常规小修修井机的自动化改造与配套

1、常规小修修井机的自动化改造与配套油水井小修作业主要是利用小修作业设备从事油水井的检 泵、换封、冲砂、打捞、措施增产、封堵封串、水井换封、油水 井测试、调配、新投等，分为维护、措施和新投作业施工，特点 是作业周期短、转场频繁。是保证油水井正常高效运转的重要措 施。常规小修修井机自动化程度普遍较低，小修作业每班最少需 4人，即：司钻1人、井口工2人、地面工1人，作业时依靠工 人操作，作业人员劳动强度大、安全风险高，作业环境恶劣。随 着我国大多数的油田都已经进入中、后期开采阶段，各类油水井 维护和措施逐步增多，油田小修作业工作量的日益增加，人员老 龄化日趋严重，施工人员的劳动强度和安全风险日益加大，

2、因此， 对常规修井机技术提升和自动化改造配套越来越成为业界人士 的共识。河南油田在充分调研的基础上，本着安全、高效、简单、实 用的原则，对现有的1台XJ250型修井机开展自动化升级改造与 配套，实现小修作业起下油管的井口无人操作作业，从而达到削 减作业安全风险、减轻操作人员劳动强度、提升作业时效的目的。1自动化改造与配套的原则不额外增加液压动力源：满足原修井机低井架作业空 间;集成于主机，周期短，设备安装搬家方便:自动化与常规 作业可相互切换，保持原机常规作业性能;设备安全、可靠、简 捷、实用;自动化作业起下油管杆速度达到25-30 根/h。2自动化改造与配套的总体方案利用现有的常规XJ250

3、修井机开展自动化改造与配套，主要 包括井口处理系统、地面输送系统、集成控制系统三部分组成。3自动化改造与配套3.1井口处理自动化系统的改造与配套主要是在现有的液压钳、吊卡、卡瓦等设备的基础上，通过 研制开发配套自动液压钳、扶正机械手、液压翻转吊卡、气动卡 瓦等装置，具备油管杆的自动抱紧与释放、自动扶正、自动上卸 扣等功能，实现了井口的无人作业。3.1.1自动液压钳主要功能：用于实现油管杆的上卸扣作业，将管柱由单根连 接为多根或由多根拆卸为单根。通过液压控制来实现钳体的前后、 上下移动，以及液压钳的正反转与高低转速切换，通过更换钳牙 可适应不同规格的油管杆作业，并配套有自动防喷桶，可满足清 洁生

4、产的要求（见表1）。3.1.2扶正机械手主要功能：用于实现管柱的精确对中及将管柱平稳推送至动 力猫道上。通过控制系统对液压缸的精确控制，确保机械手在井口、动力猫道位置的定位，实现油管在井口附近的无人化传递（见 表2）。3.1.3液压翻转吊卡主要功能：用于管柱的提升与下放作业，卡是一种侧开式、 主体可翻转、补芯可更换的全自动翻转吊卡，采用电气与液压控 制，吊卡本体可实现0-90范围内的自由旋转，以适应不同油管 角度吊卡的扣合。同时采用机械、液压自锁和电液互锁等多种安 全措施，可满足自动化作业、远程操控的安全要求（见表3）。3.1.4气动卡瓦主要功能：用于实现管柱在井口的自动卡持。通过法兰连接 在

5、卡瓦座上，通过支撑板支撑卡瓦本体，气缸活塞杆及导向杆与 支撑盘固定连接，通过气体控制按钮控制气缸的伸缩从而达到控 制卡瓦体沿卡瓦座锥面运动，下行为抱管，上行为松开。达到油 管抱紧与释放的目的，气动卡瓦与大钩、液压钳工作时连锁，保 证施工安全（见表4）。3.2地面输送自动化系统的改造与配套传统的修井作业井场设置有管桥架作为放置油管杆的支架， 油管杆的运移及上下管桥依靠人工操作，工作效率低、劳动强度 大。通过液压自动猫道等装置，解决油管杆移运、上下管桥的问 题，实现油管杆自动上下桥等作业。主要功能：实现油管杆的自动上料、自动输送及油管杆的回 接、下料等作业工序。其中自动上下料工序通过自动翻转机构的

