修井远程控制气动卡盘的研制与应用

修井施工中,为减轻井口操作工人的劳动强度,提高施工效率,研制了修井远程控制气动卡盘。它由气动卡盘和控制系统2部分组成,气动卡盘主要包括壳体总成、卡瓦总成和气缸总成;控制系统配有脚踏控制系统和远程控制系统,它应用电磁控制技术控制气动卡盘的动作,变井口手动操作卡盘起下作业为远程控制气动卡盘起下作业。试验和应用表明,修井远程控制气动卡盘设计先进、结构合理、性能优良、使用方便,可以提高修井施工效率,减轻井口工人的劳动强度,有利于安全生产和实现井口操作自动化,具有广阔的推广应用前景。     

修井井口机械化自动化装置的研究进展

对近20年来国内外修井井口作业设备的机械化、自动化水平进行了分析,介绍了应用现状及局限性.根据修井井口作业工序和现场实际情况,总结出实现井口操作机械化的关键技术.结合我国修井作业的现状认为,应充分利用现有修井设备,借鉴并引用钻井井口作业装置的机械化技术,设计制造出能与不压井作业装置配套使用、方便快捷地拆装和移运及易于操作控制的修井井口作业机械化、自动化装置,以提高作业效率和安全性,减轻劳动强度,达到环保要求.     

新型修井液压动力钳离线编程与仿真控制

为提高修井作业井口机械的自动化程度,提出将离线编程技术引入修井井口机械的控制系统。阐述了新型液压动力钳离线编程系统的方法,成功开发出液压动力钳离线编程系统,编写了基于SolidWorks虚拟环境的离线编程运动仿真控制软件,并将自行设计的便携式遥控装置引入虚拟环境,便于实际生产中的应用和推广。离线编程可以在现场不停机的情况下改变程序,提高工作效率,增强井口机械系统的柔性和可编程性。     

自动化智能液压修井机结构设计

针对目前传统修井机小修作业存在的作业周期长、作业自动化程度低、人工劳动强度大、作业安全性差等问题,设计了一款新型自动化智能液压修井机,通过“‘PLC 程控/ 人控’多单元协调自动耦合控制+ 人机离线操控 ”的控制方式使修井机的各个关键系统相互协同作业,实现油田小型修井作业过程的自动化、无人化操作。该修井机改变了传统修井作业过程中管柱地面卧排的放置方式,采用管柱井口立放、双立根同时起下的工作模式,同时可以兼容单根起下、地面卧排的传统作业工艺, 与传统作业相比缩短了近20%~30% 的修井周期;采用全液压驱动方式,增加液压蓄能系统,通过变载荷变驱动方式的配置达到节能的目的,方便远程控制,同时提高了修井作业的安全性。     

LG90/50Q型轨道式一体化连续管作业机研制

目前,国内外丛式平台井、大斜度长水平井数占比逐步攀升,大部分油气田已步入生产开发中后期,采油、修井作业任务频繁,对现场作业设备的自动化、智能化程度提出了更高要求。针对现有采油、修井机以及连续管作业设备进行平台井采油、修井作业时存在频繁运移、拆装调整井口设备、作业劳动强度大等问题,研制了一种可适应采油、修井及其它常规作业工艺的轨道式一体化连续管作业机。该作业机采用双轨道撬装形式,可实现井口设备快速运移、拆装及高度和水平方位调整,连续管装备与井口支架可同时实现修井及采油作业配套设备快速转换等。应用结果表明：轨道式一体化连续管作业机整体操控运行灵敏且满足作业要求,配套设备拆装自动化程度高,修井采油作业工艺设备实现快速转换,减轻了现场人员劳动强度。     

新型修井作业机械化系统设计方案研究

修井作业中,起下油管、上卸扣采用传统作业方式过程复杂,劳动强度高,作业环境恶劣,针对这种情况,提出了一种新的修井作业井口机械化系统设计方案。系统仍利用现有的通井机,用一个自动吊卡和一个动力卡瓦代替原来的2组吊卡,井架上安装自动吊卡运行导轨,用坐式自动化闭口液压动力大钳代替原悬吊式开口液压钳,并配备管柱自动拉排滑车机构拉送排放油管。该方案可实现井口无人化操作,通过控制台操作设备运行,改善了修井作业环境,安全环保,为修井作业自动化做出了初步探索。     

