高森 陳雄 柳瑞軍（川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司）

1 連續(xù)油管安裝工藝現(xiàn)狀

連續(xù)油管作業(yè)具有效率高、成本低、占地面積小、可帶壓作業(yè)的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用；目前國(guó)內(nèi)連續(xù)油管現(xiàn)場(chǎng)安裝主要方式為：依靠吊車提供動(dòng)力，將連續(xù)油管穿入注入頭，注入頭下方安裝工具。隨著連續(xù)油管技術(shù)的不斷發(fā)展，連續(xù)油管現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用越來越廣，其輔助設(shè)施越來越難以滿足現(xiàn)場(chǎng)的施工要求[1]?，F(xiàn)場(chǎng)穿油管，注入頭安裝液壓管線，注入頭下方接工具等作業(yè)存在較高安全風(fēng)險(xiǎn)，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、施工風(fēng)險(xiǎn)高，通過采用液壓絞車提供穿油管動(dòng)力，人員在地面操作，由鋼絲繩帶動(dòng)連續(xù)油管進(jìn)入注入頭的穿管方法，可降低施工現(xiàn)場(chǎng)高處作業(yè)、吊裝作業(yè)等作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)降低勞動(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化作業(yè)程序，提高工作效率。

對(duì)于滾筒和注入頭分裝的連續(xù)油管設(shè)備，每次安裝都需要注入頭穿管操作。目前國(guó)內(nèi)采用的連續(xù)油管穿管工藝[2]，直立注入頭于撬座或地面支腿上，主要利用吊車、雙U型卡、吊帶等設(shè)備、工具，依靠吊車大臂提供動(dòng)力，配合油管滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，完成穿管作業(yè)；還需在注入頭直立后，花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間在注入頭下方完成液壓管線、井下工具連接器及井下工具的安裝，因此，注入頭下方作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，存在吊裝作業(yè)、登高作業(yè)、高空落物傷人等重大風(fēng)險(xiǎn)。

2 連續(xù)油管安裝方法的改進(jìn)措施

針對(duì)常規(guī)連續(xù)油管安裝存在的風(fēng)險(xiǎn)，提出了地面穿入連續(xù)油管方法，并優(yōu)化改進(jìn)注入頭液壓管線安裝、入井工具安裝等環(huán)節(jié)的作業(yè)模式。

2.1 穿管方法的改進(jìn)措施

通過注入頭撬裝改造、增加地面絞車系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)穿管模式，實(shí)現(xiàn)地面穿管，提高穿管過程的高效性和本質(zhì)安全性，具體實(shí)施方法如下：

1）對(duì)注入頭撬裝內(nèi)的前后支撐架高度作設(shè)計(jì)改進(jìn)及重新焊接，使得注入頭在傾斜臥式姿態(tài)下，處于最佳對(duì)接高度，同時(shí)，為絞車系統(tǒng)的安裝及后續(xù)井下工具連接器的安裝預(yù)留操作空間。

2）通過操作絞車系統(tǒng)控制面板，使絞車上的鋼絲繩緩慢穿過焊接于注入頭撬裝底部的定滑輪（注入頭在撬裝內(nèi)側(cè)臥時(shí)，定滑輪恰好位于注入頭底部由壬附近），并向定滑輪下游送出足夠多的鋼絲繩，以便其更好的進(jìn)入注入頭底部。

3）將軟繩子從注入頭的頂部穿入直至與鋼絲繩繩頭對(duì)接，然后通過軟繩牽引鋼絲繩從注入頭底部穿過直至注入頭頂部。

4）通過管繩連接器將穿至注入頭頂部的鋼絲繩與連續(xù)油管滾筒自由端的油管頭連接。

5）通過絞車控制面板牽引鋼絲繩、管繩連接器（外徑與連續(xù)油管外徑一致）及連續(xù)油管進(jìn)入注入頭，當(dāng)油管開始進(jìn)入注入頭時(shí)，通過連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的上夾緊控制把油管卡住。

6）關(guān)閉鵝頸架下放的油管盒，繼續(xù)通過鋼絲繩牽引送入連續(xù)油管，直至通過注入頭及其下部防噴盒，通過連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的下夾緊控制把油管卡住。