6、 机械抓手与液压顶升缸实现，通过随动机构的油管小滑车实现油 管杆的前后自动传输，油管杆的送料主要通过抬升机构的起升进 行，实现与井口自动化装置的衔接与配合;配有远程操控遥控器， 可实现100m内的遥控操作，同时通过集成相关传感器，可实现 油管自动测长，且具备自动计数、修改参数、打印报表等功能（见 表5）。3.3集成自动化控制系统的改造与配套为了实现修井作业的一体化自动操控，在原主机液气电控制 系统的基础上，重点对司钻台进行改造。利用主机集成的优势， 将自动液压钳、扶正机械手集成于主机，液压自动猫道与主机联 动，操作系统采用图形化界面、流程化操作，具有一键操作、自 动定位等功能，自动化程度高，安

7、全可靠。集成控制系统主要由司钻操作台、管杆控制箱与猫道控制箱 组成，采用Profinet总线将3个1200PLC和HMI联接起来实现 协同工作。其同时具备综合监控、联动报警与安全防护等功能， 有效确保了系统的可靠运行。结构组成：集成司钻箱主要有主滚筒控制阀、自动液压钳控 制组合阀组、气动卡瓦控制阀、扶正机械手控制阀、自动翻转吊 卡控制阀组等控制装置组成，并在上部安装有综合监控屏、电子 指重表、发动机温度表和系统气压表等，便于对整套装置进行监控、设置等，实现安全生产。主要功能：根据液气压传动原理、电气控制原理、电磁感应 原理及人体结构学原理，司钻操控集成化的司金占控制箱，可实现 作业过程的自动化

8、操控。操作主滚筒控制阀可实现提升系统的提升、下放、紧急刹车 的工作与释放，防碰装置的工作与复位等。操作自动翻转吊卡控制旋钮，通过电磁阀动作带动相应液压 阀杆的运动，阀件工作使翻转液缸伸缩，带动拉杆及拐臂，可实 现翻转吊卡的翻转，司钻操作吊卡活门控制旋钮，通过电磁阀动 作带动相应液压阀杆的运动，阀件工作使活门液缸伸缩，带动活 门转动，可实现吊卡活门的打开与关闭，由顺序阀工作，带动安 全门液缸伸缩，可实现安全门的关闭与打开，确保活门在承载情 况下不被打开，实现本质安全。操作气动卡盘旋钮通过气压传动，带动气缸连杆联动卡瓦抱 紧装置的举升和降落，可实现钻杆释放、利用钻杆自重实现抱紧 功能。操作自动液压

9、钳控制手柄，通过电磁阀动作带动相应液压阀 杆的运动，可实现液压钳伸缩和高低调整。操作扶正机械手控制踏板，通过电磁阀动作带动相应液压阀 杆的运动，可实现扶正机械手伸缩缸伸缩。配合监控参数设置， 可实现一键到位功能。4现场应用及效果4.1现场应用情况河南油田于2019年7月完成1台XJ250修井机的自动化改 造与配套，通过对该机的现场使用，不断整改和完善其配套装置、 操控性能、安全性能、作业效率及人机操控适应性等性能，截止 2020年7月，已连续施工3个月，累计完成油水井作业22井 次，整机性能稳定，运行安全可靠（见表6）。4.2 应用效果实现井口无人化操作，大大降低作业人员的安全风险和劳 动强度;起下管柱速度达30-45 根/h，满足作业工艺技术和井 控安全要求;班组直接作业人员由4人减少至2人。5结论与认识通过对现有修井机实施改造与配套，实现了油管杆的自动 起下和传送等工序，通过液压及电、气系统控制，集中设置控制 平台来达到了平台管理，自动化操作的目的:自动化改造配套