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带压修井作业装置机器人智能控制系

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1 带压修井作业装置机器人智能控制系统 操作过程方案说明（对电子系统） 2015年12月20日

带压修井作业装置机器人智能控制系统操作过程，正常操作时，涉及电气控制部分的说明如下： 一、起油管过程：

其中，每个动作的控制过程，根据整个智能修井系统的工作过程，PLC系统首先接收到每个相应位置的位置传感器的信号，经过程序，发出控制该系统的液压控制阀的信号，再控制液压油缸，执行相应的动作，到达下一个动作过程；这里，特别需要注意的是：因为主升降油缸是两节活塞杆组成的系统，控制速度比较平稳的升降过程，是比较复杂的；（详见杨颖辉编写的“机械手主升降油缸液压控制原理分析” ）。

1、修井机提升油管系统开始工作—移动卡瓦卡上“2S”、固定卡瓦打开“2S”（这时主升降油缸的机械手手臂中心停在提升系统上承载平台的位置“信号由主升降油缸拉线磁性绝对值位移传感器给出”：（4800+400）mm处，机械手手爪为全部张开状态“在机械手手爪机构上安装位移传感器，给出相应的位置信号”）—提升系统第一次上升3400mm，到顶端，发出一个上死点信号（在此，提升系统需要停留时间“？”—固定卡瓦卡上“2S”、移动卡瓦打开“2S”；（第一根油管的起出，要编出一个相应的程序）；

2、提升系统下降3400mm“包括第1条中的上升过程，上升、下降用时33S”，发出一个下死点信号—移动卡瓦卡上“2S”—固定卡瓦打开“2S”—提升系统第二次上升3400mm，到顶端发出第二个上死点信号，固定卡瓦卡上“2S”—移动卡瓦打开“2S” ；

3、提升系统下降（同时控制液压阀，使机械手手爪合成扶正状态“应在手爪上设置位置传感器” ）到3400mm，发出一个下死点信号，移动卡瓦卡上“2S”—固定卡瓦打开“2S”；也可以先机械手手爪合成扶正状态，然后提升系统下降；

4、提升系统第三次上升3400mm，发出一个上死点信号—提升系统慢速下降（所用时间？）、当接箍探测器测量到信号时（具体所用时间？）—固定卡瓦卡上“2S”—移动卡瓦打开“2S”—提升系统下降到下死点（所用时间？），发出一个下死点信号；

5、这时，铁钻工和垫叉向前移动“2S”—铁钻工和垫叉的夹油管中心和井口中心重合—背钳（夹紧钳）夹紧接箍“2S”—冲扣钳夹紧油管“2S”—冲扣钳开始冲扣（当油管松开后，由液压压力传感器给出信号）“3S”—冲扣钳松开“2S” 2

—旋扣钳夹紧油管“2S”—旋扣钳开始卸扣“12S”（是计数器计数到20圈，还是用其它办法确定是否卸完扣？），旋扣钳停止； 大约用时24S

6、主升降油缸机械手夹紧油管“2S”(依据手爪机构上安装的液压压力传感器取得的数据确定）—铁钻工系统退回原位（垫叉应该不动?）“2S”；

7、残液收集器移动到油管中心“3S”—残液收集器关闭“2S”—收集残液“10S”，收集完了—残液收集器打开“2S”—退回到原位“3S”；

8、主升降油缸机械手上升100mm（要求油管转位180度时，不和接箍测试系统打架，将原定的70mm修改为100mm）“2S”；

9、主升降油缸机械手旋转180度“4S”—旋转90度“6S”； 10、在主升降油缸机械手系统旋转“2s”后，提升系统提升下一根油管，必须保证主升降油缸机械手在提升系统第二次上升时主升降油缸机械手回到上一次的原位（手爪中心和井口中心重合处）；

11、主升降油缸机械手下降到离地面7200mm处“8S”—提升机上升到离地面7200mm处“10S”（这时提升机在7200mm处待命，这个10S可以不计算在内）—两个机械手中心重合（各自发出信号）“2S”—提升机机械手抓紧油管“2S”—主升降油缸机械手松开油管“2S”； 以上为14S；

