可扩容式大容量连续管滚筒的研制及应用

（中石油江汉机械研究所有限公司，湖北 武汉  430000）

摘  要：连续管作业机自问世以来，因其优点突出得以快速发展，被誉为“万能作业机”，而滚筒作为连续管作业机的重要部件之一。本文主要阐述了该种滚筒的研制及在现场的应用，通过应用数据及结论，充分展示了该型号滚筒的可靠性及稳定性，所做研究可为连续管行业及相关工程技术服务提供重要参考。

关键词：大容量滚筒；可扩容式；深井作业；连续管作业机；工程技术服务

中图分类号：TE9/978  文献标识码： A

随着国内油气田的不断开发，现场施工作业逐渐向深井、超深井方向转变，连续管作业机因其自身优势，在油气田行业得以快速发展[1-2]，滚筒作为连续管作业机的重要部件之一，其主要作用有两方面，一是存放和运输连续管，二是整齐紧密缠绕工作中的连续管，同时，滚筒也决定了连续管作业机的运输尺寸和连续管的容量，但由于受我国交通运输道路种种要求限制，连续管作业机滚筒缠绕容量成为了制约该项技术发展的主要瓶颈[3]。为解决该问题，中石油江汉机械研究所有限公司创新研制了一种型号为GT6080QK的可扩容式大容量滚筒，通过结构优化及整车布局调整，采用可升降扩容式橇装结构，增大缠绕连续管容量，使得扩容前滚筒容量可达2-3/8寸4000m，扩容后可达2-3/8寸8000m。本文主要阐述该种滚筒的研制及在现场的应用，通过在靖51-30H1井进行洗井、首次射孔等作业，充分证实了该型号滚筒的可靠性和稳定性，所做研究及结论可为连续管行业及相关工程技术服务提供重要参考[4]。

1  滚筒结构及工作原理

1.1 滚筒结构

GT6080QK滚筒是由滚筒体、驱动系统、排管系统、计数系统、润滑系统、管汇系统、升降系统、起吊装置和底座等组成[5]，采用可升降扩容式橇装结构，从而增大缠绕连续管容量[6]。滚筒体的大小决定了滚筒的缠管容量，其筒芯直径为2290mm，轮毂直径为4960mm，筒体宽度为1970mm，扩容后可以缠绕长8000m，直径60.3mm的连续管；扩容前可缠绕长4000m，直径60.3mm的连续管，扩容前后三维图行对比如图1所示。其主要技术参数如表1所示。

表1 GT6080QK滚筒技术参数

1.2 工作原理

滚筒筒体支承在轴上，由液压马达和减速器直接提供驱动动力[7]，此滚筒设计液压升降系统，对滚筒体进行升降，主要包含升降控制阀、同步马达、节流阀、升降液压缸等。升降动力源由原车所配倒管器供油回路进行提供[8]。操作滚筒体上升降控制手柄可对滚筒进行升降控制，上升和下降到预定位置后需进行机械限位固定牢靠。

具体工作过程：运输时，拆卸可扩容式结构，将滚筒降至最低位，运输时可缠绕2-3/8寸连续管4000m；如需缠绕2-3/8寸连续管，需在现场对连续管采用工具或现场焊接方式，滚筒整体采用四个液压缸进行升降。滚筒驱动液压系统的动力来源于整机液压动力源，同时滚筒回油增加补油溢流阀在滚筒反拖时进行补油[9]。滚筒驱动回路供油流量由主机供油系统进行设定，滚筒驱动压力由控制台上直动式溢流阀遥控主溢流阀进行调定[10]。

2 滚筒排管及计数系统

2.1 滚筒排管系统

为了控制连续管整齐均匀的排列在滚筒上，系统使用了一个排管器。排管器有两种排管方式，一种是自动排管，另一种是强制排管[11]。

自动排管是通过滚筒轴上的链条驱动而与滚筒旋转保持同步[12]，从而带动菱形轴一端的链轮转动，滚筒自动排管部件如图2所示。蝶形弹簧将两摩擦盘与链轮压紧，依靠摩擦盘与链轮间的摩擦力来带动菱形轴自动转动[13]。菱形轴通过滑舌来带动排管装置左右移动，达到自动排管的功能[14]。滚筒转动1周，排管装置在菱形轴上移动的距离刚好为1个连续管的直径。

1-螺母 2-蝶形弹簧 3-链轮 4-摩擦盘 5-套筒 6-支臂 7-带座轴承 8-菱形轴

图2 滚筒自动排管部件

另外，可以更换自动排管部分的链轮，改变两组链轮的传动比，从而调整滚筒运行一圈菱形轴水平移动的距离。因而在使用不同管径的连续管时，只需更换配套的自动排管链轮，就可以满足该管径的自动排管功能。

当连续管缠绕与滚筒旋转不同步时，操作人员要在控制室操作强制排管手柄强制排管，让其到达同步，滚筒强制排管部件如图3所示。强制排管是通过排管器支臂上一个小液压马达驱动一对链轮转动，从而强制带动菱形轴转动。通过滚筒液路控制液压马达正反转动，从而带动排管器在丝杠上左右移动。

