邾启孟

（中石化石油工程机械有限公司第四机械厂，湖北荆州434020）

新型带压作业设备平衡绞车研制与应用

邾启孟

（中石化石油工程机械有限公司第四机械厂，湖北荆州434020）

平衡绞车是带压作业设备上一个重要组成部分，配合举升系统实现随动起下管柱和提升重物。详细阐述一种带压作业设备上的新型平衡绞车，这种平衡绞车具有高速收放绳、低速随动收放绳、结构紧凑控制精度高等优点，其控制系统采用全液压控制，并且具有双绞车独立工作，悬停随动功能，自动制动刹车功能、无换向阀控制的特点。

带压作业设备；平衡绞车；随动控制；液压控制系统

带压作业装备是一种用于油气开发的新型作业设备，通过卡瓦夹持管柱随四根举升油缸升降实现上提或下放管柱作业，通过防喷器密封管柱和井口之间环空以防止井下高压流体喷出井口，作业过程不需要压井作业。平衡绞车主要承担上提下放作业管柱和井下工具，不同于一般液压绞车，其具有配合举升系统的随动上行和下行功能、悬停功能等特殊功能[1-2]。

近年来，随着国内非常规能源开发的深入，带压作业技术和带压作业设备也得到逐步发展，平衡绞车是带压作业设备的重要组成部分，目前国外带压作业设备公司设计的平衡绞车已经发展到多种结构形式和液压控制系统，具有低速稳定随动上提下放和双绞车独立工作等优点，而国内现有带压作业设备的平衡绞车一般采用换向阀换向来实现绞车空钩下放，而在作业过程中随动下行是通过先导调压阀来控制的，这样的控制方式比较复杂，长时间的工作增加操作人员的负担，特别是不熟练的操作人员如果工作中混淆了，容易产生误操作导致安全事故发生。本文针对带压作业设备平衡绞车及其控制系统进行研究，以期对平衡绞车在带压作业复杂工况下能够实现安全、高效、人性化操作的需求。

1 平衡绞车概况

平衡绞车直接关系着带压作业的平稳、高效、安全作业，平衡绞车主要包括绞车主体、减速机、绞车滚筒、制动器、马达以及液压控制系统，通过液压系统驱动马达正反转，经减速机减速后带动滚筒转动实现收放绳，马达的转速可以通过调速阀和调压阀调节，制动器采用液压释放式刹车，操作绞车工作时，压力达到许可工作力时解刹工作。新型带压作业设备上的平衡绞车控制系统实现双绞车独立工作模式、带管柱悬停随动功能、自动刹车制动功能，采用全液压控制方式。

2 平衡绞车结构设计

平衡绞车总成主要由有双滚筒、液压马达及行星齿轮减速机构等组成。为了缩小平衡绞车的体积和重量，减速机安装在滚筒内部，滚筒一端安装有支撑轴承，一端与减速机、液压马达通过法兰连接，在滚筒外侧设计滚杠和档杆，达到排绳和防钢丝绳滑出的作用[3-4]。

在提放单根过程中，可以通过对溢流压力的调节来应对提升重量的改变，同时通过对分路流量的调节来对提升下放速度进行改变；平衡绞车配置双滚筒，在作业过程中一个滚筒将地面的油管提升至操作台，另一个滚筒提住油管随起升下放装置将管柱下放至井内，并与其速度保持一致，能有效地提高作业效率。图1所示。

图1 平衡绞车结构图

3 液压控制系统

平衡绞车控制系统主要分为液压动力系统、悬停随动控制系统、刹车制动系统三大部分。其中动力系统集成为液压站，控制系统马达、主压力控制阀、调速阀等随平衡绞车安装到带压作业设备起重拔杆之上，远程控制阀和刹车阀位于操作平台上，操作平台上的作业人员作业前打开刹车阀，操作远程控制阀旋钮即可操作平衡绞车随动上提下放。本控制系统通过控制系统的设计除去了常规平衡绞车控制系统的手动换向阀，直接通过远程控制阀控制平衡绞车，代替原来作业时需要同时操作手动换向阀和远程压力控制阀的操作方式。如图2所示。

