小修作业机智能化升级设备配置浅析

车继勇，晏梦云，张海鹏，马永刚

（1.兰州石油机械研究所，甘肃兰州 730070；2.西安电力高等专科学校，陕西西安 71000；3.渤海石油装备（天津）采油装备有限公司，天津 300280；4.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃兰州 730070）

0 引言

小修作业机是油井保产稳产的重要设备。国内开发时间比较长的老油田，井下作业小修机自动化智能化程度普遍不高，配备自动化智能化设备比例小于10%，且配置不齐全，大多数采用4 人1 机的作业模式，修井作业效率低、工作时间长、修井成本高、安全性可靠性低，特殊修井新型工艺实施受限。

近年来，国内几家大型修井机制造企业将修井机、小修作业机、试油修井设备的自动化、智能化、高可靠性、模块化等陆续作为研发重点，近几年新出厂的修井作业机设计模块化，控制自动化，配置了智能化设备，而且部分还针对井下落物打捞、油泵检修等作业工艺进行优化。

技术升级后的小修自动化智能化作业机适用于油田油、水井小修常规作业，具备自动油管举升、自动卡持、自动对中、自动上/卸扣的功能。与常规小修智能化配置设备相比，优点在于自动化程度高、作业效率高，具有管柱在线无损探伤功能，提升绞车采用永磁同步电机作为主驱动，控制上具有超高的安全性和可靠性，司钻1 人集成控制，无按钮式操作，带动力滑车，不伤丝扣，增速起升机构，输送效率高，管柱自动对中，可满足冲砂，不拆卸即可通过任何井下工具。

1 技术参数

作业效率：下管速度50 根/h，起管速度45 根/h，猫道起升15 s；适应井口高度0～1.5 m，适配井口压力21/35 MPa，最大卸扣扭矩6000 N·m；适应油管直径:″，适应油管长度：RANGⅡ8～10 m；猫道最大输送重量500 kg，最大输送高度4.2 m，控制系统电源DC 24 V。

2 配置方案

智能化小修作业机按设备控制协作进行模块化设计，主要由提升游动模块、井口模块、智能控制模块、场地模块组成（图1），技术升级总体方案上完善各模块所完成的主要工作内容、自动化控制要求，根据小修作业机智能化升级总体要求，各模块设计开发相应的智能化配套设备及部件。

图1 小修作业机模块组成

2.1 提升游动模块（图2）

图2 提升游动模块

游动系统设备组成包括修井绞车、天车、游车、大钩、动力吊卡等。主要智能化控制设备为绞车的控制系统，绞车采用永磁同步电机作为动力源，永磁电机直驱绞车在设计中减少了链传动减速或齿轮传动减速环节，结构简单，安装尺寸小，可在钻机后台任意位置安装。可实现钻机绞车无齿轮（无链条）传动和无摩擦刹车（设计的刹车盘为辅助安全刹车，主要依靠电机控制制动），降低钻机能耗，简化操作，控制精度高、安全性和可靠性高、维保费用低。

动力吊卡、吊环偏摆器，动力吊卡使用修井机液压系统驱动，由司钻远程操作在井口抓取油管，可实现自动开合、自动翻转、自动侧摆、自动避让油管接箍。吊卡配备机械锁、液压锁、管柱到位传感器、闭合传感器等多重安全保护装置，以杜绝误操作。防油管柱摆动可无损安装在现有的游钩上。

2.2 井口模块

井口模块自动化配套设备是小修作业机的核心，对小修作业过程中油管起升、下放、上卸扣、油管扶正等一系列动作进行智能化自动化处理，并具备泥浆油污防喷，井口废液收集等辅助功能。

（1）集成化作业平台（图3）。智能一体化动力钳、泥浆防喷盒、井口扶正机械手、气动卡盘、冲砂密封、井口废液收集（能够适应不同位置（左、右、前）上油管）等协作油管处理平台。安装自动校准功能，适应不同井口高度，内置校准程序。就位后只需要跑一次全行程，即可记忆主要参数。

为适应改革后的执业医师考试，我国的高等医学院校需进行相应的教学改革，例如：药理学、病理学及一些临床学科已经进行了相应的教学改革[4-7]。组织学是一门重要的医学基础课程，与生理学、病理学等基础课程有着千丝万缕的联系，虽然执业医师考试中没有单列组织学，但执业医师考试题中却有诸多与组织学密切相关的知识点，为了适应执业医师考试改革的需要，在组织学教学中也进行了相应的探索式改革，具体总结如下。

