修井机与带压作业装置集成化改造与应用研究

2019-01-19陈楠邢付顺母小平刘世峰贾海平王红月

中国设备工程 2019年11期

陈楠，邢付顺，母小平，刘世峰，贾海平，王红月

（1.中油集团渤海装备中成装备制造公司，天津 300280；2.川庆钻探长庆井下技术作业公司，陕西西安 710014 ）

带压作业技术是一种在保持井内带压的环境下实施钻修井作业的新技术，能最大限度实现对油气层和环境的保护，有利于油井稳产、高产。近年来，随着各油田带压修井作业工作量的持续递增，迫切需要全面提升带压作业技术保障能力及施工能力。目前带压作业过程通常为常规修井机与带压作业设备配合完成，存在起下效率低、作业周期长、搬安工作量大、修井成本高、操作安全性低等问题。

集成式带压作业修井机有效地解决了这些问题，但集成式带压作业修井机购置成本高，同时如废弃原有设备则造成较大浪费，为此提出了对普通修井机及辅助式带压作业装置进行集成化升级改造，以达到集成式带压作业修井机作业效能的目的。

渤海装备制造公司与吐哈油田公司合作，对原有修井机与带压作业装置进行了集成化改造，并在吐哈油田注水井带压作业中应用，经现场应用证明，改造后的修井机降低了作业成本，减少了污染排放，提高了带压作业施工效率与作业安全性，达到了集成改造的目的。

1 改造前设备状况

1.1 技术参数

吐哈油田公司所提供的辅助式带压作业修井机由XJ1600型修井机和BYJ18-21/35型带压作业装置2部分构成。

修井机主要技术参数：

额定钩载：1200kN；

发动机功率：600HP；

井架高度：35m；

二层台高度：19.2m；20.1m；21.7m；

液控系统压力：14MPa；

二层台容量：≥220根。

带压作业装置主要技术参数：

液压站装机功率：340HP；

液控系统压力：10.5MPa；

带压装置平台高度：7200mm。

1.2 设备存在问题

原辅助式带压作业装置由带压作业井口、液压站与液控房3部分组成。各部分之间通过多根液压管线联接，拆装劳动强度大，安装费工费时。作业机操作由修井机司钻和带压装置操作手配合完成，两人均远离井口，与井口工沟通配合困难，施工难度大，安全风险高。单根起下，油管全部地面摆放，油管上下平台时间长，上卸扣次数多，作业效率低。工作过程中，修井机和带压作业装置的发动机交替工作，单机长期处于怠速状态，燃油消耗大、污染排放多。

采用此种配套方式进行井深3000m的水井带压作业，作业周期约为15天，安装运输分别需要3天，且需动用吊车和大型运输车辅助安装与运输，施工时间长，作业成本高。

2 集成化改造

2.1 改造方案介绍

升级改造的带压作业设备由XJ1600型修井机和BYJ18—21/35型带压作业装置组成，对该配置进行集成化改造，共用修井机所配套发动机，修井机与带压作业装置动力集成。液压系统合并，两设备共用1套液压源，将液压源集成后安装于修井机主车，减少冗余配置的同时便于整体运输。将原带压作业装置操作位置移至井口工作平台，修井机司钻配套井口位操作平台，便于修井机司钻、带压装置操作手、井口工之间沟通、配合。设计与带压井口工作平台配套的立根排放飘台，带压作业起双根油管，且立排支立于地面。

2.2 改造措施

2.2.1 动力系统集成改造

原修井机和带压作业装置各有1台发动机，发动机输出功率分别为600HP和340HP，作业时2部动力不同时工作，而是交替输出动力，造成了设备资源的极大浪费。

根据整车配置及动力校核，在修井机发动机与变速箱间增加带泵箱，带泵箱具有2个全功率取力口，可为集成后的液压系统提供动力。集成化改造后，共用修井机的发动机。车载发动机的动力通过带泵箱、液力变速箱由分动箱分动，用于底盘行走及上装工作，通过切换手柄实现2种工作状态的切换。上装工作时发动机动力经带泵箱、液力变速箱、分动箱、传动轴传递到角传动箱、绞车进行修井机常规作业，同时带泵箱通过2个取力器分别连接1台双联泵驱动修井机与带压装置液压系统工作。

2.2.2 液压源集成改造

原修井机和带压作业装备各有1套液压源，即2套设备各具有1台液压油箱，在占用整机配套空间的同时也加大了液压油的配套量。2套设备的液控系统压力分别为14MPa和10.5MPa，将2套系统合并，使带压装置的液压动力取自修井机的动力，从而减少冗余配置。对原有液压系统进行了如下改造。

（1）在集成的动力系统带泵箱上分别安装2个双联泵，2台双联泵分别为泵a/泵b和泵c/泵d，其中泵b为蓄能器组提供液压动力，实现对带压作业装置各防喷器的开关控制；泵a与泵c经控制阀组合后为带压作业装置升降油缸提供液压动力，保证升降油缸的上提力与下压力；泵d为修井机主机提供液压动力，满足立放井架、液压绞车、液压钳等工作要求。在司钻操作台上操纵各种控制手柄完成对液压系统各执行元件的控制，从而完成带压起下立根作业。

（2）在修井机司钻操作台上增设液压动力切换装置，以便修井机和带压作业装置间进行动力切换。

（3）加大液压油箱。为满足修井机和带压作业装置2套液控系统正常工作，重新设计修井机液压油箱，加大油箱的有效容积。

（4）增加蓄能器组。为防止动力不足或紧急情况下，带压作业装置不能提供充足的液压动力，在修井机主机上安装了蓄能器组。蓄能器组液压管线成束，由修井机液压系统引出，整体接入带压作业装置。

（5）增加液压油散热器。为使液压油油温能降至工作温度以确保主机可以连续正常运转，在液力变速箱旁安装了液压油散热器，用于液压系统散热，对液压油进行冷却。

2.2.3 控制系统集成改造

原辅助式带压作业修井机各有1套液控系统，其管线接头多、连接复杂、整机搬迁过程需反复进行拆装。对原有控制系统进行如下改造。

（1）井口操作台设计。取消原装置液控房，改造为井口操作台，将液控房所有操作功能转移到操作台内。带压装置操作手与修井机司钻、井口工在同一平面操作。井口操作台随带压作业装置一起运输。

（2）集成控制阀块设计。将主油缸的调压阀、换向控制阀、差动控制阀、蓄能器调压阀等通过集成液压阀块连接，减少液压管线和接头。

（3）增加远程控制箱。增加安全防喷器远程控制箱，创新采用远程无线遥控技术，主要控制三闸板防喷器，在井口出现紧急状况时，可以通过远程控制箱远程遥控实现关闭安全防喷器。

2.2.4 立根起下结构改造

原辅助式带压作业修井机配合作业过程为单根起下，油管全部地面摆放，油管上下平台时间长，上卸扣次数多，作业效率低。对原有结构进行如下改造。

（1）对原有二层工作平台进行改造，使之满足起双根高度的同时二层台指梁对应带压作业装置配套地面管柱盒。