车载式高压直管摆放及固定装置

王保祥，吕文伟，徐 武

（1.中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆固井公司，陕西 西安710000；2.中石化四机石油机械有限公司，湖北 荆州434020）

1 引言

随着全球工业化发展，石油需求不断增加，各国都加大了石油的开采力度，井场道路条件越来越差，深井、水平井开采量不断增加，非常规油气资源的开发比例也逐渐增大。页岩气作为清洁高效能源，受到国家开采政策的大力支持，成为当前油气开采主战场。中石化响应国家能源局的号召在示范区涪陵焦石坝片区进行了大规模的开采。国内页岩气多分布在崇山峻岭间，如蜀南、鄂西、贵州、重庆等地，该片区地处山区，井场场地条件严重受到地形地貌的制约，油田现场恶劣的条件对设备提出了更高的要求。连续油管车以其强大的功能和优良的性能在当今油田作业设备领域内得到了广泛的认可和使用。现代连续油管技术应用在石油工业始于20 世纪60 年代，经过50 多年的发展，现已成为世界油气工业技术研究和应用中的一个热点。连续油管作业技术因占地面积小、效率高、对地层伤害小、带压作业等一系列优点在油气开采尤其长水平井开采中应用越来越广泛。现阶段，国外陆上油气开发中80%以上采用带压作业，形成了带压钻井、修井功能于一体的连续油管作业装备，以美国、加拿大等国为代表，在油气井连续油管带压作业技术方面处于领先地位。利用连续油管修井已代表着当今世界修井技术的发展方向，并将作为一种常规、高效的作业技术在世界范围内普及。近年来连续油管钻井、压裂技术也成为热点。目前连续油管最大钻井深度已超过6 900 m。现在连续油管外径由原来的Φ12.7（1/2"）mm 发展到现在的Φ12.7（1/2"）～Φ168.27（6-5/8"）mm。因为连续油管装备的适用范围广，连续油管技术前期主要是作为传输流体的通道，基本用于洗井、基质酸化和氮气举升，目前已经扩展到钻井、修井、测井和射孔、增产措施等领域，相关技术发展至今，连续油管已可广泛用于油田钻井、完井、压裂、酸化、排液、试油、采油采气、修井、集输管线解堵等领域。

连续油管车作业完成后，管道内壁残留有工艺液，这种工艺液往往会对连续油管内壁进行腐蚀，影响连续油管力学性能，给工作带来风险。为了避免这种风险，作业结束后需要用空压机泵车对其盘管进行清洗和吹扫工作，以保障连续油管车的使用寿命。用于将连续油管车和空压机泵车连接起来的包括直管在内的连接管汇，通常以工具附件的形式由空压机泵车携带。而如何在空压机泵车有限的安装空间内，以不影响其他部件的安装及使用为前提下，解决直管的摆放及固定问题成为了一个技术难题。

2 技术方案

目前作业现场经常采用连续油管作业设备与空压机泵车组合的形式，而且根据井场布置的不同，为了保证设备的正常连接，通常要求空压机泵车要携带至少30 m 的高压直管，而空压机泵车为多功能集成设备，上装部分部件繁多，设计紧凑，没有足够空间用于携带和固定高压直管。本文需研制出一种便于操作、节约空间的车载高压直管摆放及固定装置，确保将设备所需高压直管存放在空压机泵车上，并且取用方便、固定可靠，从而解决高压直管无法随空压机泵车携带和固定的工程难题。

