油田修井作业自动化装置应用

油田修井作业自动化装置应用

白长玉 沈伟

（长庆油田分公司第三采油厂五里湾第二采油作业区，宁夏 银川 750001）

摘要：在油田开发过程中，修井作业是十分重要的环节之一。目前，我国的油田行业快速发展，但传统的修井作业方式已经无法满足工作需求，实现修井作业自动化成为了必然趋势。采用自动化装置实现作业，一方面可以降低人员工作强度，增强作业安全性，另一方面还能促进油田企业的发展。基于此，本文主要探讨修井作业中自动化装置的应用情况，以期为从业人员提供参考。

关键词：油田修井；装置；系统

前言：进入新时代以来，我国的现代技术快速发展，提高了油田企业的生产水平。在修井作业中灵活利用自动化装置，可以克服传统作业的局限，提高修井作业的效率和质量，具有巨大的市场潜力。因此，油田企业应积极利用各种自动化装置，充分发挥其优势，获得更多的经济效益。

1自动化修井装置

1.1滑道系统

该系统主要由后箱、小滑车、前箱、动力滑道、检测装置、两侧支撑、抓管机构等装置组成。在起管流程的操作中，驱动链结构自动旋转使管杆顺利下滑，并借助抓管结构将管杆自动送至管桥，确保甩管工作正常开展。下管作业时，抓管机构可以自动将管杆送至动力滑道，再由小推车将其送至指定位置[1]。

1.2井口卡座

该装置主要由本体、液压卡瓦、吊卡定位器、防喷溅装置、自动抢喷装置等组合而成，是一种油井夹紧装置。其中，液压动力主要起到驱动作用，可以控制滑动，操作可靠性较高。卡瓦主要用于定位电梯，在抽油杆变动时，让电梯可以精准定位在井口的位置。在卡座中还设置了可以自由升降和水平移动的接箍定位器，准确定位接箍装置。对于油管中残留的液体，可以利用防喷溅装置回收，避免出现油井环境的污染。自动防喷装置主要按照传统的井控原理设计，在旋紧防喷旋塞后，可以自动关闭防喷旋塞中心球阀，实现有效封井。

1.3提升系统

该系统以变频电机为动力来源，主要包括液压小绞车、游车系统、绞车、井架、天车等。运作时减速机驱动滚动，实现管杆的上提和下放。提升系统具有污染小、能耗低的特性，可以实现绿色修井作业。

1.4动力吊卡

该装置主要由吊卡、连接装置、常规吊环等组成，一般吊卡的承载件采用高强度的合金结构钢制作，机械和承载性能良好[2]。在开展升降操作时，升降机上的液压缸可以提供驱动切换升降机爪。当控制机爪开闭的偏心轮合并时，电梯外壁会接触到两个槽形凸轮的后表面，实现限位锁卡的目的。

1.5冲砂装置

冲砂装置位于电动升降机内部，主要由导轨、液压缸、中心管、转向轴等构成。冲砂作业开始时，若需要连接单根，可以直接省去拆卸弯头和注水软管的步骤，同时还能自动更换单根，避免出现卡砂现象，节省操作时间，提高工作效率。

近年来，该装备技术不断进步并实现了重大突破。如采用自动液氮泡沫发生撬设备搭载新型泡沫混合技术开展冲砂工作，该设备可以自动混配低密度泡沫流体，具有泡沫细小，均匀，密度易控制等优点；可根据地层压力情况，实时调整冲砂液密度，最大限度恢复产能，实现致密油气储层的低伤害冲砂作业。同时泵注氮气泡沫流体表观黏度大、携砂能力强，可以大幅增强环空返速，较常规水基液提升作业效率50%。

1.6龙头机构

该装置由导向斗、扶正机构、电磁推管器、活门机构等组成。龙头机构由四杆连杆连接，并固定在底盘调节机构上。在升降机运行过程中，回收四连杆机构可以优化设备的尺寸实现高效运输的目的。在不同工况下，龙头机构的四连杆机构可以实现90°正反转，满足不同工作需要。导向斗一般为框架结构，安装在斜定位机构上部，可以为动力吊卡导向定位。活门机构的单侧门旋转角度大于90°，能够让吊卡顺利通过双门，门关闭时能为吊卡提供支撑。扶正机构有两个扶手，可以利用管杆的位置调整卡爪。电磁推管器在推管时会设置初始角度，便于管杆下滑，还能在接管杆时提供支撑，避免扶正机构受到影响，管杆在空中摆动时，也可以借助电磁吸力灵活控制。

