半自动液压转盘的研制与应用

梁东平 赵瑞元 杨义兴 孙权

摘 要：目前长庆油田大修作业造扣（倒扣）、套磨铣施工时，仍广泛使用老式转盘或ZP70Y-12型液压转盘，或使用螺杆钻具套磨铣，使用转盘和螺杆钻具存在扭矩较低、管柱易反转打扭、自动化程度低、安全隐患多、易造成环境污染等缺点。为此联合厂家研制了ZP70Y-24G半自动液压转盘，该设备采用大扭矩三档变速传动机构，加装液压刹车用于控制反扭矩，专用密封胶芯密封方钻杆，造扣圈数计数器、施工实时观察扭矩，改进方补芯结构防止旋转时窜出，解决了造扣（倒扣）和套磨铣时的井控风险及安全环保隐患，提高了作业效率。

关键词：液压转盘;造扣（倒扣）;套磨铣

1 使用老式造扣器、传统转盘、液压转盘造扣、套磨铣存在问题

1.1 使用老式造扣器造扣（倒扣）作业存在问题

①安装时将造扣（倒扣）器吊起1.5-2.0m，然后下放使补芯孔穿过钻杆短接（人工对眼），造扣（倒扣）器坐于吊卡之上，存在较大安全风险;②取吊卡时需用麻绳将造扣（倒扣）器系绑在钻杆上，上提钻具，作业人员从造扣（倒扣）器下方取出吊卡，存在较大安全风险;③传统造扣（倒扣）器在操作时需将钢丝绳缠在通井机锚头上，在缠钢丝绳和松钢丝绳时极易伤人;④无法测量力矩，作业人员根据钢丝绳松紧程度或依靠经验判断力矩大小;⑤造扣（倒扣）器重约800kg，操作时需人工拉绳使其转动传递扭矩，操作完毕后人工将绳缠于绳滚子，耗费人力和时间;⑥不防喷，修井液循环过程中无法实现管汇集中排放;⑦机械能损耗大、施工效率低。

1.2 使用传统机械转盘磨铣作业存在问题

①方补芯与方钻杆不密封，液体返出地面无控制手段;②使用链条传动，链条无法安装防护罩，存在绞伤等安全隐患;③传统转盘组装时需支垫方木，易出现下陷倾斜倒塌伤人;④旋转时不能同时上提钻具，需停止旋转后再上提，浪费人力物力;⑤修井液不能实现循环利用。

1.3 使用ZP70Y-12型液压转盘存在问题

①扭矩较小，不能满足深井旋转作业和大扭矩造扣（倒扣）作业;②转盘因钻柱反扭矩过大发生急速倒转，容易引起马达内部压力迅速升高损坏马达，虽然使用了棘爪防止转盘倒转保护了马达，但转盘本身无法释放反扭矩，存在安全隐患;③补芯与转台联接不可靠，容易脱开窜出，设计安全系数不高;④不具备低压密封功能，无法满足井控和环保要求;⑤不能实现不同规格方钻杆作业要求。

2 研制半自动液压转盘及配套发动机液压站

针对老式造扣器、传统转盘、ZP70Y-12型液压转盘使用过程中存在的缺点，研制开发应用了ZP70Y-24G型半自动液压转盘及配套YYZ-100-18/135型发动机液压站，该设备由长庆油田分公司梁东平井下作业劳模（工匠）创新工作室、采油一厂、九厂、十厂井下作业技能专家联合公关，由山东临朐静远石油机械有限公司生产，具有大扭矩、可控制反扭矩，施工实时观察扭矩、专用密封胶芯密封方钻杆，造扣圈数计数器，改进方补芯结构防止旋转时窜出等优点，解决了造扣（倒扣）和套磨铣时的井控风险及安全环保隐患，提高了作业效率。

2.1 ZP70Y-24G半自动液压转盘工作原理

当液压油通过换向阀进入液压马达时，液压马达开始工作，马达动力经花键轴传递给滑动齿轮，当滑动齿轮与高速、中速、低速齿轮分别啮合时，动力经齿轮、齿轮轴、大齿轮传递给转台，此时转台可以得到需要的高速、中速、低速，转台中装有方补心，由方补心驱动方钻杆完成修井工作。

2.2 YYZ-100-18/135型液压站技术原理及工作原理

技术原理：YYZ100-18-135型液压站是为满足ZP70Y-24G液压转盘及其他类似设备的动力和控制要求而设计的。该设备主要由发动机、柱塞泵、油箱、控制阀组、齿轮泵、高速马达、冷却装置、蓄电池等部分组成。设计上采用了防热、不带压起动、缓释刹车等技术措施。

