0 引言

随着非常规油气资源开发的深入，我国已在11个省5大沉积盆地(区)开展页岩气勘探开发，其中，四川盆地的涪陵、长宁和威远地区已实现了规模化开发^[1-3]。连续管作业机已广泛应用于页岩气开发中，其以快速起下和可带压作业等优势，在压裂、钻磨桥塞、传输射孔、冲砂解堵、冲洗井和测井等作业中起到不可替代的作用^[4-8]。为配合川渝地区页岩气开发，国内已研制了多种结构形式的连续管作业机，以适应该区域复杂的道路条件和5 000 m以上井深的作业要求。其中，江汉机械研究所研制了一套“两车一橇”结构的ø50.8 mm(2 in)-6 000 m车载式连续管作业机，但是由于其控制系统单独成橇，安装过程中插拔管线较多以及安装时间较长，不宜在川渝地区使用；国内某单位研制了一套“两车装” ø50.8 mm-5 500 m连续管作业机，由于其连续管容量低于6 000 m，对于某些井况无法满足作业要求。

为了满足川渝地区页岩气开发需要，江汉机械研究所开发了一套新型“两车装”结构车载式连续管作业机，即LG450/50-6500作业机。该作业机滚筒最大容量6 500 m(ø50.8 mm连续管)，注入头最大提升力达450 kN。

1 技术分析 1.1 基本结构

连续管作业机采用“两车装”结构形式，分别为滚筒车和控制车。其中滚筒车主要装载滚筒、连续管和视频监控系统，结构如图 1所示。控制车主要装载控制室、动力系统、液压控制系统、软管滚筒、注入头和防喷系统，结构如图 2所示。

1.2 主要技术参数

滚筒车：外形尺寸12.5 m×2.9 m×4.5 m，最大质量55 t，驱动形式8×6；

控制车：外形尺寸11.5 m×2.5 m×4.4 m，最大质量44 t，驱动形式8×6；

注入头最大拉力：450 kN；

适应连续管外径：38.1~66.7 mm；

滚筒容量：6 500 m(ø50.8 mm连续管);

防喷器和防喷管：通径130.1 mm(5.12 in)，工作压力103.5 MPa；

防喷盒：通径103.1 mm，工作压力103.5 MPa。

1.3 技术特点

(1) 滚筒车底盘4个桥的承载能力分别为130、130、175和175 kN，总承载能力610 kN。该底盘仅装载滚筒和连续管等少量部件，当装载6 500 m连续管(ø50.8 mm)时，总载荷不超过550 kN、总高度不超过4.5 m。

(2) 滚筒实际容量为6 500 m，可装载ø50.8 mm连续管在6 000 m以深的油气井中进行钻磨和压裂等作业。

(3) 车载式运输底盘，满足山区、丘陵和沙漠等复杂道路的运输条件，基本适应国内各陆上油田的不同区域。

(4) 滚筒与车头之间安装有视频监控系统，可对滚筒排杆和外部管汇进行监控，控制室内设计有监视器，可对监控的画面进行实时显示。

(5) 防喷系统工作压力103.5 MPa，满足井口压力50 MPa以上页岩气井的作业要求，其中防喷器和防喷管通径130.1 mm，满足大部分连续管作业工具的安装要求。

(6) 注入头运输架上安装有钢丝绳导入装置，采用液压驱动绞车缠绕钢丝绳，可实现连续管快速插入注入头。

(7) 滚筒排管采用液压式离合器，可对排管器的手动/自动排管进行快速切换。

2 主要部件 2.1 滚筒车底盘

滚筒车底盘采用进口MAN TGS41.480 8×6越野型汽车底盘，前桥承载能力260 kN，后桥承载能力350 kN，允许总承载610 kN；发动机为MAN D2676，额定功率353 kW，扭矩2 300 N·m，转速1 000~1 400 r/min，高压共轨，发动机智能电子控制系统，加大的散热水箱及中冷器适合高温高寒恶劣环境；变速箱为采埃夫(ZF)16S-252 OD全同步变速箱，有16个前进挡和2个倒挡；采用MAN BrakeMatic 智能电子制动系统，可双回路制动，制动间隙可自动调节；采用PriTrader 发动机制动缓速器；加热式长效压缩空气干燥器适合于高温高寒恶劣环境。

