探析修井作业井口无人操作起下油管装置

魏扬

中石化西南石油工程有限公司井下作业分公司 四川德阳 618000

摘要：随着社会的发展，对于能源的需求和消耗都成倍的增长，在能源产业中，石油开采环节总是伴随着巨大的风险和高强度的作业，修井作业井口无人操作起下油管装置是一种人工远程修井作业方式，能够是人员远离井口，完成油管起下相关工作。这一装置的组成包括油管自动悬吊系统、控制系统和液压钳自动上扣系统，不但组成结构简单，而且占用井口施工作业面小，不影响修井作业过程中其他工作的实施，同时能够保证人员安全，远离井口危险区域。无人操作起下油管装置运行仅需要一名操作人员和一名场地人员配合，极大的降低了人工投入和工人的劳动强度，非常值得在修井作业油管起下中进行推广。

关键词：修井作业；无人操作；起下油管

在油田的修井作业中，大部分工作都需要进行油管的起下，经过资料查询和分析可以发现，在油田最为常见的压裂、堵水、补孔等修井作业时，起下油管的工作量几乎占据总工作量的百分之八十左右。这样的巨大和工作强度，传统的人工起下油管作业大大降低了修井作业的效率，而且传统的修行作业中，需要至少四名工作人员站在井口进行油管起下的相关流程。在修井作业期间，工人不仅需要高度集中注意力，同时还面临众多不安全因素，繁重的工作量极易导致疲劳，从而引发事故。因此，油管自动起下装置应用于修井作业不但减轻了人工投入，同时还提高了工作的安全系数，能够在提高工作效率的基础上，使修井作业更加安全和稳定。

一、油管自动起下装置的设计要求

随着科学技术的发展，各行各业都面临着机械化作业的改革，通过计算机技术和远程监测技术，大部分工作都可以实现机械化操作代替人工。工作人员通过操作控制平台，远程对机械进行控制，通过反馈数据完成机械的控制，从而完成相应的工作内容，不但使人员远离了危险的作业环境，同时也减轻了的工作强度，提高了工作效率^[1]。目前，我国油田修井起下油管作业已经普及了机械化施工，但是在远程控制和自动化作业方面还需要进行更加精细化的控制和研究，自动起下油管装置不仅需要满足不同油田修井作业的要求，由于油田修井作业频率高，周期短，所以经常需要进行小规模的修井工作，同时油田所处位置环境情况复杂，无法进行大型设备的使用，这就给油田修井作业油管起下装置提出了很多要求。

首先，在油田修井作业中，由于油田情况的复杂性，导致无人操作起下油管装置工作的动力和工作条件不能有太大的改变，必须基于现有提升条件进行。所以，装置必须能够使用油田现有的动力供给，在不同油田的作业施工条件下都能够正常操作使用。通过人员的远程控制，完成油管起下过程中的大量重复性作业工序。其次，油田作业环境伴随着一定的风险，所以在设计过程中，无人操作油管起下装置必须能够通过远程控制台，完成油管起下过程的抓放、对中、锁定和起下工作，这就需要对修井作业的液压钳和吊卡装置进行一定的改造。但是改造不能降低机械原有的参数，所有的机械必须满足施工安全要求，符合油田作业环境使用^[2]。最后，由于油田地理条件和修井作业的高频率限制，无人操作起下油管装置需要具备结构简单，使用稳定和占用空间小等特点，能够方便的进行运输和拆卸，满足不同油井使用需求，同时不妨碍修井作业期间，其他工作的进行和井口人员的安全系数。

二、无人操作起下油管装置的结构和原理

（一）无人操作起下油管装置组成结构

从上文分析可以知道，无人操作起下油管装置需要具备结构简单、稳定、轻便的要求，所以在装置的组成结构上，只要能够满足油管起下过程中的操作需要即可，同时具备工作稳定的优点。所以，该装置的组成仅有三个模块，分别是：油管自动悬吊系统、远程控制系统和液压钳自动上卸扣系统。这三个模块具备独立性，通过模块的组合构架出起下油管的操作装置^[3]。其中油管自动选调系统需要对油管进行抓放、对中定位等操作，所以需要机械臂和气动卡盘等构件，液压钳负责上扣和卸扣，需要相应的液压钳往复移动九位装置和自动对缺口器。通过三个模块组合能够良好的胜任起下油管工作。

