新型修井操作工艺的应用

刘铭强

（江苏油田井下作业处，江苏扬州225265）

新型修井操作工艺的应用

刘铭强

（江苏油田井下作业处，江苏扬州225265）

分析传统修井作业操作方式人工各操作流程工作量和存在的弊端，研究应用新型修井操作工艺，通过研制配套常规作业用管杆自动输送机、对开式吊卡、气动卡瓦、油管扶正器和井口小平台等装置，打破传统作业操作模式，井口连续倒换吊卡、场地工抬放油管的重体力工作减少，实现井口单人操作和管杆自动输送的半自动化工作模式。

油井作业；修井操作工艺；应用

1 存在的问题

传统油井作业操作方式是依靠人力与作业机配合进行起下管柱施工。现场施工时，通常情况下现场有4人进行配合操作，其中1名设备操作手负责操作作业机，2名井口工负责倒换吊卡和油管上卸扣，1名场地工负责撬油管。以正常情况起英寸200根油管为例，2名井口工和1名场地工的工作内容见表1，从表中可看出，井口工和场地工操作是一项高强度体力劳动（据调研，长期从事此项工作劳动者多患有腰椎疾病），而且井口操作环境恶劣，井内原油、污水随油管带出后污染防喷器及井口操作位置，员工只能踩在污泥内施工，操作环境恶劣。打破传统作业操作模式，降低员工劳动强度，改善现场操作环境，提高劳动力利用效率是亟需解决的问题。

表1 工作内容

2 场地工操作工艺优化

场地工主要负责输送油管，降低场地工输送油管劳动强度需从实现机械送管方向入手。2013年，江苏油田引进投用1台带压作业用管杆输送机，受到基层员工欢迎和认可。为此，在此基础上需研制一台适合常规作业用管杆自动输送机。结合实际生产特点，常规作业用管杆自动输送机采用了一体化设计，将液压系统、电控系统和执行机构结合在一起。设计整体尺寸长×宽×高控制在9000×1400×1500 cm以内，方便运输装卸。

液压缸是输送机最重要的部件，只有可靠的液压缸才能满足现场的使用需求。在液压缸的选型设计上需要考虑输送能力和输送速度。设计液压缸额定起升负荷为3000 N，最大举升能力为5000 N，要求液压缸安全系数可达到3。

液压缸选型主要依据所需的最大作用力Fmax以及最大工作行程来确定。根据液压系统中油缸的工作特点，查资料可知：

式中i——第i级活塞缸

P——液压系统额定工作压力，MPa

η——系统效率，通常取=0.8

参照表2选取P，P越高，对密封要求也越高，成本亦随之上升。根据机构类型及工作特点，取P=10 MPa。

表2 液压设备常用的工作压力

根据输送机整体结构设计，主举升液压缸工作角度α范围是14.15°～49.53°，在最小角度时，液压缸垂直方向分力最小，水平方向分力最大（图1）。，由公式（1）可知

图1 液压缸受力分析

表3 缸筒内径尺寸系列（GB/T 2348-1993）

参照表3，取液压缸内径为D1=100 mm。在单杆活塞中，d值可由D和λv求得，标准液压缸的λv系列值为1.06，1.12，1.25，1.4，1.6，2，2.5和5，为减少活塞在运动过程中的冲击，取参照表4，取活塞杆直径d=63 mm。最后根据输送机整体结构，确定主举升液压缸型号，其额定工作压力16 MPa，行程为1290 mm，内径为Φ100 mm，活塞杆直径为63 mm（图2）。液压缸完成选型后，需要进行试验测试。液压缸静强度在21 MPa压力时，稳压5 min无压降渗漏、无永久变形等现象；在16 MPa压力时，液压缸伸缩500次，全行程无渗漏。

