集成式高溫不壓井修井裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成式高溫不壓井修井裝置，它具有集成度和作業(yè)效率高、操作方便的特點，它包括：牽引車，掛車，作業(yè)平臺，井架平移、框架式井架、強制起下、液壓、機械手等系統(tǒng)。作業(yè)平臺安裝在掛車上，控制室和液壓工作站依次安裝在作業(yè)平臺的前部，井架平移系統(tǒng)安裝在作業(yè)平臺尾部，帶有防噴系統(tǒng)和底拍的框架式井架系統(tǒng)與作業(yè)平臺的尾部鉸接，兩個井架翻轉(zhuǎn)油缸一端安裝在框架式井架系統(tǒng)上，另一端安裝在作業(yè)平臺上，上面裝有導向支撐架的強制起下系統(tǒng)安裝在框架式井架系統(tǒng)的上方，兩組機械手分別與框架式井架系統(tǒng)和作業(yè)平臺連接。本發(fā)明將各系統(tǒng)集成在車體系統(tǒng)之上，設備運輸與作業(yè)方便，作業(yè)成本低、輔助作業(yè)時間少、安全程度高。
【專利說明】集成式高溫不壓井修井裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及油田修井設備制造【技術領域】，確切的說，它是一種集成式高溫不壓井修井裝置。
【背景技術】
[0002]蒸汽驅(qū)注高溫不壓井作業(yè)技術是深層稠油開采技術中的一項重要的增產(chǎn)作業(yè)技術，它可以節(jié)約能源、保護地下已經(jīng)形成的高溫場、減小壓井液對地層的污染、提高采收率，為稠油的復合開采、增油措施和增產(chǎn)目標的實現(xiàn)具有極為重要的意義，已得到石油開采業(yè)的高度重視。蒸汽驅(qū)注井在長期注汽后，由于管柱變形、密封失效等原因，不可避免的需要更換管柱。如果采用常規(guī)的壓井方式進行修井作業(yè)，將會破壞井下已有溫度場和壓力場、污染油層，熱能浪費較大，嚴重影響蒸汽驅(qū)的實施效果。
[0003]不壓井作業(yè)是一種在帶壓環(huán)境中完成鉆井、修井的作業(yè)方法，它能避免壓井液對產(chǎn)油層的污染，使開采潛能和產(chǎn)量得以最大保護。采用不壓井工藝作業(yè)，既可縮短作業(yè)周期又能節(jié)約成本。同時，由于該作業(yè)方式不使用壓井液，避免了對地面環(huán)境的污染，符合HSE(健康、安全和環(huán)境管理體系)的要求，也符合可持續(xù)發(fā)展油氣資源和低成本戰(zhàn)略的要求。目前，在美國及加拿大等發(fā)達國家已廣泛采用該作業(yè)方式，對保護油氣層、避免地層污染、增儲上產(chǎn)、提高采收率等起到了顯著的作用。國外石油公司已將全過程欠平衡作業(yè)作為大幅度提高鉆井速度、保護油層的重要手段，每年不壓井作業(yè)達4000?5000井次。
[0004]1929年，美國奧蒂斯(Otis)公司發(fā)明了鋼絲繩式起下管柱裝置，主要用于輔助鉆機帶壓起下管柱作業(yè)，后又出現(xiàn)通過鏈條加壓的不壓井裝置，能起下直徑193.7 mm的管柱，最大下壓力為1.56 MN。這類設備結構簡單，需要與鉆機配合使用，但安全性較差，現(xiàn)已淘汰。1958年,布朗(Brown Oil Tool Inc)工具公司設計制造了第一臺液壓不壓井裝置，主要用于油管的升降作業(yè)。由此，不壓井裝置可以成為獨立于鉆機或修井機的一套完整設備。1981年,VC Controlled Pressure Services LTD公司設計出具有高機動性車載不壓井作業(yè)機。目前，國外不壓井裝備已較成熟，其中全液壓不壓井裝置占主導地位，安全性、可靠性及自動化程度日益提高，在陸上和海洋平臺應用越來越廣泛。據(jù)統(tǒng)計，制造不壓井裝備或提供不壓井技術服務的公司超過10個,如美國Hydra Rig、Halliburton以及加拿大High Arctic 等公司。