图3 集成化作业平台

（2）井口环形防喷器。可封住油管与套管环管，满足冲砂作业时的密封要求。

（3）防喷器加长手轮。底部与原作业机单闸板防喷器连接并配有加长旋转手轮，可在井口平台外关闭、启动防喷器。平台首次安装后可与防喷器整体运输、安装，操作简便。

（4）智能一体化油管钳（图4）。程序化自动控制完成管钳自动伸缩、自动上扣、卸扣、换挡、对中一气呵成；增加配置了扭矩仪及远程控制系统，实时显示上扣扭矩，可精确上扣，防止过载损伤管柱；集成泥浆防溅盒；实时扭矩控制系统，可防止上/卸扣过拧或欠拧，错扣感知功能，上、下扣错位后，系统感知并预警，提高施工质量。

图4 智能化油管钳

（5）井口扶正机械手。提升油管时接住油管尾部缓冲、扶住油管下部进行对扣；下放油管时将油管推至动力猫道。

2.3 场地模块

场地模块设备包括：动力猫道、油管清洗装置、油管探伤、油污收集等设备。

（1）动力猫道（图5）：增速起升机构，10 s 起升，动力滑车，可有效防止磨损丝扣、拉拽滑车，可处理抽油杆（可选）长度6.8 m，普通车辆即可运输。

图5 动力猫道

（2）井口清洁化装置包括：泥浆防喷盒、猫道泥浆收集槽、井口泥浆收集伞、液相、固相排污口。

（3）油管清洗系统：油管盒前方单独设置离线清洗盒，管杆自井内取出后，自动化输送线可输送至后方的离线清洗盒内，利用高压水蒸汽对油管内、外壁进行清洗。

（4）油管在线无损探伤系统工作原理：用一磁场沿管杆轴向（或者周向）磁化管杆段，当管杆通过磁化磁场时，一旦管杆中存在缺陷，则会在管杆表面产生漏磁场，或者引起磁化管杆磁路内的磁通变化，采用磁敏感元件检测磁场的畸变即可获得有关管杆缺陷的信息。

2.4 智能控制模块

控制箱可集成在操作台内，或者挂装在井架上，配置有触摸操作屏，可设置设备的运行参数，集成摄像头监控画面。

（1）一体化集成控制系统。司钻1 人操作修井机及自动化设备，仅通过脚踏开关做安全确认，无需繁杂的操作，所有作业流程均内置于PLC 程序内，无需人工干预，司钻仅通过脚踏开关做安全确认，无需繁杂的操作；采用分时负载控制技术，设备错峰使用液压系统动力输出，系统整体负载降低，运行速度大幅提升。扭矩控制确保施工安全，实时扭矩控制系统可防止上/卸扣过拧或欠拧，错扣感知功能，上、下扣错位后，系统感知并预警，提高施工质量。

（2）智能化软件系统。AIRIG 数字孪生平台（设备参数、修井参数）→RPDAS 远程预测诊断分析系统（智慧调度、预判分析）→智慧智能修井专家系统（设备监控、修井监控）。

（3）视频监控。系统留有视频监控接口，司钻可全局监控作业状况及设备运行状态。

3 智能化升级的优点

（1）提高劳动生产率。多人协作变为司钻为主导的全自动化作业，管具上扣合格率100%。

（2）降低劳动强度。繁重的人工劳动转变为自动化管控。（3）提升经济效益。减少作业人员数量，可实现1 人1 机作业模式，大幅度降低人工成本。

（4）降低安全事故率。彻底杜绝员工在非安全区域工作。

4 结束语

技术升级的智能化小修作业机，游动模块绞车提升采用永磁电机提供动力，减少了中间机械减速环节，设备故障率及维护保养工作量降低，调速控制更简便。井场控制电路全部采用24 V电，确保用电安全。增加了管柱在线无损检测功能，第一时间发现管柱缺陷，及时更换。彻底杜绝井口作业安全隐患，极大减轻了劳动强度，提升作业员工的安全感和幸福感。

具备多重安全传感器和安全逻辑智能管理系统，识别有安全隐患的误操作，不响应危险操作；采用脚踏开关确认，系统自动运行。修井作业过程中每班减少2 人，每个作业队减少8 人，智能化设备作业，平均单口井作业时间缩短35%，经济效益明显，2 年可收回投资成本。采用模块化设计理念，仅有2 个运输单元，转场、安装快速便捷。