前言：随着油田行业机械化时代的到来，作为长庆油田井下修井作业，也在慢慢进入机械化时代。连续混配车代替了以前的常规配液，既加快了施工速度，有效的保证了液体质量，更减少了人力成本及安全环保危害。所以油气井试修作业进入机械化，也在加快进程。尤其是试修作业中的起下管柱，安全风险大，井控风险高，对人员的素质及安全风险危害大。随着以人为本，日益追求健康、安全、环保的石油石化行业的发展，井口自动化作业必然成为一种趋势，因此，我与市场上各种自动化处理公司共同研发了能够应用于长庆油田试修修作业管柱自动化起下平台。
一、目前试修作业起下管柱状况。
目前试修作业现场做好施工准备，进行正常的起下钻作业时，有四个人便可以保证正常的起下钻施工作业。其中操作通井机或作业机司钻一名，井口操作人员2名，送油管人员1名。
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准备好的施工现场
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井口操作
井口操作存在很大的安全风险及环保风险：
1、机械伤害，试修现场使用的都是机械或者是钢铁工具，为保证设备的硬度与强度，体积大，重量大。操作不当容易造成人员伤害及设备的损坏。例如，液压钳绞手，单吊环伤人，油管夹手。
2、井控风险，长庆区域虽然属于三低油田，但每年都有油气井检测出有毒有害气体，这无形中给井口操作人员增加安全风险。
3、工程事故：在起下钻作业中，所有设备都是人为操作，操作人员都有打盹的时候，井口两个人员如果操作不默契，导致单吊环，油管掉入井筒内，再加至后期打捞油管，肯能会导致更大的工程事故，增加安全风险。
4、环保风险：现在环保问题严重制约着油田行业，在起下钻作业中，井口有液体返出，在以前井口返出液体到处溢流。但现在环保法的及环保意识的普及，井口返出液体要及时回收，防止环境污染。
二、自动化起下管柱平台。
针对目前常规起下钻作业存在的安全及环保风险，自动化起下管柱平台由此应用而生。它主要有四大部件组成：1、修井平台。2、行走机器人。3、液压动力系统。4、猫道传输。5、控制系统。此平台需配合21m修井机进行作业。
1、修井平台：平台区域的泥浆、油泥污染是非常严重的区域，为了保护作业区域的环境，在平台底部设有接污盒，存储由于修井作业过程中，从井口溢流及喷出来的油污。平台底部设有两个排污口，固相排污口及液相排污口。平台上方安装有气动卡盘，能够与液压吊卡相互配合，实现管柱提升、下放及在井口的卡持等功能。
2、行走机器人：小修机器人集成了修井动力钳、泥浆防溅盒、上扣对中装置及推扶手。小修机器人能够从初始位置移动到井口，实现油管的自动上、卸扣功能；上扣对中装置可以在井口对液压吊卡提在空中的管柱进行一个居中作用，让管柱的公头可以落入下方气动卡盘卡持的油管的接箍中，并且上扣对中装置设置3种规格的对中块，能够满足23/8″、27/8″、31/2″三种规格的油管；泥浆防溅盒可以在管柱出井的过程中，当修井动力钳卸开上下油管的接箍后，对接箍处进行环抱，上提管柱后，上面的管柱内的液体流入泥浆防溅盒内，对此部分液体进行集中收集，而不是四处喷溅，起到了很好的环境保护功能；推扶手，可以在管柱入井的过程中，实现从猫道自动接管到井口中心，也可以在管柱出井过程中，油管卸完扣以后，将管柱自动推到猫道上。
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3、修管柱自动化主动力系统采用液压驱动方式，液压动力源来自修井的液压动力，液压吊卡的动力源也来自于修井机。气动卡盘及退扶手的夹手采用气动，气源来自修井的气瓶。
4、控制系统采用了全自动上管、下管和手动操作两种模式，可进行一键式切换。自动上、下管过程中通过现场数据分析与模拟，实现了井口精确对扣等功能。控制系统带有动作互锁，防止误操作。配备作业异常报警系统，实时显示和诊断设备故障与异常。
5、猫道集中控制：通过系统程序控制，根据不同的作业模式，可以实现猫道自动上、下管柱。上电后，猫道自动回初始位置，在系统同选择上管或者下管模式后，猫道在经过确认后自动运行。过程中一旦出现异常，可以通过遥控器进行急停或者暂停等功能，还可以通过遥控器进行手动调节，调节后系统可以继续自动运行。
三、自动化起下管柱平台应用效果
1、针对井口泥浆强腐蚀性区域，对机器人滑移机构及油缸等动作机构进行特殊设计，采用防腐蚀、防锈能力较高的新型导轨+滑块的型式，增加刮泥装置，增强通过性，极大改善了设备可靠性。
2、采用小修机器人与退扶手一体式结构形式，在满足起、下管柱时能够正常推、扶管柱的同时，尽量减少台面占地设备，解决为台面腾出更大空间的技术难题。
3、通过控制系统的优化及连步动作，实现了司钻少操作及提高单根作业效率问题。现场只需司钻及管柱操作工两个人进行操作，提高了工人劳动的安全性，并且极大的减少了劳动强度，提高了工作效率。
4、设备能够满足试修井作业过程起下不同规格油管等工况的需求，操作手已能够熟练操作设备完成作业，。
5、通过自走机构，实现据井口5m左右位置，自行移动到井口，进行井口连接功能，并且在安装及拆卸过程中不需要吊车。
四、后续改进
1、修井平台的升降问题。在修井平台升降到一定高度后，为调节平台的水平平衡，支腿采用的液压腿方式存在缺陷，每次调平动作繁琐，安装时间长，保险销无法插入等。希望将液压腿直接嵌入支腿内，支腿可以采用活动和固定相结合的方式，既解决了平台升降高度的问题，也解决了平台快速调平的问题。
2、修井平台固定在井口上，钻具加重时，井口会有上下起伏，平台会随之起伏，对平台及支腿增加负荷，增加安全风险。建议将气动卡瓦与平台剥离开来，启动卡瓦直接固定在井口，而不是平台。
3、取消了人工在井口作业区域站立作业，杜绝了作业风险，液压吊卡与气动卡盘配合起、下管柱降低人工劳动强度。但液压吊卡所占用的空间较大，当提起单油管时，液压吊卡与井架距离近，遇到大风天气，很容易造成安全风险。
4、行走机器人的行程太短，导致起下钻结束后，采油树无法安装。
5、使用液压吊卡后，游动滑车脖子锁死，试修作业井口采用的上悬挂井口，需旋转上扣，导致井口无法安装，增加了井控风险。
参考文献
[1]仲岩磊.油水井不压井作业技术在胜利油田的应用[J].辽宁化工,2016.04.046.
论文作者:白明伟,张联合,王增元
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/16
标签：管柱论文; 作业论文; 井口论文; 油管论文; 平台论文; 液压论文; 风险论文; 《电力设备》2019年第20期论文;