油田修井作业机械化配套技术的研究与应用

李勇

（胜利油田设备管理处，山东 东营 257001）

长期以来，在油田常规修井作业过程中，“4人1机”的传统作业模式一直没有改变，与钻井队的高度机械化水平相比，作业现场施工条件差、整体面貌落后，总体处于“机械化自动化程度低、职工劳动强度大、用工总量大、安全风险高、环保压力大”的落后现状。

1 作业现状

现在的作业方式至少需要5名作业人员。井口工2名，在井口配合作业，主要进行摘挂吊卡、油管扶正、液压钳定位及操作等。场地工2名，主要进行管柱的托送及排列、油管润滑、长度测量等。司钻1名，主要负责修井机或通井机的操作。主要存在以下问题：

1.1 职工劳动强度大

小修作业场地工仍需要进行滚管、上管、排管以及油管长度测量等；井口工仍需要进行手动操作液压钳、油管缓冲定位及打吊卡等。

“双吊卡倒换”模式下，每起下1000m油管，井口2名工人往复搬动吊卡的总质量达到8t。以起隔热管为例，按照120根计算，起下一趟钻，场地工人搬运重量达到60t。在此情况下，一般需要6～8名作业人员协助进行。

1.2 用工总量多

传统作业模式下，小修作业需要4～5人完成管柱起下作业，根据调研情况，由于人员缺乏，导致开动动力不足，作业保障能力较弱。

1.3 安全风险高

存在着吊卡失控造成井口操作伤害、液压钳挤伤、油管碰伤等系列安全隐患。

1.4 环保压力大

井口操作平台无废液回收功能，油管内残留污水、原油容易低落到地面，造成环境污染，每作业1井次都需要支付一定现场污染处理费用。

2 作业自动化配套技术的研究

2.1 技术思路

随着自动化技术在钻井行业的逐步成熟及推广，研发适合小修作业的井口机械化装置成为降低职工劳动强度、保证设备本质安全的必要手段，“以机替人”势必成为修井行业的发展趋势。胜利油田结合相关设备专业生产公司，针对小修作业中存在的各类问题，提出了关键技术研发思路。

针对人工拖拽隔热管、油管等难题，可设计1种机械装置，代替人工将油管杆输送到井口位置或者从井口位置输送到管排架上。

针对人工频繁搬抬吊卡的难题，可设计1种工具，该工具固定在井口位置，当管柱到达合适位置后，由井口工或者司钻控制该工具，使其加紧管柱，然后进行上卸扣，从而避免搬抬吊卡。

针对操作平台防污染能力低的问题，在平台底部设计专门的接油接水装置，防止油污落地。

形成技术思路如下：

2.1.1 油管杆自动上下料技术

采用机械代替人工，实现油管、隔热管等自动上（下）料、举升和传送到位。

2.1.2油管起下自动卡持定位技术

设计专用装置，起下钻过程中，当管柱到达合适位置后自动将其加紧。

2.1.3 防溢流井口操作平台

在平台底部设计“泥浆伞”，收集井口溢流出的油液混合物。

2.2 主要研究内容

2.2.1 油管杆自动上下料技术

主要研发管杆输送机，实现油管、隔热管等自动上（下）料、举升和传送到位。着力解决高井口条件下，人工搬抬管杆难题。

图1 管杆输送机

输送机利用液压装置，通过机械机构上料、举升、传送管杆到指定工作位置；控制系统可分为手动、自动2种工作状态，智能选择操作方式，起下过程中利用滑道直接接送管杆，替代人工举升、往返接送等工作，降低作业工工作强度、提高生产效率。

2.2.2油管起下自动卡持定位技术

主要研制气动卡瓦，固定在井口位置，当管柱到达合适位置后，自动将管柱固定在合适位置，然后进行上、卸扣，着力解决了人工搬抬吊卡的重担。

图2 气动卡瓦

气动卡瓦主要由卡瓦座、卡瓦体、卡瓦牙、气缸传动机构、导向杆、扶正环、支撑板等组成，该装置安装在井口位置，以修井设备气源作为动力。

夹持管柱时，气缸活塞杆及导向杆向下移动推动支撑板向下，卡瓦体在自重及管柱与卡瓦牙摩擦力共同作用下沿卡瓦座锥面向下移动，并同时向内收紧，自动卡持管柱，起到卡持管柱的作用。

松开管柱时，将气缸活塞杆及导向杆向上移动，推动支撑板向上，在连杆和管柱提升力的共同作用下，卡瓦体沿卡瓦座锥面向上移动并向外张开，松开夹紧的管柱，同时让出通道，管柱从卡瓦中心自由通过。

2.2.3 防溢流井口操作平台

操作平台固定在井架上或安装在井口。平台底部设计“泥浆伞”，收集井口溢流出的油液混合物，提高平台防污染能力。

图3 防溢流井口操作平台

3 应用效果

目前，作业井口机械化装置等产品以实用性强、结构合理、工作可靠、效率高、操作方便、大幅减轻作业工劳动强度等优点获得了一线单位的高度评价和认可。

3.1 降低劳动强度

井场岗：管杆输送机的应用，只要让操作工人操作遥控器就可以实现管柱的输送，满足起下钻需求。以起隔热管为例，按照120根计算，起下一趟钻，人工搬运重量减少60t。

井口岗：气动卡盘的应用，省去了一趟钻搬抬500余次吊卡的重担，司钻只需要操作一下操纵杆，油管便能准确定位，井口操作人员只需要做好管柱的引导。

3.2 可减少作业人员

可实现修井作业最少3人完成。

配备前，一个班组至少有5个人完成工作：司钻1人、井口2人、拉油管1人、排油管1人。

配备后，一个班组一般可实现3个人完成工作：司钻1人、井口1人、管杆输送机操作1人。可轮流操作进行，减轻劳动强度。

该技术在全油田范围内已经逐步进行推广，通过油田专家论证，认为作业机械化装置以实用性强、结构合理简单、安全可靠、效率高、操作方便、大幅减轻劳动强度等优势，彻底解决了传统作业费时费力、安全性差的问题，作业任务也可实现最少由3人完成，实现了作业系统的新一轮技术革命。