12、提升机机械手下降到油管架“10S”—收到油管架的位置信号“时间？”将油管放到油管架上“2S”—同时主升降油缸机械手上升到4800mm处“16S”（这里的控制过程比较复杂，重点讨论）—提升机上升到7200mm处“10S”； 这两个时间是重叠的，按16S计算；

13、主升降油缸机械手旋转90度“6S”—旋转180度“4S”，准备起下一根油管； 以上只是起油管操作过程的描述，整个控制系统，由PLC控制器的控制软件和硬件系统，对相应各处的位置传感器给PLC发出信号，经过PLC控制系统，控制相应的液压控制阀，再控制对应的油缸，执行相应的动作，完成各个工作过程；由电子控制系统人员进行具体设计。

二、下油管过程 下油管是起油管过程的反向动作，但细节不完全一样，叙述如下： 1、提升机机械手从油管架上抓住油管“2S”（一定要求保证机械手手爪中心离油管底部为4800mm）—上升到离地面7200mm高处“10S”，这时主升降油缸 3

机械手处于水平位置，停留在7200mm处、主升降油缸机械手手爪抓紧油管“2S”—提升机机械手手爪松开油管“2S”—提升机下降到油管架“10S”—接下一根油管“2S”—再上升到7200mm处“10S”；

2、主升降油缸机械手手爪抓紧油管上升到（4800+400+100）mm处“16S”—旋转90度“6S”—旋转180度“4S”；

3、主升降油缸机械手慢速下降（占用时间？），将油管底部放到接箍孔内（这时，垫叉应该还在油管中心）；此时提升系统处于等待状态，占用时间不影响工作；

4、这时，铁钻工向前移动，铁钻工的夹油管中心和井口中心重合“2S”—夹紧钳夹紧接箍“2S”—冲扣钳松开油管“2S”—旋扣钳夹紧油管“2S”—开始上扣（计数器计数到12圈“不要了”、由液压压力传感器发出相似扭矩值的信号）“12S”—达到标准扭矩时，旋扣钳停止；

5、松开所有钳口“3S”—铁钻工退回原位“2S”—垫叉退回原位“2S”； 6、提升系统，移动卡瓦夹紧油管“2S”—固定卡瓦松开“2S”—主升降油缸机械手松开油管（处于扶正状态）“2S”；由主升降油缸机械手机构中，设置的位置传感器确定手爪的具体位置；

7、提升系统第一次下降3400mm，到达下死点（发出信号）—固定卡瓦卡上“2S”—移动卡瓦松开“2S”—提升系统上升3400mm；这里，整个的占用时间不超过33S，就不影响每个修井过程的工作占用时间。

8、提升系统移动卡瓦卡上“2S”—固定卡瓦松开“2S”—机械手手爪松开，处于扶正状态“2S”—提升系统第二次下降3400mm；到达下死点，提升系统传感器发出信号（由提升系统中的磁致位移传感器取得）；

9、提升系统固定卡瓦卡上“2S”—移动卡瓦松开“2S”—提升系统上升到3400mm，测量到接箍信号时（占用时间，在接箍测试装置确定后确认）—移动卡瓦卡上“2S”—固定卡瓦松开“2S”；

10、提升系统下降到下死点，同时主升降油缸机械手旋转180度“4S”—旋转90度“6S”—主油缸机械手系统，下降到7200mm处，准备接下一根油管；这时提升机机械手应该抓着油管，等在7200mm处； 4

三、在手工操作时 在整个的起、下油管过程中，每口油井都会遇到有短接的情况，这时全部过程采用手动来处理，其工作过程如下（过程中，每个动作所占用的时间和以上智能工作过程是一样的，这里就不详细的一一标注了）：

《一》、起油管过程 1、短接小于5000mm时（一般情况都是这种状态），短接在油管顶部（井口不卸），把油管直接卸下，这时，主升降油缸机械手手臂中心停留在5800mm处，铁钻工卸油管、残液收集器收集残液等所有操作过程由人工实现；

