石江超

摘要：本文設計了一種新型的小修作業(yè)井口無人化裝備，由1名司鉆人員操作遙控器或司控臺對該裝備進行油管等管桿移送及自動上卸扣等作業(yè)，提高了小修作業(yè)的工作效率和施工安全性，減輕了員工的勞動強度，減少了現(xiàn)場作業(yè)人員和井口周邊環(huán)境污染，實現(xiàn)了小修作業(yè)井口無人化、智能化、自動化。

關鍵詞：小修作業(yè);井口無人化;技術研究;管柱處理系統(tǒng)

1.前言

修井作業(yè)在油田開發(fā)與采油的過程中，處于至關重要的一個環(huán)節(jié)[1]。在油氣井生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會發(fā)生油層出砂或近井地帶堵塞、井筒結(jié)垢、油層滲透率降低、部分生產(chǎn)油層枯竭、套管損壞等油井本身故障，也可能會出現(xiàn)生產(chǎn)管柱絲扣滲漏或脫落、抽油桿斷裂或脫扣、抽油泵工作不正常等井下采油設備故障，造成油井減產(chǎn)甚至停產(chǎn)[2]。以上這些故障只有通過修井作業(yè)來排除。

本文從小修作業(yè)的工藝策略、作業(yè)模式及裝備選型設計等方面進行技術研究，以提高小修作業(yè)施工效率和HSE強度、減輕作業(yè)人員勞動強度和減少作業(yè)人數(shù)為目標，力求研制出一套智能化和高自動化的小修井口作業(yè)裝備。

2.正文

2.1 系統(tǒng)組成

本套設計方案中的小修作業(yè)井口無人化裝備采用機、電、液和機器視覺一體化設計，以司控臺為操控中心，一體化平臺為作業(yè)面，采用總線連接方式將定位擺管機械手、修井鐵鉆工、液壓吊卡、動力卡瓦、視覺系統(tǒng)和智能防碰撞系統(tǒng)等一系列管柱處理系統(tǒng)進行信息融合，由1名作業(yè)人員操作司控臺對設備進行操作，實現(xiàn)油管等管桿擺放、自動上卸扣等作業(yè)。

下面對各設備和子系統(tǒng)作初步介紹，具體如下：

（1）一體化平臺：整套設備的操作平臺，平臺上安裝各設備，并具有高度調(diào)節(jié)功能;

（2）定位擺管機械手：取代人工擺放管柱;

（3）修井鐵鉆工：實現(xiàn)管柱在作業(yè)過程中的上扣和卸扣;

（4）液壓吊卡：是提升油管的主要承重設備;

（5）動力卡瓦：實現(xiàn)由雙吊卡作業(yè)該為單吊卡作業(yè);

（6）司控臺：實現(xiàn)小修井口無人化作業(yè)裝備在司控臺的集成控制;

（7）視覺系統(tǒng)：利用視覺系統(tǒng)提供實時畫面和定位，實現(xiàn)小修作業(yè)井口無人化裝備精確、可靠的操作;

（8）智能防碰撞系統(tǒng)：使司控臺與各關鍵系統(tǒng)裝備相互結(jié)合，使各個系統(tǒng)裝備作業(yè)時合理有序。

小修作業(yè)井口無人化裝備與現(xiàn)有的修井機和貓道機配合作業(yè)，實現(xiàn)了操作人員在司控臺通過集成控制系統(tǒng)就能完成起下鉆和上卸扣等一系列管柱處理操作;其中還可以對自動化設備狀態(tài)進行實時監(jiān)測和潛在故障的判斷，增強了作業(yè)安全性，讓人類的決策與操控能力在后方得以充分發(fā)揮，同時也提高了施工安全系數(shù)，以遠程操控的方式實現(xiàn)人與裝備的互動，使人在油田小修作業(yè)施工中處于更高的統(tǒng)領作用，達到與技術的一體化和諧運作。

