连续油管作业设备的研发
目 录
鉴定大纲 ························································································· 1 工作报告 ························································································· 2
一、项目立题背景、目的及意义 ························································· 3
二、主要做法及项目完成情况 ···························································· 4
三、成果推广应用情况及前景 ···························································· 7
四、主要体会与建议 ········································································ 8
五、主要完成人员 ··········································································· 8 技术研究报告 ················································································· 10
一、研究背景、目的及意义 ······························································ 11
二、研究内容、方法及结论分析 ······················································· 13
三、技术关键与创新点 ··································································· 44
四、项目整体特点及与国内外同类技术综合比较 ·································· 47
五、推广应用和经济社会效益 ·························································· 50 附件 ····························································································· 52
1、经济社会效益分析报告 ······························································· 52
2、检索查新报告
3、用户使用情况报告
4、相关标准
5、专利证书
6、其他要求提供的附件
连续油管作业设备的研发
技 术 研 究 报 告
一、研究背景、目的及意义
连续油管几千米长度上没有一个接箍，完全等径，所以连续油管是真正可以实现带压完成采油作业工艺的设备，这对油井生产具有非常积极的意义。在油管内部注入流体增加原油波及体积，在下注的同时不影响油井的正常生产，不会对地层造成损害，有利于油井的持续生产。通过连续油管采油设备可以提高驱油效率，从而提高油气采收率。
该项目目前所依据的文献标准主要为美国石油协会关于连续油管以及连续油管井控方面的技术资料和相关标准，目前中国国内还没有相关的标准和资料可以依据。 连续油管（Coiled Tubing），又称为挠性油管，起源于二次世界大战期间的海底管线工程。自20世纪60年代初，连续油管作业技术开始在石油工业中应用。现代科学技术的发展，有利地推动了连续油管作业技术的发展与进步，目前全世界在用连续油管设备数量已有2000多台，该设备在油气田采油作业中发挥着越来越重要的作用。但在中国尚属起步状态，同样也属于国内石油行业应优先引进与发展的先进采油工艺设备。目前，国内在用设备大约20台套，全部为进口设备，急需要进行国产化的工作，以促进该设备以及连续油管各项先进工艺在国内的快速发展，为中国石油行业的发展提供技术保障。
目前国外流行的设备均为液压控制，最大提升力36300 kg ，可以满足1-1/2”～2-3/8"连续油管的使用，但当连续油管直径大于1-3/4"以上时多采用拖车结构，不适合中国国内油区地形的要求。具备数据采集功能和完备的井控系统。
目前，国内尝试开发该类设备的企业，只是简单的模仿和粗糙制作，只能使用1" ～1-1/2"的连续油管，最大提升力只有8000 kg，不具备数据采集和完备的井控