通过对主要部件的校核计算，最终实施生产制作和现场调试应用，实现了油管机械化输送，优化了场地工操作。

表4 液压缸活塞杆外径尺寸系列（GB/T 2348-1993）

图2 主举升液压缸

3 井口工操作工艺优化

优化井口工操作环境需要从减轻工作量和改善操作环境入手，设计配套了井口小平台、气动卡瓦等装置。井口小平台的设计定位是能够让井口工站在上面操作，井口溢出介质能够进行回收处理，避免污染，使井口工能够有一个相对安全、良好的操作空间。

结合当前作业工艺要求，井口小平台需安装在防喷器上方，设计小平台安装法兰与防喷器法兰一致，便于拆卸。井口小平台工作面采用格栅踏网设计，防滑且便于油管内的介质流入工作面下方的集污盒。由于人站在小平台上操作，工作面距离地面有一定的高度（＜2 m），为了保证操作安全，平台周围设计了可拆卸防护栏、上台梯子以及逃生通道。设计图纸见图3。

彻底解决井口工倒换吊卡的问题是应用气动卡瓦替代一个吊卡，将气动卡瓦安装在小平台中心通道上，实现快速卡管。在作业机上引入工作气源并安装控制气阀，控制气阀在安装时需要严格对安装位置进行选定分析，既不能影响机手正常操作，也不能处于易误操作的区域（图4）。最终在通井机上，控制气阀安装在仪表盘的中间偏上区域（图5）。在修井机上则安装于司钻箱的右上方，这些位置都是容易操作且不容易误碰，安全可靠。

另外，为了更快的实现吊卡扣管操作，采用对开式吊卡（图6）替代活门吊卡，配合管杆自动输送机的送管上抬动作，可提高扣管速度。通过以上研究测试，最终确定了作业井口机械化装置主要由常规作业用管杆自动输送机、井口小平台、油管扶正器、对开式吊卡和气动卡瓦等构成。

图3 井口小平台设计

图4 气动卡瓦现场安装测试

图5 气动卡瓦控制阀在通井机上的安装位置

4 现场调试应用

在完成整套作业井口机械化装置的设计制作后，该套设备在现场投入调试、演练工作（图7）。在演练调试过程中，发现气动卡瓦卡放管柱不到位，经过分析，由于小平台中心通道大于油管外径，油管在通道内产生偏移，油管与通道的同轴度偏差大，造成气动卡瓦无法正常楔入卡住油管。为此，设计油管扶正器（图8），彻底解决了气动卡瓦无法正常卡住油管的问题，实现了快速卡管、快速释放。调试正常、操作熟练后，2015年12月作业井口机械化装置在永7-18井成功应用（图9），管杆自动输送机在场地工的遥控下，将油管送至井口小平台工作面指定位置，井口工熟练完成扣吊卡、上扣操作，机手得到“油管已上扣”指令，释放气动卡瓦，油管下入井内，整个过程耗时仅仅1 min。

图6 对开式吊卡

图7 现场调试

图8 油管扶正器

5 效果

通过对井口操作工艺的优化，打破了传统作业操作模式，为现场施工带来了极大地好处，受到了基层单位的欢迎和认可，主要效果如下。

（1）井口实现单人操作。利用气动卡瓦的配合，井口操作无需倒换吊卡，单人就可实施起下管柱作业。

图9 永7-18井施工现场

（2）井口操作环境得到改善。具有集污功能的小平台不仅使井口工不用踩在油污内操作，也使防喷器变得清洁。

（3）大幅度降低劳动强度。井口工和场地工的劳动强度降低了约80%，不再需要倒换吊卡和抬放油管，员工操作变得轻松。

（4）有利于挖掘劳动力潜力。劳动强度降低后，有利于基层队伍盘活人力资源，缓解用工紧张的问题。

（5）有利于标准化现场的建设。采用标准化的配置，对标准化现场的建设起到了助推作用，让管理更加规范。

（6）设备可靠性得到提高。管杆自动输送机采用一体化设计，不仅现场装卸方便，而且无须现场接插电缆和液压管线，避免接插件的损坏和液压系统的污染，有效提高设备运行效率。

〔编辑 凌瑞〕

TE935

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.27