何軍國

摘 要：鐵鉆工是油田管柱自動化處理系統(tǒng)的重要組成部分，具有井口作業(yè)操作方便、省時省力、安全的特點。為使鐵鉆工的結(jié)構(gòu)、性能、使用與維護(hù)滿足鉆修井作業(yè)的嚴(yán)格要求，采用系統(tǒng)分析的方法，考慮設(shè)計、生產(chǎn)、組裝及實驗的全過程，提出鐵鉆工研制技術(shù)路線，縮短了鐵鉆工研制進(jìn)程，提高了研制效率，并為其他管柱自動化工具的研發(fā)提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：鐵鉆工；研制；加工；技術(shù)路線

中圖分類號：TE921.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）05-0047-03

Study on Technology of Iron Roughneck Development Route

HE Junguo

（Nanyang Erji Petroleum Equipment Group Limited by Share Ltd，Nanyang Henan 473006）

Abstract： Iron roughneck is an important part of oil pipe automatic processing system， wellhead has the characteristics of convenient operation， time-saving and safe.In order to let the structure， properties， and use of iron roughneck maintenance meet the strict requirements of drilling and workover operation， this paper used the method of system analysis， taken design， production， assembly and test of the whole process in accvunt，then put forward the integrity of the iron roughneck development technology route，so shorten the development process of iron roughneck， improved development efficiency，and provided reference for research and development for the other column automation tools.

Keywords： iron roughneck；development；processing；technology route

隨著社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，自動化技術(shù)和人工智能被逐步應(yīng)用于各行各業(yè)。為減少人工成本、降低員工勞動強(qiáng)度、提高作業(yè)效率，管柱自動化處理系統(tǒng)開始在油田中得到重視。

鐵鉆工與井場自動排管架、自動化施工步道、井架自動排管裝置（或稱鐵架工）等共同構(gòu)成了現(xiàn)代鉆修井管柱自動化處理系統(tǒng)。其中，鐵鉆工作為上卸扣工具，極大解放了鉆臺內(nèi)外鉗工勞動強(qiáng)度，并降低了作業(yè)的安全風(fēng)險，具有操作方便、省時省力、安全的特點。

目前，國內(nèi)鐵鉆工正處于研制開發(fā)的初期，應(yīng)用尚不成熟。相關(guān)科研院所、高?；蚱髽I(yè)發(fā)表了較多學(xué)術(shù)論文及技術(shù)報告，并申報了相關(guān)專利[1-10]，但大部分研究主要集中在結(jié)構(gòu)或控制系統(tǒng)設(shè)計方面，較少有關(guān)于技術(shù)開發(fā)路線的研究。國外主要生產(chǎn)廠家有美國NOV、美國Hawk和挪威Aker Kvaerner-MH等知名企業(yè)。為使鐵鉆工研制能有效滿足現(xiàn)場應(yīng)用需求，并縮短研制周期，項目組開展了鐵鉆工研制技術(shù)路線系統(tǒng)性研究。

1 鐵鉆工總體技術(shù)開發(fā)路線

鐵鉆工具有在鉆臺井口及小鼠洞上緊或卸開鉆柱的作用。鐵鉆工結(jié)構(gòu)主要包括升降機(jī)構(gòu)、展開與回縮機(jī)構(gòu)、旋扣鉗、上卸扣鉗及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等5部分。其中，配套技術(shù)包括鐵鉆工就近控制技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)、智能控制技術(shù)、與其他管柱自動化處理工具集成的控制技術(shù)以及加工技術(shù)等。圍繞保持技術(shù)先進(jìn)性，避免知識產(chǎn)權(quán)糾紛，保護(hù)自有技術(shù)，通過綜合分析，制定了項目研制總體技術(shù)路線，見圖1。

按照功能先進(jìn)、使用可靠、維護(hù)方便的要求，確定鐵鉆工總體設(shè)計原則如下：結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，冗余合理；具有快速定位、準(zhǔn)確對中、自動“記憶”功能；具有防鉆具變形、防鉆具扭斷功能；具有遠(yuǎn)程控制和就近控制功能；既可手動操縱，也可以實現(xiàn)一鍵自動控制；具有故障遠(yuǎn)程診斷接口。

按照滿足常規(guī)鉆修井作業(yè)要求，確定鐵鉆工主要型號及技術(shù)參數(shù)，見表1。

2 工藝設(shè)計技術(shù)路線研究

為確保預(yù)期功能及產(chǎn)品質(zhì)量，開展了工藝設(shè)計技術(shù)路線研究，以保證加工工藝的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性。

確定工藝設(shè)計的流程如下：設(shè)計的工藝性審查→接收正式設(shè)計電子圖和紙質(zhì)圖→編制工藝路線→工藝路線審核→工藝路線會簽（鑄鋼、鍛造、熱處理、鉚焊、機(jī)加、裝配、涂裝等）及批準(zhǔn)→工藝規(guī)程設(shè)計（機(jī)械加工工藝過程卡片、機(jī)械加工工序卡片、鍛造工藝卡片等）→工藝裝備設(shè)計→工藝規(guī)程審核、工藝裝備審核→工藝文件下發(fā)。對于新工藝規(guī)程設(shè)計，必要時按如圖2所示的路線執(zhí)行。

鐵鉆工加工工藝研究的主要內(nèi)容見圖3。例如：鉗牙采用低合金滲碳鋼或中碳合金氮化鋼，保證有較高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，同時齒面還要有足夠的硬度與耐磨性，且芯部也有較好的強(qiáng)度和韌性。為此，制定科學(xué)的工藝路線、熱處理方法及加工方法，以保證其機(jī)械性能和加工性能。

3 試驗技術(shù)路線研究

鐵鉆工在投入使用前需要經(jīng)過充分試驗。技術(shù)路線為：從課題目標(biāo)入手，開展標(biāo)準(zhǔn)、論文及國內(nèi)外同類產(chǎn)品研究等來確定試驗項目和試驗要求，然后根據(jù)試驗內(nèi)容確定試驗方法、設(shè)計制作試驗工裝，組織完成各項試驗。

型式試驗包括功能試驗、設(shè)計驗證試驗及部分見證性試驗，出廠試驗（或確認(rèn)試驗）通常只包括功能試驗與耐壓試驗，見證性試驗用來滿足用戶特殊要求。試驗研究內(nèi)容見圖4。

3.1 功能試驗

功能試驗的內(nèi)容見圖5。

3.2 設(shè)計驗證試驗

設(shè)計驗證試驗的內(nèi)容見圖6。

3.3 見證性試驗

當(dāng)合同或用戶有特殊要求時，進(jìn)行見證性試驗，試驗項目包括圖7中部分或全部內(nèi)容及其他未描述的內(nèi)容。

當(dāng)合同或用戶有特殊要求時，進(jìn)行指定井場鉆修井作業(yè)，試驗內(nèi)容按照實際作業(yè)工況進(jìn)行或模擬操作等。

4 結(jié)論

按照正確的設(shè)計路線開展正確的設(shè)計，會起到事半功倍的效果。開展鐵鉆工研制技術(shù)路線研究具有重要意義，通過開展鐵鉆工研制技術(shù)路線研究，解決存在的結(jié)構(gòu)技術(shù)、制造技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)瓶頸，并為其他管柱自動化處理工具的設(shè)計、制造和測試提供重要技術(shù)支持。

3.4 現(xiàn)場工業(yè)性試驗

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