7）拆卸管繩連接器及鋼絲繩，完成地面穿管。

2.2 注入頭液壓管線安裝的改進(jìn)措施

通過配套快速接頭、扣壓接頭、液壓管線本體，將注入頭所有液壓管線延長(zhǎng)，且滿足承壓等級(jí)在5000psi以上，接頭型號(hào)分別與注入頭現(xiàn)有液壓管線接頭及連續(xù)油管主車現(xiàn)有液壓管線匹配；同時(shí)，所有管線接頭位于注入頭撬架一側(cè)接近地面的位置，當(dāng)注入頭側(cè)臥在撬裝內(nèi)時(shí)，作業(yè)人員即可在地面完成注入頭液壓管線與連續(xù)油管主車動(dòng)力源液壓管線束的對(duì)接，不僅確保了地面穿管過程中用于送入連續(xù)油管的注入頭夾持塊及鏈條的正常動(dòng)力提供，也實(shí)現(xiàn)了注入頭液壓管線的地面安裝，避免注入頭吊裝直立后作業(yè)人員登高安裝液壓管線帶來的滑跌風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 井下工具安裝方法的改進(jìn)措施

采用常規(guī)穿管方法，一般在防噴管與注入頭連接后，通過吊車提住注入頭和防噴管，而后在防噴管底部的油管自由端連接井下工具連接器及井下工具，注入頭下放作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)；而采用絞車系統(tǒng)地面穿管，由于在注入頭底部和撬裝底部之間預(yù)留了操作空間，且注入頭臥式放置于撬裝內(nèi)，因此，耗時(shí)最長(zhǎng)的井下工具連接器安裝可在地面完成，與連接器對(duì)接的其他井下工具也可預(yù)先在地面分段連接，待注入頭吊裝直立并接好防噴管后，只需將接好的工具逐段快速與從防噴管底部穿出的連接器對(duì)接即可，可較大程度的縮短人員在注入頭下方的作業(yè)時(shí)間。

3 設(shè)備改造及工具開發(fā)

3.1 注入頭撬裝的優(yōu)化設(shè)計(jì)及改造

用于地面穿管的絞車系統(tǒng)雖然能夠獨(dú)立運(yùn)行，完成滾筒到注入頭下部的穿管作業(yè)，但僅限于在倒管基地等固定場(chǎng)所的應(yīng)用[3]，而對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)性的穿管作業(yè)，還應(yīng)與現(xiàn)有的一車一撬用注入頭撬裝兼容，實(shí)現(xiàn)兩種設(shè)備的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，因此，需優(yōu)化設(shè)計(jì)一套具有地面絞車安裝功能的注入頭運(yùn)輸撬裝[4]。

3.1.1 注入頭撬裝的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）將注入頭前后支架各增加200mm，以滿足撬裝底部安裝定滑輪在縱向空間上的要求；前后支架增高后，放入注入頭的運(yùn)輸橇裝整體高度增加為2950mm，不影響動(dòng)遷運(yùn)輸。

2）增加絞車、定滑輪，并加焊固定支撐，具體選型見表1。

表1 絞車、定滑輪及焊接件選型

前后支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)及增加的絞車、定滑輪、固定支撐位置見圖1。

圖1 注入頭撬裝局部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)

3）增加絞車控制液壓系統(tǒng)，具體選型見表2。

表2 絞車控制液壓系統(tǒng)配件選型

3.1.2 注入頭撬裝的設(shè)計(jì)改造

1）注入頭前后支架高度各增加200mm，注入頭運(yùn)輸撬裝整體高度增加為2950mm，滿足各類連續(xù)管作業(yè)機(jī)注入頭的裝載及動(dòng)遷要求[5]（圖2）。

圖2 注入頭撬裝高度改進(jìn)

2）在注入頭撬裝底部增加絞車、定滑輪，并加焊固定支撐（圖3）。其中，絞車系統(tǒng)通過液壓馬達(dá)、絞車卷軸及注入頭下方的定滑輪輸送鋼絲繩，可及時(shí)控制速度；絞車卷軸通過橫向移動(dòng)使鋼絲繩始終位于防噴盒和鏈條中心，不需要人員配合扶正油管；定滑輪及固定支撐在鋼絲繩進(jìn)入注入頭過程中起導(dǎo)向作用；鋼絲繩外徑12mm，極限承載25kN，長(zhǎng)度38m，最大繩速40m/min，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

圖3 絞車、定滑輪及固定支撐實(shí)物圖

3）配套絞車系統(tǒng)所需液壓管線及控制面板（動(dòng)力由連續(xù)油管主車提供），可實(shí)現(xiàn)地面操控，操作簡(jiǎn)單（圖4）。

圖4 絞車控制液壓系統(tǒng)實(shí)物圖

3.2 注入頭液壓管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)及改造

在注入頭液壓管線快接面板上，連接液壓管線延長(zhǎng)線，長(zhǎng)度1.5m，確保注入頭臥式置于撬裝內(nèi)時(shí)，所有管線能夠從撬裝上部一側(cè)伸出，與連續(xù)油管主車動(dòng)力源液壓管線束對(duì)接[6]；同時(shí)，對(duì)注入頭管線延長(zhǎng)所需過渡接頭、扣壓接頭及液壓管線進(jìn)行選型，確保與動(dòng)力源管線的高效連接，液壓管線延長(zhǎng)線配件選型如表3所示。

