孫仁俊

（中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠，湖北 荊州434020）

連續(xù)油管滾筒自動(dòng)排管控制方案研究

孫仁俊

（中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠，湖北 荊州434020）

為了保證連續(xù)油管整齊且緊湊的纏繞在油管滾筒上，避免連續(xù)油管作業(yè)困難，損傷連續(xù)油管,介紹了機(jī)械式、液壓式和電控式3種連續(xù)油管滾筒自動(dòng)排管控制方案，分析了不同排管方案的控制方式及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。指出，機(jī)械式排管成本低，但設(shè)備占用空間大，傳動(dòng)精度低；液壓式排管可靠性高，不需要進(jìn)行特殊防爆處理，可實(shí)現(xiàn)無極變速，但控制相對復(fù)雜；電控式排管傳動(dòng)精度高，但成本較高，需要進(jìn)行特殊的防爆處理。研究結(jié)果表明，可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的排管方式，以滿足不同現(xiàn)場作業(yè)需求。

連續(xù)油管；滾筒；自動(dòng)排管；機(jī)械式；液壓式；電控式

Abstract:In order to guarantee the coiled tubing neat and compact winding on the tubing rollers,avoid coiled tubing operation difficulty,damage the coiled tubing,in this article,it introduced 3 kinds of coiled tubing roller automatic arrangement pipe control scheme,including mechanical type,hydraulic type and electrically controlled type,and analyzed the control mode of different scheme,as well as its advantages and disadvantages.Finally it pointed that the cost of mechanical arrangement pipe is low,but the space usage of equipment is large and low transmission precision;the transmission precision of electrically controlled type is high,but the cost is high,need to conduct special explosion-proof processing.The research results indicated that it should choose the appropriate arrangement pipe method according to actual situation,in order to satisfy the demands of different on-site work.

Key words:coiled tubing;roller;automatic arrangement pipe;mechanical type;hydraulic type;electrically controlled type

1 概 述

連續(xù)油管設(shè)備是石油機(jī)械領(lǐng)域發(fā)展迅速的一種新型設(shè)備，其在油田服務(wù)方面應(yīng)用十分廣泛。油管滾筒作為連續(xù)油管的承載裝置，是連續(xù)油管設(shè)備的重要部件，其功能的完善決定了整個(gè)連續(xù)油管設(shè)備的性能。操作連續(xù)油管設(shè)備進(jìn)行纏管作業(yè)時(shí)，必須要保證連續(xù)油管整齊且緊湊地纏繞在油管滾筒上。連續(xù)油管排列凌亂將直接影響整個(gè)油管滾筒的容量，其滾筒承載連續(xù)油管的長度也會(huì)減少，還會(huì)使連續(xù)油管排列產(chǎn)生錯(cuò)位，給連續(xù)油管入井作業(yè)造成困難，損傷連續(xù)油管。另外，必須對連續(xù)油管的長度進(jìn)行監(jiān)控，以便掌握連續(xù)油管的下井深度。

2 自動(dòng)排管控制方案

目前，連續(xù)油管纏繞在滾筒上普遍是通過纏繞滾筒自動(dòng)排管機(jī)構(gòu)完成，同時(shí)輔助手動(dòng)強(qiáng)制排管功能，并且通過鏈輪之間的速比調(diào)整，保證油管滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)一周，導(dǎo)向輪沿雙向螺桿走一個(gè)油管直徑的長度，這樣就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)油管整齊而且緊湊地排列在油管滾筒上。當(dāng)更換不同直徑的連續(xù)油管時(shí)，需先更換二級排管鏈輪組，以調(diào)節(jié)速比適應(yīng)滾筒速度。由于二級排管鏈輪組的鏈輪中心距較大，有時(shí)甚至超過2 m，更換鏈輪組費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且張緊輪時(shí)常會(huì)轉(zhuǎn)至極限角度。另外，鏈條長短也需要隨之調(diào)節(jié)，操作極為不便。為了解決這些問題，下面分別從機(jī)械快速更換鏈輪組式、液壓式和電控式3種自動(dòng)排管控制方式進(jìn)行研究。

2.1 快速更換鏈輪組

鏈輪組自動(dòng)排管驅(qū)動(dòng)方案結(jié)構(gòu)如圖1所示。分別由一級鏈輪組、二級鏈輪組及變速鏈輪組構(gòu)成。一級鏈輪組包括一級主動(dòng)軸、一級主動(dòng)鏈輪、一級從動(dòng)軸、一級從動(dòng)鏈輪及一級鏈條，一級主動(dòng)軸通過鏈輪與連續(xù)油管滾筒的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接；二級鏈輪組包括二級主動(dòng)軸、二級主動(dòng)鏈輪、扭矩限制器、二級從動(dòng)鏈輪及二級鏈條，二級從動(dòng)鏈輪套裝在所述扭矩限制器上，扭矩限制器與自動(dòng)排管裝置的雙向螺桿同軸連接，即雙向螺桿的一端插裝在扭矩限制器的內(nèi)孔中。變速鏈輪組包括輪架、主動(dòng)變速鏈輪及從動(dòng)變速鏈輪，主動(dòng)變速鏈輪及從動(dòng)變速鏈輪與輪架連接，變速鏈輪組整體套裝在一級從動(dòng)軸和二級主動(dòng)軸上。

圖1 鏈輪組自動(dòng)排管驅(qū)動(dòng)方案結(jié)構(gòu)示意圖

連續(xù)油管滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，其一級鏈輪組、變速鏈輪組、二級鏈輪組依次運(yùn)轉(zhuǎn)，二級鏈輪組的扭矩限制器與雙向螺桿同軸連接，從而帶動(dòng)雙向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)更換變速鏈輪組時(shí)，改變了系統(tǒng)變速比，從而也改變了雙向螺桿的速度，進(jìn)而減慢或加速排管速度。具體實(shí)施中可以把需要的各種油管對應(yīng)的變速鏈輪組先組裝好，作為配件，并在輪架上標(biāo)注相應(yīng)管子直徑尺寸，方便使用。

