TRHW爬行器测井提速提效关键因素分析与解决

TRHW爬行器测井提速提效关键因素分析与解决

袁吉祥,王炜,彭宏文

（中国石油集团测井有限公司物资装备公司，陕西 西安 710201）

摘要：爬行器测井是近几年来迅速推广的一种新型的水平段仪器输送工艺，其施工流程简单、作业便捷，具有得天独厚的技术优势。但是在现场应用中，由于各种制约因素，其效能没有充分发挥。本文通过对历史生产数据的分析，总结出设备爬行速度慢、占井时间长，恶劣使用条件下的故障率高等关键因素，通过现场技术人员的不断攻关，从速度提升、电路优化和机械结构改进等方面对设备进行升级，达到了仪器提速提效的预期目的，为赢得更广阔的应用市场打好了基础。

关键词：占井时间 绝缘持久性 内印刷 爬电距离 双密封

0 前言

近年来，随着各油田低成本开发战略的不断推进，水平井大斜度井占比越来越高。传统的湿接头工艺和油管传输作业方式施工难度大、成本高、时效差，需要测井队和试油队作业配合，作业风险高。爬行器作为一个相对独立的作业系统，理论上可以主动带动电缆和仪器，在套管中爬行至目的深度，切换缆芯后即可完成长水平段的测井任务，是目前最简单可靠、经济高效和安全的测井工艺方式。但在实际生产中受外界井况影响大，作业的可靠性不足，便捷高效性没有充分发挥，甲方的认可度不高。本文通过分析制约THRW爬行器测井的各项因素，在现场针对性地进行分析和解决，最终实现爬行器测井的提速提效。

1 制约爬行器测井应用关键因素分析

1.1爬行速度慢，实际占井时间优势不明显

   爬行器作为一种辅助性的工艺工具设备，各使用单位的投资比例都有所限制。在用爬行器速度较慢（230m/h），统计某油田部分水平段2000米左右的井，平均占井时间约22.5小时。在生产高峰期，由于设备数量有限，延迟到井以及长距离跨片区设备调拨时有发生，生产组织困难，甲方对爬行器的保障能力有质疑，因此迫切需要提高爬行速度，缩短占井时间。

1.2仪器自身设计缺陷，故障率高

     统计某油田近3年的作业数据，发现连井作业频繁，年均单支仪器作业近百口，设备疲劳度高，进一步分析得到年均返工率在12%以上。仪修维保人员通过故障分析和总结，发现绝缘性能持久性差，电路耐温不达标和机械结构设计问题尤为突出。要完全替代传统工艺方式，就必须要改进结构，改善性能，不断降低爬行器作业的故障率，从而达到提升效能、全面推广应用的目的。

2 爬行器测井提速提效所采取的措施极其应用效果

2.1 减速器齿轮比与爬行速度之间的匹配

根据现场使用情况，发现爬行器正常工作电流只有0.5A至1A，大大小于4A的额定电流，原设计爬行器工作负载能力存在很大的富裕，说明实际负载小于额定负载，因此可以适当降低额定负载，提高爬行速度。

爬行速度的计算如下：

爬行速度（米/时）=[驱动电机的转速(转/分)×减速器的输出效率/1000

原减速器的型号为PL60-20，输出效率为1.44，PL指精密行星减速机，60指的是中心距，20指的是速比，则在最佳转速2800转/分的工况下，可计算出爬行速度为

（2800转/分×60分×1.44）/1000  =241.92米/时

经过筛选，采用了型号为SPL60-12的高性能减速器，将电机的行星减速器的减速比由20降为12，输出效率提升到2.68。为节约升级成本，保证升级进行最小的改动，本次项目没有对电机进行更换，因此最佳转速仍为2800转/分，理论计算出爬行速度为

