徐 武，呂文偉，王保祥

（1.中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶固井公司，陜西 西安 710000；2.中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司，湖北 荊州 434020）

1 引言

21 世紀(jì)以來(lái)，全球油氣勘探呈現(xiàn)勘探難度大、勘探對(duì)象復(fù)雜的趨勢(shì)，資料顯示，占總資源量43%的低滲透油氣資源埋藏較深，85%的油氣井位于山區(qū)、丘陵、沙漠等復(fù)雜地理環(huán)境；老油田已進(jìn)入中后期開(kāi)發(fā)階段，穩(wěn)產(chǎn)難度大；更多的低品位、低滲透油區(qū)有待開(kāi)發(fā)，尤其是深層天然氣開(kāi)發(fā)難度越來(lái)越大。美國(guó)頁(yè)巖氣和致密油資源的成功勘探開(kāi)發(fā)證明，傳統(tǒng)意義上的生油（氣）層已成為了新的勘探開(kāi)發(fā)對(duì)象。連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)因占地小、效率高、對(duì)地層傷害小、帶壓作業(yè)等一系列優(yōu)點(diǎn)在油氣開(kāi)采尤其長(zhǎng)水平井開(kāi)采中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。連續(xù)油管技術(shù)前期主要是作為傳輸流體的通道，基本用于洗井、基質(zhì)酸化和氮?dú)馀e升，目前已經(jīng)擴(kuò)展到鉆井、修井、測(cè)井和射孔、增產(chǎn)措施等領(lǐng)域，現(xiàn)階段，國(guó)外陸上油氣開(kāi)發(fā)中80%以上的采用帶壓作業(yè)，形成了帶壓鉆井、修井功能于一體的連續(xù)油管作業(yè)裝備，以美國(guó)、加拿大等國(guó)為代表，在油氣井連續(xù)油管帶壓作業(yè)技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。連續(xù)油管修井已代表著當(dāng)今世界修井技術(shù)的發(fā)展方向，并將作為一種常規(guī)、高效的作業(yè)技術(shù)在世界范圍內(nèi)普及。近年來(lái)連續(xù)油管鉆井、壓裂技術(shù)也成為熱點(diǎn)。目前連續(xù)油管最大鉆井深度已超過(guò)6 900 m?，F(xiàn)在連續(xù)油管外徑由原來(lái)的Φ12.7（1/2”）mm 發(fā)展到現(xiàn)在的Φ168.27（6-5/8”）mm。連續(xù)油管已可廣泛用于油田鉆井、完井、壓裂、酸化、排液、試油、采油采氣、修井、集輸管線解堵等領(lǐng)域。

目前連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越多，連續(xù)油管設(shè)備在油氣田上的應(yīng)用范圍持續(xù)擴(kuò)大，連續(xù)管鉆井技術(shù)和連續(xù)管壓裂技術(shù)成為20 世紀(jì)90 年代以來(lái)發(fā)展最快的兩項(xiàng)技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年大約以800 口井?dāng)?shù)量遞增，特別是氣井、水平井、定向井、大斜度井、分支井?dāng)?shù)量大幅增加，并且隨著油氣的不斷開(kāi)采，作業(yè)井深逐漸延伸至5 000～6 000 m。

俄羅斯蘇爾古特地區(qū)以及中國(guó)東北地區(qū)、新疆地區(qū)冬季溫度低至-20 ℃以下，這些寒冷地區(qū)油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中經(jīng)常使用低溫連續(xù)油管輔助設(shè)備對(duì)油管內(nèi)壁進(jìn)行熱洗和吹掃作業(yè)，低整機(jī)的移運(yùn)、空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)以及三缸柱塞泵的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力全部都由底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)提供。

