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        海洋液壓提升修井機的研究

        2011-08-29 07:35:48丁輝陳金穩(wěn)中海油能源發(fā)展油建渤海裝備技術(shù)服務(wù)分公司天津300452
        天津科技 2011年5期
        關(guān)鍵詞:鉆工井架修井

        丁輝 陳金穩(wěn) (中海油能源發(fā)展油建渤海裝備技術(shù)服務(wù)分公司 天津300452)

        周懷亮 (中海油天津分公司生產(chǎn)部作業(yè)室 天津300452)

        1 液壓提升修井機發(fā)展的現(xiàn)狀

        近年來隨著石油工業(yè)的飛速發(fā)展,石油鉆井設(shè)備也取得了長足的進步,石油鉆機先后經(jīng)歷了從機械驅(qū)動到直流電機驅(qū)動,再到目前具有代表性的交流變頻電機驅(qū)動,但人們一直都在尋求著一種既安全、可靠,又環(huán)保、節(jié)能,而且便捷的小型修井設(shè)備。

        20世紀90年代初,美國庫美公司與挪威合資成立的海事液壓公司研制出了海洋9 000 m第一類液壓鉆機,實現(xiàn)了絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵的液壓驅(qū)動,隨后幾年由挪威的MH和意大利SoilMec公司生產(chǎn)了另一類液壓鉆機,以液壓油缸實現(xiàn)了大鉤的提升。[1]20世紀90年代中期,中石化勝利石油管理局成功研制了第一臺車載式液壓提升修井機(見圖1),開創(chuàng)了中國研制液壓修井機的先河,繼第一臺液壓提升修井機取得成功后,勝利石油管理局又先后研制了四臺液壓提升修井機,最大鉤載可達50 t。[2]

        在中國海洋石油蓬勃發(fā)展的今天,由于受平臺承載能力、作業(yè)面積等條件的限制,對輕巧、可搬遷式修井機的需求迫在眉睫。中國海洋石油天津分公司與中國石化江漢石油四機械廠于2008年著手聯(lián)合研制適用于海洋無人平臺的HXJ90Y液壓模塊修井機,該修井機最大鉤載900 kN,額度鉤載600 kN,最大提升速度1 m/s,液壓舉升凈空高18 m,并配置了動力水龍頭、鐵鉆工等設(shè)備。

        圖1 勝利石油管理局液壓修井機

        2 海洋液壓提升修井機的設(shè)計思路

        2.1 傳統(tǒng)海洋修井機的概況

        海洋修井機是實現(xiàn)修井作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。修井機是通過下管柱、井內(nèi)循環(huán)作業(yè)及旋轉(zhuǎn)作業(yè)來完成對抽油桿、抽油泵等井下設(shè)備和工具的使用,實現(xiàn)撈沙、機械清蠟、沖砂、熱洗及循環(huán)泥漿等修井作業(yè)。[3]

        目前中海油天津分公司已經(jīng)擁有南陽石油二機廠、江漢石油四機廠及川油廣漢宏華等公司生產(chǎn)的HXJ60、HXJ90、HXJ120、HXJ135、HXJ158、HXJ180、HXJ225 等系列修井機。根據(jù)修井作業(yè)的工況需求及海洋平臺的自身結(jié)構(gòu)特點,海洋石油修井機需具備如下特征[3]:結(jié)構(gòu)合理、緊湊,重量相對較輕;操作方便,安全可靠,故障率低;一定的爬行能力,能夠覆蓋平臺所有井口;穩(wěn)定的作業(yè)工況,能夠克服海洋惡劣氣候;一定的提升和載荷工況;具備循環(huán)泥漿工況;具備旋轉(zhuǎn)、送進作業(yè)工況;具備井控防噴作業(yè)工況。

        2.2 海洋液壓提升修井機設(shè)計思路

        為了解決中海油天津分公司渤海灣部分無人生產(chǎn)平臺的承載能力、甲板使用面積及修井機的利用率等問題,另外結(jié)合當前所宣揚的“節(jié)能減排”、“環(huán)境保護”等有關(guān)倡議,提出適用于海洋的新型液壓提升修井機的設(shè)計方案。海洋液壓提升修井機的設(shè)計思路如下:為了保證整機的穩(wěn)定性,液壓提升修井機的整體固定結(jié)構(gòu)仍采用傳統(tǒng)海洋修井機的軌道壓板式固定方式;移動方式仍采用傳統(tǒng)海洋修井機的爬行機構(gòu);仍采用傳統(tǒng)海洋修井機的井控防噴作業(yè)工況;動力源采用“電機+液泵”的方式;液壓提升修井機采用單根提升作業(yè),降低液壓提升修井機的作業(yè)高度,提高整機的穩(wěn)定性;采取多定滑輪組,獲取較大的提升高度比和提升速度;采用同步液壓油缸(2組或多組)頂升游動梁,實現(xiàn)游車大鉤的起升;采用液壓蓄能裝置,實現(xiàn)節(jié)能作業(yè);配置動力水龍頭(配軌道)和鐵鉆工等設(shè)備。

        2.3 傳統(tǒng)海洋修井機與海洋液壓提升修井機的對比

        將傳統(tǒng)海洋修井機與新型海洋液壓提升修井機的性能參數(shù)、實用性及經(jīng)濟性進行參照對比,具體情況見表1:

        表1 傳統(tǒng)海洋修井機與新型海洋液壓提升修井機的對比

        3 海洋液壓提升修井機的主要技術(shù)