工作原理：发动机通过飞轮盘连接盘带动双联油泵转动。柱塞油泵把液压油从油箱中吸出，排出高压油，高压油通过溢流阀、电磁换向阀、设备负载，散热器回到油箱。输出压力由溢流阀进行调整，压力显示通过防震压力表读出。高压油通过电磁换向阀控制输出方向，电磁溢流阀不通电卸荷，主油路换向开关在中位时液压油直接回油箱，液压站不输出压力，主油路换向开关在其他位置时，压力油通过换向阀出油口输出工作压力。齿轮油泵一路通过溢流阀、电磁换向阀带动高速马达风扇旋转，用于冷却主油路液压油，另一路通过手轮缓释阀，二位四通换向阀用于缓释转盘反力矩。

2.3 转盘的正、反转刹车及刹车缓释功能技术原理

研发的液压转盘液压刹车装置（该装置为断油刹，转盘失去动力同时刹车），解决了转盘因反扭矩造成的倒转问题和反扭矩缓慢释放这一难题。液压刹车装置包括马达制动器和刹车控制系统，马达制动器是用于制动和松开液压马达输出轴，制动器结构和液压离合器类似，内部有活塞和主动片从动片组成，由液压活塞驱动分离，靠蝶形弹簧压紧结合，主动片和马达输出轴相连，从动片和马达壳体固定，活塞的前部腔室上设有进油口。当井口钻具存在反扭矩需要停止时，可先刹车制动使转盘停止，然后断开动力，刹车控制系统利用液压阀组控制马达制动器分离（松开刹车）和结合（刹车），也可以控制进油压力改变刹车力大小达到缓释反扭矩目的。

2.4 ZP70Y-24G半自动液压转盘及配套YYZ-100-18/135型液压站技术特点

①扭矩大，液压转盘总成采用新型低速大扭矩液压马达（超级马达），加装安全阀保护马达，减速箱为三档变速，可适应不同工况，转台最大扭矩为24kN.m;②可控制反扭矩、转盘的正、反轉刹车及刹车缓释功能。液压转盘总成采用液压刹车装置（该装置为断油刹，转盘失去动力同时刹车）解决转盘因反扭矩造成的倒转问题;③专用密封胶芯密封方钻杆。根据方钻杆外形尺寸设计专用密封胶芯，改进转盘内部密封结构，采用OLD旋转密封圈密封转台、YX密封圈密封胶芯与转台，解决转盘内部密封问题，有效防止井液外流内溢，增加了承压能力和密封可靠性，满足施工及安全环保要求;④改进方补芯结构，方便拆装，满足作业施工安全需求。方补芯采用外部为圆形的滚子方补芯结构（参考大修转盘用方补芯），方补芯下部采用锥体结构，与配套的锥孔连接盘联接，传递扭矩安全系数高，不易窜出;⑤液压站、转盘配置圈数计数器，能够准确方便的记录转盘旋转圈数，便于修井作业施工实时观察;⑥施工实时观察扭矩。液压站加装转盘压力计及档位扭矩对应标牌，说明书附“压力扭矩对应表”，方便观察旋转扭矩;⑦液压站配置大流量高压柱塞双联油泵满足液压转盘动力需求，配置电磁阀组控制系统和16m高压液压管线远程实现转盘的正、反转刹车及刹车缓释功能。

3 半自动液压转盘及配套发动机液压站现场试验应用情况

3.1 井况简述

山72-015井为南梁作业区一口分注井，注水层位延9、长4+5。2018年3月测调遇阻，安排带压检串作业，经过反复活动解卡解封，起出油管10根，起至第11根活动解卡时油管接箍脱扣，剩余油管落井，上提最大负荷310kN。分析认为封隔器未彻底解封或封隔器垢卡。

3.2 现场试验应用情况

前期套铣使用普通转盘无进尺，无法进行造扣打捞。10月24日使用该半自动液压转盘套铣进尺0.90m，10月25日使用该转盘进行母锥造扣打捞，捞获原井油管16根，10月28-30日使用该转盘及配套工具进行倒扣打捞作业，捞获油管68根;该液压转盘进行造扣（倒扣）作业，扭矩可以达到××kN.m，完全满足井深××m作业要求;该液压转盘的专用密封胶芯，压力达××兆帕，密封性良好，满足现场井控安全环保要求;当反扭矩过大时，设备可以安全刹车，通过缓释方式可达到安全释放反扭矩的目的;通过控制转盘高、中、低档转速检验改进的方补芯结构，安全性良好;观察扭矩表及圈数计数器工作状态良好。

4 后期改进建议

方补心装置加装保护罩，避免高空小件落物掉入旋转空间，造成安全风险;制作专用二层平台，降低操作平面高度，方便操作人员作业;液控系统加装联络装置，如对讲机、电子喇叭、报警仪等，便于司钻和液压站及时保持联系;液压转盘加装尾部固定连杆，保证安全可靠。