注入頭液壓管線延長(zhǎng)線與注入頭的連接及與連續(xù)油管主車動(dòng)力源管線的對(duì)接見圖5。

3.3 管繩連接器的設(shè)計(jì)開發(fā)

3.3.1 管繩連接器的設(shè)計(jì)原理

管繩連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：鋼絲繩帽、鎖緊螺母、卡瓦、錐型中心桿。通過鎖緊螺母和鋼絲繩帽的擠壓，可實(shí)現(xiàn)鋼絲繩在鋼絲繩帽內(nèi)的鎖緊，確保鋼絲繩在達(dá)到極限拉力載荷之前不會(huì)與連接器分離；通過卡瓦與錐型中心桿的擠壓實(shí)現(xiàn)連接器在連續(xù)油管內(nèi)的錨定，確保在鋼絲繩在達(dá)到極限拉力前，連接器不會(huì)與連續(xù)油管分離[7]，管繩連接器結(jié)構(gòu)如圖6所示。

表3 注入頭液壓管線延長(zhǎng)線配件選型

圖5 注入頭液壓管線連接方式的改進(jìn)

圖6 管繩連接器原理圖

3.3.2 管繩連接器的設(shè)計(jì)加工

根據(jù)不同型號(hào)連續(xù)油管，可設(shè)計(jì)加工不同類型的管繩連接器（最大外徑與連續(xù)油管外徑一致），目前針對(duì)連續(xù)油管通洗井、鉆磨、排液、底封分段壓裂等工藝[8]，設(shè)計(jì)加工了1.5～2in管繩連接器，管繩連接器實(shí)物結(jié)構(gòu)見圖7。

圖7 管繩連接器實(shí)物圖

4 連續(xù)油管高效安裝方法的作業(yè)實(shí)踐

4.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2018年6月，作業(yè)人員在某井進(jìn)行了連續(xù)油管高效安裝方法的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，連續(xù)油管導(dǎo)入注入頭、鋼絲繩過定滑輪、鋼絲繩牽引油管過注入頭以及注入頭直立后井下工具與預(yù)先裝好的連接器對(duì)接見圖8。

圖8 連續(xù)油管高效安裝方法現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)

試驗(yàn)作業(yè)全過程歷時(shí)90min，較常規(guī)安裝節(jié)省約50min的作業(yè)時(shí)間。作業(yè)時(shí)效顯著提升，具體節(jié)約工時(shí)分解情況見表4。

表4 連續(xù)油管高效安裝方法的節(jié)約工時(shí)分解 單位：min

4.2 連續(xù)油管高效安裝方法的優(yōu)勢(shì)

通過連續(xù)油管高效安裝方法的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)常規(guī)的吊車配合安裝方法與連續(xù)油管高效安裝方法作了對(duì)比分析，分析結(jié)果見表5。

對(duì)比分析結(jié)論：由于采用地面安裝的方式，穿管過程中注入頭始終處于穩(wěn)定的臥式姿態(tài)，且由于注入頭液壓管線的提前連接、井下工具的快速安裝，操作手站位發(fā)生了明顯的改變，人員在注入頭下方和注入頭頂部的作業(yè)時(shí)間明顯縮短，大幅度提升了安裝作業(yè)的本質(zhì)安全，施工風(fēng)險(xiǎn)極大的降低，作業(yè)效率也顯著提升。

表5 兩種連續(xù)油管安裝方法的對(duì)比

5 結(jié)論

1）通過注入頭撬裝的改進(jìn)、地面穿管絞車系統(tǒng)的引入、管繩連接器的設(shè)計(jì)加工、注入頭液壓管線的延伸以及井下工具安裝方式的改進(jìn)，在確保施工本質(zhì)安全的前提下，降低了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，且更加適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)快節(jié)奏施工提速提效的相關(guān)要求，施工優(yōu)勢(shì)顯著[9]。

2）連續(xù)油管安全高效安裝方法研究的核心在于穿管工藝的改進(jìn)，因此，如何進(jìn)一步提高穿管作業(yè)速度也是關(guān)鍵技術(shù)之一，后期可通過管繩連接器的設(shè)計(jì)改進(jìn)、導(dǎo)向定滑輪的設(shè)計(jì)改進(jìn)等，優(yōu)化穿管工藝設(shè)計(jì)配套，進(jìn)一步提升安裝作業(yè)時(shí)效。