李海峰

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司裝備技術(shù)中心，天津 300459)

0 引言

測(cè)井絞車是測(cè)井作業(yè)中重要的地面設(shè)備，其關(guān)鍵功能就是控制井下儀器的運(yùn)動(dòng)速度，液壓泵作業(yè)系統(tǒng)中的動(dòng)力部件性能直接影響測(cè)井絞車的功能。起初的液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的高速、低速滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，但新液壓泵增加HD閥阻尼孔后，降低液壓泵的排量，進(jìn)而降低馬達(dá)的輸出速度。為滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行重新分析、改進(jìn)。

1 測(cè)井絞車液壓系統(tǒng)原理

1.1 測(cè)井絞車組成

測(cè)井拖橇是為陸地、海洋油氣田提供探井電纜測(cè)井服務(wù)的專用設(shè)備。該設(shè)備在結(jié)構(gòu)上由動(dòng)力橇和滾筒橇兩部分組成，動(dòng)力系統(tǒng)采用液壓傳動(dòng)技術(shù)，可以滿足各種測(cè)井作業(yè)的工況要求，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、調(diào)速比大等諸多優(yōu)點(diǎn)。

滾筒橇由橇體、絞車系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、配套設(shè)施組成。橇體包括：底盤、框架、絞車操作間、滾筒支架、減速器支架、輔助設(shè)備支架等結(jié)構(gòu)件；絞車系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)控制及執(zhí)行元件、氣動(dòng)系統(tǒng)控制及執(zhí)行元件、滾筒及其附件組成；電氣系統(tǒng)由配電及照明系統(tǒng)、信號(hào)及通訊系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及其附件組成。

1.2 測(cè)井絞車電控原理

測(cè)井絞車電控系統(tǒng)包括變壓器、電控手柄、信號(hào)放大板、電液比例閥、電磁換向閥等重要元件。首先，打開控制臺(tái)電源開關(guān)，為測(cè)井絞車電控系統(tǒng)供電。其次，根據(jù)速度需求切換速度檔位開關(guān)至相應(yīng)檔位(HIGH檔、LOW檔)。然后，松開電纜滾筒剎車、操作電控手柄，當(dāng)控制手柄放在中間(NEUTRAL)位置上時(shí)，此時(shí)綠色指示燈亮，由電控手柄控制沒有電信號(hào)輸出；當(dāng)控制手柄放在上提(UPHOLE)位置上時(shí)，此時(shí)綠色指示燈熄滅，由電控手柄控制將電信號(hào)輸出給UP控制放大器，將UP信號(hào)放大輸出給電液比例閥A口，輸出控制液壓泵斜盤的控制油壓，進(jìn)而推動(dòng)液壓泵的斜盤產(chǎn)生角度輸出液壓油，推動(dòng)液壓馬達(dá)上提方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)控制手柄放在下放提(DOWNHOLE)位置時(shí)，此時(shí)綠色指示燈熄滅，由電控手柄控制將電信號(hào)輸出給DOWN控制放大器，將下放信號(hào)放大輸出給電液比例閥B口，輸出控制液壓泵斜盤的控制油壓，進(jìn)而推動(dòng)液壓泵的斜盤反向角度輸出液壓油，推動(dòng)液壓馬達(dá)下放方向旋轉(zhuǎn)。推動(dòng)電控手柄的角度越大，輸出的電信號(hào)越強(qiáng)，進(jìn)而液壓泵角度越大，輸出油量越多，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速越快。