        3.1 主要驅(qū)動形式為液壓驅(qū)動

        海洋液壓提升修井機的液壓系統(tǒng)為修井機的調(diào)整和修井作業(yè)提供液壓動力源,配置各種閥件來控制液壓系統(tǒng)壓力,操作各液壓機具,確保液壓系統(tǒng)安全運行,操作安全可靠。液壓執(zhí)行元件包括兩個舉升液缸、動力水龍頭、全自動井架工、鐵鉆工、兩個井架起升油缸、兩個上移動座移動油缸、兩個下移動座移動油缸、兩臺液壓小絞車。[4]各液壓驅(qū)動執(zhí)行原件見圖2。

        圖2 海洋液壓修井機液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件

        3.2 采用同步液壓油缸,實現(xiàn)大鉤的起升或下降

        海洋液壓提升修井機主要是通過2組或多組同步油缸頂游動梁的方式,來實現(xiàn)游車大鉤的上升或下放,進而實現(xiàn)提升或下放油桿作業(yè),此種提升方式告別了游車大鉤“頂天立地”的作業(yè)危險,節(jié)省了智能防碰裝置的購置費用。另外,液壓修井機的制動主要是通過液壓節(jié)流的方式來實現(xiàn),避免了傳統(tǒng)手動剎把和液壓盤式剎車方式帶來的摩擦粉塵。[2]

        同步液壓油缸的設(shè)計、選型依據(jù)液壓修井機的額定提升載荷及液壓源所提供的壓力,另外在油缸的設(shè)計過程中需考慮滑輪組的提升高度比及油缸安裝的穩(wěn)定性。

        3.3 采用定滑輪組,獲得較大的提升比

        海洋液壓提升修井機通過采用多個定滑輪組成的滑輪組來實現(xiàn)較大的提升速率,降低鋼絲繩的承載能力,延長鋼絲繩的壽命。海洋液壓提升修井機的提升系統(tǒng)采用兩根死繩,而沒有快繩,兩根死繩分別固定在井架或鉆臺上,另外多個定滑輪分別安裝在修井機鉆臺上和游動梁上。提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖3。

        圖3 海洋液壓修井機提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        在同步油缸提升速度一定和不增加定滑輪的情況下,游車大鉤的提升比隨著游車滑輪數(shù)增加而降低。當采用1×2游動系統(tǒng)時,游車大鉤有最大的提升比,但此時單根鋼絲繩的受力也最大,所以在海洋液壓提升修井機的提升系統(tǒng)的設(shè)計過程中,不但要考慮修井機的額定載荷和鋼絲繩的受力情況,而且還要考慮修井機的提升比及大鉤提升速率等問題。

        3.4 采用液壓蓄能裝置,實現(xiàn)節(jié)能降耗

        為了有效解決海洋液壓修井機動力機空轉(zhuǎn)浪費的能量和油管柱下放時釋放出的部分勢能,同時解決在作業(yè)過程中動力機突然出現(xiàn)故障造成作業(yè)終止或安全隱患,因此在海洋液壓修井機的設(shè)計構(gòu)思中采用液壓蓄能裝置。

        3.5 配置全自動井架工和鐵鉆工

        海洋液壓修井機配置全自動井架工和鐵鉆工,機械化、自動化程度較高。全自動井架工安裝在二層臺,井架工不需要再上二層臺進行操作,安全性能好,而且全自動井架工獨特的旋轉(zhuǎn)門設(shè)計保證操作簡單,重量輕,使鉆柱排放平穩(wěn)而靈活。鐵鉆工安裝在井口,可大大減少井口的作業(yè)人員,提高作業(yè)的自動化程度,降低作業(yè)的安全系數(shù)。[5]全自動井架工和鐵鉆工的結(jié)構(gòu)分別見圖4和圖5。

        圖4 全自動井架工

        圖5 鐵鉆工

        4 結(jié)束語

        海洋液壓提升修井機不僅具有輕巧、安全、環(huán)保、節(jié)能、可拆遷等優(yōu)點,而且還可以解決目前中海油渤海灣部分無人生產(chǎn)平臺的修井作業(yè),提高無人生產(chǎn)平臺的產(chǎn)油率。海洋液壓提升修井機提出的多定滑輪組提升系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)修井機提升系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)形式,解決了傳統(tǒng)修井機占地面積大和結(jié)構(gòu)不夠緊湊等問題;同時提出的液壓蓄能裝置不僅大大提高對系統(tǒng)液壓能的利用率,而且也起到了很好的節(jié)能作用。另外海洋液壓提升修井機還可以通過改造運用到壓井作業(yè)中,對于保護和維持油氣層的原始產(chǎn)能,減少酸化、壓裂等作業(yè)次數(shù)具有十分重要的意義。[6]■

        [1]Composit Catalog of O il Field Equipment&Services[M].Published by G ulf Publishing Company,U SA,1999.

        [2]顧心懌.液壓蓄能修井機[Z].中石化勝利石油管理局.

        [3]尹永晶,黃榮杰.石油修井機[Z].南陽石油二機廠,2002.

        [4]王峻喬,李傳斌.液壓模塊修井機[Z].江漢第四石油機械廠.

        [5]張洪生,于昊,趙金峰.鐵鉆工的現(xiàn)狀與展望[D].蘭州理工大學(xué),2000.

        [6]謝永金,曹立明.新型不壓井作業(yè)設(shè)備的研究[J].石油機械,2007(9):161-164.

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