楊文新，曹立明，王建剛，王斌虎，李培江

（1.新疆油田公司井下作業(yè)公司，新疆克拉瑪依834000；2.江漢石油管理局第四石油機械廠，湖北荊州434000） ＊

XJ150型無風(fēng)載繃繩修井機研制及應(yīng)用

楊文新1，曹立明2，王建剛1，王斌虎1，李培江1

（1.新疆油田公司井下作業(yè)公司，新疆克拉瑪依834000；2.江漢石油管理局第四石油機械廠，湖北荊州434000）＊

為滿足沼澤、沙漠及井位密集地區(qū)的小修作業(yè)要求，加快生產(chǎn)進度，開發(fā)了一種車載自走式無風(fēng)載繃繩修井設(shè)備。介紹了其結(jié)構(gòu)原理及設(shè)計的關(guān)鍵點，并對其應(yīng)用效果進行統(tǒng)計分析。目前該設(shè)備已在新疆油田得到廣泛應(yīng)用。

桅型井架；風(fēng)載繃繩；修井機

近年來，隨著國內(nèi)石油鉆采設(shè)備研制能力的迅速提升，車載自走式修井設(shè)備已形成系列化生產(chǎn)，提升載荷300～2 250kN，技術(shù)性能已達到國際同行業(yè)先進水平。

車載自走式修井設(shè)備配備的井架基本為桅型井架，作業(yè)時需要在井架頂部四角安裝4根風(fēng)載繃繩，并與地錨樁連接固定，每個地錨樁沿繃繩方向承拉能力＞75kN。由于沼澤、沙漠、丘陵、山地及井位非常密集的井場沒有位置或無法打地錨樁，需要使用吊車、平板車吊運水泥條代替地錨樁。這樣不僅耗資、耗力，而且由于地錨坑受力有限，作業(yè)安全無法保障。

為了適應(yīng)沼澤、沙漠及井位密集地區(qū)的作業(yè)需要，在保證作業(yè)安全的條件下，達到方便操作、降低作業(yè)強度、提高作業(yè)效率的目的，研制了一種XJ150型無風(fēng)載繃繩修井機，配備了風(fēng)載穩(wěn)定裝置，省略了挖繃繩錨坑、打地錨樁、水泥條搬運等耗資、耗力、耗時的工序，減少了作業(yè)前準備工作量，降低勞動強度，同時解決了作業(yè)時井架過度偏載或整車側(cè)翻的隱患。

1 結(jié)構(gòu)組成

該修井設(shè)備包括井架、底盤車、車架、發(fā)動機、支撐座、傳動系統(tǒng)、絞車、支架、司鉆控制箱等，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其重要特征在于其風(fēng)載穩(wěn)定裝置設(shè)在修井機尾部的車架上。

圖1 XJ150型無風(fēng)載繃繩修井機整體結(jié)構(gòu)

為了能更好地監(jiān)測修井機作業(yè)時的受力狀況，在修井機車架前部的支撐座和活動支腿上設(shè)有傳感器，通過電纜與司鉆控制箱上的智能電子警示儀連通。修井機作業(yè)前，首先調(diào)整車架前后支撐座及液壓小底座，將整機調(diào)平；接著展開防側(cè)翻支架至與車架垂直的位置，安裝固定支撐桿與車架相聯(lián)，形成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整絲桿可調(diào)整支撐座的高度；然后起升井架到直立狀態(tài)后通過定位銷與井架底座相聯(lián)，調(diào)整內(nèi)載荷繃繩，使內(nèi)載荷繃繩受一定預(yù)緊力；最后根據(jù)整機實際平衡情況在智能電子警示儀上設(shè)定支腿上傳感器的安全數(shù)據(jù)值即可進行作業(yè)，當(dāng)任一支撐受力變化超過設(shè)定值范圍時智能電子警示儀立即發(fā)出聲光警示。

2 主要技術(shù)性能指標(biāo)

通過對國內(nèi)油田實地調(diào)研：作業(yè)井深約1 000 m、作業(yè)載荷在300kN以內(nèi)的占較大份額，作業(yè)環(huán)境風(fēng)速一般在4～5級以下。根據(jù)以上調(diào)研，首先確定了無風(fēng)載繃繩修井機工作的額定載荷為300kN，考慮到修井機在作業(yè)過程中有可能發(fā)生卡管等工程事故，為了能保證修井機正常解封、解卡作業(yè)，在修井機額定載荷的基礎(chǔ)上增加了1.95的載荷安全系數(shù)，即修井機最大載荷為585kN。而無風(fēng)載繃繩修井機主要用于修井作業(yè)，因此在最大鉤載作業(yè)下，使用?63.5mm（2英寸）加厚油管的修井深度為2 600m，其各項技術(shù)性能參數(shù)如下：

