郭 峰

（中石化石油工程機械有限公司第四機械廠，湖北 荊州 434024）

連續(xù)管作業(yè)機在石油行業(yè)有著“萬能作業(yè)機”的美譽[1－4]，主要用于油田修井、測井、鉆井和完井等領(lǐng)域，也可作為管線管應(yīng)用于井場或海洋的油氣輸送。連續(xù)管作業(yè)機可以通過更換不同的連續(xù)管適應(yīng)不同的作業(yè)類型，滿足各種作業(yè)工藝需要，應(yīng)用范圍廣[5-7]。

連續(xù)管導(dǎo)向器是連續(xù)管作業(yè)過程中必不可少的部件，用于支撐連續(xù)油管質(zhì)量以及引導(dǎo)連續(xù)油管進(jìn)入或?qū)С鲎⑷腩^[8]。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的導(dǎo)向器已經(jīng)無法滿足作業(yè)要求，主要表現(xiàn)為：①其導(dǎo)向器壓蓋沒有采用液壓控制，增加了人工操作壓蓋開啟與關(guān)閉的難度；②由于導(dǎo)向器離地面高約10 m，人工操作壓蓋開啟與關(guān)閉時需要登高作業(yè)，存在安全隱患；③盡管目前有些導(dǎo)向器采用了液壓控制方式，但是這種液壓控制方式是通過同步控制來進(jìn)行壓蓋關(guān)閉及開啟，不利于連續(xù)油管順利導(dǎo)入注入頭；④現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)向器架體容易變形，滾輪容易磨損并且會損傷連續(xù)油管[9]。

為此，本研究研制了一種新型連續(xù)管導(dǎo)向器，該導(dǎo)向器采用液壓順序控制壓蓋開啟與閉合，降低人工操作強度及高空作業(yè)風(fēng)險，并將滾輪壓蓋設(shè)計為多位置結(jié)構(gòu)來適應(yīng)不同管徑的連續(xù)油管，拓寬了導(dǎo)向器適應(yīng)范圍。

1 新型連續(xù)管導(dǎo)向器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型連續(xù)管導(dǎo)向器由前架體、支撐油缸、后架體、壓蓋油缸、壓蓋、支撐架、滾輪、順序閥等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。前架體采用擴口式結(jié)構(gòu)，可以折疊，方便油管導(dǎo)入，支撐連續(xù)油管質(zhì)量，適宜整體運輸；支撐油缸用于作業(yè)時支撐前架體，作業(yè)完成后將前架體縮回，便于導(dǎo)向器整體上裝及運輸；后架體是導(dǎo)向器主體部分，起導(dǎo)入連續(xù)油管及支撐連續(xù)油管質(zhì)量的作用；壓蓋油缸用于控制滾輪壓蓋的開關(guān)；壓蓋用于限制連續(xù)油管在滾輪圓弧內(nèi)活動，防止連續(xù)油管跳出；支撐架與注入頭相連，用于支撐導(dǎo)向器質(zhì)量；滾輪適應(yīng)不同外徑連續(xù)油管作業(yè)，起導(dǎo)向作用；順序閥用于控制滾輪壓蓋有序開關(guān)。設(shè)計的連續(xù)油管導(dǎo)向器適用于直徑為38.1 mm、44.45 mm和50.8 mm的連續(xù)油管，曲率半徑為2 032 mm。

圖1 新型連續(xù)管導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

新型連續(xù)管導(dǎo)向器采用液壓控制方式作業(yè)。一方面，通過液壓控制支撐油缸，使前架體在作業(yè)時能正常打開，并保證作業(yè)完成后能完全縮回，減小整體上裝尺寸，便于運輸；另一方面，通過液壓控制壓蓋油缸，使?jié)L輪壓蓋能正常開啟與關(guān)閉。為使?jié)L輪壓蓋開啟與閉合能與作業(yè)人員操作習(xí)慣一致，在液壓控制系統(tǒng)中增加了順序閥，用于滾輪壓蓋的有序開啟與閉合。滾輪壓蓋開啟順序為上—中—下，閉合反之。導(dǎo)向器液壓系統(tǒng)工作順序如圖2所示。

