CN103939013A - 集成式高温不压井修井装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成式高温不压井修井装置，它具有集成度和作业效率高、操作方便的特点，它包括：牵引车，挂车，作业平台，井架平移、框架式井架、强制起下、液压、机械手等系统。作业平台安装在挂车上，控制室和液压工作站依次安装在作业平台的前部，井架平移系统安装在作业平台尾部，带有防喷系统和底拍的框架式井架系统与作业平台的尾部铰接，两个井架翻转油缸一端安装在框架式井架系统上，另一端安装在作业平台上，上面装有导向支撑架的强制起下系统安装在框架式井架系统的上方，两组机械手分别与框架式井架系统和作业平台连接。本发明将各系统集成在车体系统之上，设备运输与作业方便，作业成本低、辅助作业时间少、安全程度高。

Description

集成式高温不压井修井装置

技术领域

    本发明涉及油田修井设备制造技术领域，确切的说，它是一种集成式高温不压井修井装置。

背景技术

蒸汽驱注高温不压井作业技术是深层稠油开采技术中的一项重要的增产作业技术，它可以节约能源、保护地下已经形成的高温场、减小压井液对地层的污染、提高采收率，为稠油的复合开采、增油措施和增产目标的实现具有极为重要的意义，已得到石油开采业的高度重视。蒸汽驱注井在长期注汽后，由于管柱变形、密封失效等原因，不可避免的需要更换管柱。如果采用常规的压井方式进行修井作业，将会破坏井下已有温度场和压力场、污染油层，热能浪费较大，严重影响蒸汽驱的实施效果。

不压井作业是一种在带压环境中完成钻井、修井的作业方法，它能避免压井液对产油层的污染，使开采潜能和产量得以最大保护。采用不压井工艺作业，既可缩短作业周期又能节约成本。同时，由于该作业方式不使用压井液，避免了对地面环境的污染，符合HSE（健康、安全和环境管理体系）的要求，也符合可持续发展油气资源和低成本战略的要求。目前，在美国及加拿大等发达国家已广泛采用该作业方式，对保护油气层、避免地层污染、增储上产、提高采收率等起到了显著的作用。国外石油公司已将全过程欠平衡作业作为大幅度提高钻井速度、保护油层的重要手段 ,每年不压井作业达4000～5000 井次。

1929 年，美国奥蒂斯(Otis)公司发明了钢丝绳式起下管柱装置，主要用于辅助钻机带压起下管柱作业，后又出现通过链条加压的不压井装置，能起下直径193.7 mm的管柱，最大下压力为1.56 MN。这类设备结构简单，需要与钻机配合使用，但安全性较差 ,现已淘汰。1958 年，布朗(Brown Oil Tool Inc)工具公司设计制造了第一台液压不压井装置，主要用于油管的升降作业。由此，不压井装置可以成为独立于钻机或修井机的一套完整设备。1981 年，VC Controlled Pressure Services LTD 公司设计出具有高机动性车载不压井作业机。目前，国外不压井装备已较成熟，其中全液压不压井装置占主导地位，安全性、可靠性及自动化程度日益提高，在陆上和海洋平台应用越来越广泛。据统计，制造不压井装备或提供不压井技术服务的公司超过 10 个，如美国 Hydra Rig、Halliburton以及加拿大 High Arctic等公司。

上世纪50年代，大庆油田研制了一套不压井起下钻装置，开始使用钢丝复滑轮装置进行不压井起下钻作业。但操作程序复杂、劳动强度大、安全性能差。70～80年代，四川石油管理局钻采工艺研究所研制了用于钻井抢险的BY3022 型不压井起下钻装置和用于修井的BYXT15 型不压井起下钻装置。之后，大庆油田又研制了一台撬装液压式不压井作业装置。该装置适用于井口压力小于 4 MPa 的修井作业。近年来，通化石油化工机械制造有限责任公司研制了车载不压井修井机，该设备静密封压力21MPa，强制起下系统依靠举升液缸实现，由于液缸行程3米，一根9米长油管需要举升3次，作业效率较低，且不适用于高温不压井修井作业。辽河油田经过多年研究，针对辽河油田独特的蒸汽驱注高温不压井修井作业开发了作业设备。该设备仍存在强制起下液缸行程小，作业效率较低的问题。尤其是修井作业时，设备的运输需要几台车辆，安装也较为复杂，所占用的辅助时间长。此外，对高温作业的适应情况还有待于改善。