修井深度 2 600m（?63.5mm加厚油管）

額定載荷 300kN

最大鉤載 585kN

發(fā)動機額定功率 216kW

井架高度 18m（從地面到天車底部）

游動系統(tǒng) 3×4

底盤驅(qū)動形式 6×6

具有傾斜報警功能，能夠?qū)崿F(xiàn)一體化作業(yè)。

3 技術(shù)難點及創(chuàng)新點

XJ150型無風(fēng)載繃繩修井機采用18m桅桿式井架，桅桿式井架向井口方向有3～5°的傾角。因此，如何確保作業(yè)時整機的安全、可靠性是研制的難點及關(guān)鍵之處。

3.1 整體結(jié)構(gòu)受力合理性

桅桿式井架作業(yè)提升管柱時將產(chǎn)生沿井架垂直向下的外力，會導(dǎo)致修井機沿井架方向的縱向傾倒，同時當(dāng)修井機作業(yè)時還受到兩側(cè)方向的外在風(fēng)力，目前修井機完全依靠4根風(fēng)載繃繩來平衡所有外力，當(dāng)取消4根風(fēng)載繃繩的作業(yè)工況下，為滿足修井作業(yè)要求進行了結(jié)構(gòu)改進設(shè)計。

1） 井架底座的設(shè)計 井架底座是由4根立柱及型材焊接而成的一個側(cè)面呈矩形、水平方向呈“門”字形的結(jié)構(gòu)架。其中2個立柱下端焊接在車架上，上端與桅型井架下端通過鉸支座活動聯(lián)接；另外2個立柱上端與桅型井架下端活動聯(lián)接，下端聯(lián)接液壓小底座。液壓小底座是1個整體式的矩形塊，其上設(shè)有1對可液壓升降的支腿，用于調(diào)整車架水平，并承受井架在3～5°的傾角時提升載荷產(chǎn)生的垂直向下力，提高防傾翻能力。

2） 側(cè)向支座設(shè)計 在車架尾部的兩側(cè)通過活動鉸支座聯(lián)接了2個帶活動支腿的防側(cè)翻支架，其采用型鋼焊接而成，支架可繞銷軸展開、收攏，活動支腿是一個帶調(diào)整絲桿的支撐座。支架展開時安裝固定支撐桿，與支架、車架相聯(lián)形成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，增大側(cè)向穩(wěn)定力矩，抵消井架作業(yè)時產(chǎn)生的側(cè)向不平衡力。防側(cè)翻支架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 防側(cè)翻支架結(jié)構(gòu)

3.2 整機安全可靠性

1） 側(cè)后翻警示裝置。為了解決修井機在無防風(fēng)繃繩的情況下能安全、可靠地工作，在修井機前后支腿增加了壓力傳感器，在司鉆控制臺上設(shè)置了電子報警裝置，嚴密監(jiān)控各液壓支腿的支反力變化情況，如有異常，提前及時報警。

2） 多種工況作業(yè)時所產(chǎn)生的變化外力對整機的影響。采用美國結(jié)構(gòu)軟件公司的StruCAD＊3D三維空間梁結(jié)構(gòu)分析計算軟件對無繃繩修井機進行作業(yè)工況受力計算。受力支撐點如圖3所示。

XJ150型無風(fēng)載繃繩修井機在4種工況下的受力計算如下：

工況1：最大鉤載585kN，0°方向（從車頭向車尾方向）35節(jié)風(fēng)（8級）。

工況2：最大鉤載585kN，90°方向（從車左右側(cè)垂直車身方向）35節(jié)風(fēng)（8級）。

工況3：0°方向最大風(fēng)速60節(jié)（12級），無鉤載。

工況4：90°方向最大風(fēng)速60節(jié)（12級），無鉤載。

不同工況及載荷下建模計算結(jié)果如表1～2所示。

圖3 無風(fēng)載繃繩修井機各受力支撐點

表1 4種工況下各液壓支腿受力支撐點支反力 kN

表2 在4種鉤載工況下各液壓支腿受力支撐點支反力 kN

1） 在4種工況下，前部支點A、B所受地面支反力全部為正值，這說明在4種工況和4種鉤載作業(yè)下，XJ150型無風(fēng)載繃繩修井機在施工作業(yè)工程中前橋不會離開地面，也說明修井機不會向后傾翻。