當(dāng)更換不同規(guī)格的連續(xù)油管時(shí)，只需更換相應(yīng)的變速鏈輪組。相比原更換方法，省去了拆卸鏈輪、調(diào)整鏈條及調(diào)整鏈條張力等多個(gè)環(huán)節(jié)，只要將原有變速鏈輪組抽出，插裝對應(yīng)的變速鏈輪組即可。整個(gè)更換過程省時(shí)省力，由于變速鏈輪組鏈條短，在工作中下垂幅度小，不必使用鏈條張緊裝置，可以在輪架上刻上該變速鏈輪組適用的連續(xù)油管規(guī)格，更換鏈輪組時(shí)便于檢查核對。

2.2 液壓自動(dòng)排管

圖2 液壓自動(dòng)排管方案結(jié)構(gòu)示意圖

液壓自動(dòng)排管方案結(jié)構(gòu)如圖2所示。其工作原理為：球閥與外接手油泵相連，工作前先需要經(jīng)過調(diào)試，使用手動(dòng)泵給液壓系統(tǒng)管路充滿液壓油，并調(diào)節(jié)安全閥，設(shè)置系統(tǒng)最高壓力，然后向油箱加入適量液壓油。滾筒帶動(dòng)連桿式液壓泵給液壓馬達(dá)供油，調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的排量，使得滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)一周，液壓馬達(dá)帶動(dòng)排管器在雙向螺桿的軸向移動(dòng)距離剛好等于連續(xù)油管的外徑。調(diào)試完成后即可投入使用，滾筒收卷連續(xù)油管時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)連桿式液壓泵持續(xù)給液壓馬達(dá)供油，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)排管器在滾筒上排布連續(xù)管。連續(xù)油管在旋轉(zhuǎn)卷筒上布滿一層時(shí)，排管器運(yùn)動(dòng)到雙向螺桿的端部，觸碰塊觸碰到行程控制閥后，使行程控制閥換向。壓力油經(jīng)過手動(dòng)換向閥和節(jié)流閥后使液動(dòng)閥換向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的換向，從而改變排管器的移動(dòng)方向進(jìn)行下一層連續(xù)排的布管，觸碰塊離開行程控制閥后，行程控制閥復(fù)位。當(dāng)下一層連續(xù)管布滿后，觸碰塊觸碰到另一個(gè)行程控制閥，排管器的移動(dòng)方向再次改變，實(shí)現(xiàn)反復(fù)布管。若要使?jié)L筒由收油管轉(zhuǎn)向放油管，則可先停止?jié)L筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，然后手動(dòng)操作兩個(gè)手動(dòng)換向閥換向，最后再手動(dòng)觸碰滾筒換向前剛剛動(dòng)作復(fù)位的那個(gè)行程控制閥，以實(shí)現(xiàn)接通壓力油，使液動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)換向，接下來只需啟動(dòng)滾筒的放油管旋轉(zhuǎn)，就可進(jìn)行連續(xù)的放油管工作。如需要讓滾筒再次換向時(shí)，只需重復(fù)以上工作即可實(shí)現(xiàn)。

本方案采用液壓驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了無極調(diào)速，防爆性能好，可靠性高。當(dāng)連續(xù)油管外徑變化時(shí)，只需要調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的排量，就能調(diào)節(jié)排管器的移動(dòng)速度，以實(shí)現(xiàn)不同外徑連續(xù)油管的作業(yè)。

2.3 電控自動(dòng)排管

電控自動(dòng)排管方案結(jié)構(gòu)如圖3所示。第一馬達(dá)為滾筒驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，第二馬達(dá)通過鏈輪組與雙向螺桿相連，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排管功能和強(qiáng)制排管功能，它們分別設(shè)有第一旋轉(zhuǎn)編碼器與第二旋轉(zhuǎn)編碼器。這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器均與控制連續(xù)油管裝置的外部控制系統(tǒng)相連，它們將分別測量第一、第二馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，發(fā)送給外部控制系統(tǒng)，外部控制系統(tǒng)根據(jù)收到的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號控制或校正第二馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。本電控方案簡化了整套排管裝置的結(jié)構(gòu)，解決了更換不同規(guī)格的連續(xù)油管時(shí)需要更換鏈輪（或者齒輪）的不利因素。

圖3 電控自動(dòng)排管方案結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)束語

機(jī)械自動(dòng)排管方式成本低，但排管裝置設(shè)備較大，占用空間大，不能實(shí)現(xiàn)無級變速，傳動(dòng)精度低。液壓自動(dòng)排管方式可靠性高，不需要進(jìn)行特殊防爆處理，可實(shí)現(xiàn)無極變速，但是控制相對復(fù)雜。電控自動(dòng)排管方式精度高，但是電控原件的成本高，而且在油氣作業(yè)現(xiàn)場，需要進(jìn)行特殊的防爆處理。幾種自動(dòng)排管控制方式均有其優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇合適的自動(dòng)排管控制方式，以滿足不同的現(xiàn)場作業(yè)需求。

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Scheme Research of the Automatic Discharge Pipe Control for the Coiled Tubing Roller

SUN Renjun
（No.4 Machinery Factory，Sinopec Oil Engineering Machinery Co.，Ltd.，Jingzhou 434020，Hubei，China）

TE933.8

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.04.012

2016－12－09

編輯：李紅麗

孫仁?。?986—），男，湖北仙桃人，工程師，碩士，現(xiàn)主要從事石油裝備液氣設(shè)計(jì)工作。