行程控制阀换向。压力油经过手动换向阀和节流阀后使液动阀换向，进而实现液压马达的换向，从而改变排管器的移动方向进行下一层连续排的布管，触碰块离开行程控制阀后，行程控制阀复位。当下一层连续管布满后，触碰块触碰到另一个行程控制阀，排管器的移动方向再次改变，实现反复布管。若要使滚筒由收油管转向放油管，则可先停止滚筒的转动，然后手动操作两个手动换向阀换向，最后再手动触碰滚筒换向前刚刚动作复位的那个行程控制阀，以实现接通压力油，使液动阀实现换向，接下来只需启动滚筒的放油管旋转，就可进行连续的放油管工作。如需要让滚筒再次换向时，只需重复以上工作即可实现。

本方案采用液压驱动，实现了无极调速，防爆性能好，可靠性高。当连续油管外径变化时，只需要调节液压马达的排量，就能调节排管器的移动速度，以实现不同外径连续油管的作业。

2.3 电控自动排管

电控自动排管方案结构如图3所示。第一马达为滚筒驱动马达，第二马达通过链轮组与双向螺杆相连，可实现自动排管功能和强制排管功能，它们分别设有第一旋转编码器与第二旋转编码器。这两个旋转编码器均与控制连续油管装置的外部控制系统相连，它们将分别测量第一、第二马达的旋转圈数，发送给外部控制系统，外部控制系统根据收到的旋转圈数信号控制或校正第二马达的旋转圈数。本电控方案简化了整套排管装置的结构，解决了更换不同规格的连续油管时需要更换链轮（或者齿轮）的不利因素。

图3 电控自动排管方案结构示意图

3 结束语

机械自动排管方式成本低，但排管装置设备较大，占用空间大，不能实现无级变速，传动精度低。液压自动排管方式可靠性高，不需要进行特殊防爆处理，可实现无极变速，但是控制相对复杂。电控自动排管方式精度高，但是电控原件的成本高，而且在油气作业现场，需要进行特殊的防爆处理。几种自动排管控制方式均有其优缺点，可根据现场实际情况选择合适的自动排管控制方式，以满足不同的现场作业需求。

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Scheme Research of the Automatic Discharge Pipe Control for the Coiled Tubing Roller

SUN Renjun
（No.4 Machinery Factory，Sinopec Oil Engineering Machinery Co.，Ltd.，Jingzhou 434020，Hubei，China）