系统。设备存在设计缺陷（尤其是安全方面）大、工作不稳定等问题，未能满足正常油田生产的要求。
连续油管技术装备由于其应用范围广、使用方便，而被誉为“万能作业装备”。连续油管技术是石油天然气勘探开发领域中一项日益完善的新技术，其应用已从单纯的修井作业发展到钻井、完井、测井以及增产作业等领域，预计未来20年，其应用将更加广泛。但是截至目前，该技术长期由欧美发达国家垄断，我国长期依赖国外引进，不仅价格昂贵，而且配套工具和工艺技术不完善，极大地制约了该项技术在我国的应用和发展。在进行充分的市场调研和专题研讨基础上，结合国内油田特点，我们研发、设计了SHL5540TLG 型连续油管作业设备。
目前连续油管技术在国外至少有三十几种不同的应用项目，已成熟运用到水平井钻井、侧钻井、普通钻井、完井、试油、采油、测井、修井甚至输油等几乎整个石油领域，而且新的应用项目还在不断地被发掘。但在国内，连续油管技术在钻井、完井、压裂、管线等领域的应用目前还是空白，在修井方面也有很多技术有待开发。我公司“连续油管作业设备”项目的完成填补了国内连续油管生产的空白，促进了连续油管技术在我国得到推广和应用，为深层次开发油气田提供必备的条件。
以胜利油田为例，截止到2010年底渗透率小于0.05μm 2的低渗透油田探明储量已达93500万吨，而采出程度仅11.23%，从提高开发效果和储量的动用程度潜力来讲，低渗透油田储量相当丰富将是油田保持稳产的重要基础之一，但其开发难度越来越大，对开采工艺的要求越来越高。国内一些厂家正致力于提高我国原油采收率，特别是针对低渗透油田开发方面的石油装备研究。经过长期对国内外该领域的信息跟踪和调研，自主研制开发连续油管的制造工艺、作业设备和配套应用等技术，该项目连续油管压裂技术可大大缩短低渗透油藏压裂占井时间，提高油层采收率减少地下油藏污染几率，应用领域广，其技术已经达到国际先进水平，并填补国内多项空白。
二、研究内容、方法及结论分析
（一） 技术路线
1、 本项目在原有基础上，重点开展连续油管专用作业装备配套技术和应用工艺研究和攻关。
2、研究出一套适合于稠油、超稠油的开发新工艺，设计制造与连续油管技术配套使用的石油开采设备，并结合现场应用进行应用工艺的研究，从而提高油藏的可持续开发能力。
3、 最终为国内低成本的应用先进的连续油管技术提供坚实的基础；填补国内连续油管作业设备的空白，促进连续油管技术在中国的推广和应用，为深层次开发油气田提供必备的前提条件。
（二） 主要研究内容
1、 专用全驱动自走式底盘的方案设计
该车型底盘专用于本连续油管作业设备的配套，满足单车作业，整车集成化程度高，能实现最大油管装载容量，满足国内小井场的使用要求。
1.1选型设计
为满足连续油管作业设备的装载要求，需要对底盘进行单独的设计。底盘的制造需要有专门资质的厂家，在调研了国内各大底盘生产厂家后，我们选择了武汉三江瓦力特特种车辆有限公司，该公司原为军工企业，专注于特种车辆的生产。我们提出设计方案和图纸，与其技术人员进行多次交流沟通，确定了技术方案，确定了型号为WS5543底盘的结构尺寸和性能参数，签订了技术协议和合同。
1.2主要结构和性能参数
1．外形尺寸 长×宽×高 12000×2550×3200（mm ）
2．驱动形式 8×8
3．底盘整备质量（kg ） ≤22000
4．整车总质量（kg ） 58000
5．轴距（mm ） 1600+5280+1370
6．前悬（mm ） 1650
7．最大设计满载轴荷（kg ）
前双桥：26000
后双桥：32000
8．最小转弯直径（m ） ≤38
9．最高车速（km/h） 60
10．最大爬坡度（%） 32%（满载）
11．最小离地间隙（m ） 300
12．制动距离（30km/h） ≤10m
13．接近角（°） 24°
14．油箱总容积（L ） 800
15．使用环境温度（℃） -40 ~ +50
1.3底盘结构描述
作业车自走式底盘主要包括驾驶室、动力系统、转向系统、悬挂系统、车架总成、车桥总成等部分。动力系统采用性能可靠的道依茨2015发动机和法式特机械传动箱匹配，马力强劲，传动平稳，可靠性高。变速箱配置全功率PTO ，通过传动轴与泵组直连，作为车上部分和辅助部件液压动力，PTO 转换开关安装在驾驶室内，可以方便的进行动力输出切换，同时防止作业过程中的误操作。具体详细参数下如下表：
1、双人驾驶室
驾驶室符合国家机关强检标准。驾驶室为全置式单排双座带暖风设备，带空调。
驾驶室内设有可调座椅，挡风玻璃，雨刮器，安全玻璃，双侧后视镜；驾驶室内设置有刹车控制、转向控制、变速箱换档控制、发动机油门控制、起动、熄火、电喇叭控制等阀件，发动机水温表、机油压力表、燃油表、里程表等仪表，刹车、转向、示廓指示灯、电源开关。