[0005]上世紀50年代，大慶油田研制了一套不壓井起下鉆裝置，開始使用鋼絲復滑輪裝置進行不壓井起下鉆作業(yè)。但操作程序復雜、勞動強度大、安全性能差。70?80年代，四川石油管理局鉆采工藝研究所研制了用于鉆井搶險的BY3022型不壓井起下鉆裝置和用于修井的BYXT15型不壓井起下鉆裝置。之后，大慶油田又研制了一臺撬裝液壓式不壓井作業(yè)裝置。該裝置適用于井口壓力小于4 MPa的修井作業(yè)。近年來，通化石油化工機械制造有限責任公司研制了車載不壓井修井機，該設備靜密封壓力21MPa，強制起下系統(tǒng)依靠舉升液缸實現(xiàn)，由于液缸行程3米，一根9米長油管需要舉升3次，作業(yè)效率較低，且不適用于高溫不壓井修井作業(yè)。遼河油田經(jīng)過多年研究，針對遼河油田獨特的蒸汽驅(qū)注高溫不壓井修井作業(yè)開發(fā)了作業(yè)設備。該設備仍存在強制起下液缸行程小，作業(yè)效率較低的問題。尤其是修井作業(yè)時，設備的運輸需要幾臺車輛，安裝也較為復雜，所占用的輔助時間長。此外，對高溫作業(yè)的適應情況還有待于改善。
[0006]目前，國內(nèi)外的常溫不壓井作業(yè)技術已成熟，但高溫不壓井作業(yè)技術還處于研究階段，成熟的技術及成套設備尚在發(fā)展之中。由于此類井高溫、高壓、井下介質(zhì)復雜、需要經(jīng)常修井、作業(yè)井分散、高溫作業(yè)風險等特點，開發(fā)研究一種集成度高、作業(yè)效率高、安全可靠、操作方便的更加先進的高溫不壓井作業(yè)設備是十分必要和急需的，必將給稠油開采的蒸汽驅(qū)注高溫不壓井作業(yè)帶來有利的技術支撐，其市場前景也是非常良好的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了適應上述高溫不壓井作業(yè)技術發(fā)展的需要，提供一種集成度和作業(yè)效率高、安全可靠、操作方便的集成式高溫不壓井修井裝置。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，集成式高溫不壓井修井裝置包括，牽引車、掛車、作業(yè)平臺、井架平移系統(tǒng)、框架式井架系統(tǒng)、強制起下系統(tǒng)、導向支撐架、控制室、井架翻轉(zhuǎn)油缸、第一組機械手、防噴系統(tǒng)、底拍、第二組機械手和液壓工作站，掛車利用牽引車牽引，其特征在于:作業(yè)平臺安裝在掛車上，控制室和液壓工作站依次安裝在作業(yè)平臺的前部，井架平移系統(tǒng)安裝在作業(yè)平臺尾部，帶有防噴系統(tǒng)和底拍的框架式井架系統(tǒng)與作業(yè)平臺的尾部鉸接，兩個井架翻轉(zhuǎn)油缸一端安裝在框架式井架系統(tǒng)上，另一端安裝在作業(yè)平臺上，上面裝有導向支撐架的強制起下系統(tǒng)安裝在框架式井架系統(tǒng)的上方，第一組機械手和第二組機械手分別與框架式井架系統(tǒng)和作業(yè)平臺連接。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是，集成度高，它將修井架、強制起下、接卸與上裝管柱機械手等所有系統(tǒng)集成在車體系統(tǒng)之上，不僅方便設備運輸與作業(yè)，也降低作業(yè)成本、減少了輔助作業(yè)時間。與現(xiàn)有技術相比，由于本發(fā)明采用了液壓馬達提供旋轉(zhuǎn)動力，并對起下吊卡及夾緊卡瓦都進行了改進，所以大幅度提高了作業(yè)效率。另外，本發(fā)明采用接卸與上裝管柱機械手作業(yè)，實現(xiàn)了作業(yè)過程的無人化操作，也大大提供了系統(tǒng)的安全程度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的整體運輸狀態(tài)示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的工作狀態(tài)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]實施例1:
