修井作业自动化技术在大港油田的应用及展望

2022-09-08杨希军张宏峰柴寿春陈吉森王春祥

今日自动化 2022年7期

杨希军，张宏峰，柴寿春，陈吉森，王春祥

（中国石油大港油田公司井下作业公司，天津 300283）

1 国内修井作业自动化技术研究现状

近年来，胜利、大庆、新疆、河南等油田与胜机、三一、南阳二机、东方先科等装备制造企业合作，开展自动化修井设备现场试验，经过近20年的研发攻关试验，取得了一定的成果与认识。

胜机公司研发的管杆输送机结构紧凑、性能稳定，在胜利油田累计投产150套。三一石油推出的常规修井机井口自动化改造方案，形成了比较完整的系统配套。南阳二机生产的全自动修井机小规模推广，分别在河南、新疆、大庆、大港油田开展现场试验。东方先科研制的分体式自动化装置在大港油田完成23井次小修作业现场试验。

现场试验表明，各厂家设备存在无法起下泵杆、冲砂费时费力、制造维护成本高、生产时效低等共性问题，因此修井作业自动化研制还任重道远，需要修井专业与装备制造专业相结合，研发出满足修井现场实际需求的自动化设备。

2 大港油田修井作业自动化设备应用情况

大港油田一直致力于修井作业自动化的探索试验工作，先后推广了管杆举升机、井口操作平台、气动卡瓦等自动化配套装置。2021年，结合本油田现场实际，研发试验了智能一体化修井机和分体式修井作业装置各一套，通过现场试验，改进了设备的现场适应性，为下步研发提供了方向。

2.1 智能一体化修井机应用情况

智能一体化修井机于2021年7月在大港油田投产使用，目前累计完成20口井，起下管杆18 320根。设备主要技术参数，见表1。

表1 智能一体化修井机技术参数

2.1.1 设备模块组成和工作流程

一体化修井机由管杆输送、油管提悬、井口处理、集成控制4个模块设计组成，如图1所示。在作业过程中，采用PLC 集成控制各模块操作，通过控制室的按钮或手柄，各模块相互协同，实现小修作业的自动化。起管工序流程如图2所示，下放管柱与之相反。

图1 智能一体化修井机系统组成

图2 一体化修井机起升管柱工序流程

2.1.2 设备关键技术

（1）管杆输送技术。研发的动力猫道举升高度为0.8～3.5 m，移送管柱长度为8～10 m，最大起升载荷0.5 t，可远程遥控、双向折叠，简便灵巧。

（2）自动液压钳技术。该设备集成对扣器和反扭矩释放装置，其结构简化，集成主机，位置精度高，一键到井口位，一键完成上、卸扣作业，安全省力，减轻工人劳动强度。

（3）扶正机械手技术。机械手臂集成主机，通过伸缩臂实现伸长接管、缩回对中的功能，程序设置精密，一键到井口位，准确对中。

（4）集成控制技术。设备集成化程度高，除猫道外，其他全部集成于机车尾部，控制系统由液压控制、PLC 自动控制、各装置的控制元件组成，程序安全互锁，避免误操作。

2.1.3 存在问题及改进措施

（1）存在问题。①施工井架与猫道只能同一直线摆放；②无法自动化起下泵杆；③无法快速安装防喷单根，抢喷时间长；④冲砂单根只能临时放置在猫道另一侧，接完油管单根后，需要人力搬上猫道，平时2 min 能完成的工序实测需要7 min。

（2）改进措施。①升级扶正机械手臂，增加旋转功能，机械手磁吸油管后，启动旋转马达，机械手与油管一起旋转180°，将油管移运至动力猫道；②配置动力吊卡转换吊钩，起下泵杆时，无需拆卸吊卡，只需卡住吊卡转换吊钩，直接悬挂抽油杆吊卡；③将油管、旋塞阀、防喷短节组成新的防喷单根，放置猫道另一侧抓手处，出现紧急情况，立即抢装；④研发双轨道动力猫道，可一键切换起下状态，实现便捷冲砂的设计方案。

2.2 分体式自动化修井机应用情况

分体式自动化修井机于2021年8月在大港油田投产使用，累计施工23口井，共起下26644根油管，设备主要技术参数如表2所示。

表2 分体式自动化装置技术参数

2.2.1 设备系统组成和工作流程

分体式自动化装置采用模块化设计，由升降平台、液压吊卡、半自动液压钳、气动卡盘、管杆输送机组成，形成了一套简便实用的半自动化作业装置，示意图，如图3所示，起下管柱的具体工序流程，如图4所示。

图3 分体式修井机井口自动化配套装置

图4 分体式自动化修井机起下管柱工序流程

2.2.2 设备关键技术

（1）井口操作平台。由台体、翻转踏板、升降支腿、积液排污槽等主要部分组成，升降系统由液压控制，可做到单腿的高度调整，实现平台整体水平。

（2）半自动液压钳。通过小绞车钢丝绳悬吊于井口，尾部连接气缸。人工辅助完成液压钳的上卸扣、推送，整体移动由尾端气缸推动，上卸扣由本体控制阀手动操作。

2.2.3 存在问题及改进措施

（1）存在问题。①起下油管过程中液压吊卡偏摆角度不正；②液压钳推动气缸过长，致使液压钳离井口太近；③操作平台需吊车配合安装拆卸，搬迁时需额外增加运输车辆。

（2）改进措施。①安装大钩防风导向装置，减小晃动，提高吊卡对油管的取送对中准确度；②液压钳推动气缸更改为多级缸，避让井口半径600 mm 左右；③研发井架自背式井口操作平台，高度可调，重量较轻，安装方便快捷，搬迁可随井架一起搬走。

3 修井作业自动化技术改进方向

通过多井次的现场试验，一两套自动化设备逐渐适应现场实际，实现了人工辅助起下泵杆，施工井范围由最初的水井扩大到油水井，司钻操作逐渐熟练，员工接受度不断提高。然而设备依旧存在应急抢喷时间长，搬迁准备工作量大，制造维护成本高，生产时效较低等问题。要实现小修作业自动化技术推广使用，未来应重点攻关以下几方面。

（1）充分考虑井控应急的设施配套，做到应急反应迅捷准确。

（2）优化集成控制程序，缩短动作间衔接时间，提升设备运行速度。

（3）抽油杆的输送、对中、上卸扣问题。

（4）改进自动液压钳，提升自动对中精确度。

（5）结合各油田作业现场实际，考虑不同的改造标准，形成多种自动化配套方案。