彭小平

【摘 要】該設計與常規(guī)鉆機自動化設計最大的區(qū)別，在于對鉆臺面、小鼠洞和大門坡進行了一體化優(yōu)化設計，是對傳統(tǒng)作業(yè)方式的一次突破，它可以實現(xiàn)在接、甩鉆具單根時不用將鉆具上提到鉆臺面高度以上，能夠降低起吊鉆具作業(yè)安全風險，同時由于單根運移路線短，能夠提高工作效率，特別是對于重量大的大尺寸鉆鋌效果更加明顯。

【關鍵詞】貓道;小鼠洞;接甩鉆具;優(yōu)化設計

中圖分類號： TE922 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）08-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.014

【Abstract】The biggest difference between this design and the automatic design of conventional drilling rig lies in the integrated and optimized design of drill table， mouse hole and gate slope， which is a breakthrough to the traditional operation method. It can realize that when connecting or throwing a drill tool at a single root， it does not need to raise the drill tool above the height of the drilling table， which can reduce the operational safety risk of the lifting tool. At the same time， due to the short single transport route， it can improve the working efficiency. In particular.

【Key words】Cat Road; Mouse holes; Accepting drilling tools; Optimized design

0 引言

近年來，隨著自動化技術水平的提高，為了降低工人的勞動強度，提高作業(yè)效率，國內外石油機械行業(yè)均對鉆機的配套設施開展了廣泛研究，包括貓道和小鼠洞等[1-3]。這些研究存在一個共性問題，鉆具上、下鉆臺時需要移動的距離和高度沒有改變，部分運動屬于無效運動，影響生產(chǎn)時效，且制造成本高、運輸不方便、結構復雜、維護使用不方便等，使得推廣應用受到限制。鉆機的機械自動化能力已成為制約安全、制約鉆井提速增效的瓶頸問題。

1 接甩鉆具單根作業(yè)方式現(xiàn)狀

1.1 常規(guī)作業(yè)方式

我國現(xiàn)有鉆機在鉆井過程中，接、甩鉆具大多數(shù)仍以人手工操作配合鉆臺與貓道上的氣動絞車拉、拽的方式進行，具體過程如下：

接鉆具單根。首先由工人從鉆臺上的氣動絞車下放鋼絲繩掛住鉆具頂部，沿著貓道和坡道提升至鉆臺面，然后由鉆工扶住緩慢移至小鼠洞中，用吊卡卡住鉆具。如果是接比較重的鉆鋌，則需要打安全卡瓦，更加費時費力。

甩鉆具單根。利用鉆臺上的氣動絞車將鉆具提出小鼠洞，再人工將鉆具推入坡道內，沿坡道的V型槽滑入至貓道上。

常規(guī)作業(yè)方式的缺點是需要3-4名熟練工人配合，效率低、工人勞動強度大，單根提升高、安全性差。

1.2 動力貓道作業(yè)方式

鉆具的運送自動化方面，目前國內外鉆機配套制造廠家和公司的研究主要集中在動力貓道，較少涉及鉆臺、小鼠洞、大門坡等設施的改進。現(xiàn)有動力貓道大致可分為固定式、舉升式和抓取式三類。

a）固定式。模擬原有人工運送鉆具的方式，通過安裝在貓道和坡道上的動力裝置進行驅動，帶動其上的鉆具運動。

這種貓道結構最簡單，缺點是只適用于井架小、鉆臺面積小、底座低的陸地小型鉆機。

b）舉升式?？恳焊走M行舉升動作，將鉆具向井口方向推動到需要的位置。其缺點是尺寸太大，難以運到現(xiàn)場。

c）抓取式。多用于海洋鉆機及一些對安裝布置空間有特殊要求的鉆機，借助機械臂抓住鉆具，再通過相應動作將其移送到需要的位置，可以直接實現(xiàn)鉆具在鉆臺和鉆桿排放架之間的運移。

其優(yōu)點是處理鉆具能力強、速度快、自動化程度高;缺點是成本高、結構非常復雜、安裝維修不易，而且對液壓元件和自動化控制程度的要求也高。

1.3 鉆井小鼠洞鉆具卡緊作業(yè)方式

專門針對小鼠洞所做的研究改進形式也有很多，有液動的，也有氣動的，還有自動的。以美國艾迪科公司生產(chǎn)的小鼠洞接單根裝置為例，純靠鉆具自重來發(fā)生作用的。該裝置用螺栓連接在焊于鼠洞管頂端的法蘭盤上。單根拉上鉆臺后，鉆工打開支座鎖緊器，并將單根下入小鼠洞管內，當單根公接頭和護絲通過接頭支座后，鉆工就松開手動支座鎖緊器，繼續(xù)下放單根，在單根上接頭到達接頭支座時，單根就被掛住，并在自重作用下被鉗頭鎖緊。然后，用方鉆桿將小鼠洞管內的單根對接，上扣完畢上提方鉆桿，鉗頭自動退開，單根向上移動時，下接頭和護絲觸及接頭支座，支座自動縮回，完成接單根操作。