驾驶室外观颜色为白色，保险杠的颜色为黑色，驾驶室上车踏梯应设计合理，利于乘员上下车辆。
2、上装操作室接口
预留上装操作室接口，预设好发动机的信号线接口，即发动机水温、机油压力、转速、起动、急停，预留的发动转速控制形式采用手动控制模式，手动油门控制手柄可以停在任何需要的位置来控制发动机转速，所有的上装操控均在操作室内。
3、I 、II 桥
I 、II 桥为转向驱动桥，前双桥均设断气制动。桥上还设有轮间差速器，提高车辆的通过性能。前双桥采用桥间差速闭锁，以适应不同道路状况。轮胎选用15.5-20，越野花纹，前双桥为单胎，带挡泥板，轮辋颜色为白色。
4、III 、IV 桥
III 、IV 桥为驱动桥，后双桥均设断气弹簧制动和紧急刹车，提高制动可靠性和行驶安全性。轮间采用差速比锁，提高行驶性能，延长轮胎使用寿命。后双桥采用桥间差速闭锁，以适应不同道路状况。轮胎选用12.00-24，普通花纹，双胎，带挡泥板，轮辋颜色为白色。
5、电器系统
采用单线制负极搭铁，电压值为24V 。装有倒车蜂鸣器，电器系统设施包含蓄电池195A 两个，并能适应高寒（-40℃）地区使用、转向信号灯、示廓灯、前大灯、前小灯、前雾灯、刹车灯、倒车警告、后尾灯、照后镜、反射器、后雾灯。灯具选型符合国家机关强检标准。
驾驶室集中控制照明，所有电线固定在车架大梁上，防止电缆损坏。
6、燃油箱
整车的燃油箱总容积为400升。
7、发动机
采用河北华北柴油机有限责任公司生产的TCD2015V06增压水冷电控共轨柴油机。发动机主要性能参数：
型号：TCD2015V06
型式：V 型6缸增压中冷水冷电控共轨柴油机
最大功率/转速 300kW/2100r/min
最大扭矩/转速 2000N.m/1300r/min
发动机控制单元的协议满足1394接口要求。
8、机械变速器
变速器采用法士特公司生产的12JS200T 机械变速器，并配置了QQ90全功率取力器，能够满足上装取力的需要。机械变速器主要技术参数如下：
型号：12JS200T
生产厂家：陕西法士特齿轮有限责任公司
最高输入功率（kW ）：355
最大输入扭矩（N.m ）：2000
档位数：15.53，12.08，9.39，7.33，5.73，4.46，3.48，2.71，2.11，1.64，1.28，
1.00，0.78，倒档：14.86
取力器型号:QQ90
取力器输出转速及方向：取力器输出转速为发动机转速的1:1.26倍，旋转方向与发动机飞轮方向相同，即面向输出端看，为逆时针方向，带取力器气控脱开装置。
取力器额定扭矩：1000N.m 。
9、分动器
分动器采用株洲齿轮有限责任公司生产的分动器。带气控前脱开机构。
10、车架
车架为螺接和组焊式组合结构，车架主纵梁结构采用组合三段式纵梁结构，前后段纵梁采用双层槽形梁结构，中间为盒型组焊式。前后段左右纵梁采用铆接式槽形梁，中部为中空式框架结构，车架主纵梁材料为高强度结构钢B700L ，材料的抗拉强度不低于690MPa 。
11、悬架
前悬架采用钢板弹簧带双向作用筒式减振器；后悬架采用传统的倒置式钢板弹簧加推力杆平衡悬挂式结构。
12、转向系
采用整体式液压动力转向器加助力油缸的结构。
13、传动轴
分动器后输出到三桥的传动轴，采用三段式连接，其中两根带伸缩节的，另一根为中间过渡连接装置，中间过渡连接装置能够实现传动轴随上装滴油槽一同升降，传动轴的升降范围为在满载时距地面200mm 到600mm 之间。传动轴及中间过渡连接装置均能满足行车要求。
14、制动系统
双回路气压制动系统。行车制动作用前后所有车轮，驻车制动采用储能弹簧制动，作用于后双桥。系统工作压力为0.65～0.8Mpa 。制动系统主要由空压机、储气筒、行车制动阀、驻车制动阀、制动气室、制动器等组成。
1.4底盘结构图
2、 升降式齿轮驱动滚筒的方案设计
滚筒采用液压马达驱动减速机传动，减速机带小齿轮驱动大齿轮减速，带动滚筒旋转。升降式的设计在于能通过调整滚筒的高度，实现最大离地高度。
2.1 工作原理
连续油管下井时滚筒主要作用是提供一定的背压，防止连续油管开卷，同时利用安装在排管器上的马丁代克测量连续油管的长度；在连续油管从井内取出时，滚筒为其提供复卷的源动力，同时通过排管器的左右移动将连续油管均匀的缠绕在滚筒上。滚筒的旋转由马达总成驱动，马达总成包括马达、行星减速器、小齿轮及刹车系统，马达用液压油由一台排量为56ml 的高压柱塞泵提供，动力经过行星减速器放大后传递到小齿轮上，然后经过大小齿轮的进一步放大后驱动滚筒旋转。
固定支座与车架相连，起到固定滚筒总成的作用，固定支座内部是与滚筒体、马达总成以及排管器总成相连接的滑动支座，固定支座与滑动支座之间的移动通过四个相同的液压油缸驱动。固定支座与滑动支座之间装有厚度为5mm 的铜片，可以大大减小滚筒起升时的摩擦力。