圖2 導(dǎo)向器液壓系統(tǒng)工作順序圖

1.3 技術(shù)特點

新型連續(xù)管導(dǎo)向器具有以下特點：①不同參數(shù)的滾輪以及多位置壓蓋設(shè)計，適應(yīng)不同管徑的連續(xù)油管；②采用液壓控制方式，降低作業(yè)風(fēng)險及作業(yè)難度，壓蓋的開啟與閉合動作采用順序控制技術(shù)，適應(yīng)現(xiàn)場作業(yè)工況；③導(dǎo)向器架體采用工字鋼型材，減小加工制造難度，同時增加了導(dǎo)向器的整體強度。

2 導(dǎo)向器后架體強度校核

作業(yè)過程中，為了使連續(xù)油管在油管滾筒和注入頭之間保持恒定的張力，并在導(dǎo)入或?qū)С鲎⑷腩^的過程中不會產(chǎn)生連續(xù)油管散亂等現(xiàn)象，需要提供給連續(xù)油管的彎矩[10]為

式中：δy—連續(xù)油管屈服強度，MPa；

D—連續(xù)油管外徑，mm；

d—連續(xù)油管內(nèi)徑，mm。

選取CT110連續(xù)油管為研究對象，其屈服強度為770 MPa，油管外徑為50.8 mm，壁厚為7.137 4 mm，則Me=10 403.9 N·m。取安全系數(shù)1.5，為避免連續(xù)油管在導(dǎo)向器中失控彈出，連續(xù)管在導(dǎo)向器中可承受的最大力矩為1.5Me=15605.9N·m?？紤]到導(dǎo)向器曲率半徑為2 032 mm，則連續(xù)油管所受力為1.5Me/2.032=7 680.04 N。利用Solidworks軟件建立導(dǎo)向器后架體模型，并對其進(jìn)行有限元分析，結(jié)果如圖3所示。由圖3（a）可知，后架體的最大應(yīng)力為117.1 MPa，小于材料的許用應(yīng)力235 MPa。由圖3（b）可知，后架體的最大變形量為0.32 mm，滿足設(shè)計要求。

圖3 導(dǎo)向器后架體有限元分析結(jié)果

3 導(dǎo)向器對中調(diào)整

導(dǎo)向器的作用就是引導(dǎo)連續(xù)油管進(jìn)入或?qū)С鲎⑷腩^并穿過注入頭鏈條系統(tǒng)的中心。圖4為導(dǎo)向器對中調(diào)節(jié)裝置示意圖，作業(yè)時可按以下步驟進(jìn)行對中：①鏈條張緊液缸作用約3 MPa的壓力，確保夾緊回路的夾緊壓力關(guān)閉；②沿起連續(xù)管方向轉(zhuǎn)動注入頭鏈條至少10圈，檢查鏈條運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)；③安裝好連續(xù)管導(dǎo)向器，并作用夾緊力2 MPa，向下連續(xù)管的方向運行注入頭將連續(xù)管從滾筒上拉出，并經(jīng)導(dǎo)向器拉入注入頭；④一旦連續(xù)管完全穿過注入頭和防噴盒就把夾緊壓力增加到3 MPa；⑤從注入頭的頂部向下觀察鏈條，觀察鏈條與連續(xù)管最初的接觸區(qū)域；⑥松開鎖緊螺母并旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺栓來調(diào)節(jié)導(dǎo)向器，確保注入頭鏈條和夾塊位于注入頭的中心線；⑦擰緊鎖緊螺母，然后關(guān)閉所有壓蓋，壓蓋上提供了孔眼，以便用撬杠或其他工具把連續(xù)管拉到滾輪上；⑧操作注入頭下入連續(xù)管，觀察導(dǎo)向器的工作狀況，并及時調(diào)整，如果導(dǎo)向器位置不正確，注入頭運轉(zhuǎn)會產(chǎn)生噪音，夾緊液壓缸會跳動，正確地調(diào)整導(dǎo)向器可以消除上述現(xiàn)象；⑨擰緊連接螺母、螺栓以使導(dǎo)向器牢固定位。