其優(yōu)點是避免了在小鼠洞上進行擱、取吊卡或安全卡瓦的作業(yè)，在一定程度上降低了勞動強度;缺點是改進范圍小，針對整個作業(yè)流程而言，作用有限。

2 接甩鉆具優(yōu)化設計

2.1 優(yōu)化思路

上述各種研究，無論是動力貓道還是氣動小鼠洞裝置，均將注意力集中在單一的設施上開展研究，沒有打破固定思維，將大門坡和鉆臺這兩項設施看成了不可改變的環(huán)節(jié)，因此存在較多難以克服的缺點。

實際上鉆具運行路線上最大的阻礙不是貓道，而是大門坡和鉆臺。因此，采用“去大門坡”設計，拋棄常用的大門坡，并改變沿用了多年的鉆臺面和小鼠洞管固有形式，使鉆具幾乎可以以直線形式到達小鼠洞內，大幅縮短了鉆具運移路線。同時，對工作量較大鉆具在小鼠洞內的作業(yè)設計了一套液控裝置，最終達到提高作業(yè)效率、降低作業(yè)安全風險的目的。

2.2 優(yōu)化結構

快速接甩鉆具系統(tǒng)包括鉆臺、扶正筒、液壓推桿、套筒式液壓缸、外筒、貓道、蓋板，圖1和圖2分別為該系統(tǒng)的側視圖和俯視圖。其中，小鼠洞由扶正筒、液壓推桿、套筒式液壓缸和外筒組成。套筒式液壓缸與外筒為固定連接，位于小鼠洞底部，上端面設計有托板;扶正筒為半圓筒形，上端與鉆臺面平齊;液壓推桿與扶正筒連接，接甩鉆具時，單根位于扶正筒內;鉆臺正前方開有U型槽，上面設計有兩塊蓋板與鉆臺連接，平常不用時蓋上，防止人員墜落，需要接甩鉆具單根作業(yè)時可以打開。

2.3 主要特征

優(yōu)化后的接甩鉆具主要具有以下特征：鉆臺在小鼠洞面對貓道一側開有U型槽;去掉了大門坡;將小鼠洞設計為半圓筒形，且在底部增加了液控機構;扶正筒和液壓推桿設計;對鉆具進入小鼠洞后上下限位的防滑脫設計。

a）前兩項設計優(yōu)化旨在打通場地上鉆具與小鼠洞之間的障礙，改變以往鉆具單根走拋物線進入小鼠洞的形式，將其改為直線進入，大大縮短了作業(yè)時間，且減少了鉆具從高處滑脫傷人的風險。

b）將小鼠洞設計為半圓筒形，且在底部增加了液控機構降低工人勞動強度。液控機構為套筒式液壓缸，其上端面設計有托板和夾緊機構，用來承放和夾緊鉆具。由于不同的鉆具長度有差別，為了使單根母扣端保持在合適位置，省掉了鉆桿打吊卡或鉆鋌打安全卡瓦的作業(yè)環(huán)節(jié)，尤其省時省力。

c）扶正筒和液壓推桿設計。扶正筒設計為半圓筒形，且上端與鉆臺為銷軸連接，在液壓推桿的作用下，扶正筒可以繞銷軸向貓道方向旋轉一定角度，使其下端與貓道前端相接觸，方便接甩鉆具單根，無論對鉆桿還是鉆鋌都十分方便省力。

d）小鼠洞內的防滑脫設計。鉆具進入小鼠洞后，套筒式液壓缸活塞板上設有半弧形擋板，可以對鉆具單根下端限位。作業(yè)完成后可將蓋板關閉，防止人員或工具墜落。

3 優(yōu)化設計之后的工作方式

接鉆具單根時，首先控制液壓推桿伸出，推動扶正筒向貓道傾斜，使其下端與貓道前端接觸，采用氣動絞車上提鉆具沿貓道運移至扶正筒內，操作液壓推桿使扶正筒帶著鉆具緩慢回收至垂直狀態(tài)，重新回到小鼠洞外筒內，蓋上鉆臺上的蓋板，然后操縱套筒式液壓缸，使其伸縮上下運動調整鉆具至合適高度，再操縱夾緊機構夾緊鉆具，即可開始接單根入井口。

4 結論

（1）針對目前石油鉆井行業(yè)接甩鉆具單根作業(yè)方式進行優(yōu)化設計，研發(fā)了一套安全高效的系統(tǒng)裝置。該設計采用一體化設計思路，可以能夠節(jié)約大量作業(yè)時間，并極大地增加作業(yè)的安全性，是對現(xiàn)有作業(yè)方式的一次大的改進，在油氣井鉆探施工領域具有較好的應用前景。

（2）該設計與單一的動力貓道或小鼠洞鉆具卡緊裝置相比，功能更加全面，而結構相對簡單，制造成本低，體積小，便于運輸，適宜于推廣。

（3）該設計適用于4000米以上鉆臺高度足夠的大型普通鉆機，適應面廣。

【參考文獻】

[1]趙淑蘭，李文彪，聶永晉，史楠楠.動力貓道技術國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].石油礦場機械，2010，39（02）：13-15.