滴油盒与滚筒滑动支座固定在一起，可以随滑动支座共同起升。当滑动支座起升时，使滚筒部分的最小离地间隙可以提高600mm ，从而提高了整车对复杂路况的
适应能力。
滚筒总成上装有排管器，排管器包括丝杠总成和马丁代克测长仪，在油管下井时，马丁代克测量释放出油管的长度，并将测量得到的信号传输到控制室予以显示；在油管从井中取出时，可以控制丝杠总成，使排管器左右移动，将油管均匀的缠绕在滚筒上。
2.2 主要技术参数 1、外形尺寸：
滚筒外径（最小）：滚筒外径（最大）：滚筒芯直径： 法兰间宽度： 2、操作参数：
最大传动扭矩： 最大拉力： 最大转速： 最高管速（空管）：连续油管尺寸： 3、油管容量：
油管直径（in ） 1.25 1.5 1.75 2 2 3/8
3550mm （140in ）
4105mm(163in，整车高度4.6m ） 2057mm(81in） 1778mm (70in) 2000kgm(14,500lbsft) 1180kg(2600lbs) 9rpm 60m/min
1”-2 3/8”，换4个排管器 长度
11,280m （37,000ft ） 7,640m （25,050ft ） 5,570m （18,250ft ） 4,260m （14,000ft ） 3,040m （10,000ft ）
2.3 设计计算 1、扭矩计算
先确认将不同型号的连续油管缠绕在滚筒上需要多大的扭矩，通过扭矩来反推所需要选择的马达和减速机参数。
1.1、选择1.5寸，壁厚为0.125寸的连续油管作为计算依据。外径为38.1mm ，内径为31.8mm 。查手册，油管的屈服应力为19.6吨，抗拉应力为22吨。
计算油管弯曲所需要的扭矩：M =PR ⨯ P 3⨯E ⨯I ⨯f
3
L
I
4
π⨯D
64
⨯(1-α4)
=3= α0. 8358. 1
43. 14⨯38. 144
I ⨯1-0. 835=53126. 2m m ()64
E =206G P a
3
3⨯206⨯⨯1053126. 2⨯1066. 6
=8332. 8N 3
1615
M =P ⨯R =8332. 8⨯1028. 5÷1000=8570. 3N . m
1.2、选择2寸，壁厚为0.145寸的连续油管作为计算依据。外径为50.8mm ，内径为43.4mm 。
计算油管弯曲所需要的扭矩：M =PR ⨯ P 3⨯E ⨯I ⨯f 3
L
I
4
π⨯D
64
⨯(1-α4)
=4=α0. 854 0. 8
43. 14⨯50. 844⨯1-0. 854=152588. 4m m I ()64
=206G P a E
3
3⨯⨯20610⨯152588. 4⨯1066. 6
=23861. 3N 3
1615
M =P ⨯R =23861. 3⨯1028. 5÷1000=24541. 3N . m
2、马达减速机选型计算
滚筒泵输出流量和压力驱动滚筒马达旋转，滚筒泵的转速由发动机油门控制。 马达的输出扭矩: M =
V P ⨯ηg ⨯∆20⨯π
滚筒的驱动扭矩： M M ⨯i 1=
V ⨯∆P ⨯ηV ⨯∆P ⨯0. 95⨯i g g
⨯i 1
20⨯63假设马达的额定工作压力为200bar ，
V ⨯2000⨯. 95⨯i g
=3⨯Vi ⨯1g
63参考选型马达的排量为59.8ml/r，
=3⨯59. 8⨯i =179. 4⨯i M 1代入前面计算的M=24541.3N.m，得
M 24541. 3
i 1=136. 8
179. 4179. 4
该传动比是经过两级减速得到的，一级齿轮减速i 1=63/11=5.73，减速机的减
i 136. 8
=23. 9，查减速机样本得型号：RR510D-FS ，传动比为23.2，基本速比i 2
i 5. 731满足设计要求。马达的型号为：F12-060-MF-1HD ，对应滚筒泵的型号为：A4VG56EP2DT1/32R-NSC。 2.4 滚筒结构图
3、 四链条注入头方案设计
独创的四链条结构设计，最大程度的保证油管的受力均匀，能实现最大36吨的连续提升力，能满足从1”-2 3/8”的连续油管作业要求。 3.1 注入头构成
注入头由链条牵引总成、鹅颈管及注入头框架组成。注入头的基本功能有： ① 克服连续油管在井筒内的浮力和摩擦力把连续管压入井内； ② 在不同井况下控制连续油管的下井速度； ③ 悬挂油管和加快从井中起出油管的速度。
链条牵引总成包括两组双链条夹持油管起下机构，每组夹持机构包含两条牵引链条，驱动链轮分别由两台旋转方向相反的液压马达驱动，在牵引链条的外侧嵌装夹持块，其轮廓与连续油管的周边线一致，通过对称布置的油缸使夹持块压紧在油管上，以产生所需的摩擦牵引力。在更换不同尺寸的连续油管时，只需要更换相应
的夹持块即可。
