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）

LG380Q連續(xù)管作業(yè)橇組的開發(fā)

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）

為了滿足不同油田油氣開采需求，進(jìn)一步降低作業(yè)成本，研制了LG380Q連續(xù)管作業(yè)橇組。該橇組采用油管滾筒分體式設(shè)計，能夠適應(yīng)陸地與海洋平臺的作業(yè)工況，通過各模塊間液壓管線對注入頭、油管滾筒及防噴系統(tǒng)等進(jìn)行控制，實現(xiàn)連續(xù)管在井內(nèi)的起下作業(yè)。對LG380Q連續(xù)管作業(yè)橇組進(jìn)行了型式試驗及現(xiàn)場應(yīng)用，結(jié)果表明，橇組各項指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求，運行穩(wěn)定，性能可靠，拓展了連續(xù)管作業(yè)設(shè)備的使用范圍。

連續(xù)管；作業(yè)橇；分體設(shè)計；海洋平臺

Abstract:In order to meet oil and gas production requirements and reduce the cost further，the LG380Q coiled tubing skid-mounted unit was developed.The skid-mounted unit adopted tubing roller split type design，can adapt to the operating mode of land and ocean platform.It controlled injection head，tubing roller and spray system through hydraulic pipeline between each module，to achieve coiled tubing roundtrip in the well.Field test and application results showed that the indicators of skid-mounted unit all meet the design requirements，stable operation，reliable performance，expand the useable range of the coiled tubing operation equipment.

Key words:coiled tubing；skid-mounted unit；split type design；ocean platform

近年來，連續(xù)管技術(shù)日漸成熟，并已廣泛應(yīng)用于注氮排液、沖砂洗井、鉆磨銑、擠注水泥、拖動布酸、鉆井[1]、射孔、壓裂[2]、沖砂等作業(yè)領(lǐng)域，在頁巖氣、煤層氣開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。通常，連續(xù)油管設(shè)備分為車載式[3-5]、拖掛式以及橇裝式3種形式。車載式與拖掛式移運性能好，能適應(yīng)陸地作業(yè)。但是車載底盤及拖掛底盤由于價格昂貴，無形中增加了設(shè)備成本，給用戶增加了購置預(yù)算。同時，車載式與拖掛式設(shè)備不能適應(yīng)海洋平臺狹小的作業(yè)空間。為此，在現(xiàn)有車載式連續(xù)油管設(shè)備及拖掛式連續(xù)油管設(shè)備技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過充分的市場和技術(shù)調(diào)研，研發(fā)了LG380Q連續(xù)管作業(yè)橇組。該設(shè)備既能降低設(shè)備成本，又能適應(yīng)陸地與海洋平臺的作業(yè)工況。

1 總體設(shè)計方案

1.1 結(jié)構(gòu)組成

LG380Q連續(xù)管作業(yè)橇組由動力橇、控制橇、油管滾筒橇、井口裝置橇組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該設(shè)備可用于陸地和海上石油鉆井平臺及生產(chǎn)平臺?？刂魄劣汕良?、控制室、控制系統(tǒng)及液壓控制軟管滾筒等組成；動力橇由橇架、發(fā)動機、分動箱、液壓泵組及液壓動力軟管滾筒等組成；油管滾筒橇由橇架、連續(xù)管滾筒、排管系統(tǒng)、連續(xù)管及高壓管匯等組成；井口裝置橇由橇架、注入頭、鵝頸管、防噴器和防噴盒等組成。

圖1 LG380Q連續(xù)管作業(yè)橇組

1.2 工作原理

LG380Q連續(xù)管作業(yè)橇組采用液壓驅(qū)動。發(fā)動機通過分動箱驅(qū)動3個液壓泵，并通過各個模塊之間快速連接液壓管線向注入頭、油管滾筒及防噴系統(tǒng)等提供動力與控制，實現(xiàn)連續(xù)管在井內(nèi)的起下作業(yè)。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 LG380Q連續(xù)管作業(yè)撬組主要技術(shù)參數(shù)

1.3 技術(shù)特點

（1）基于DNV2.7.1標(biāo)準(zhǔn)對各個橇進(jìn)行了模塊化設(shè)計，每個模塊質(zhì)量小，滿足整體吊裝要求。

（2）控制橇可以安裝在動力橇上，既節(jié)省平臺空間，又滿足作業(yè)升高擴大視野的要求。

（3）油管滾筒橇采用分體設(shè)計，滾筒筒芯可以快速從橇體中分離，安裝簡單可靠。既減輕吊裝質(zhì)量，又滿足不同連續(xù)管滾筒的快速更換。

（4）注入頭采用自動剎車技術(shù)，設(shè)備安全可靠性高。

（5）控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)整個模塊的控制、監(jiān)控、報警、數(shù)據(jù)采集與處理及故障診斷等功能，使設(shè)備作業(yè)更加穩(wěn)定和安全。