目前，国内外的常温不压井作业技术已成熟，但高温不压井作业技术还处于研究阶段，成熟的技术及成套设备尚在发展之中。由于此类井高温、高压、井下介质复杂、需要经常修井、作业井分散、高温作业风险等特点，开发研究一种集成度高、作业效率高、安全可靠、操作方便的更加先进的高温不压井作业设备是十分必要和急需的，必将给稠油开采的蒸汽驱注高温不压井作业带来有利的技术支撑，其市场前景也是非常良好的。

发明内容

   本发明的目的就是为了适应上述高温不压井作业技术发展的需要，提供一种集成度和作业效率高、安全可靠、操作方便的集成式高温不压井修井装置。

本发明的目的是这样实现的，集成式高温不压井修井装置包括，牵引车、挂车、作业平台、井架平移系统、框架式井架系统、强制起下系统、导向支撑架、控制室、井架翻转油缸、第一组机械手、防喷系统、底拍、第二组机械手和液压工作站，挂车利用牵引车牵引，其特征在于：作业平台安装在挂车上，控制室和液压工作站依次安装在作业平台的前部，井架平移系统安装在作业平台尾部，带有防喷系统和底拍的框架式井架系统与作业平台的尾部铰接，两个井架翻转油缸一端安装在框架式井架系统上，另一端安装在作业平台上，上面装有导向支撑架的强制起下系统安装在框架式井架系统的上方，第一组机械手和第二组机械手分别与框架式井架系统和作业平台连接。

本发明的优点是，集成度高，它将修井架、强制起下、接卸与上装管柱机械手等所有系统集成在车体系统之上，不仅方便设备运输与作业，也降低作业成本、减少了辅助作业时间。与现有技术相比，由于本发明采用了液压马达提供旋转动力，并对起下吊卡及夹紧卡瓦都进行了改进，所以大幅度提高了作业效率。另外，本发明采用接卸与上装管柱机械手作业，实现了作业过程的无人化操作，也大大提供了系统的安全程度。