本發(fā)明的車體系統(tǒng)由牽引車I和掛車2組成，作業(yè)車的長、寬、高應符合特種車輛公路運輸標準的要求，并滿足現(xiàn)場作業(yè)要求。所有部件、作業(yè)系統(tǒng)均裝在作業(yè)平臺3上，以達到方便運輸和操作的目的。作業(yè)平臺3可以通過插槽與掛車2連接，使其只有上下一個自由度，防止運輸時滑竄。作業(yè)平臺3上有六個液壓支腳，作業(yè)時將作業(yè)平臺3支起，掛車2可駛離。當井口地面情況復雜、如井口有較大的凸起平臺時，掛車2無法將作業(yè)平臺3—次送到位，可采用掛車2與作業(yè)平臺3先分離，然后掛車2前移，與作業(yè)平臺3結合后再送的方式來解決。井架平移系統(tǒng)4安裝在作業(yè)平臺3的尾部，兩個井架翻轉(zhuǎn)油缸9 一端安裝在框架式井架系統(tǒng)5上，另一端安裝在作業(yè)平臺3上，完成井架系統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)與縱向、橫向的位移，保證井架系統(tǒng)5與井口快速對接?？蚣苁骄芟到y(tǒng)5由防嗔系統(tǒng)11、底拍12以及井口對接、過渡管、冷卻等系統(tǒng)組成，與作業(yè)平臺3尾部鉸接。井口對接按現(xiàn)行井口法蘭所處復雜狀況，除井架平移系統(tǒng)使井架縱向、橫向的位移外、井架系統(tǒng)中的兩個提升油缸可使連接法蘭上下移動，實現(xiàn)快速準確對接并保證安全性。防噴系統(tǒng)11由兩個環(huán)形防噴器和一個三閘板防噴器組成，耐壓21MPa，兩個耐溫環(huán)形防噴器封住環(huán)空，并通過交替開關的方式起下接箍等變徑部分，保證管箍通過且井內(nèi)高壓不外泄，三閘板防噴器在緊急情況時，可以保證安全。過渡管連接在兩個環(huán)形防噴器之間，并應配備接箍探測器、硫化氫探頭、天然氣探頭、溫度壓力探頭，實現(xiàn)過渡管內(nèi)介質(zhì)原油、易燃氣體的置換功能；冷卻系統(tǒng)在過渡管部分通過循環(huán)水實現(xiàn)對高溫井管的冷卻?？蚣苁骄芟到y(tǒng)5實現(xiàn)對修井架系統(tǒng)的支撐，并保證與井架平移系統(tǒng)的鏈接及準確位置；底拍12由四個液壓千斤頂和多塊墊鐵組成，根據(jù)現(xiàn)場操作需要形成對井架系統(tǒng)的支撐。強制起下系統(tǒng)6安裝于井架系統(tǒng)上方，實現(xiàn)管柱的強制起下，解決管柱重量變化與井內(nèi)介質(zhì)反推壓力的平衡關系，提升與下放噸位為40T，起下高度> IOm0強制起下系統(tǒng)6由液壓馬達提供旋轉(zhuǎn)動力，通過減速器使兩個同步轉(zhuǎn)動的鏈輪帶動兩組鏈條在導向支撐架7上同步移動，與兩組鏈條共連的橫梁上裝有起下吊卡，實現(xiàn)油管的強制起下。為保證裝卸管柱時的安全，應設置固定夾緊橫梁及夾緊卡瓦，卡瓦采用液壓缸輔助夾緊，在保證管柱夾持并自鎖基礎上，以減少對管柱傷害。接卸與上裝管柱機械手10和13分別安裝在作業(yè)平臺3與框架式井架系統(tǒng)5上，保證整個作業(yè)過程的無人化接卸與上裝管柱，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。第一組機械手10將管柱從吊卡中接住，并翻轉(zhuǎn)送到第二組機械手13中，由第二組機械手13將管柱送至地面支架上，反之亦然。液壓工作站14安裝在作業(yè)平臺3的前部，所支持的執(zhí)行部分包括作業(yè)平臺支撐、修井架系統(tǒng)中的井架翻轉(zhuǎn)與平移、防噴器動作、卡瓦夾緊、強制起下系統(tǒng)中的液壓馬達、裝卸管箍的液壓大鉗、接卸與上裝管柱機械手等。利用車載柴油發(fā)動機帶動液壓泵，液壓油通過高壓管線到達上述部分。控制室8設置在作業(yè)平臺3的前端。實現(xiàn)整體系統(tǒng)中各部分的動作與功能控制。應包括兩部分:元器件動作控制、系統(tǒng)程序控制和元器件動作順序、動作時機。系統(tǒng)設計包括自動、手動兩套操作系統(tǒng)，自動操作每根油管防噴器的倒換、過渡管內(nèi)的泄壓、流體置換根據(jù)參數(shù)設計自動完成，手動人工方法對各個工作單元進行操作，程序控制不允許誤操作，兩環(huán)形防噴器在接箍檢測基礎上實現(xiàn)自動交替開關動作。對單個元器件能夠進行調(diào)整。