2、个别情况，短接大于5000mm时，单独人工操作卸下；这时的工作过程是： A、提升系统将短接提升3400mm—固定卡瓦卡上—移动卡瓦打开；

B、提升系统下降—到达下死点、发出信号—移动卡瓦卡上—固定卡瓦打开； C、提升系统上升、到达上死点、发出信号—固定卡瓦卡上—移动卡瓦松开； D、提升系统下降、发出下死点信号—主升降油缸机械手手爪合上（处于扶正状态），如果测试到接箍型号，提升系统移动卡瓦卡上—固定卡瓦松开—提升系统下降到下死点（整个的操作过程和电子控制操作过程一样，只不过全部是由人工来实现）；

E、进行铁钻工卸油管、残液收集器收集残液、主升降油缸机械手上升100mm、主升降油缸机械手旋转180度、90度、主升降油缸机械手下降到离地面7200mm处、提升机上升到离地面7200mm处，主升降油缸机械手将油管交接给提升机机械手，由提升机机械手将油管下放到油管架上；

F、重复以上的动作过程； 在短接处理完后，再进入智能操作过程。

《二》、下油管过程 1、短接小于5000mm时，提升机机械手将上好短接的油管夹紧（油管底部在主升降油缸机械手中心的5900mm处）—提升机上升到离地面7200mm处—主升降油缸机械手下降到离地面7200mm处，接着油管，上升到5900mm处；

2、主升降油缸机械手旋转90度、旋转180度—慢速下降100mm，铁钻工进入上扣过程； 在油管到接箍底部以后，主升降油缸机械手系统，机械手手爪松开（处于扶正状态）—铁钻工前移，开始上扣以后的过程，全部转到由智能控制系统来实现。 5

四、整个系统需要安装传感器的地方 全套设备需要安装传感器的地方如下： 1、提升系统中，在一个油缸内部安装一个磁致位置传感器（对新安厂的系统，测量距离为0—3600mm、对其它厂的修井机，根据实际情况确定）；这样，提升系统位移就能做到连续测量和控制；定为：外置导柱式（在导柱管内装磁致传感器或其它位移传感器）；1个

2、主升降油缸机械手系统，在导柱内部安装0—10000mm的拉线磁性绝对值传感器；1个

3、接箍测量传感器由株洲厂提供的涡流位置测量传感器来实现（内部设置的传感器，在和株洲厂讨论后确定）；前后移动位置死点霍尔开关传感器两个；

4、垫叉位置传感器：安装前后死点各一个霍尔电子开关位置传感器；

5、铁钻工系统的各种传感器，在铁钻工系统中单独讨论；讨论定为：

A、在冲孔钳的冲孔油缸机构上安装一个转位传感器（磁性绝对值转位传感器）、同时在冲孔夹紧油缸上安装一个液压压力传感器； B、夹紧钳（背钳）上安装一个液压压力传感器； C、旋扣钳上安装一个液压压力传感器，卸扣过程如何加测量机构（保证扣全部卸开），大家考虑后确定； D、铁钻工前后移动位置霍尔电子开关传感器两个； E、铁钻工上下移动连续测量位移传感器（可以考虑由油缸厂，在油缸内安装磁致位移传感器）；