附图说明

图1是本发明的整体运输状态示意图。

图2是本发明的工作状态示意图。 

具体实施方式

    实施例1：

本发明的车体系统由牵引车1和挂车2组成，作业车的长、宽、高应符合特种车辆公路运输标准的要求，并满足现场作业要求。所有部件、作业系统均装在作业平台3上，以达到方便运输和操作的目的。作业平台3可以通过插槽与挂车2连接，使其只有上下一个自由度，防止运输时滑窜。作业平台3上有六个液压支脚，作业时将作业平台3支起，挂车2可驶离。当井口地面情况复杂、如井口有较大的凸起平台时，挂车2无法将作业平台3一次送到位，可采用挂车2与作业平台3先分离，然后挂车2前移，与作业平台3结合后再送的方式来解决。井架平移系统4安装在作业平台3的尾部，两个井架翻转油缸9一端安装在框架式井架系统5上，另一端安装在作业平台3上，完成井架系统的翻转与纵向、横向的位移，保证井架系统5与井口快速对接。框架式井架系统5由防喷系统11、底拍12以及井口对接、过渡管、冷却等系统组成，与作业平台3尾部铰接。井口对接按现行井口法兰所处复杂状况，除井架平移系统使井架纵向、横向的位移外、井架系统中的两个提升油缸可使连接法兰上下移动，实现快速准确对接并保证安全性。防喷系统11由两个环形防喷器和一个三闸板防喷器组成，耐压21MPa，两个耐温环形防喷器封住环空，并通过交替开关的方式起下接箍等变径部分，保证管箍通过且井内高压不外泄，三闸板防喷器在紧急情况时，可以保证安全。过渡管连接在两个环形防喷器之间，并应配备接箍探测器、硫化氢探头、天然气探头、温度压力探头，实现过渡管内介质原油、易燃气体的置换功能；冷却系统在过渡管部分通过循环水实现对高温井管的冷却。框架式井架系统5实现对修井架系统的支撑，并保证与井架平移系统的链接及准确位置；底拍12由四个液压千斤顶和多块垫铁组成，根据现场操作需要形成对井架系统的支撑。强制起下系统6安装于井架系统上方，实现管柱的强制起下，解决管柱重量变化与井内介质反推压力的平衡关系，提升与下放吨位为40T，起下高度≥10m。强制起下系统6由液压马达提供旋转动力，通过减速器使两个同步转动的链轮带动两组链条在导向支撑架7上同步移动，与两组链条共连的横梁上装有起下吊卡，实现油管的强制起下。为保证装卸管柱时的安全，应设置固定夹紧横梁及夹紧卡瓦，卡瓦采用液压缸辅助夹紧，在保证管柱夹持并自锁基础上，以减少对管柱伤害。接卸与上装管柱机械手10和13分别安装在作业平台3与框架式井架系统5上，保证整个作业过程的无人化接卸与上装管柱，实现安全生产。第一组机械手10将管柱从吊卡中接住，并翻转送到第二组机械手13中，由第二组机械手13将管柱送至地面支架上，反之亦然。液压工作站14安装在作业平台3的前部，所支持的执行部分包括作业平台支撑、修井架系统中的井架翻转与平移、防喷器动作、卡瓦夹紧、强制起下系统中的液压马达、装卸管箍的液压大钳、接卸与上装管柱机械手等。利用车载柴油发动机带动液压泵，液压油通过高压管线到达上述部分。控制室8设置在作业平台3的前端。实现整体系统中各部分的动作与功能控制。应包括两部分：元器件动作控制、系统程序控制和元器件动作顺序、动作时机。系统设计包括自动、手动两套操作系统，自动操作每根油管防喷器的倒换、过渡管内的泄压、流体置换根据参数设计自动完成，手动人工方法对各个工作单元进行操作，程序控制不允许误操作，两环形防喷器在接箍检测基础上实现自动交替开关动作。对单个元器件能够进行调整。能够实现危险状况下的紧急关井，蓄能器的操作控制。监测系统的数据传到控制室，根据反馈控制现场操作。控制室采用手柄和键盘两种操作方式。监测系统实现对关键元器件工作状态的监测及无人化操作过程中作业平台的状态监测，配备工作过程监视系统。监控工作隐患，关键参数设置控制点，并具有报警功能。参数监测主要包括：液压系统必要的压力、变径检测系统工况、紧急关井系统的工况、储能器的压力，过渡管内、井口环境中流体的温度、压力、易燃有毒气体的含量，设备整体工作情况，监测系统方便安装、拆卸、检修。本发明中的安全环保系统应实现各种介质的不压井带压作业，并保证设备的运行安全；井内、过渡管、井口、油井周围环境H₂S、天然气按相关标准进行监测报警；能够实现各种状态的紧急关井，完备系统失控后的安全处理措施；对系统中防喷器等重点部位提出维修更换的安全保证措施，以应对现场操作的复杂情况。以上控制系统参照说明书和现有技术改进即可，本领域普通技术人员都可以实施。

Claims (4)

1.集成式高温不压井修井装置，它包括牵引车（1）、挂车（2）、作业平台（3）、井架平移系统（4）、框架式井架系统（5）、强制起下系统（6）、导向支撑架（7）、控制室（8）、井架翻转油缸（9）、第一组机械手（10）、防喷系统（11）、底拍（12）、第二组机械手（13）和液压工作站（14），挂车（2）利用牵引车（1）牵引，其特征在于：作业平台（3）安装在挂车（2）上，控制室（8）和液压工作站（14）依次安装在作业平台（3）的前部，井架平移系统（4）安装在作业平台（3）尾部，带有防喷系统（11）和底拍（12）的框架式井架系统（5）与作业平台（3）的尾部铰接，两个井架翻转油缸（9）一端安装在框架式井架系统（5）上，另一端安装在作业平台（3）上，上面装有导向支撑架（7）的强制起下系统（6）安装在框架式井架系统（5）的上方，第一组机械手（10）和第二组机械手（13）分别与框架式井架系统（5）和作业平台（3）连接。

2.根据权利要求1所述的集成式高温不压井修井装置，其特征在于：防喷系统（11）由两个环形防喷器和一个三闸板防喷器组成，两个耐温环形防喷器封住环空，并通过交替开关的方式起下接箍变径部分，保证管箍通过且井内高压不外泄，三闸板防喷器在紧急情况时，可以保证安全。

3.根据权利要求1所述的集成式高温不压井修井装置，其特征在于：作业平台（3）可以通过插槽与挂车（2）连接。

4.根据权利要求1所述的集成式高温不压井修井装置，其特征在于：控制室（8）实现整体系统中各部分的动作与功能控制，包括两部分：元器件动作控制、系统程序控制和元器件动作顺序、动作时机控制。