图2 液压控制系统图

3.1 液压动力系统

平衡绞车液压动力系统主要分为两个绞车独立驱动的两个泵和一个为刹车先导阀供油的泵，使用两个泵独立供油的好处是使两个平衡绞车控制互相独立，在平衡绞车悬停或者随动下放的过程不会因油路压力波动等因素导致失控。平衡绞车系统根据现场实际使用和绞车负载计算一般采用中压控制系统，控制系统采用叶片泵和叶片马达，对液压油具有很好的抗污染性，因此不需要设置高压过滤器。

3.2 悬停随动控制系统

悬停随动控制系统主要包括单向阀、调速阀、背压阀、主溢流阀、远程控制阀，其特点在于此系统无换向阀即可实现平衡绞车升降、悬停、随动功能。如图2，泵供油到悬停随动控制系统，经过单向阀分为两支油路，一支经过单向节流阀的单向功能达到马达工作口，一支连接主溢流阀，溢流阀溢流口与马达另外一个工作口集油经过背压阀回油箱。调节远控阀工作压力，当系统压力等于负载的载荷等效压力时，平衡绞车进入悬停状态；当系统压力高于等效压力时，绞车处于提升状态并可随压力调节实现速度快慢控制；当调节压力低于等效压力时，绞车处于下降状态并可随压力调节实现速度快慢控制。

3.3 刹车制动系统

刹车制动系统包括先导刹车阀和刹车控制阀组，其特点是采用液压释放式刹车，具有手动越权刹车和工作中系统失压情况下可以实现自动刹车，避免系统故障以及人为失误导致事故发生。先导刹车阀具有越权控制功能，在使用平衡绞车前先操作先导刹车阀使刹车控制阀组给制动器供油解刹，然后再使用先导调压阀控制绞车提升或者下放，在使用过程中如果需要紧急刹车，可以使用先导刹车阀越权刹车；刹车控制阀组压力进油取自悬停随动系统的进油，在液压系统故障导致失压情况时，刹车控制阀组内部控制机能会使其泄油让制动器制动，防止绞车在起吊重物过程中失控下坠。

4 结束语

新型平衡绞车采用本液压控制系统，可以在不使用换向阀的情况下实现提升、悬停、随动下放管柱等所有带压作业设备需要的功能，悬停随动控制系统可以使绞车在悬停和随动状态稳定，抗干扰性好，并且设计的刹车控制系统具备双重保护措施。在新型带压作业设备上已经得到应用，最大工作速度达到1 m/s，最小工作速度达到0.01 m/s，作业负载范围从0~2 t，悬停和随动状态稳定，双绞车工作不受干扰，操作方式简单可靠，可以很好的满足带压作业设备的各种作业要求和操作者人性化使用要求。

[1]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社，2007.

[2]谢永金，曹立明.新型不压井作业设备的研究[J].石油装备学术研讨会，2007，（8）：161-164.

[3]杨德强.同步液压绞车研究[J].中国高新技术企业旬刊，2015，（08）：88-89.

[4]王炜.不压井作业装置技术现在与应用分析[J].石油机械，2014，（10）：86-89.Development and Application of Counterbalance Winch in Snubbing Unit

ZHU Qi-meng
（SJ Petroleum Machinery Co.，SINOPEC，Jingzhou Hubei 434020，China）

Countbalance winch is an important part of snubbing unit，with jack system to moving up and down tubing and lifting weights. This paper describes a new type counterbalance winch in snubbing unit，which has the advantage of wire rope high-speed movement，ultra-low-speed servo control，compact structure and high control precision. This counterbalance winch adopts full hydraulic control，which has the characteristics of independent operation of double winch，hovering follow-up function，automatic braking function，on directional control valve. Key words: snubbing unit；counterbalance winch；servo control；hydraulic system

T E921

A

1672-545X（2016）09-0101-02

2016-06-14

邾启孟（1989-），男，安徽芜湖人，机械工程师，学士学位，现从事石油机械液压系统设计工作。