（2800转/分×60分×2.68）/1000  =450.24米/时

升级后，实验43口井，平均爬行速度达到466米/时，有效节约了作业成本，提高了时效，获得了甲方单位的一致好评。

2.2 爬行器电子线路性能的改善

    电子线路TR4板是功率驱动功能板，实际应用中，对外部负荷的反映最直接，是线路中损坏率最高的部分。下图为某井作业后烧毁的TR4板。

图1 损坏的TR4板实物

为了提高电路性能，采取了如下措施：

（1）电路印制采用了更高的集成化元件，将原来的贴片器件更换为芯片，电路的稳定性、可靠性及散热性都得到了有效的提高，同时，将地线的外露焊接方式改为内印刷板方式。

图2 高集成化元件应用及地线的内印刷改进

（2）功率驱动管的金属固定螺丝全部更换为PEEK螺钉，将底层云母绝缘垫更换为一体型，杜绝了测井震动中电路板和外壳异常短路导致器件烧毁的情况出现。

图3 PEEK螺钉及云母绝缘垫的应用

（3）在场效应驱动管供电管脚增加了对地电容，减少测井过程中遇阻遇卡时电流突然变化时对电路的冲击，起到了有效保护元器件的作用。

图4 增加了对地保护电容

2.3机械结构可靠性能提升方面所做的工作

（1）针对现场爬行器使用过程中高压接插件绝缘有时被击穿的情况，对接插件进行了改进，改进后的接插件增加了5mm的爬电距离，绝缘距离的延长消除了接插件绝缘被击穿的故障情况。具体图如下：

图5 绝缘插件改进原理图

图6 绝缘插件改进前后实物对比图

（2）原来的扶正器采取的是单道密封，滚珠和顶丝滑动固定方式，如下图所示

图7 扶正器结构示意图

这种方式理论上可以释放井下仪器串的扭力，但是实际上存在很大的安全风险，螺钉压住钢球在中心杆沟槽内，防止31芯公头和中心杆螺纹连接松动脱扣。扶正器31芯接头和中心杆防松滚珠在使用过程中有碾碎的风险，造成防松失效，密封圈失效，仪器落井、灌肠。

图8 滚珠碾碎致仪器脱开进泥浆

根据多次事故总结的教训，我们将原顶丝规格由M3升级为M8，且顶丝底部为销钉式结构，可承受较大扭力不变形，实测新顶丝紧固效果良好，并改造为双密封结构，双顶丝保险，杜绝测井过程中仪器旋转松动导致落井、灌肠等事故的发生。

图9 升级后的顶丝对比和双密封结构实物

（4）爬行器在井下工作时，在水平段因自身重量原因，下方的支撑臂被压下，导轮轴承紧贴中心杆。当扶正器短节导轮轴承受到的压力大于支撑臂的张力时，导轮轴承就会压在中心杆上，导轮轴承随着仪器的上下运行，与中心杆反复摩擦，导轮轴承对中心杆的持续动摩擦使双方都产生了非正常损耗，造成中心杆严重磨损和导轮轴承损坏，最严重时中心杆磨损深度达5mm，导轮轴承全部损坏，

图10 重载情况下滚轮直接摩擦中心杆

图11  严重磨损的中心杆

为解决此问题，重新设计并加工了支撑臂，图5为改进前后的支撑臂对比。把支撑臂面对中心杆方向的内半弧增加了5mm，使支撑臂安放导轮轴承位置的内半弧半径大于导轮轴承的半径，图6为支撑臂改进前后安装效果对比。

图12 改进前后的支撑臂结构对比

图13 改进后的支撑臂应用效果

当支撑臂被压至中心杆位置时，在其内半弧与中心杆形成支撑作用，导轮轴承与中心杆之间尚有间隙，不与中心杆直接接触，仅与套管壁之间形成滚动摩擦。

改进后，中心杆非正常磨损和导轮轴承的严重损坏的现象得到有效改善。

2、结束语

爬行器由于主要部件都是裸露在井眼流体环境中，实验室理想状态下的设计不能完全适应现场，在生产应用中，只有通过一线操作人员、仪器维保人员的不断总结、探索和改进，才能让它适应现场，不断的提速提效，赢得更广阔的市场，成为各类水平段输送测井作业的中坚力量。

参考文献

［1］ 刘清友.水平井井下爬行器的研究和应用［J］.石油钻采工艺，2008.8.

［2］ 张彦军.石油测井爬行器的维护及常见故障排除［J］ . 石油和化工设备，2019.22

［3］ TRHW爬行器操作维修手册.北京环鼎科技有限公司，2018-07.