2.2 滚筒

滚筒采用下沉式结构，轮缘低于滚筒底座1.1 m，可安装在底盘车框架式大梁上。另外，由于底盘车框架设计有较大的框架宽度，大幅提升了滚筒的内宽，进而扩大了滚筒容量。

滚筒底径2 030 mm，外缘直径3 760 mm，内宽2 200 mm，能容纳ø50.8 mm连续管6 500 m。

2.3 注入头

LG450/50-6500连续管作业机采用450 kN注入头，最大提升能力450 kN，最大注入力225 kN，由框架、底座、夹紧系统和驱动系统等部件组成。作业机设置有载荷传感器、里程计和编码器等数据采集元器件，可实时采集连续管起下时的载荷、速度和深度，在控制室内操作面板上进行显示和存储。

注入头上配置有2 286 mm(90 in)导向器，将滚筒上引出的连续管折弯穿过注入头后下入井筒内，导向器喇叭口和顶端2个压盒采用液压缸控制，在地面即可完成导向器喇叭口的升降和压盒的开关。

3 关键技术

(1) 6 500 m连续管(ø50.8 mm)本体总质量超过30 t，若使用普通2车装结构，即滚筒、连续管、控制室、动力系统、液压系统和软管滚筒等部件同时安装在一台车载地盘上，该车辆总质量达到65 t，甚至更高，目前国内和国际上均无该承载能力的车载底盘。因此，本作业机采用滚筒车+控制车的2车装结构，将控制室、动力系统、液压系统和软管滚筒等部件与滚筒分装在2辆不同的底盘车上，最大限度地减轻滚筒和连续管装载车辆的质量，使其在装载6 000 m连续管(ø50.8 mm)时，车辆的总质量在其承载范围内。

(2) 由于川渝地区油气井井深普遍达到5 000 m以上，需求的连续管作业机底盘既要满足6 000 m连续管缠绕要求，又要满足该地区复杂道路条件。为此，江汉机械研究所与德国MAN底盘制造商联合，共同开发了一种框架式结构、内宽2 400 mm、最大允许装载质量达61 t的连续管作业机专用车载底盘。该底盘由TGS41.480 8×6越野型标准汽车底盘进行改进设计，采用8×6的结构和驱动形式，其中前桥承载能力1.3 t×2，后桥承载能力1.7 t×2，允许总载质量61 t，可满足6 500 m连续管(ø50.8 mm)的装载和运输要求；同时，底盘车有特殊设计的独立悬挂系统和转向机构，在保证车长不超过12.5 m的条件下，使底盘车具有最优化的转弯半径，以适应川渝地区急转弯和连续转弯等复杂的道路运输条件。

4 室内试验

LG450/50-6500连续管作业机装载6 000 m连续管(ø50.8 mm)，于2016年初完成车辆性能试验、室内性能试验和试验井模拟试验。

试验结果显示，注入头最大拉力450 kN，运行速度0.1～60.0 m/min，注入头拉载能力满足要求；滚筒装载6 000 m连续管(ø50.8 mm)时实际载荷545 kN，滚筒车整车高度低于4 500 mm，满足车辆道路运输要求。

试验井累计完成10 000 m起下试验，最大下入深度950 m。下入过程中，注入头压力5～6 MPa，滚筒压力7～8 MPa，速度5.1～21.0 m/min；起升过程中，注入头压力7～11 MPa，滚筒压力11 MPa，速度10.7～15.4 m/min；注入头和滚筒等设备运行平稳，相互之间的联动运行情况良好，满足设计要求。

5 结论

(1) LG450/50-6500连续管作业机为车载式，可适应川渝地区复杂的道路条件，并满足该地区页岩气等油气井作业需求。

(2) LG450/50-6500连续管作业机滚筒车底盘采用框架式大梁结构，滚筒车实际承载能力610 kN，其框架尺寸可适应外缘直径3 760 mm，内宽2 200 mm的滚筒安装要求，满足6 500 m连续管(ø50.8 mm)的装载需求。

(3) 注入头最大提升力450 kN，可满足6 500 m连续管(50.8 mm)钻磨、压裂、冲洗井及测井等不同类型作业要求。