2） 在4種工況下，旋轉(zhuǎn)式防側(cè)翻裝置支點C、D所受地面支反力全部為正值，這說明在4種工況和4種鉤載作業(yè)下，XJ150型無風(fēng)載繃繩修井機在施工作業(yè)工程中修井機防側(cè)翻裝置2個支撐點都不會離開地面，也說明修井機在4種工況下作業(yè)時不會向左或向右傾翻。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 應(yīng)用效果評價

XJ150型無風(fēng)載繃繩修井機（如圖4）投產(chǎn)第1年施工67口井，現(xiàn)場對其立放井架所用時間進行測時并取平均值，再通過與普通同級別修井機進行對比，從而對XJ150型無風(fēng)載繃繩修井機的應(yīng)用效果進行評價。

圖4 現(xiàn)場作業(yè)XJ150型無風(fēng)載繃繩修井機

該設(shè)備與同級別普通修井機作業(yè)時間對比如表3所示。

表3 無風(fēng)載繃繩修井機作業(yè)時間對比

由表3可以看出：由于無風(fēng)載繃繩修井機不需要打地錨樁和調(diào)節(jié)繃繩距離，相比普通同級別修井機，立放井架速度大幅加快，每口井可節(jié)約時間約41min，加快了施工進度，提高了作業(yè)效率，同時大幅降低了工人的勞動強度。

4.2 經(jīng)濟效益分析

由于無風(fēng)載繃繩修井機不需要調(diào)節(jié)繃繩距離和打地錨樁，相比普通同級別修井機，立放井架速度大幅加快，每口井可節(jié)約41min，在相同工況下每年可節(jié)約作業(yè)時間：41×270＝11 070min＝184.5h。

按照目前1 000m以內(nèi)油、水井小修作業(yè)每口井平均作業(yè)時間在10h以內(nèi)計算，每年可多施工18口井。

4.3 安全效果評價

1） 防傾翻裝置代替風(fēng)載繃繩，經(jīng)理論計算可承受12級大風(fēng)井架不傾翻。

2） 采用電子防傾翻報警儀，實時顯示各支腿受力情況，及時自動報警，保證了設(shè)備平衡穩(wěn)定。

3） 采用電子防碰裝置，當(dāng)提升高度超過設(shè)定值時自動剎車，保證提升作業(yè)施工的安全性。

4） 安全照明采用防爆燈具，保證夜間照明及施工安全。

5 結(jié)語

無風(fēng)載繃繩修井機在減少井場作業(yè)面積、降低使用者勞動強度、減少作業(yè)成本、提高作業(yè)效率方面具有較大的發(fā)展空間。目前，XJ150型無風(fēng)載繃繩修井機已實現(xiàn)批量生產(chǎn)，并在新疆油田得到廣泛應(yīng)用。

［1］ 馬林昌.無繃繩修井機穩(wěn)定性仿真分析［J］.石油礦場機械，2011，40（9）：53－56.

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［6］ 宋嗣新.無繃繩修井機關(guān)鍵部件有限元分析及穩(wěn)定性研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2007.

Development and Application of XJ150Workover Rig without Guy Rope

YANG Wen－xin1，CAO Li－ming2，WANG Jian－gang1，WANG Bin－h(huán)u1，LI Pei－jiang1
（1.Downhole Technique Company，Xinjiang Oilfield Company，Karamay834000，China；2.The Fourth Petroleum Machinery Factory，Jianghan Petroleum Administration Bureau，Jingzhou434000，China）

To meet the requirement of workover treatment in marshland，desert and well populated area and to accelerate the construction progress，a self－propelled workover rig without guy rope was designed.This text presents its working principle and key technology，the application effects is analysed statistically.Now the work over has been fully applied in Xinjiang Oilfield.

mast type mast；guy rope；workover rig

1001－3482（2012）03－0065－04

TE935

A

2011－09－28

楊文新（1961－），男，新疆克拉瑪依人，工程師，主要從事石油裝備管理工作，E－mail：fw3－wangjg＠petrochina.com.cn。