（6）可以根據(jù)用戶要求對控制橇及動力橇進(jìn)行防爆設(shè)計，以滿足ZONEⅡ防爆要求。

2 主要部件結(jié)構(gòu)與特點

2.1 動力橇

動力橇作為獨立的模塊，為控制橇、油管滾筒橇、注入頭以及防噴系統(tǒng)提供動力。主要包括發(fā)動機、分動箱、液壓泵、燃油箱、液壓油箱、蓄能器、液壓油散熱器以及液壓閥件等。分動箱安裝于發(fā)動機飛輪殼上，驅(qū)動3套液壓泵工作。一套是注入頭動力系統(tǒng)，采用閉式液壓系統(tǒng)，一臺變量柱塞泵帶動注入頭上的2臺變量柱塞馬達(dá)工作；一套是滾筒驅(qū)動系統(tǒng)，采用開式液壓系統(tǒng)，一臺葉片泵驅(qū)動滾筒馬達(dá)工作；一套是綜合液壓系統(tǒng)，采用開式液壓系統(tǒng)，用于驅(qū)動液壓軟管滾筒、滾筒排管控制、油缸伸縮、注入頭控制、蓄能器壓力控制以及防噴器控制等。

2.2 油管滾筒橇

油管滾筒橇是連續(xù)油管的儲運設(shè)備，用以均勻地纏繞連續(xù)油管。主要由滾筒座、滾筒體、高壓管匯、排管系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)等組成，如圖2所示。滾筒采用液壓驅(qū)動形式，驅(qū)動滾筒正反轉(zhuǎn)，使連續(xù)油管起、下時在油管上保持一定的拉力[6-8]，并將其緊繞在滾筒上。

圖2 油管滾筒橇結(jié)構(gòu)

由圖2可以看出，油管滾筒橇整體結(jié)構(gòu)緊湊，安全裝置可靠，運移性好。配備自動及手動排管裝置，排管互不干涉；配備高壓內(nèi)、外注入管匯系統(tǒng)，便于外部液體循環(huán)；配備機械和電子計數(shù)裝置，適用不同管徑作業(yè)，可以對油管深度及下入速度進(jìn)行統(tǒng)計；滾筒采用鏈條棘輪式固定裝置，保證行車安全；油管潤滑為毛氈結(jié)構(gòu)，涂抹式潤滑均勻。

2.3 控制橇

控制橇主要由控制室、防噴器控制軟管滾筒、注入頭控制軟管滾筒、操控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等模塊組成。作業(yè)時控制橇可放置于動力橇上，通過集裝箱角件形式進(jìn)行連接，讓操作者獲得更開闊的視野，便于監(jiān)控作業(yè)過程。動力橇上配備有安全登梯，方便操作者進(jìn)入控制橇。

控制室采用強化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可根據(jù)作業(yè)要求升降，內(nèi)部控制面板安裝有全部操作閥件，便于操作整臺設(shè)備。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能對油管深度、起下油管速度、油管質(zhì)量、循環(huán)壓力、井口壓力、注入瞬時排量、累積注入量等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、顯示和儲存。連續(xù)油管模擬分析軟件可進(jìn)行疲勞壽命模擬與跟蹤、油管受力和作業(yè)條件極限模擬、水力學(xué)模擬等。

2.4 井口裝置橇

井口裝置橇主要由注入頭、鵝頸管、防噴器、防噴盒、防噴管、長支腿、短支腿、底座、框架等組成，如圖3所示。

圖3 井口布置示意圖

作業(yè)時依次將鵝頸管、注入頭、防噴盒、防噴管、防噴器安裝于井口，鵝頸管用于將連續(xù)油管導(dǎo)入注入頭及支撐連續(xù)油管。鵝頸管通過銷軸安裝于注入頭頂部，其安裝座可根據(jù)油管直徑進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證油管進(jìn)入鏈條的中心。注入頭主要包括驅(qū)動系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)、張緊系統(tǒng)以及負(fù)荷測量系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)為注入頭提供動力，夾緊系統(tǒng)為油管起下提供夾持力，張緊系統(tǒng)保持鏈條張緊度，負(fù)荷測量系統(tǒng)用于顯示作業(yè)時油管負(fù)載值。防噴盒是動密封裝置，能保證在井口帶壓起下連續(xù)油管，不導(dǎo)致井漏。采用銷軸固定在注入頭底部連接盤，并盡可能地靠近鏈條以減少油管彎曲。防噴管用于容納井下工具，并且在帶壓條件下允許井下工具進(jìn)出井筒。防噴器是液壓操作的四閘板裝置，必要時也可用手動關(guān)閉，主要用于密封井口及懸掛連續(xù)油管等。

2.5 液壓系統(tǒng)