圖4 導(dǎo)向器對中調(diào)節(jié)裝置示意圖

圖5是導(dǎo)向器正確對中的示意圖。導(dǎo)向器的正確對中可降低注入頭運轉(zhuǎn)噪聲，減少磨損，并保證負(fù)載傳感器的正確讀數(shù)。

圖5 導(dǎo)向器正確對中示意圖

4 現(xiàn)場應(yīng)用

研制的新型連續(xù)管導(dǎo)向器在某油田進(jìn)行了現(xiàn)場作業(yè)，如圖6所示。作業(yè)中成功將LG360連續(xù)管作業(yè)機滾筒上的5 000 m連續(xù)管（Φ50.8 mm）下入到指定井深進(jìn)行打撈、射孔等作業(yè)。整個作業(yè)過程中，導(dǎo)向器架體未見明顯變形，液壓控制系統(tǒng)簡單實用，滾輪未發(fā)生明顯磨損，連續(xù)管無劃痕或損傷，獲得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。作業(yè)后的導(dǎo)向器如圖7所示。

圖6 新型導(dǎo)向器現(xiàn)場作業(yè)照片

圖7 作業(yè)后導(dǎo)向器照片

5 結(jié) 論

（1）設(shè)計的新型連續(xù)管導(dǎo)向器具有操作簡單、節(jié)省作業(yè)時間、減輕工作強度等優(yōu)點，可根據(jù)不同的連續(xù)管作業(yè)工藝快速更換連續(xù)管，使用效果顯著。

（2）滾輪壓蓋采用多位置設(shè)計，可保證導(dǎo)向器適應(yīng)于不同管徑的連續(xù)油管，拓寬了導(dǎo)向器的適用性。

（3）導(dǎo)向器設(shè)計成可折疊式結(jié)構(gòu)，解決了整體上裝困難的問題，并方便運輸。

（4）采用液壓控制方式，降低人工操作壓蓋開啟與關(guān)閉的難度，提高作業(yè)安全性；采用順序閥液壓控制方式實現(xiàn)滾輪壓蓋依次順序開啟及關(guān)閉,方便連續(xù)油管順利導(dǎo)入。

（5）滾輪及滾輪壓蓋以特定的角度分布在鵝頸管架體上，適應(yīng)連續(xù)油管背拉力，不損傷滾輪及連續(xù)油管。

[1]賀會群.連續(xù)管鉆井技術(shù)與裝備 [J].石油機械，2009，37（7）:1-6.

[2]賀會群，熊革，李梅，等.LZ580—73T連續(xù)管鉆機的研制[J].石油機械，2012，40 （11） :1-4，52.

[3]郭峰.LG380/60連續(xù)管作業(yè)機的研制[J].焊管，2015，38（7）:30-33.

[4]康麗梅.SLG450/73拖掛連續(xù)油管作業(yè)機的研制[J].焊管，2016，39（10）:24-26.

[5]郭峰.LG380Q連續(xù)管作業(yè)橇組的開發(fā)[J].焊管，2017，40（4） :27-30.

[6]魯明春，路彥森，魯江，等.新型國產(chǎn)連續(xù)管持續(xù)研發(fā)應(yīng)用探討[J].焊管，2017，40（3）:28-31.

[7]劉桓，盧秀德，林師瑤，等.國產(chǎn)高鋼級連續(xù)油管在川渝頁巖氣開發(fā)中的應(yīng)用[J].焊管，2017，40（7）:41-43.

[8]李宗田.連續(xù)油管技術(shù)手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社，2003.

[9]李鴻斌，畢宗岳，鮮林云，等.Φ38.1mm連續(xù)油管穿孔失效分析[J].焊管，2017，40（7）:55-59.

[10]YANG Y S.Bending torque and strain energy in reeling coiled tubing[J].SPE Journal，1997， 2（2）:182-185.