2.2工藝策略

目前，我國小修作業(yè)主要由修井機和人工操作完成，起下管柱時至少需要4人協(xié)同作業(yè)，其中1人操車，2人站井口操作，剩余1人（場地工）拉送油管，要求各崗位人員必須精力集中、相互配合默契。這些傳統(tǒng)作業(yè)工藝復雜繁瑣，工作效率低且安全可靠性低。所以針對以上情況，本套設計方案中的井口無人化作業(yè)裝備優(yōu)化傳統(tǒng)的小修作業(yè)模式及工藝策略，根據(jù)現(xiàn)場場地的不同與修井機和抽油機相協(xié)調(diào)配合進行場地的布局，可靈活適應多種工位，通過自動化設備實現(xiàn)了先進的一體化、無人化和多工位作業(yè)模式的工藝策略，使小修作業(yè)工藝最優(yōu)化。

就工藝流程優(yōu)化方面，下面以定位擺管機械手為例進行詳細說明：

由于目前油田小修作業(yè)過程中管柱從貓道口到井口的移送是靠人工操作的，作業(yè)效率低下，而且危險性極高，容易造成安全事故，沒有強化HSE管理體系，因此，使用自動化裝置進行管柱自動化搬運非常有必要，小修井口無人化作業(yè)裝備實現(xiàn)了司控臺或用遙控器的一鍵操作，使機械手自動實現(xiàn)了管柱在貓道口和井口之間的移送并自動對中，節(jié)省了人工，極大地提高了安全系數(shù)，優(yōu)化了工藝流程。

2.3 作業(yè)工藝流程

該裝備的工藝模式有兩種，即起立柱和下立柱。

首先，將平臺通過液壓油缸起升調(diào)節(jié)到合適的作業(yè)高度，將伸縮梯調(diào)整到合適的角度和長度方便人員上下平臺。將修井鐵鉆工和定位擺管機械手移動到合適的位置，并將其固定。工作平臺上設置有管柱操作口，管柱口與井口相通，可進行管柱的起放作業(yè)。

起立柱工藝流程為：由司鉆人員操控司控臺或遙控器將動力卡瓦打開，利用液壓吊卡將管柱提升到一定位置后關閉動力卡瓦進而卡持管柱，操作修井鐵鉆工進行自動下卸扣動作。卸扣操作完成后，定位擺管機械手夾爪打開，機械臂伸出到指定位置后夾爪閉合抓住管柱，大鉤上升合適距離后機械手旋轉(zhuǎn)將管柱下端擺放至貓道口，操作大鉤使管柱下降，到達指定位置后液壓吊卡打開，將管柱下放至場地，起立柱操作完成。

下立柱是起立柱的相反過程。

下立柱工藝流程為：將管柱放置于貓道口，利用液壓吊卡將管柱提升到一定位置，定位擺管機械手夾爪打開，機械臂伸出到指定位置后夾爪閉合抓住管柱，大鉤繼續(xù)上升至合適位置后機械手旋轉(zhuǎn)將管柱下端擺放至井口位置，大鉤下降使管柱與井口中管柱對接，機械手夾爪松開回到初始位置，操作鐵鉆工進行自動上卸扣動作。上扣動作完成后，動力卡瓦打開，操作大鉤使立柱下降至合適位置后動力卡瓦閉合，下立柱操作完成。

排污管道處于常通狀態(tài)，作業(yè)過程中產(chǎn)生的污液可通過排污管道流入收污盒，起到污液收集處理的功能。

3.總結(jié)

針對目前油田小修作業(yè)耗時多、重復動作頻繁、員工勞動強度大和安全風險高的現(xiàn)狀，本文提出了一套新型的小修作業(yè)井口無人化裝備設計方案。本套技術方案符合石油行業(yè)的HSE和技術要求，積極響應了國家對石油建設的迫切需求和油田小修作業(yè)的高自動化程度需求，對于油田小修作業(yè)自動化機械裝備技術的發(fā)展具有重要的參考意義。一旦投入使用，勢必具有良好的市場應用前景。

參考文獻

[1]白永占，劉艷偉，張延開.油田修井作業(yè)技術研究與分析[J].中國高新技術企業(yè)，2014（33）：143-144.

[2]韓軍.油田修井作業(yè)自動化裝置設計與仿真[J].鉆采工藝，2014，37（06）：80-82+6.