（二）无人操作起下油管装置的工作原理

在进行修井作业中，无人操作起下油管装置工作可以分为两个部分，分别是起油管和下油管。在进行起油管工序时，操作人员通过远程控制装置，操控吊卡下降，当吊卡下降到第一根油管的起吊位置时，操作人员控制吊卡的马达工作，抓住油管，同时打开气动卡盘松开油管，然后控制起吊油管，当第一根油管位置起吊达到相应位置时，停止起吊工作，关闭气动卡盘将油管锁死^[4]。这是需要液压钳进行油管卸扣工作，当操作人员控制液压钳完成油管的卸扣工作之后，第一根油管分离完成，控制吊机将其移开井口，放入相应的位置，通过不断重复上述工作，完成生于油管的起吊工作，直至完成全部油管的起吊。

在进行下油管工序时，程序与起油管操作方式相反，首先用机械手臂推动吊环和吊卡到达油管枕存放油管区域，控制吊卡抓取油管并将其起吊，通过吊卡移动达到井口位置，将油管下放到相应高度，通过控制台控制启动卡盘关闭，完成第一根油管下方工作。当第二根油管就位时，控制其与悬挂管柱对中，并进入到接箍内，操作人员控制控制液压钳移动到油管卡扣位置，完成自动上扣工作，通过重复这一操作，最终完成全部油管下放工作

^[5]。通过上述起下油管工作步骤我们可以发现，在修井作业中，起下油管的工作原理并不复杂，但是需要大量的重复性操作，这样的工作如果全部由人工进行，不但工作量巨大，而且效率不高。通过无人操作装置，能够良好胜任这一工作。

三、无人操作油管自动起下装置控制要点

修井作业无人操作起下油管装置已经在我国油田修井作业中使用，在实际的使用过程中表现出了非常好的工作性能，受到了广大工人的欢迎。但是通过上文对装置结构和原理的分析我们发现，装置在使用过程中仍然存在一定的使用风险。

首先，虽然该装置的工作原理简单易操作，具有稳定的工作性能，但是由于工作过程全部由远程控制台进行操控，所以远程控制台能否正常工作，决定着装置实际使用过程中是否发生问题。所以在日常的使用前，需要对装置各个构件和控制系统进行检查和维护，确保在使用过程中不发生问题^[6]。

其次，由于整个过程全部需要操作人员进行远程控制，虽然避免了大量人工劳动的出现，但是操作人员需要进行大量的重复操作，如果操作失误，就会造成起下油管出现风险。所以人为因素决定了修井作业过程中起下油管的安全和稳定。需要加强人员的培训好管理，同时避免重复作业产生疲劳事故，需要多人轮流操作，保证操作人员注意力集中。

结束语

综上所述，修井作业无人操作油管自动起下装置的使用给我国油田修井作业带来了极大的便利，是我国石油工业自动化机械化改革中的一环。通过这一装置的使用，降低了修井作业起下油管的人工成本，不占用井口操作空间，同时提高了起下油管的效率。而且由于人员远离油井口危险作业区域，具有更高的安全性，这一装置的出现和普及是我国机械化和自动化工业生产重要的一步，随着技术的发展和进步，在未来将会出现更加智能和安全的油田作业机械，促进我国工业的发展和转型。

参考文献：

[1]李力锋.井下作业修井作业技术措施[J].化工设计通讯,2019(2).

[2]张建,张东平,周满良,etal.修井作业油管输送装置技术分析[J].内蒙古石油化工,2017(7):84-86.

[3]史永庆,孙世茂,陈楠,etal.双根起下的带压作业系统[J].石油机械,2019(5):112-116.

[4]于庆宏.浅谈小修作业远程控制起下管柱装置的研制[J].科技风,2017(17):114-114.

[5]张胜宝,王莉,黄志力,etal.液压举升装置在海上平台修井作业应用实践[J].中国石油和化工标准与质量,2019(5).

[6]孙昊.连续油管修井作业技术的应用探讨[J].化学工程与装备,2018(6).