注入头顶部装有鹅颈管，用于牵引连续油管从滚筒到链条牵引总成的导入与导出。
在注入头底部还装有载荷传感器，其信号传到控制室，指示油管总量和提升力。在连续油管传送井下工具时，还可以使用双作用式传感器指示作用于连续油管上的轴向冲击力。
3.2 技术方案与参数 1、技术方案
注入头为连续油管作业必须设备，其作用在作业过程中起下连续油管，起下连续油管的速度、配套油管、夹持力、最大起升力和下注力是我们首先必须考虑的问题。
注入头采用四链条结构，更有利于保护连续油管，实现最大夹持力。夹持力采用四个方向各两个夹持油缸同时加压，油缸张紧链条，夹持系统带蓄能器保护。动力采用马达带减速机驱动链条旋转，利用链条反转带动油管上提。马达选用进口萨澳双速马达，马达通过X 口液压控制，实现高低转速切换。减速机选用进口RR 产品，带刹车制动。注入头泵选用力士乐的A4VG 变量泵，其他液压配套均选用进口产品，最大程度的保证产品性能稳定。
2、技术参数 注入头
外形尺寸： 1.5×1.5×2.4m(59×59×94in ，仅注入头) 重量： 5000kg (11,000lbs，仅注入头) 鹅颈管
结构形式： 三段式铰接设计 鹅颈管半径： 2134mm (84in)
重量： 500kg (1100lbs) 操作参数
Zone 1海洋危险区认证 ： ATEX Cat 2 IIC T6 设计温度： -40℃-50℃（-4℉-122℉） 油管尺寸： 1″-23/8″（25mm-60.325mm ） 最大连续拉力： 36,300kg （80,000lbs ）
最大起下速度： 60m/min（197ft/min，液压限制-不可调） 最大连续强行下入力： 18,150kg （40,000lbs ） 3.3 工作原理 1、链条牵引总成
80H 四链条注入头配结构相同的4个爬管器，每个爬管器总成上的传动链条由行星减速器及变排量曲轴马达驱动，4个马达通过一个供液回路取得相同的液压线路传动压力，最大压力可达5000psi 。考虑到保持载荷的安全性要求，每台马达配两个平衡阀，可在施加悬挂及强行下入力时保持载荷。四对相同的液压缸将这4个爬管器推靠到通过总成中心线的连续油管上。4台爬管器可从中心线回缩，使最大直径为4 1/2〃的工具通过注入头。
每组链条有28个夹持块。夹持块与链节采用快速插装式，更换夹持块时无需拆解注入头，只需要将需要更换的夹持块旋转90度，即可将加持块取下。更换夹持块后要转动设备4-5次，以确保爬管器运转良好。
2、鹅颈管
鹅颈管弯曲半径为84”，采用3段式构造，方便运输及储存，如图4-3所示。通过转台可将鹅颈管接到注入头上。座于转台的鹅颈管下段有7个底辊2个顶辊，而中段和上段都分别有8个底辊和1个顶辊，在连续油管下井和取出时起到导向作用。
3.4 设计计算 1、注入头摩擦系数
先确认注入头夹持块的摩擦系数，通过车间实验的方法计算出油管车夹持块的摩擦系数，作为本设计参考依据。
具体计算如下：
1.1、试验计算，两组链条最大静摩擦力F 之和为上提力，即：
G =2⨯F ①
1.2、单方向的静摩擦力F 为两组夹持油缸提供，单个油缸的夹持力为N ：
F ② =⨯4μ⨯N
2N =⨯D ⨯∆P ③
4
π
1.3、结合以上公式可以得出：
D —夹持油缸缸径，单位mm
∆P —夹持油缸压力，单位MPa
试验油缸直径D=110mm，代入公式得：
G =7. 6⨯⨯μ∆P
1.4、按照实际表盘显示的数值，代入理论公式计算，得出摩擦系数μ数值见下表：
1.5、结论可以看出夹持块的摩擦系数为0.25~0.3之间，该夹持块的材料为ZG34Cr2Ni2Mo ，试验杆为38的光杆，现取摩擦系数μ=0.25作为理论计算依据。 2、注入头夹持计算
2.1、在注入头上提力G=36T的情况下进行计算，四组链条最大静摩擦力F 之和为上提力，即：
G =4⨯F ①
2.2、单方向的静摩擦力F 为两组夹持油缸提供，单个油缸的夹持力为N ：
=⨯2μ⨯N F ②
2N ⨯D ⨯∆P
4 ③
π
2.3、结合以上公式可以得出：
D —夹持油缸缸径，单位mm
∆P —夹持油缸压力，单位MPa
=7. 6⨯⨯μ∆P 当D=110mm时，G
取μ=0 =1. 9⨯∆P . 25，得出：G
结论：选用四方向各两个油缸，油缸缸径110mm ，当试验注入头上提力到最大36T 时，夹持油缸的工作压力为19MPa ，可以满足设计要求。 3、注入头液压选型计算 3.1、输出流量：
Q =
V g ⨯n ⨯ηv
1000
1802⨯4000⨯. 95
L/min Q =410
1000
3.2、输入扭矩：
M =
V g ⨯∆p 20⨯π⨯ηm
1803⨯20
N·m M =965
203⨯. 140⨯. 95
3.3、输入功率：
M ⨯n ⨯πQ ⨯∆p
P 30000600⨯t 410⨯320