1.7自动液压钳

自动液压钳是在改造手动油管液压钳的基础上实现自动操作的装备，具有自动上卸扣、扭矩检测控制、旋转圈数计数等功能，可以自行更换抽油杆上的钳牙。该设备只需要两名工人操作，可以实现液压钳上卸管、井口卡座自动化操作等功能，同时还能自动抢喷、自动冲砂，防控环境污染。目前自动液压钳的应用较为广泛，达到了兼具实用性、适应性、可靠性、安全性的目的。

1.8其他自动化装置

随着自动化技术的进步，许多企业在修井作业中研发和利用了新的修井自动化装置，如管杆自动测长装置、井控灌液与溢流检测警报装置、现场视频监控装置等等，这些装置可以进一步增大加快作业的速率，加强对人员安全、作业环境的安全控制，以利于降低修井作业的危险性，促进了其技术进步，具有良好的发展前景。

2自动化装置运行系统

2.1悬挂系统

    悬挂系统的运行，主要是利用固定销将电梯和吊钩连接到一起，在作业装置的操作下完成电梯的升降。设置自动化的悬吊系统，可以在油管和升降机之间安装蜗轮蜗杆，带动新月形卫星旋转，在实际工作中可以自动分离并锁定油管和升降机。吊卡内一般设有挡块，可以保证锁紧精度，避免出现油管脱落的情况。

2.2上卸扣系统

该系统主要由远程控制技术打开液压夹具扣紧油井柱，实现管柱的上卸扣，且该系统以液压缸为驱动力可以执行重复动作，代替人工搬运，减少工人的工作量，提高压具工作效率。具体来讲，该系统工作时，应适当调整扶正机械手和缓冲器的定位块，确保油井柱对中，卡瓦与油管同心，防止在起下期间出现崩口或偏离的情况，增强修井工作的安全性。

2.3液压系统

液压系统主要是利用液压缸的运动控制施工操作达到预期目的，终止移动一般采用机械控制的方法。该系统各个模块集成作业可以有效提升整体的工作性能，保障每个动作都能顺利连接，为之后的动作执行提供便利。

2.4管柱排位系统

    该系统分为三个组成部分：升举机构、传送机构、推管机构。升举机构可以直接接住管柱，借助支撑液压缸下方的滑轮完成提升操作，同时沿着底部的导轨将管柱转移到操作平台上。推管机构在管柱起升时，可以将其平稳地放在导轨上。该系统可以有效控制上下操作平台，确保管柱在被吊起时不会与机械设备发生碰撞，保证传送的稳定，降低工作人员的工作强度。

2.5远程控制系统

该系统一般为手动控制，通过安装手动调速阀、节流阀和反转阀等控制施工执行的速度。系统外部安装了一个液压表，用于观察系统运行压力。在该系统中，液压管道的动力主要有两种方式提供，一种是由工作设备中的液压泵传递动力，另一种是利用输入到油井自动化设备中的动力。在使用该操作系统时，工作人员必须将控制台放置在安全区域内，保持开阔的视野，确保可以观察到整个工作流程，以便实现精准控制操作。灵活运用控制连接可以提高自动化程度，提升整体的运行效率。

2.6智能全液压自动化系统

    该系统主要由接箍自动监测、机械手自动扶正、油管防风、管杆自动输送、污水收集等模块构成，整个系统以安全控制策略为基本原则，以目标变量闭环运行为控制手段，实现自动修井机的无人化作业流程[3]。在实际运行时，该系统可以根据现场不同情况选用不同的控制策略，精准控制变量，在达到工艺标准的基础上，提升装备运行速度和作业质量，整体上具有安全可靠的特性。

结论：利用自动化设备开展修井工作，不仅可以降低工人的劳动强度，保障修井工人的人身安全，还能优化修井流程，提高经济效益。在当前追求安全、清洁、高效作业的背景下，有着巨大的市场潜力。因此专业人员应积极探索自动化设备的研发与应用，不断提高修井水平。

参考文献：

[1]袁键,董周丹,董涛,等.西北油田超深井自动化修井技术应用探索[J].中国设备工程,2021(S1):215-218.

[2]左远涛.油田修井作业自动化装备探究[J].中国设备工程,2022(10):162-164.

[3]张建军,刘颢.智能全液压修井机装备自动化控制系统设计[J].化工设计通讯,2022,48(05):37-39.