远程控制水泥头的研制及性能试验

深井、超深井尾管固井作业中施工压力高,井口固井水泥头的操作难度和安全风险较大,为此,在对常规水泥头机械结构进行改进的基础上研制了远程控制水泥头,结合水泥头机械结构的特点设计了气动驱动系统,并采用无线通讯控制技术进行气动驱动系统远程操控,从而实现远程控制水泥头投塞、投球和固井管汇通断。室内测试结果表明,远程控制水泥头满足现场试验要求。远程控制水泥头在某地热井固井作业中进行了现场试验,通过远程控制水泥头控制终端,顺利完成了各项功能动作,达到了设计使用要求。远程控制水泥头的成功研制,为井口高压环境下固井作业安全提供了保障。      

油田修井作业自动化装置设计与仿真

随着油田开发进入中后期,修井作业任务日益繁重。传统作业方式下工人劳动强度大、作业环境恶劣、井口操作安全隐患多。文章在充分现场调研、技术分析、优化修井作业工艺的基础上,同时汲取了国内外各种自动化修井技术经验,设计出了一套全部的修井作业自动化装置。通过远程控制系统,实现管柱自动拉送排放及单根抓取、管柱扶正对中、上卸扣及吊卡自动倒换的自动化修井装置,同时实现了井口无人操作,避免了安全事故的发生。该装置设计利用UG三维软件创建出整套系统的三维实体模型。在理论分析的基础上,利用UG中的NX Nastran模块和Motion模块对其进行有限元受力与运动仿真分析,仿真试验结果为设计改进和装备制造提供了依据。该自动化装置采用液压控制,结构简单,安全可靠,拆装方便,易操作,应用前景广阔。     

油田修井作业自动化装备研制

针对油田修井作业过程中劳动强度大、工作环境差、工作风险大等现状,研制了油田修井作业自动化装备。该装备由管杆输送装置、自动吊卡装置、井口多功能卡座装置、大钩导向装置、液压及自动化控制系统组成,解决了修井作业中管柱的自动抓取与排放、自动定位与对中、自动上卸扣以及废液防喷溅与回收等技术难题。在胜利油田4口井的试验结果表明,该装备完全实现了井口作业的无人化操作,降低了工人的劳动强度及人身伤害风险,减少井口周边环境污染。     

深水轻型与中型修井水下系统分析

在深水油气生产采用水下生产系统模式时,常规修井作业须动用半潜式钻井平台,由于高昂的修井成本限制了深水修井频率,使深水油气田在投产之后几乎很少实施后续的增产作业。但是,部分修井作业可以在不动生产管柱的条件下进行,例如采用小尺寸的修井隔水管及水下井口压力控制系统,单体工程船即可以实施修井系统的安装和修井作业,可提升修井的作业效率。 分析了深水水下井口修井的作业类型,针对不动生产管柱的轻型、中型修井作业,分析了修井系统的配置及关键设备特点和设计时应考虑的主要因素,给出了典型修井作业程序及作业风险应对方案,可为深水修井技术和装备的研发提供参考。     

折叠式油管扶正机械手的设计与分析

在油田修井作业中,为了有效提高修井作业效率,降低人工操作的安全风险,同时还为了符合自动化修井机高集成度、模块化的设计理念,减小油管扶正机械手的安装体积,设计了折叠式油管扶正机械手。分析了油管抓手、油管定位机械臂和折叠机械臂等主要结构,阐述了定位机械臂的校正并实现油管对中功能的原理。选用合适的液压缸并设计了同步分流单向阀锁紧液压回路,保证了机械手工作的安全与稳定。该机械手可以远程操控以完成对油管的抓放、推送、扶正和井口对中等操作,实现了井口无人化作业。现场应用结果表明,油管扶正机械手对中精准,快速稳定,减轻了工人的劳动强度,同时也提高了安全性。     

新型修井作业油管钳系统与卡紧机构设计

为了满足现代修井作业工艺的要求,分析新型修井作业油管钳系统的功能,并进行系统方案设计及工作机构设计。采用主钳、背钳、卡瓦集成结构,卡瓦固定在井口法兰上,钳体沿导轨上下移动。采用行星爪卡紧机构,钳头在正反向连续卡紧任意管径过程中不更换任何零件,卡紧性能好,修井效率高。经过工厂和油田工业试验证明,新型油管钳系统的自动化程度高,具有安全、高效的特点。     

全自动液气控制修井作业天车安全装置设计

针对油田修井作业过程中，提升或下放油管柱时，由于操作人员疲劳、麻痹或其他客观因素的影响造成操作不当。使通井机刹车制动、换向不及时，游车碰撞天车造成作业机械、井口设施甚至人身伤亡事故的问题。设计了一种全自动液气控制修井作业天车安全装置。该装置主要有信号自动警示报送系统、气动离合自动放松系统和液压自动制动系统3部分组成。理论分析及试验证明该装置能有效配合作业机械操作系统灵敏可靠地保证修井作业时，游车不碰撞天车。以防止发生设备、人身安全事故。     