2.1 整体布局

高压直管摆放及固定位置如图1 所示，副梁总成底部与底盘车大梁连接起到加强大梁强度的作用，副梁总成上部集成安装各类部件，由于空压机泵车集成多种功能，副梁上集成了多种功能部件，导致副梁总成上部没有空间来存放，本文以副梁总成下部空间为切入点，通过对副梁总成的特殊设计，巧妙地将空压机泵车所需装载的高压直管安装在副梁总成内部，将直管摆放及固定装置与副大梁集成在一起，既不增加整机宽度，又不增加整机高度，既可以安装固定直管，又起到了连接副大梁主纵梁和边梁的作用，不仅合理利用了安装空间，而且提高了副大梁的强度。同时，该直管摆放及固定装置将直管固定在副大梁上平面以下，降低了直管的离地高度，操作人员站立在地面上就可方便地取用或者存放直管，避免人员登高作业，降低了安全风险，降低了人员劳动量。同时，该直管摆放及固定装置将直管隐藏在副大梁内，不仅对提高设备整体外观质量起到促进作用，而且能防止雨雪冲刷直管，延长了直管的使用寿命。

图1 高压直管摆放及固定位置

2.2 关键结构设计

2.2.1 副梁总成

副梁总成如图2 所示，主要由边梁、横梁、纵梁、连接板、翻转档杆总成组成。连接板的作用是将副梁总成和空压机泵车底盘固定在一起，副大梁总成中的横梁在靠近车辆外侧下部位置处开有缺口，确保高压直管能够放入，横梁侧面开设凹槽，高压直管可以沿凹槽向内或向外滑动，这种特殊的设计使得横梁既可以满足承载要求又可以放进或拿出高压直管，横梁变成了“高压直管匣”。高压直管的两头都放入到这种“高压直管匣”内，“高压直管匣”外侧设置了翻转档杆总成，防止高压直管左右滑动，从而起到固定高压直管的作用。而且，这种“高压直管匣”式的结构储量大，两侧加起来能够存放40 m 长的高压直管，如此，这种特殊设计的横梁和翻转档杆总成一起形成了一种车载高压直管摆放及固定装置，并且管线长度足以满足现场施工要求。

图2 副梁总成

2.2.2 翻转档杆总成

加砂系统如图3 所示，翻转档杆总成由翻转档杆、转销、弹簧锁销构成。转销将翻转档杆销接在“高压直管匣”式横梁上，翻转档杆可以沿转销转动，弹簧锁销固定在翻转档杆上可随弹簧锁销一起转动，当翻转档杆位于竖直位置时，弹簧锁销自动锁定限制翻转档杆旋转，从而将“高压直管匣”式横梁内部的高压直管固定在其内部，手动拔起弹簧锁销的锁销杆后即可打开翻转档杆并取用高压直管。

图3 加砂系统

3 结论

连续油管施工作业在市场上赢得了立足之地。连续油管作业具有快速高效、对地层的低伤害、低成本（来源于工序的简化）等优点。20 世纪60 年代至70 年代末，油管材料发展缓慢；20 世纪80 年代，油管焊接工艺的出现使之焕发新的生机；20 世纪90 年代以来，随着井下工具及工艺的发展，连续管作业迅速发展，连续油管在世界各油气田的应用范围持续扩大。中国连续油管作业也发展迅速，目前国内共有引进的连续油管作业机30 台左右，主要分布在四川、大庆、长庆、胜利、华北、中原、吉林、新疆、辽河、吐哈、大港、河南和克拉玛依等油田。而且设备呈不断增长的趋势，因此解决连续油管辅助设备的空压机泵车的存放高压直管的难题将进一步推进连续有关作业设备的发展，也将进一步降低连续油管作业的施工成本。本文成功研制的“高压直管匣”在满足横梁承载强度的前提下，巧妙地对横梁结构进行改造设计，加上翻转档杆总成，形成一套隐藏在副梁总成内部的车载式高压直管摆放及固定装置，解决了空压机泵车无法装载固定高压直管的难题，将直管摆放及固定装置与副大梁集成在一起，既不增加整机宽度，又不增加整机高度，既可以安装固定直管，又起到了连接副大梁主纵梁和边梁的作用，不仅合理利用了安装空间，而且提高了副大梁的强度。同时便于人员操作，这样的设计理念和巧妙的方法可在其他特种设备上推广，起到在有限条件下扩充储物空间的作用。