2 測(cè)井絞車工作原理

測(cè)井絞車設(shè)計(jì)原理如圖1所示。主液壓泵被驅(qū)動(dòng)后，上提時(shí)主油路正向輸出則A口為出油口，高壓油沿A管線，通過慢速閥A到達(dá)液壓馬達(dá)，從B管線返回到主泵B口，其中油液泄漏造成的損失，由補(bǔ)油泵補(bǔ)充。同理，下放操作時(shí)，液壓泵反向輸出則B口為出油口，高壓油沿B管線通過慢速閥B到達(dá)液壓馬達(dá)，從A管線返回到液壓主泵，其油液泄漏造成的損失，由補(bǔ)油泵補(bǔ)充。液壓泵斜盤控制油來(lái)自補(bǔ)油泵，到達(dá)電液比例閥P口，電液比例閥動(dòng)作后連通PA(上提)或PB(下放)，推動(dòng)主泵的斜盤控制閥芯移動(dòng)，從而控制主液壓泵正向輸出或反向輸出液壓油。

圖1 液壓原理圖

主液壓泵工作時(shí)，當(dāng)斜盤處于中位，則液壓泵排量為零，即沒有高壓油輸出；當(dāng)控制手柄上提或下放信號(hào)被放大后，控制電液比例閥(簡(jiǎn)稱“比例閥”)動(dòng)作，比例閥控制油進(jìn)入Y1或Y2，控制斜盤角度，主泵產(chǎn)生排量，向外輸出高壓油。控制油壓越大，則斜盤角度越大，排量越大。液壓泵輸出的高壓油經(jīng)過慢速閥推動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，隨液壓泵輸出油量變化產(chǎn)生液壓馬達(dá)速度變化，然后液壓油又流回到液壓泵吸油口；同時(shí)液壓馬達(dá)可以通過調(diào)節(jié)自身的斜盤角度，增加和減小排量，實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速的變化。液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速經(jīng)過減速器降速后，傳遞給電纜滾筒，滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電纜的直線上提或下放移動(dòng)。測(cè)井儀器掛接在電纜上，電纜拉動(dòng)測(cè)井儀器在井眼中上提或下放移動(dòng)，完成測(cè)井作業(yè)。

3 測(cè)井絞車達(dá)到的性能

測(cè)井絞車系統(tǒng)采用液壓傳動(dòng)技術(shù)，以內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)液壓泵輸出高壓油液壓力傳遞給液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)和絞車滾筒旋轉(zhuǎn)，來(lái)提升和下放測(cè)井電纜，以滿足測(cè)井作業(yè)的工況需要。液壓回路可以根據(jù)工況要求分別實(shí)現(xiàn)容積調(diào)速與容積節(jié)流聯(lián)合調(diào)速兩種調(diào)速功能[1]，要求測(cè)井絞車可以提供HIGH、LOW及FINE三種速度變化范圍，同時(shí)要有穩(wěn)定的輸出速度和輸出扭矩，檔位切換通過操作電控檔位開關(guān)進(jìn)行控制。當(dāng)測(cè)井絞車控制系統(tǒng)有控制電信號(hào)時(shí)，操作人員可以選擇三種速度中的任意一種進(jìn)行測(cè)井作業(yè)。HIGH檔：速度5～100 m/min；LOW檔：速度3～40 m/min；FINE檔：速度0.3～5.0 m/min；同時(shí)滾筒輸出最大轉(zhuǎn)矩39 300 N·m。

4 解決方案

由于液壓泵的生產(chǎn)廠家修改了液壓泵的HD閥設(shè)計(jì)，增加阻尼孔，導(dǎo)致控制HD閥液壓油壓力出現(xiàn)損失。再加之測(cè)井絞車的控制膠管過長(zhǎng)(10 m)，控制油在傳遞過程中產(chǎn)生的壓力損失過大，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)先導(dǎo)控制壓力建壓不足，無(wú)法推動(dòng)液壓泵斜盤產(chǎn)生更大角度，得到更大排量，獲得更大的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度[2]。但通過改變控制電路和降低馬達(dá)先導(dǎo)控制壓力，可實(shí)現(xiàn)液壓泵增大排量和降低液壓馬達(dá)排量以獲得測(cè)井絞車輸出速度。