6、残液收集器系统的各种传感器，待确定；设置两组（起始点共4个）死点霍尔开关传感器；

7、转位180度上、下死点各一个霍尔电子开关位置传感器；

8、转位90度上、下死点各一个霍尔电子开关位置传感器；

9、主升降油缸机械手系统，以机械手手爪中心为准，离地面7200mm（两个机械手交接油管控制信号)、用主升降油缸机械手系统的拉线传感器信号来代替；

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浅析水井带压作业在油田的应用

浅析水井带压作业在油田的应用

水电工程Һ㊀浅析水井带压作业在油田的应用孙新杰摘㊀要：基于科技的不断进步，我国持久不懈地探究开采石油的作业方式㊂其中，油田水井带压作业即结合有关技术有效封堵油套环空和油管内部，从而防范油井泄露的现象形成于油井作业过程中㊂从本质上来讲，水井带压作业即结合外界干预措施对油井管柱进行很好的控制，以使油井压力跟管柱形成的上顶力保持平衡，进而防范安全事故的形成，并且也可以很好地保护油井作业井口附近的环境㊂关键词：水井带压；油田；应用；环保一㊁水井带压作业技术（一）水井一体化带压技术不压井技术即带压作业技术，其是指在井下带压的基础上开展油杆或油管的起下作业㊂带压作业的技术组成为：一是结合防喷器对油套管的管控压力进行有效控制；二是结合堵塞器对有关内通道压力进行密封；三是基于外来影响下对井内压力予以克服且将上顶力形成于管杆，进而在带压条件下开展管柱的起下作业㊂（二）带压作业设施根据各种配套方式能够划分带压作业设施为独立式以及辅助式带压作业设施㊂其中，独立式带压作业设施勿需对作业机进行单独配置，其自身具备完善的设备（液压钳㊁绞车㊁井架等），真正可以在独立条件下开展管柱起下作业，其具备较高的安全系数和作业效率㊂辅助式带压作业设施不可独立开展井下作业，其在进行作业时务必结合有关配套设施或井架才可以开展起下管杆作业㊂其中，油田比较普遍地应用辅助式带压作业设备，其主要组成部分是作业设备以及动力源㊂二㊁水井一体化带压作业机油田较为普遍地应用一体化作业即，在历经多年的应用进程中业已多次进行技术升级，主导作业设施可以在井筒压力为３５ＭＰａ的条件下起下管柱，可以实现６０多吨的最大举升荷载㊂通过持续优化升级该技术，一体化作业机显著提高了性能，其具备以下特点：一是具备一体化的结构㊂一体化作业机可以配合司钻室㊁带压作业设施㊁修井机㊁操作台等，在一个自走底盘车安装全部的组装部分㊂如此一来，在作业搬迁或到达井场的情况下无须应用辅助方式（拖板车和吊车等），从而减小了作业成本㊂相比于以往的带压作业机，在作业开展之前和作业完成之后无须拆装液压管线，不但提高了作业效率，而且显著地降低了工作者的工作负担㊂二是具备一体化动力㊂一体化作业机的整套设施仅仅使用一套动力源，如此一来，降低了设施成本支出，并且维护和保养设施也较为简便，从而使很多的燃料节省㊂三是具备一体化操作㊂可以在一个操作室完成一体化作业机带压设施和修井机，不但使带压工作效率显著提高，而且也可以防范多人操作存在缺少配合度的情况，这使带压作业的安全系数增加㊂四是具备模块化特点㊂一体化作业机的两个重要组成模块是作业防喷器与井控防喷器，在作业开展之前和作用完成之后都勿需重复拆装零部件，大大降低了工作者的工作负担，同时显著提高了作业效率，并且防止了设施的重复拆装导致的安全事故㊂五是行程长的特点㊂一体化带压机应用的龙门液压缸可以实现３．５ｍ的有效单次作业行程，大致通三次行程即起下完一根油管㊂因为单次起下管杆降低了液压缸重复动作的频率，所以这大大提高了工作效率㊂除此之外，这种作业形式很好地防范了卡瓦重复动作导致的安全事故，从而显著增加了修井作业的安全系数㊂三㊁水井抽油杆带压作业设施在不泄压的条件下抽油杆带压作业设施可以很好地处理封堵油管环空和抽油杆的问题，从而实现地层能量的有效保护，以及修复完善带压油井㊂抽油杆带压作业设施应用万能的液动防喷器，此防喷器可以很好地夹持１０ １６ｍｍ管径范围的全部管柱㊂并且，这种防喷器可以很好地密封６２ｍｍ以下直径的全部管柱环形空间㊂除此之外，将探头应用于抽油杆探测设施上的探头金属刮片具备优良的耐磨性，这种金属刮片可以在起下抽油杆的同时将油杆的结蜡很好地刮除，以及在带压作业过程中抽油杆自封刮油器能够顺利通过抽油杆接箍和扶正器，从而有效地处理以往带压作业过程中难以顺利通过接箍和自封刮油扶正器的问题㊂对无压水井开展待业作业的过程中仅仅要求配合应用三通跟变径较大的抽油杆自封刮油器即可密封完成井下油液，从而防范了以往带压作业导致的环境破坏现象，以及有效地保障了作业效率的提升㊂四㊁水井带压作业封堵技术的应用水井带压作业封堵技术的应用主要体现在研制堵井工具以及完善堵井技术上，具体如下所述：（一）直径较小的超短型油管堵塞器的应用当结垢情况形成于一部分水井之后，倘若结合一般的堵塞器难以在既定的区域进行很好的封堵，以及难以结合封堵器的一次下入而进行整个过程的堵井，那么技术工作者可以研制一种直径较小的超短型油管堵塞器㊂这种直径较小的超短型油管堵塞器结构组成也是带压作业设施，重点是很好地封堵形成结垢情况之后的油管，从而使带压作业顺利完成㊂（二）二次堵井油管堵塞器的应用水力投送式油管堵塞器广泛应用于油田带压作业过程中，该堵塞器的封堵形式是双向皮碗密封式㊂为此，倘若不可以成功地一次性封堵，那么将完全堵死油管通道，如此一来，将难以实施二次投堵㊂为此，技术工作者研制了可以实施二次堵井的油管堵塞器，从而很好地解决了二次投堵的问题㊂五㊁结论综上所述，基于国内推广和应用绿色发展理念的影响下，水井带压作业技术方式得以发展和进步，在历经持续完善和优化之后，水井带压作业技术越来越先进，在应用实践中实现了理想的应用效果㊂当然，尽管带压作业技术的不断发展，可是依旧具备非常大的发展潜力，坚信随着更多人重视该技术，结合持续改进和完善，水井带压作业技术水平将愈加提升，从而奠定油田稳产的良好基础㊂参考文献：［１］李呈祥，卢宇，倪骁骅．带压起下抽油杆作业装置的研制与应用［Ｊ］．机械工程与自动化，２０１６（６）：１０５－１０７．［２］伏健，王小龙，高涛，等．起下立柱带压作业装置的研制与应用［Ｊ］．石油机械，２０１８，４６（３）：１０６－１０９．作者简介：孙新杰，辽河工程技术分公司资产装备管理中心㊂７１２。