KW P =243
600⨯0. 9
3.4、输出速度：
n =
Q 1000⨯ηe ⨯v
V g
102. 5⨯10000⨯. 95
r/min n =12171
80
当注入头在高转速档下，马达排量降为44ml/r，此时马达的转速：
102. 5⨯10000⨯. 95
n r/min =22132
443.5、输出扭矩：
V ⨯∆p ⨯ηm h
M g
20⨯π
803⨯200⨯. 95
N·m M =387
203⨯. 14
3.6、输出功率：
102. 53⨯20⨯0. 9
KW P =49
600
3.7、提升力：
马达数量四个，减速机的减速比：1：64，四个马达组成的注入头最大提升力为：
M ⨯4⨯64387⨯4⨯64
t =49. 5
R ⨯100000. 2⨯10000
3.8、提升速度： 在最大排量下的速度：
n ⨯2⨯⨯R 1217⨯2⨯3. 14⨯0. 21
m/min =23. 91
6464在切换至高速档的速度：
n ⨯2⨯⨯R 2213⨯2⨯3. 14⨯0. 22
m/min =43. 42
6464
π
π
经过计算，注入头泵和马达的参数匹配，注入头的提升力和载重也满足设计要求。
3.5 注入头液压泵和马达选型
1、注入头液压泵选择力士乐的轴向柱塞变量泵A4VG ，排量为180ml/r，型号为：A4VG180EP2DT1/32R-NZD02F071DH。
参数说明：
高压溢流阀：
采用先导式高压溢流阀，压差设定值 P H P 为400bar 。
压力切断阀：
2、注入头液压马达选择萨澳的斜轴变量马达51型，排量为80ml/r，型号为：51V080-A-S1-N-HZ-B1-B-E-C2-NNN-044-AA-E6-05-00。
液压原理图
结构示意图
技术参数表
马达控制方式：液压比例控制HZB1。
在负载情况下，马达排量随液压控制信号在最大排量及最小排量之间变化，反之亦然。控制起始点为最大排量，控制终止点为最小排量。
液压比例控制回路图：
控制特性：
3.6 注入头图
4、 智能数据采集系统的方案设计
控制室内采用了智能数据采集系统，将作业过程中生产的压力信号通过传感器集中采集到电脑面板上显示，直观的显示数据，数据可以记录、打印和下载。
4.1 实现功能
智能数据采集系统为连续油管作业系统的大脑，主要实现以下三个功能：
1、控制滚筒、注入头、BOP 等上装组件协调工作；
2、将分布于作业车各个部件的传感器产生的信号集中显示，便于操作人员实时监控并及时做出调整；
3、纪录作业过程中的数据，便于查询。
智能控制系统集成在控制室内，主要包括电源、两台触摸显示屏和各种操作按钮及手柄，如下图所示。两台显示屏可以独立使用，同时显示不同的内容，便于对不同部件进行监控；控制室内装有数模转换器，将按钮和手柄产生的模拟信号转换成数字信号对各种阀件进行控制，控制室内没有液压元器件，真正实现了控制室的“干”式控制，作业人员工作环境整洁舒适。在作业过程中控制室可以整体起升，方便作业人员观察滚筒、注入头和防喷器等组件的动作。
4.2 技术参数
外形尺寸：1.68×2.44×2.59m
电源： 24V 直流电（由卡车交流发电机或者蓄电池提供）
安全性： EX II 3 EEx nA II T5认证
允许使用CE 标志
4.3 工作原理
1、智能控制系统
智能控制系统提供了管理员（可以对作业相关的所有参数进行修改，为最高优先级）、监督员（可以对作业相关的所有参数进行修改，为较高优先级）、操作员（可以对作业相关的部分参数进行修改，且修改的参数不能超出管理员或监督员设定参数范围，为最低优先级）三种用户优先级，现场操作人员只能使用优先级最低的操作员账户，因此操作员只能按照事先设定的参数范围进行操作，可以最大程度的避免现场的误操作。以油管速度参数为例，在油管下井时，在靠近井底（或作业井深时），我们希望降低油管的速度以便更加精确的控制下井深度，同时避免工具串撞到井底损坏，假设某油井井深6000m ，在下井过程中，用户希望油管的下井速度在0~-5400m过程中最大不超过20m/s， -5400~-5700m区域为黄色警报区域，油管的速度不应超过10m/s，如果超过该速度，系统发出警报；-5700~-6000m区域为红色警报区域，速度必须降低到小于10m/s，如果超过该速度，系统自动停机。管理员可以通过井深和油管速度设定项将上述参数输入控制系统，在现场操作人员进行作业时，如果其选定速度18m/s，运行方式为自动匀速下井，当下井深度超过5400m 时，由于选定速度超过了管理员设定的报警速度，系统就会发出警报，提示操作人 员降低下井速度，此时，如果操作人员不降低速度，系统仍然会运行，但是警报声音会一直持续；如果操作人员仍然以此速度下井，深度超过5700m 时，系统就会自动停机，避免由于速度过快造成事故。相同的，上提过程同样可以设定报警井深、报警速度以及停机井深和停机速度，如上图示。
