LGC450型连续油管作业车的研制

2015-01-21罗东

机电产品开发与创新 2015年3期

罗东

（中石化石油工程机械有限公司第四机械厂，湖北荆州 434024）

0 引言

连续油管作业装备自上世纪60年代初诞生以来已有50 多年历史，由于其具有带压欠平衡作业、连续起下管柱、对地层伤害小、低成本等特点，且随着国内作业工艺水平不断提升，连续油管作业[1-4]范围也越来越广，由原来的注氮排液、冲砂解堵等常规作业不断向高端作业转变，如射孔、拖动压裂,桥塞坐放、水泥封堵、桥塞及球座钻磨、油管切割、打捞等等。同时不断增加的水平井段以及更多高压、高温地层井，都需要使用大直径、大吨位连续油管作业装备进行作业。国内页岩气开发的光明前景，也使得连续油管装备正在经历一场新的变革。

1 总体结构

LGC450 连续油管作业车采用车载式结构，但与常规布置方式不同，分为动力车和滚筒车，动力车由底盘车、控制室、液压系统、气路系统、软管滚筒、注入头、鹅颈管及防喷系统等组成。如图1 所示。

图1 动力车示意图Fig.1 Structure of power truck

滚筒车由底盘车、摄像系统、油管滚筒、连续油管等组成。如图2 所示。

图2 滚筒车示意图Fig.2 Structure of tubing reel truck

2 主要部件及功能

2.1 载重底盘车

动力车采用奔驰8X6 底盘车，梯形车架，整体式U型纵梁，高强度车架和高强度副大梁。整车承载44t，带ABS 和远控油门，欧四排放标准，最高车速85km/h，最小离地间隙319mm，最大功率320kW/1800r，最大扭矩2100Nm/1080r,底盘发动机全功率取力，为分动箱油泵提供动力，以驱动注入头、油管滚筒、软管滚筒、防喷系统等。整车带有智能发动机管理系统、自动检测系统和柔性保养提示系统。

滚筒车采用奔驰8X8 变截面底盘车，采用特殊改装框架式车架，前后为U 型纵梁，中间为方型框架式专用梁。最大承载58t，最高车速80km/h，最小离地间隙361mm，采用专用越野轮胎，满足国内山区路况及油田非等级公路。

2.2 控制室

控制室带有升降装置，在作业时能够通过油缸方便起升到合适高度，方便观察油管滚筒、注入头及井口等作业情况，并且通过仪表系统、数据采集系统和控制系统，使操作人员能对作业过程进行远程控制、视频监控、信号收集、数据存储、作业分析和远程发送等。重要控制元器件设有安全装置，防止操作人员误操作，保证作业安全。控制室四周均安装大面积钢化玻璃，前方玻璃装有雨刮器，方便雨中作业，另三面均安装遮阳帘，以防止强阳光下面板反光，同时内部设有照明系统、空调系统，外部设有探照灯，方便夜间作业。

2.3 液压系统

液压系统动力由四个液压泵提供：两个定排量叶片泵和两个压力补偿变量活塞泵，采用底盘发动机全功率取力，以驱动和控制油管滚筒、注入头、软管滚筒、防喷系统等部件。

液压系统由注入头液路、油管滚筒液路、综合液路组成。其中注入头液路和综合液路系统为闭式系统，油管滚筒液路为开式系统。液压系统设有多个蓄能器，以便在液压系统发生故障时，实现防喷器、防喷盒、张紧油缸和夹紧油缸的控制。配备紧急油泵系统，以便为液压系统失效时提供后备动力。液压泵带超压保护装置，在系统压力补偿失效的情况下保护系统。注入头和油管滚筒采用液压互锁和联动控制，保证作业同步性和作业安全性。

2.4 气路系统

气路系统使用底盘储气罐作为气源，共分三路，一路是通过气动泵和控制阀件，为防喷盒提供动力，控制防喷盒的打开和关闭。一路通过气动泵和控制阀件，为注入头链条、滑板、轴承提供润滑，一路是通过减压阀为连续油管润滑提供动力。

2.5 软管滚筒

软管滚筒共有4 个，包括注入头动力软管滚筒、注入头控制软管滚筒和防喷器控制软管滚筒和油管滚筒控制软管滚筒，均采用液压马达作为动力，实现其正反转。软管滚筒上配备长50m 液压软管，实行统一编码，采用快速接头，方便液压软管的快速装卸。

2.6 鹅颈管

鹅颈管用于支撑连续油管并将其导入到注入头，采用前端扩口折叠式设计。通过油缸控制前端伸缩和顺序阀控制3 处压盖顺序开启和关闭，无需人工干预，方便油管导入，使用钢制和铝合金滚轮，增大摩擦面积，减轻油管磨损。滚轮采用多位置结构，以适应不同管径的连续油管。鹅颈管通过销轴安装于注入头顶部上，鹅颈管安装座可根据油管曲率半径进行调节，以保证油管顺利进入链条中心。

2.7 防喷系统

防喷系统由防喷器、防喷盒、防喷管和出井辨别系统组成，系统通径为5 1/8，额定工作压力为105MPa。采用连续油管专用四闸板防喷器，具有全封、剪切、卡瓦、半封功能，可进行液控和手动操作。配备侧门式防喷盒，实现连续油管在运动时和井内管柱间的环空密封，并配备出井辨别系统，自动判别连续油管出井状况，防止连续油管甩出和防止工具掉入井底。

2.8 注入头

注入头通过液压驱动反向旋转的双链条夹持油管进行起下作业，通过控制室控制注入头的运行速度和作业压力，其主要由马达、刹车、减速箱、链条总成、夹持系统和张紧系统、测量系统等组成。

采用高强度框架结构，保证注入头的整体稳定性和安全性。夹持系统为快换式结构，可快速更换夹持块和轴承，并可适应不同的连续油管管径，同时便于维护和装卸。夹持块带沟槽设计，便于排污和增大夹持力。夹紧轴承为免维护结构，减少保养维护时间。采用集中润滑系统，延长链条、轴承等部件的使用寿命。采用液压释放型刹车，保证作业安全可靠。注入头还配备电子负载传感器、电子深度传感器、机械里程表和视频监控系统等。

2.9 油管滚筒

油管滚筒是连续油管的储运设备，用以均匀地缠绕连续油管。其由滚筒体、驱动装置、排管系统、高压管汇、计深装置、油管润滑装置等组成。滚筒采用液压驱动形式，驱动滚筒正、反转，使连续油管在起、下时保持具有一定的拉力，使其紧紧缠绕在滚筒上。总体结构为模块化快换结构，方便整体吊装和移运。驱动装置采用马达、液压释放型刹车和行星齿轮箱等组成。动力通过马达、减速箱传递到滚筒芯轴上，实现滚筒的正反转，再通过中间链轮将动力传递到排管系统，排管系统采用自动排管和手动排管结合，自动和手动通过扭矩限制器切换。高压管汇分为内部管汇和外部管汇，内部管汇一端与连续油管连接，另一端安装于滚筒芯轴上。高压旋转头连接到滚筒轴端面上，满足滚筒旋转时，为外部压力介质提供通道。外部循环管汇安装有高压流量计和电子压力传感器，实时为控制室传回数据。

3 主要技术参数

最大上提力：45t，最大下入力：22.5t，高档最大速度：48m/min，低档最大速度：26m/min，油管滚筒容量：2"6100m，油管尺寸范围：1"～3 1/2"，最高工作压力：105MPa，动力车外形尺寸（12800×2500×4000）mm，滚筒车外形尺寸（12000×2500×4300）mm。