低溫連續(xù)油管輔助設(shè)備在底盤(pán)原有傳動(dòng)鏈上加裝了一個(gè)分動(dòng)箱，用于將底盤(pán)動(dòng)力輸出至車(chē)臺(tái)上裝設(shè)備，三缸柱塞泵的動(dòng)力是通過(guò)底盤(pán)變速箱和底盤(pán)分動(dòng)箱之間加裝的一種分動(dòng)箱提供的。這種分動(dòng)箱有上下2 個(gè)輸出口，下輸出口與底盤(pán)分動(dòng)箱相聯(lián)，用于驅(qū)動(dòng)底盤(pán)車(chē)行駛，上輸出口與三缸柱塞泵相聯(lián)，用于驅(qū)動(dòng)三缸柱塞泵。輸出口選擇由換擋開(kāi)關(guān)控制換擋氣缸實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的做法是，當(dāng)車(chē)輛停止后，踩離合器同時(shí)扳動(dòng)分動(dòng)箱換擋開(kāi)關(guān)，分動(dòng)箱從行車(chē)模式切換到作業(yè)模式，或從作業(yè)模式切換到行車(chē)模式。駐車(chē)不穩(wěn)或行車(chē)過(guò)程中誤操作使得分動(dòng)箱意外換擋，后果是分動(dòng)箱傳動(dòng)齒輪損壞，底盤(pán)車(chē)因失去動(dòng)力而突然停機(jī)，埋下極大的安全隱患，對(duì)設(shè)備造成不可逆的損壞，嚴(yán)重時(shí)還有可能會(huì)對(duì)操作人員的人身安全造成危害。因此，設(shè)備的安全換擋成為了設(shè)備安全的一個(gè)重要組成部分和重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)。

2 技術(shù)方案

本文通過(guò)改變現(xiàn)有換擋控制方式，研制一種分動(dòng)箱安全換擋控制裝置，取代目前低溫連續(xù)油管輔助設(shè)備分動(dòng)箱換擋方式，實(shí)現(xiàn)分動(dòng)箱安全換擋。該裝置通過(guò)底盤(pán)PSM 控制模塊輸出底盤(pán)駐車(chē)信號(hào)控制底盤(pán)分動(dòng)箱動(dòng)力輸出的模式切換，實(shí)現(xiàn)底盤(pán)分動(dòng)箱的安全換擋，即只有在操作人員刻意換擋的情況下，才可以完成分動(dòng)箱的換擋，除此之外所有非意志下的換擋都不會(huì)換擋成功，如此一來(lái)有效避免由于誤操作造成分動(dòng)箱意外換擋，導(dǎo)致分動(dòng)箱傳動(dòng)齒輪損壞，提高設(shè)備的操作安全性，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命和確保操作人員人身安全。同時(shí)將行車(chē)模式指示燈與漸近開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)顯示行車(chē)模式提醒操作人員，將潤(rùn)滑泵油壓指示燈與油壓開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)，用于指示分動(dòng)箱供油狀態(tài)，監(jiān)測(cè)顯示分動(dòng)箱運(yùn)行狀態(tài)。油壓開(kāi)關(guān)控制第二兩位三通電磁閥得電以及給分動(dòng)箱供油，通過(guò)第一兩位三通電磁閥和第二兩位三通電磁閥執(zhí)行換擋開(kāi)關(guān)傳輸?shù)姆謩?dòng)箱動(dòng)力擋位信號(hào)，進(jìn)行擋位切換。

2.1 裝置組成

分動(dòng)箱安全換擋控制裝置控制原理如圖1 所示，分動(dòng)箱安全換擋控制裝置主要由蓄電池、保險(xiǎn)、電源開(kāi)關(guān)、控制繼電器、換擋開(kāi)關(guān)、第一電磁閥、第二電磁閥、漸進(jìn)開(kāi)關(guān)、行車(chē)模式指示燈、油壓開(kāi)關(guān)、潤(rùn)滑泵油壓指示燈構(gòu)成。