2、用户系统
当启动智能控制系统时，需要根据要求输入用户名和密码（密码可以通过PinCodeGentetor 软件包自动生成），随后系统就会自动监测登陆用户的使用权限，对用户的操作权限进行定义。
当输入正确的用户名和密码后，系统会自动切换到运行细节界面。在下图示界面中，用户可以清晰地看到操作员的代号、操作权限等。第二栏是用户姓名输入栏，可以输入操作人员的姓名。第三栏和第四栏用于输入油气井的位置和代号，这两个数据将会作为数据记录文件名称。第五栏为工具串栏，可以记录操作人员在作业过程中所使用的工具串。最后一栏是序号标示，可以按照公司标准设定或者由操作人员自行设定。所有上述数据都将被记录在数据文件中，方便查询。
3、实时监控
当所有的操作人员数据输入完毕后，系统进入正常运行状态，主界面如上图所示。
图示主界面主要包括5个不同的仪表显示，每个仪表代表了不同的参数，分别为循环压力、井口压力、深度、管柱速度、管柱重量。每个仪表的标题栏同时也是该仪表参数的设定按钮。
上图为注入头监控界面。图示界面中显示了滚筒和注入头的相关参数，如滚筒转速、扭矩，注入头夹持力等。
上图为防喷系统监控界面。图示界面显示了防喷器和防喷盒的各级压力参数。 5、 液压电控系统的安全稳定性方案设计
采用了力士乐的闭式液压泵系统，液压电控系统均采用安全保护措施，关键点上均设有蓄能装置，防止系统突然失效。
5.1 液压方案
1、动力源
与变速箱PTO 直连，输入扭矩1000Nm 。
2、液压泵
液压系统由以下四个液压泵组成，动力由变速箱的全功率PTO 提供：
两台力士乐AA4G 闭环变排量柱塞泵
a. 排量为180cc/转的液压泵为注入头回路提供液压动力，最高压力为350bar 。 b. 排量为56cc/转的液压泵为滚筒回路提供液压动力，最高压力为450bar 。 两台力士乐A10VO 开环变排量柱塞泵
排量为45cc/转的液压泵为主回路提供液压动力，最大压力为210bar 。
排量为18cc/转的液压泵为防喷器回路提供液压动力，最大压力为210bar 。
3、液压油箱
液压系统配两个200L 液压油箱。
4、蓄能器
作业车配4个50升容量的蓄能器。
5、液压软管
注入头动力软管、控制软管以及BOP 控制软管均缠绕在安装在油管车尾部的软管滚筒上，滚筒上装有动力马达，可以进行软管的收放作业。软管长度为40m ，外用防火管包覆。所有须在井场连接的胶管均采用快速接头连接，向外引出的液压管线上均装有快速泄放阀，在接头连接之前可以泄放掉管内的压力，连接快速、方便。同时所有快速接头上均有功能标牌，注入头的接头上有与之相同的标牌，可以有效的避免误操作。液压系统所有快速接头均配有防尘帽，可以避免在运输和储存过程中粉尘进入液压系统，可以保证液压系统在粉尘或风沙环境下长期可靠工作。
5.2
液压泵组图
采用将四个泵串联在一起的连接方案，将液压驱动集成输出，节约了空间，模块化程度高，进口的力士乐泵质量好，性能安全可靠。
5.3 防喷系统安全保护
防喷系统的安全关系到作业的成败，连续油管作业车液压系统的设计初考虑到防喷系统在泵组失效时还能实现各组动作，而且能确保动作的延时性，在系统上安装了4个40L 的蓄能器，蓄能器预充氮，存贮液压压力，这样在系统失效时，蓄能器还可以提供一定时间的有效的持续压力，保证了系统的安全。
（三）技术与装备特点
（1） 所有的装备、工具、材料和工艺已实现产业化，可替代进口，节约大量
外汇，并可以在国内大范围推广应用连续油管这种高效、先进、低成本的技术，具有巨大的直接和间接经济效益。同时对于上游和相关产业也有一定的拉动作用。
（2） 项目填补多项国内空白，大大提高了国内钻井、修井、采油等领域的技
术和装备水平。
（3） 连续油管的综合、高效应用，可以大大提高作业效率和采收率，提高油
田开发整体效益。
（四）工程样机的现场应用研究
连续油管综合技术的开发与应用，需要在实践中验证技术的可行性。我公司从成立连续油管项目以来，先后展开了多次现场作业和施工，这些施工作业既验证了项目的可行，也为将来连续油管技术的进一步改进打下坚实的基础。在设备研制初期，我们先进行了些简单的作业施工，积累经验，验证设备。 这些简单的作业施工包括冲砂、洗井和清蜡等。
期间先后采油厂累计施工作业次数500次。 在作业过程中，一步步熟悉设备和作业工艺，摸索、改进、总结、再提高。期间克服了困难，积累了经验，改进了设备，实现了连续油管作业队伍的程序化和规范化，开拓了连续油管作业市场，获得了现场用户的一致好评。
压裂工具串示意图：
三、技术关键与创新点
主要内容包括技术创新复杂和难易程度、创造性和先进程度以及相关旁证材料。要详细说明在研究过程中的创造性贡献和解决的关键新技术，以及本项目取得的产品或样品、品种等的先进性。