1-支臂 2-液压马达 3-小链轮 4-链轮5-菱形轴 6-带座轴承

图3 滚筒强制排管部件

2.2 滚筒计数系统

排管器上装有深度计数器，计数器的计数范围为0~9999.9。当连续管穿过计数装置时，两对导轮将弯曲的连续管扶直，由于弹簧对压盒的拉紧，摩擦盘紧紧地挤压在连续管上，随着连续管的移动来带动摩擦盘转动，从而使计数轮旋转来计数。计数装置如图4所示。

1-下盒体 2-弹簧 3-上盒体 4-摩擦轮 5-压盒 6-计数器 7-导轮

图4 计数装置 

3 滚筒管汇及润滑系统

3.1 滚筒管汇系统

滚筒上安装有高压管汇，根据其连接位置可以分为外部管汇和内部管汇。

外部管汇通过滚筒轴端的旋转接头，与外部高压管汇连接。管汇末端通过两个接口与泵车联接，同时配备了转换接头备件，即可将外接接口转换为通用的公制接口。另外，外部管汇上有压力传感器，采用由壬连接，压力传感器测得的压力通过电缆传递到控制室的仪表上，因而控制室内可随时监控循环压力。

内部管汇是旋转接头与连续管连接部分的高压管汇。内部管汇留有投球口，可进行投球作业。其末端通过由壬方式与连续管连接。内部连续管进入滚筒部分采用U型卡将其固定住，防止在盘连续管时滚筒对内部管汇有过大的拉力，同时防止连续管受拉滑动。

3.2 滚筒润滑系统

润滑是通过控制室内的润滑控制旋钮控制的，润滑油罐的空气压力保持在0.3MPa左右，装在润滑油罐上的球阀控制润滑盒的加油量。润滑盒位于排管器计数器的后面，润滑盒内部装有吸油海绵，吸油海绵需要根据使用情况进行更换。当滚筒起连续管时，需打开润滑油罐上的球阀，使润滑盒对缠绕在滚筒上的连续管涂敷一层薄的防腐油脂，保养连续管。

4  现场应用情况

在靖51-30H1井，GT6080QK滚筒完成了3500m超长水平段连续管通洗井、首段射孔作业，实现了国内首次可扩容大容量滚筒装备和管管对焊工艺等技术的现场应用，如图5所示。靖51-30H1井，完井井深6835m，垂直井深3024m，造斜点980m，水平段长度达3500m，施工过程为满足3500m超长水平段，水垂比1.16下深需求，下管配套水力振荡器及金属降阻剂，使用专用洗井液，增加牵引力，降低井筒摩阻和泵注摩阻，实现人工井底6805m探底，并于后续完成该井的洗井、首段射孔作业。作业过程中，GT6080QK滚筒性能良好、稳定，为施工顺利开展提供了保障，也促进相关工艺得以完善，积累了宝贵的现场经验。

5  结 论（结束语）

随着井下作业方式的转变，连续管作业技术正在为油田行业提供新的工程利器，滚筒技术的发展直接关系到行业的进步，通过优化结构并满足国内运输条件，实现大容量缠绕连续管是未来滚筒发展的趋势。本文通过对滚筒结构、工作原理以及主要系统的详细分析说明了GT6080QK滚筒的型式特点，结合现场作业情况，进一步证明了该滚筒的可靠性和稳定性，所做研究为连续管行业及相关工程技术服务提供了重要参考，具有较强的工程指导意义。

参考文献：

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[2] 窦益华，韩璐，秦彦斌，曹银萍.滚筒处弯曲连续油管起出力学性能分析[J].机械设计与制造工程,2017,第46卷(4): 95-98

[3] 郭峰，张保弟，孙晓明，阳玲.连续管作业机油管滚筒的研制[J].机电产品开发与创新,2012,(3): 54-55

[4] 曹银平、潘莹、米红雪、王建兴、牛占山、窦益华。连续油管在三维弯曲井中的下入能力分析[J]。IOP会议系列：地球与环境科学，2021804（2）：孙仁俊.连续油管滚筒自动排管控制方案研究[J].焊管,2017,第40卷(4): 57-59,64

[5] 施志辉，范佳，许立，刘元伟.连续油管在滚筒上缠绕的力学研究[J].大连交通大学学报,2011,(5): 50-52

[6] 张延忠.连续油管作业机注入与滚筒同步控制系统研究[J].设备管理与维修,2015,(10): 60

[7] 钱北岳、孙国豪、王刚、刘聚宝、杨明、张强。非破坏性和破坏性连续油管弯曲和矫直周期影响的试验研究[J]。工程失效分析，2021123：陈琳.气举采油工艺现状及进展[J].内蒙古石油化工,2010,(14): 36-37

       来源：化学工程与装备 - 官方网站 - 创刊于1972   2022年第12期   在线投稿  >>