圖1 分動(dòng)箱安全換擋控制裝置控制原理圖

蓄電池作為電能元件，為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供24 V 直流電源。保險(xiǎn)作為控制電路的安全保護(hù)元件，避免因短路、過(guò)載等造成用電設(shè)備的燒毀。電源開(kāi)關(guān)作為供電回路的控制開(kāi)關(guān)，打開(kāi)此開(kāi)關(guān)后控制回路才有電，閉合時(shí)控制回路沒(méi)有電?？刂评^電器由底盤(pán)駐車(chē)信號(hào)控制。換擋開(kāi)關(guān)控制底盤(pán)分動(dòng)箱動(dòng)力在“臺(tái)上”和“底盤(pán)”間進(jìn)行切換。第一電磁閥和第二電磁閥是底盤(pán)分動(dòng)箱動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)。行車(chē)模式指示燈與漸近開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)，用于指示行車(chē)模式。潤(rùn)滑泵油壓指示燈與油壓開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)，用于指示分動(dòng)箱供油狀態(tài)。油壓開(kāi)關(guān)控制第二兩位三通電磁閥得電以及給分動(dòng)箱供油，第一兩位三通電磁閥和第二兩位三通電磁閥執(zhí)行換擋開(kāi)關(guān)傳輸?shù)姆謩?dòng)箱動(dòng)力擋位信號(hào)。

2.2 裝置運(yùn)行

車(chē)輛在行車(chē)模式時(shí)，車(chē)載分動(dòng)箱動(dòng)力驅(qū)動(dòng)底盤(pán)，漸近開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)，電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)后，行車(chē)模式指示燈點(diǎn)亮。需要將分動(dòng)箱動(dòng)力切換到作業(yè)模式時(shí)，操作人員將車(chē)輛駐車(chē)，拉上手剎，此時(shí)底盤(pán)PSM 控制模塊輸出底盤(pán)駐車(chē)信號(hào)控制繼電器觸點(diǎn)閉合，同時(shí)換擋開(kāi)關(guān)得電。此時(shí)，踩下離合器同時(shí)扳動(dòng)換擋開(kāi)關(guān)至“臺(tái)上”位置，第一電磁閥得電，第二電磁閥斷電，分動(dòng)箱換擋氣缸換擋將動(dòng)力切換至臺(tái)上，車(chē)輛進(jìn)入作業(yè)模式，漸近開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)行車(chē)模式指示燈熄滅。此時(shí)，油壓開(kāi)關(guān)閉合，潤(rùn)滑泵油壓指示燈點(diǎn)亮。作業(yè)完成后，扳動(dòng)換擋開(kāi)關(guān)至“底盤(pán)”位置，油壓開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，潤(rùn)滑泵油壓指示燈熄滅，第二電磁閥得電，第一電磁閥斷電，分動(dòng)箱動(dòng)力重回底盤(pán)，車(chē)輛進(jìn)入行車(chē)模式。若車(chē)輛未拉上手剎，控制繼電器觸點(diǎn)處于常斷開(kāi)狀態(tài)，換擋開(kāi)關(guān)失效。這樣，駐車(chē)不穩(wěn)或行車(chē)過(guò)程中即使誤操作，也不會(huì)使分動(dòng)箱意外換擋，底盤(pán)分動(dòng)箱實(shí)現(xiàn)安全換擋。

3 結(jié)論

通過(guò)改變現(xiàn)有換擋控制方式，研制出一種分動(dòng)箱安全換擋控制裝置，取代目前低溫連續(xù)油管輔助設(shè)備分動(dòng)箱換擋方式，分動(dòng)箱安全換擋控制裝置通過(guò)引入底盤(pán)PSM 控制模塊輸出的底盤(pán)駐車(chē)信號(hào)作為控制底盤(pán)分動(dòng)箱動(dòng)力輸出的模式切換的先決條件，使得設(shè)備只有在操作人員刻意換擋的情況下，才可以完成分動(dòng)箱的換擋，除此之外所有非意志下的換擋都不會(huì)換擋成功，從而實(shí)現(xiàn)底盤(pán)分動(dòng)箱的安全換擋，駐車(chē)不穩(wěn)或行車(chē)過(guò)程中即使誤操作，也不會(huì)使分動(dòng)箱意外換擋，避免事故的發(fā)生，提升了設(shè)備安全性和操作人員的人身安全。