整個橇組的液壓系統(tǒng)主要包括注入頭控制系統(tǒng)、油管滾筒控制系統(tǒng)和綜合控制系統(tǒng)[9-10]。注入頭控制系統(tǒng)由液控變量柱塞泵與變量馬達(dá)組成閉式回路，能夠?qū)崿F(xiàn)馬達(dá)無級調(diào)速。采用的平衡閥技術(shù)在此系統(tǒng)中起保護(hù)液壓馬達(dá)以及緩沖載荷的作用，可以很好地解決注入頭失控問題。注入頭自動剎車系統(tǒng)具有制動力矩大、響應(yīng)速度快、使用壽命長、免維護(hù)等特點，保證作業(yè)安全。油管滾筒控制系統(tǒng)由定量葉片泵與定量馬達(dá)組成開式回路，其液壓動力使連續(xù)管在滾筒和注入頭之間提供恒定的拉力，并實現(xiàn)滾筒和注入頭的協(xié)同。綜合控制系統(tǒng)由帶壓力補償?shù)淖兞恐抿?qū)動防噴器、防噴盒、排管器、操作室、軟管滾筒等組成，通過流量控制閥來分別控制各個執(zhí)行元件，并配備儲能器，確保注入頭夾緊系統(tǒng)及防噴系統(tǒng)等在作業(yè)過程中保持壓力穩(wěn)定。另外，配備手油泵保證在緊急情況下為注入頭夾緊系統(tǒng)及防噴系統(tǒng)等提供控制動力。

2.6 氣路系統(tǒng)

氣路系統(tǒng)氣源來自發(fā)動機儲氣罐或氣源房，通過氣路分配器將氣體分配到各個執(zhí)行元件。氣路系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在0.65～0.8 MPa，共分為6路。第一路接操作室儀表板上的氣壓表；第二路接注入頭鏈條潤滑罐氣動泵；第三路接油管滾筒潤滑罐；第四路接防噴盒氣壓調(diào)節(jié)閥；第五路接氣控閥，當(dāng)操作室起升后控制氣缸以支撐操作室；第六路接液壓系統(tǒng)緊急手油泵，為注入頭夾緊系統(tǒng)及防噴系統(tǒng)等提供緊急動力。

2.7 潤滑系統(tǒng)

潤滑系統(tǒng)由注入頭潤滑系統(tǒng)和油管潤滑系統(tǒng)組成。這兩個系統(tǒng)都采用氣頂油方式，由壓縮空氣驅(qū)動潤滑罐內(nèi)的潤滑油，經(jīng)過噴油管線對注入頭鏈條、鏈輪以及連續(xù)油管等進(jìn)行潤滑。工作時，由安裝在操作室儀表板上的開關(guān)進(jìn)行開啟并由潤滑罐下的流量閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。

2.8 電路系統(tǒng)

電路系統(tǒng)由電源系統(tǒng)、主控箱控制系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)和照明系統(tǒng)組成。主控箱控制系統(tǒng)為連續(xù)油管橇各系統(tǒng)實現(xiàn)集中控制和監(jiān)控；電源系統(tǒng)向連續(xù)油管橇主控箱控制系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等提供電能；發(fā)動機控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)發(fā)動機啟動、停機、緊急熄火、油門等；照明系統(tǒng)主要為操作室橇和動力橇照明。

3 型式試驗與應(yīng)用

LG380Q連續(xù)管作業(yè)橇組進(jìn)行了嚴(yán)格的型式試驗。試驗內(nèi)容包括:①注入頭負(fù)載提升與空載跑合試驗；②防噴系統(tǒng)壓力與密封測試；③防噴盒保壓試驗與注入頭張緊系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)保壓試驗；④滾筒吊裝與纏管試驗；⑤整機聯(lián)調(diào)性能測試。測試結(jié)果表明，橇組各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求。

該橇組在國外某油田進(jìn)行了注氮氣舉、酸化壓裂、沖砂洗井和解堵等作業(yè)，機組運行穩(wěn)定，性能可靠，使用效果良好，滿足陸地與海洋平臺的使用要求。

4 結(jié) 論

（1）LG380Q連續(xù)管作業(yè)橇組采用油管滾筒分體式設(shè)計，滿足海洋平臺吊裝要求和安全性。

（2）通過型式試驗及現(xiàn)場應(yīng)用，該橇組結(jié)構(gòu)布局合理，各模塊匹配性良好，質(zhì)量可靠,達(dá)到了最初的研發(fā)目的。

（3）該橇組的成功開發(fā)降低了各油田作業(yè)成本，拓展了連續(xù)管的使用范圍，提高了連續(xù)管在海洋平臺應(yīng)用的安全性和作業(yè)效率，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯,值得推廣和應(yīng)用。

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Development of LG380Q Skid-mounted Coiled Tubing Unit

GUO Feng
（Sinopec Petroleum Engineering Machinery Co.，Ltd.，Jingzhou 434024，Hubei，China）

TE933.8

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.04.006

2017-01-09

編輯：李 超

郭 峰（1982—），男，湖北仙桃人，碩士，工程師，2010年畢業(yè)于西南石油大學(xué)機械電子工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事連續(xù)管作業(yè)機的研發(fā)工作。