小修作业起下油管多功能机械手研制

在油田小修作业中,70%以上的时间用于起下油管。为了降低修井作业工人的劳动强度,减少人工操作安全风险,根据我国油田修井机小修作业起下油管运动轨迹特点,研制了一种液动多功能机械手。该机械手主要由四爪机械手、自动定位机械臂和三维位移调节支座等组成,安装在修井机尾部的井架下面,可远程控制完成对油管的抓放、扶正、推送、对中以及推拉吊环转运吊卡等功能,实现了井口无人起下油管作业。现场应用表明,该机械手结构新颖,安装维护简单,使用性能可靠,工作效率较高,满足现场修井作业要求。     

远程控制液压油管防顶防喷装置的研制

在油田井下作业起下油管过程中,为了防止出现井涌、井喷和油管上顶事故,研制了远程控制液压油管防顶防喷装置。该装置采用液压快插式堵塞技术,既能快速堵塞油管,又能开关油管内通道,保证压井需要。整套装置远程液压控制,在油管上顶管内溢突发状况时实现全部机械自动化控制,不需人员在井口上操作,减轻了工人的劳动强度。现场模拟油管内液体外溢,仅需34 s就完成堵塞器从井口外侧的对中、插入油管直至堵塞密封整个过程。该装置的自动化控制和远程控制在油田安全生产、环境保护和减轻施工人员劳动强度方面做出了贡献。     

远程控制自动投棒系统的研制及应用

天然气开采过程中常会出现井筒积液现象,排水采气作业贯穿整个采气过程,导致日常维护管理工作繁重。针对目前自动投棒装置内部带压、操作存在安全隐患等问题,设计了一套远程控制泡排棒自动投放系统,主要包括井口投棒装置、本地控制系统远程控制系统。整个系统的井口投棒装置上设计有压力平衡装置和投棒监测装置,从而实现了投棒腔体与井口压力的平衡问题,防止泡排棒在投棒装置内受到井口气流剧烈的冲击而损坏,还实现了投棒监测和记录功能。开发的远程控制上位机系统在现场进行试验,实现了定时定量自动投棒,系统稳定可靠。该系统的成功研制大大降低了工人劳动强度,提高了泡排效率,具有一定的推广应用价值。     

便携式井口防喷器试压装置研制与应用

针对油田修井用井口防喷器日常密封性试压检查不能在修井作业场实现的难题,研制了便携式井口防喷器试压装置。该试压装置能在修井作业现场对防喷器试验检查,及时发现存在的故障及安全隐患,提高井口防喷器使用的可靠性和安全性。现场应用表明：该试压装置设计合理,技术先进,使用方便,运行安全可靠,可满足井口防喷器的日常性密封试压检查的需要,能减少修井作业安全事故的发生。     

伸缩式自动化井口上卸扣装置的设计与分析

随着修井作业朝着自动化方向发展,国内外均致力于研究自动化修井作业设备。文章结合自动化修井机特点,设计出一种伸缩式自动化井口上卸扣装置,分析了自动液压钳、扶正对中装置等主要结构,系统阐述了该装置的工作原理,计算得出液压钳钳牙与油管之间的防打滑条件,对背钳夹紧液压缸进行选型计算,设计出合适的自动液压钳以及整个装置的液压回路,保证该装置在工作时的安全性与稳定性。现场试验结果表明,伸缩式自动化井口上卸扣装置能够实现精准对中,快速平稳完成上卸扣作业,大大减轻了工人的工作强度,节省井口操作平台空间,提升工作效率,并提高了工人的安全性。     

短轴距轻便型修井机的问世及发展方向

针对国内修井作业设备使用现状,为了提高修井设备的作业效率与适用范围,提升整机的作业安全性及改善设备操作人员的工作环境,一种短轴距轻便型修井机问世,极大地提高了修井机在狭窄地区作业的灵活性和机动性。今后小型修井机的发展方向是：向轻便灵活性发展,向舒适性发展,向提高可靠性和先进性发展,向提高井口机具自动化水平等方向发展。     

固井井口装置智能化技术探索

随着油气勘探开发不断向深井、超深井以及深水领域迈进,固井作业面临着施工压力高、作业危险大以及劳动强度高等实际安全隐患问题,因此,采用自动化和智能化技术手段实现传统固井作业及工具设备的远程智能操控的需求日趋显现。从传统固井作业井口装置出发,结合现场实际需求开展了井口自动注水泥器、井下工具在线检测系统以及上扣扭矩检测系统的研究,初步实现了固井井口装置部分功能智能化。原理样机的测试结果证明,所研制的系统样机达到了一定的自动化和智能化程度,可为后续固井井口装置及作业流程全面实现自动化、智能化以及相关设备的研制提供技术参考。