在當(dāng)前液壓泵和液壓馬達(dá)的組合中，調(diào)整控制電路并降低馬達(dá)先導(dǎo)控制壓力起調(diào)點(diǎn)，將原有的泵及馬達(dá)分段變量調(diào)整為泵與馬達(dá)交叉變量；同時(shí)提升液壓泵的排量和降低液壓馬達(dá)的排量，用以提升馬達(dá)的輸出速度。

操作步驟如下：調(diào)整控制電路及放大器功率輸出以提升液壓泵的排量，并在電路中增加二極管以控制電路電流。根據(jù)泵變量起調(diào)點(diǎn)壓力和系統(tǒng)最大控制壓力，分別調(diào)整LOW檔和HIGH檔放大器輸出，分別提升液壓泵在LOW檔和HIGH檔輸出排量：LOW檔放大器對(duì)應(yīng)的最大控制壓力p＝p(泵變量起調(diào)點(diǎn)壓力)+1 MPa；HIGH檔放大器對(duì)應(yīng)的控制壓力p＝p(系統(tǒng)最大控制壓力)。根據(jù)泵變量起調(diào)點(diǎn)壓力和系統(tǒng)最大控制壓力，調(diào)整馬達(dá)變量起調(diào)點(diǎn)壓力：調(diào)整馬達(dá)變量起調(diào)點(diǎn)壓力p＝p(系統(tǒng)最大控制壓力-1 MPa)[3]。如果馬達(dá)變量起調(diào)點(diǎn)壓力p(1 MPa)≤p(泵變量起調(diào)點(diǎn)壓力)，則馬達(dá)變量起調(diào)點(diǎn)壓力調(diào)整為p＝p(泵變量起調(diào)點(diǎn)壓力)+0.1 MPa，如圖2所示。

圖2 馬達(dá)特性曲線

HD先導(dǎo)壓力增量△Ps=1 MPa，如圖3所示，排量將從Vgmax降低至0 cm3(規(guī)格28～200)或從Vgmax降至0.2Vgmax(規(guī)格250～1 000)?？刂破瘘c(diǎn)(設(shè)定范圍)0.2～2.0 MPa。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定：控制起點(diǎn)0.3 MPa(控制終點(diǎn)1.3 MPa)。

圖3 HD特性曲線

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

調(diào)整后參數(shù)：液壓泵變量起調(diào)點(diǎn)壓力p＝1.00～1.03 MPa。HIGH檔放大器對(duì)應(yīng)的控制壓力(系統(tǒng)最高控制壓力)p＝2.34～2.41 MPa。馬達(dá)變量先導(dǎo)壓力p＝2.34 MPa，排量降低為約0.7Vgmax。馬達(dá)最小轉(zhuǎn)速理論計(jì)算q＝125 mL/r(泵排量)×1 800 r/min(泵轉(zhuǎn)速)/80×0.7(馬達(dá)最大排量)=4 017.8 r/min。液壓馬達(dá)到滾筒減速比約93.7。計(jì)算可得，HIGH檔滾筒最高轉(zhuǎn)速42.8 r/min。由滾筒電纜直徑0.8 m(井深4 000 m)可知，周長(zhǎng)2.512 m。計(jì)算可得，2.512×42.8=107.5 m/min＞100 m/min，滿足作業(yè)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

如表1所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過改變控制電路和降低馬達(dá)先導(dǎo)控制壓力，實(shí)現(xiàn)液壓泵增大排量和降低液壓馬達(dá)排量以獲得測(cè)井絞車輸出速度滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。針對(duì)液壓泵增加阻尼孔而導(dǎo)致液壓泵輸出不足而帶來(lái)的速度降低的問題，通過調(diào)整液壓泵變量的起調(diào)壓力和調(diào)整液壓馬達(dá)的排量，從而增加輸出轉(zhuǎn)速，使測(cè)井絞車輸出速度達(dá)到預(yù)期效果。

表1 測(cè)井絞車調(diào)整前后輸出速度對(duì)比