能夠?qū)崿F(xiàn)危險狀況下的緊急關井，蓄能器的操作控制。監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳到控制室，根據(jù)反饋控制現(xiàn)場操作?？刂剖也捎檬直玩I盤兩種操作方式。監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對關鍵元器件工作狀態(tài)的監(jiān)測及無人化操作過程中作業(yè)平臺的狀態(tài)監(jiān)測，配備工作過程監(jiān)視系統(tǒng)。監(jiān)控工作隱患，關鍵參數(shù)設置控制點，并具有報警功能。參數(shù)監(jiān)測主要包括:液壓系統(tǒng)必要的壓力、變徑檢測系統(tǒng)工況、緊急關井系統(tǒng)的工況、儲能器的壓力，過渡管內(nèi)、井口環(huán)境中流體的溫度、壓力、易燃有毒氣體的含量，設備整體工作情況，監(jiān)測系統(tǒng)方便安裝、拆卸、檢修。本發(fā)明中的安全環(huán)保系統(tǒng)應實現(xiàn)各種介質(zhì)的不壓井帶壓作業(yè)，并保證設備的運行安全；井內(nèi)、過渡管、井口、油井周圍環(huán)境&5、天然氣按相關標準進行監(jiān)測報警；能夠?qū)崿F(xiàn)各種狀態(tài)的緊急關井，完備系統(tǒng)失控后的安全處理措施；對系統(tǒng)中防噴器等重點部位提出維修更換的安全保證措施，以應對現(xiàn)場操作的復雜情況。以上控制系統(tǒng)參照說明書和現(xiàn)有技術改進即可，本領域普通技術人員都可以實施。
【權利要求】
1.集成式高溫不壓井修井裝置，它包括牽引車(I)、掛車(2)、作業(yè)平臺(3)、井架平移系統(tǒng)(4)、框架式井架系統(tǒng)(5)、強制起下系統(tǒng)(6)、導向支撐架(7)、控制室(8)、井架翻轉(zhuǎn)油缸(9)、第一組機械手(10)、防噴系統(tǒng)(11)、底拍(12)、第二組機械手(13)和液壓工作站(14)，掛車(2)利用牽引車(I)牽引，其特征在于:作業(yè)平臺(3)安裝在掛車(2)上，控制室(8)和液壓工作站(14)依次安裝在作業(yè)平臺(3)的前部，井架平移系統(tǒng)(4)安裝在作業(yè)平臺(3)尾部，帶有防噴系統(tǒng)(11)和底拍(12)的框架式井架系統(tǒng)(5)與作業(yè)平臺(3)的尾部鉸接，兩個井架翻轉(zhuǎn)油缸(9) 一端安裝在框架式井架系統(tǒng)(5)上，另一端安裝在作業(yè)平臺(3)上，上面裝有導向支撐架(7)的強制起下系統(tǒng)(6)安裝在框架式井架系統(tǒng)(5)的上方，第一組機械手(10)和第二組機械手(13)分別與框架式井架系統(tǒng)(5)和作業(yè)平臺(3)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的集成式高溫不壓井修井裝置，其特征在于:防噴系統(tǒng)(11)由兩個環(huán)形防噴器和一個三閘板防噴器組成，兩個耐溫環(huán)形防噴器封住環(huán)空，并通過交替開關的方式起下接箍變徑部分，保證管箍通過且井內(nèi)高壓不外泄，三閘板防噴器在緊急情況時，可以保證安全。
3.根據(jù)權利要求1所述的集成式高溫不壓井修井裝置，其特征在于:作業(yè)平臺(3)可以通過插槽與掛車(2)連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的集成式高溫不壓井修井裝置，其特征在于:控制室(8)實現(xiàn)整體系統(tǒng)中各部分的動作與功能控制，包括兩部分:元器件動作控制、系統(tǒng)程序控制和元器件動作順序、動作時機控制。
【文檔編號】E21B19/00GK103939013SQ201410171865
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權日:2014年4月28日
【發(fā)明者】金嘉琦, 王顯榮, 王野牧, 任重偉, 李強, 付景順, 鄭鵬 申請人:沈陽工業(yè)大學