带压作业--工业原理及设备(培训)

带压作业--工业原理及设备(培训)

*未考虑其他受力的综合影响的情况下
力学分析
F =下压力 SNUB
F =摩擦力 FRIC
F =上顶力 WP
W=管柱重力
*摩擦力包含了防喷器胶芯与管柱之间、套管 与管柱之间的摩擦力，其与运动方向相反，通 常只能以经验进行计算
SNUBBING TECH
TASKS:
带压作业通过液压控制带压修井设备， 主要需要解决三个问题：
卡瓦与转盘
卡瓦：游动防顶与承重卡瓦、 固定防顶与承重卡瓦，卡瓦通 径为7.125英寸（180.9mm） 。游动承重卡瓦用在需要在重 管柱状态下起出或送入管柱， 它能防止管柱掉入井内。游动 防顶卡瓦安装在被动转盘的下 方，能防止管柱飞出井外，用 在轻管柱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ送入或起出管柱。
主动或被动转盘：可以让管柱 完成旋转动作，实现钻磨功能 ，可以通过主动转盘、液压钳 、顶驱等设备进行旋转。
承重板、液缸
通过螺栓与液缸连接，维护 方便，能够承受巨大的重量
用于提供举升或下压力，液缸的面积 和液压油的压力决定了举升机的上提 力。液缸与活塞杆的面积差与液压油 的压力决定了举升机的下压力。
承重板、液缸
通过螺栓与液缸连接，维护 方便，能够承受巨大的重量
用于提供举升或下压力，液缸的面积 和液压油的压力决定了举升机的上提 力。液缸与活塞杆的面积差与液压油 的压力决定了举升机的下压力。
‣ 第一，油管与环空的密封问题； ‣ 第二，作业设备的强行起下问题； ‣ 第三，作业过程中的压力控制问题。
WHY SNUB?
为什么使用带压作业?
‣ 避免压井液对地层的损坏 ‣ 不使用压井液或修井液 ‣ 避免了处置压井液的费用 ‣ 可以对管柱进行旋转作业 ‣ 可以边生产边作业 ‣ 工作效率高，避免了气举等后续作业
注水井带压作业技术规范

