無繃繩修井機

無繃繩修井機是指修井機在設計過程中取消外繃繩，只保留內繃繩；作業時修井機必須處於穩定狀態，這種穩定狀態在常規修井機中是用外繃繩來保持的，取消外繃繩後，修井機作業的穩定性就必須由其自身來保證。 無繃繩修井機單從取消外繃繩來看是簡單的設計修改，但由於修井機作業時要提拉30噸以上的重物，其穩定性就是絕對重要的技術指標。 針對上述的各種自然條件的油井維修作業，油田需要一種不需打外繃繩的修井機。

概述

修井機是油田維修油井的專用設備，長期接受採油的油井天長日久就會產生多種故障，排除這些故障非修井機莫屬，按油井深度的不同，所需修井機的公稱鉤載也各不相同。無繃繩修井機是指修井機在設計過程中取消外繃繩，只保留內繃繩；作業時修井機必須處於穩定狀態，這種穩定狀態在常規修井機中是用外繃繩來保持的，取消外繃繩後，修井機作業的穩定性就必須由其自身來保證。無繃繩修井機單從取消外繃繩來看是簡單的設計修改，但由於修井機作業時要提拉30噸以上的重物，其穩定性就是絕對重要的技術指標。國內的第一台無繃繩修井機是由通化石油化工機械製造有限責任公司與吉林大學機械科學與工程學院合作共同研發而成了，填補了國內石油機械製造上的一個空白。

研發背景

在國內公稱鉤載40噸以下級別修井機的各生產廠家都把服務對象定位在2600米以內平原地帶油層的修井作業。但隨著我國各油田開採時間的增長，平原地帶的油田基本上都已進入開發的中後期，油井數量已基本穩定。近年來國內發現的油田多數處在山區、灘涂以及極寒地帶，如大慶油田已擴展到肇東（極寒），陝北及長慶油田多在山區，天津的曹妃甸油田在沿海、灘涂等，像這樣地理環境的油田，使用常規修井機作業，打繃繩極度困難或根本就不能打。大慶油田冬季最低溫度都在零下40度左右，凍土層要在1——2米，打起繃繩來十分費力，嚴重地影響了修井作業的效率；在陝北、長慶等山區，打繃繩場地面積受到限制；在灘涂地帶根本打不住繃繩。如此種種自然條件，使常規修井機的作業受到了限制。而且未來我國的石油工業發展會向海上轉移，受海洋平台面積的限制，修井機作業的面積應控制在更小的面積上。
針對上述的各種自然條件的油井維修作業，油田需要一種不需打外繃繩的修井機。通化石油化工機械製造有限責任公司率先想到了研發無繃繩修井機，以其自身的穩定性來完成上述場地的修井作業，與吉林大學機械科學與工程學院合作共同研發無繃繩修井機並決定從小噸位修井機開始研製，為大噸位無繃繩修井機的研製奠定基礎。

工作原理

無繃繩修井機採用一端與後支架鉸接的井架和與井架連線待立起後支撐井架的一對拉桿，每個拉桿滑套在套筒內，每個套筒由車載底座上的支撐座沿橫向並可迴轉夾接，每個支撐桿自由端頭處有擋台，擋台前的一段支撐桿上設有插銷孔。井架起升時，帶動支撐桿在滑套內移動和隨滑套轉動，井架立起到位後，支撐桿末端的擋台被滑套擋住，此時在滑套前的支撐桿上銷孔內插上銷軸，即可防止支撐桿移動，定位非常方便。
井架側面後邊為直邊，前邊為斜邊，可以提高抗彎強度，增強剛度。
車載後部橫向伸縮的穩定千斤頂為並排兩個，每個單側相向（相反方向）伸出，在有限的寬度內增加了單個千斤頂伸出長度，有利於提高車載穩定性。

主要特點

1. 通過改進井架定位、井架形狀、千斤頂排布、車載重心前移，大大提高了修井機整車性能和穩定性能，為取消繃繩固定有了保障，使得修井機實現無繃繩化，尤其適用於40噸以下修井機無繃繩化設計。
2. 作業操作方便、快捷、安全，降低了勞動強度，提高了作業效率。

項 目	常規修井機	無繃繩修井機	備 注
修井深度m	2600-3200	2600-3200	相同
公稱鉤載kN	300-400	300-400	相同
最大鉤載kN	585-675	585-675	相同
結構型式	有外繃繩	無外繃繩
輔助設備	固定外繃繩、打地錨 需打拔樁機	不配備
輔助作業時間（分鐘）	120 （對井口和安裝輔助設備時間）	20--40 （只需對井口時間）	無繃繩修井機輔助作業時間按40分鐘計算，至少可節約輔助作業時間三分之二
對場發大小的要求	至少需360m的平整場地	能停放修井機即可
海灘、沙漠地帶油井	無法固定外繃繩，設備作業安全無保證	正常作業，安全可靠

表1 修井機主要參數、結構及性能對比

關鍵技術

1. 與常規修井機相比，由於要依靠設備自身的穩定性來保持作業的安全可靠，所以各系統需重新設計並與二類汽車底盤的匹配計算，計算的準確性是保證無繃繩修井機設計的關鍵；
2. 支撐機構的穩定性是否可以代替四條外繃繩的拉力，及支撐機構的結構設計是無繃繩修井機的關鍵技術。吉林大學在進行支撐機構設計計算後，採取井架體和後支架採用自動拉桿連線，並在底盤尾部採用了大跨度液壓伸縮千斤結構增加了支點間距，以提高整機的穩定性。
3. 井架設計進行了受力有限元分析，並將井架側面設計成梯形接頭，提高了井架的強度和鋼度。