主要产品结构图如下：
项目创新点：
A 、机液电一体化设计：所有执行元件的数据采集、控制均由电控方式完成。
B 、集成化的数据处理模式，专用的数据显示处理系统。
C 、四链条最大提升力36300kg 注入头的设计，与国外的2链条设计相比，更好的保护连续油管和实现结构紧凑等多种优势。
D 、干式控制室，在机液电一体化设计的基础上，控制室内不再有高压危险源的存在，大大提高人身安全防护等级。
E
、沉入式车架设计，不单提高了设备连续油管直径、容量的性能，更满足中国油
区的路况条件。
• 油管容量： 油管直径（in ） 长度（m ）
1.25 11280
1.5 7640
1.75 5570
2 4260
2 3/8 3040
8×8全长12m 底盘：高越野性能。解决了国外同类产品采用拖车结构设计，总长20米以上且，后桥无驱动力，在中国国内大部分油区无法使用的问题。
四、项目整体特点及与国内外同类技术综合比较
(一) 项目的技术指标完成情况：
1、基本条件
1.1工作环境
1.1.1作业注入压力：≤69MPa
1.1.2环境温度：-35～45℃
1.1.3井下温度：≤150℃
1.1.4 H2S 含量：平均含量为1000mg/m3
1.1.5 CO2含量：平均含量为4.6％
1.1.6 酸化作业
1.2 油气区道路条件
1.2.1道路宽度：≥3.5m
1.2.2纵坡度：≤12%
1.2.3转弯半径：≤18m
2、连续油管作业车：
卡车装载式：由注入头、连续油管、盘管系统、操作室及控制系统、防喷系统、液压动力系统、底盘车等组成（不含吊车），整套设备可以装在一台卡车上。
2.1成套后的连续油管作业车每台车的整体尺寸不超过12m ×2.55m ×
4.2m(长×宽×高) 。
2.2连续油管作业车整车载荷分布合理，前后桥及左右侧实际载荷小于前后桥实际配置部件的额定载荷。整车具有足够的抗震性能及越野性能，能满足国内油田油区道路条件。
2.3连续油管作业车能够在潮湿环境、下雨及风沙气候条件下24小时连续作业，配备用于夜间作业的照明系统, 电器及照明设备符合中国的电器标准。整套设备需防震、防雨、防风。车辆及台上设备满足距天然气井口15米作业距离的防爆等级。
2.4连续油管作业车满足1" —2 3/8"多种连续油管的互换作业要求。
3、注入头
3. 1注入头的连续上提力设计大于等于18900 kg ，实际达到19012.5kg ，连续下推力设计大于等于4500 kg ，实际达到4597 kg。
3. 2注入头能够满足1" ～2 3/8"多种连续油管的作业要求。
3. 3指重表的精度≤100kg ，重量信号要能够传输到数据采集系统中。
3. 4注入头夹块能够快速更换，不需要拆下链条即可更换夹块，链条与夹块相互独立。
3. 5注入头底部留有防喷盒接头（由壬或配接法兰），规格与防喷盒一致。
3.6鹅颈架可以折叠或拆卸以便运输，并满足1" ～2 3/8"多种连续油管的作业要求。
4、控制系统
4.1操作面板上配置智能电子显示仪表，用于显示和监控连续油管作业过程中的所有参数。
4.2操作室应配置连续油管作业所需要操作和控制的所有旋钮和阀门，同时配备一套紧急控制系统，确保在紧急情况下使整套设备处在可控状态下。
4.3系统内置(固定安装) 在操作室，系统至少能够存储10个井次作业数据，显示屏幕在12″以上，所有应用软件在该系统下操作，现场监控数据通过电缆传输到数据采集系统。
4.4系统采集的数据应包括油管指重、油管速度和深度、井口压力、循环压力等，并留有至少2个流量信号备用输入端口和至少2个压力信号备用输入端口。
4.5系统应具有采集、实时显示与监测、储存、复制、编辑、数据输出、打印等功能。
（二）与国内外同类技术的综合对比分析。
目前国外流行的设备均为液压控制，最大提升力18900 kg ，可以满足1-1/2”～2-3/8"连续油管的使用，但当连续油管直径大于1-3/4"以上时多采用拖车结构，不适合中国国内油区地形的要求。具备数据采集功能和完备的井控系统。
目前，国内尝试开发该类设备的企业，只是简单的模仿和粗糙制作，只能使用1" ～1-1/2"的连续油管，最大提升力只有8000 kg ，不具备数据采集和完备的井控系统。设备存在设计缺陷（尤其是安全方面）大、工作不稳定等问题，未能满足正常油田生产的要求。
相比同类产品本项目具有如下优势：
（1） 作业速度快、效率高，缩短修井时间一半以上；设备移运、安装快捷，节省
修井费用。
（2） 作业范围广，除用于多种常规修井作业外，与其他设备配套可进行特殊的井
下作业。
（3） 设备操作集中、方便，自动化程度高，大大减轻了作业工人的劳动强度。
（4） 作业安全可靠，可带压连续进行作业，避免因压井而伤害地层。