注水井带压作业技术规范

注水井带压作业技术规范井下作业分公司前言 ----------------------------------------------------------- 21范围------------------------------- ------------------------------ 3 2规范性引用文件------------------------------------------------ 33选井条件------------------------------------------------------ 34设备要求------------------------------------------------------ 35施工设计------------------------------------------------------ 46施工工艺------------------------------------------------------ 47安全与质量控制------------------------------------------------ 98资料录取----------------------------------------------------- 10油水井带压作业技术规范1范围本标准规定了采用不压井作业装置进行油水井带压作业的选井条件、施工工艺、与质量与安全控制及资料录取。

本标准适用于井口压力小于35MPa注水井带压作业施工。

2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

SY/T 5053.1-2000地面防喷器及控制装置防喷器SY/T 5053.2-2001地面防喷器及控制装置控制装置SY/T 5587.5-2004常规修井作业规程第5部分：井下作业井筒准备SY/T 6058-2004自升式井架起放作业规程SY/T 6408-2004钻井和修井井架、底座的检查、维护、修理与使用SY/T 6610含硫化氢油气井井下作业推荐作法SY/T 6690-2008井下作业井控技术规程Q/SY 69井下作业资料录取项目规范3选井条件3.1注水井常规作业可采用不压井作业完成。

井下作业井控关井及压井

井下作业井控关井及压井


5电缆射孔发生溢流的关井程序
检测有毒有害气体； 检测有毒有害气体； 1.发报警信号 发报警信号； 1.发报警信号； 2.停止射孔作业 停止射孔作业； 2.停止射孔作业； 3.抢提电缆或剪断电缆 抢提电缆或剪断电缆； 3.抢提电缆或剪断电缆； 4.开节流管汇或放喷或套管闸门 开节流管汇或放喷或套管闸门； 4.开节流管汇或放喷或套管闸门； 5.关液动或手动防喷器 关液动或手动防喷器； 5.关液动或手动防喷器； 关节流阀或放喷或套管闸门； 6. 关节流阀或放喷或套管闸门； 套管压力和溢流量。 7. 套管压力和溢流量。
3.起下钻井控演习 3.起下钻井控演习 （1）发出声音报警 统一用通井机的气喇叭信号指挥。 统一用通井机的气喇叭信号指挥。 报警信号：一声长鸣喇叭声， 15秒 ①报警信号：一声长鸣喇叭声，鸣15秒。 解除信号：二短一长喇叭声， ②解除信号：二短一长喇叭声，鸣4秒→停3秒 15秒 →鸣4秒→停3秒→鸣15秒。 关防喷器信号：两声短（ ③关防喷器信号：两声短（3-5秒）鸣喇叭声 停止起下作业，开探照灯，关井口、 （2）停止起下作业，开探照灯，关井口、井架 灯。 抢装井口或接油管回压凡尔、关闭防喷器， （3）抢装井口或接油管回压凡尔、关闭防喷器， 控制放喷。 控制放喷。 试关井，记录油套压。 （4）试关井，记录油套压。 （5）记录所需要的时间 。
4起下带大直径管柱附件的管柱时发 生溢流的关井程序
5.关液动或手动防喷器（司机、一岗、 5.关液动或手动防喷器（司机、一岗、 关液动或手动防喷器 二岗、三岗）； 二岗、三岗）； 关节流阀或放喷或套管闸门（ 6. 关节流阀或放喷或套管闸门（资料 员）； 7.看油管 立管） 看油管（ 7.看油管（立管）压力 、套管压力和 溢流量。（二岗、资料员） 。（二岗 溢流量。（二岗、资料员）