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3收放电缆装置的研制

收放电缆装置的研制

小组名称：井下作业QC小组

单位名称：大庆油田有限责任公司第八采油厂

2015年12月31日

一、小组概况 (3)

二、选择课题 (3)

三、设定目标（目标可行性分析） (5)

四、提出各种方案并确定最佳方案 (7)

五、制定对策表 (20)

六、按对策表实施 (21)

七、确认效果 (28)

八、标准化 (29)

九、总结与今后的打算 (29)

一、小组概况

二、选择课题

经过统计，2014年共有电潜泵采油井64口，电潜泵井检泵作业时，为配合电缆与管柱起下作业过程，目前采用人工收放电缆。具体操作步骤如下：

安装绞盘：简易装置由两个支架和一个中轴组成。

安装绞盘时，先将中轴穿入绞盘轴孔，然后用两个支架把绞盘支起，并用卡箍进行固定。

收盘电缆：至少需要2人配合，一人用管钳咬住绞盘边缘，向下用力转动绞盘，另一人一手推动着转盘转动，一手排列电缆，完成收盘电缆操作。

下放电缆：电缆随着管柱下行，一人用手抓住绞盘的边缘，利用手掌与绞盘的摩擦力控制绞盘转动速度，完成下放电缆操作，但存在如下问题：

1、员工劳动强度较大

经统计，作业大队平均每年检电泵收盘电缆工作量在20－25口井次，转动绞盘的启动扭矩150N·m－800N·m之间，单井操作时间16小时，员工劳动强度极大。2014年共发生操作员工闪腰、磕碰等轻伤13人次，严重影响正常作业施工，见表2－1。

表2-1 2014年1-12月人员受伤情况统计表

2、电缆损坏程度较高

经过统计，2014年共检电泵井21口，发生电缆损坏9口井，电缆损坏长度936m，经济损失19000.8元，具体情况见表2－1。注：电缆价格20.3元/m

表2-2 2014年1-12月电缆损坏情况统计表

3、市场装置不能满足我厂需要

经过统计，目前有5种不同型号的绞盘，因其长度和高度的跨度较大，市场上的收放电缆装置无法实现对五种型号绞盘安装的通用功能。

为解决人工收放电缆劳动强度较大及经常造成电缆损坏的问题，小组成员经过研究，决定将《收放电缆装置的研制》作为2015年活动课题。

三、制定目标

1、目标设定

小组经过研究，将活动目标设计为：研制出可以安装五种不同型号绞盘的收放电缆装置，由人工收放电缆转化为机械收放电缆，使2015年电缆损坏由936m降至199m。

2、目标可行性分析

小组成员针对以上存在的问题，进行了目标可行性分析分析一：人工收放电缆劳动强度较大

经过分析，小组成员认为，如果研制出用作业机液压源作为驱动力的收放电缆装置，操作人员通过操作控制手柄实现绞盘转动和制动，操作人员则可由2人降至1 人，就可达到降低员工劳动强度，减少操作人员伤害的目的。

分析二：绞盘径向和轴向滑动造成电缆损坏

小组成员经过研究，如果在绞盘两侧安装与绞盘轴孔尺寸相配合的轴套对绞盘两端进行固定，使绞盘轴孔与中轴同心，就可防止绞盘轴向和径向滑动造成的电缆损坏。

由表2－1可知，此问题得到解决可减少电缆损坏230m 分析三：收放电缆与油管起下速度不同步造成电缆损坏小组成员经过研究，如果设计一种绞盘转速调节装置，使绞盘收放电缆的速度与管柱起下的速度保持一致，就可以防止因收放电缆与管柱起下不同步造成的电缆损坏，由表2－1可知，此问题解决可以减少电缆损坏506m 。

经过分析可知，只要解决以上三个问题，可减少电缆损坏936m －230m －506m=200m>199m ，则2015年电缆损坏由936m 降至199m 目标能够达到。结论：目标可行。

四、提出各种方案并确定最佳方案 1、确定结构组成

小组成员运用头脑风暴法对收放电缆装置结构进行了讨论，确定了收放电缆装置的四个组成部分，见图4－1。

1、支架部分

2、驱动部分

3、控制部分

4、辅助部分

图4－1 收放电缆装置结构示意图

2、提出总体方案

小组利用亲合图进行了归纳总结，提出了收放电缆装置的总体方案，并绘制了总体方案树状图

图4－2 收放电缆装置总体方案树图

3、确定最佳方案

小组成员针对制定的目标，从研制收放电缆装置所需的技术特点入手，根据现场实际情况，依据装置所需动力源、绞盘支撑方式的不同，对装置各组成部分方案进行了优选。

（1）支架部分方案优选

1）支架类型优选

为满足电缆绞盘的安装需要，针对支架类型提出了三种方案，并进行了方案优选

表4－1 分体式支架可行性分析

经过综合分析对比，分体式支架可支撑电缆和绞盘，但受力不均易发生变形倾倒，因此，方案一不选择。

整体式支架由底座、支架和中轴组成。

由表4－1可知，支架材质选择为Φ62旧油管，因此方案二支架材质也选择为Φ62旧油管，下面对整体式支架的形状和尺寸进行分析选择

表4－2 整体式支架可行性分析

整体式支架安装绞盘易造成中轴丝扣损坏，更换或加工中轴会造成作业周期的延长，因此，不选择整体式支架。

移动式支架主要由底座、固定机构、移动机构和支撑机构组成。支架材质选择Φ62旧油管，下面对移动式支架形状和尺寸以及支撑机构的材质进行分析选择

表4－3 移动式支架可行性分析

移动式支架结构简单，易于操作，运行平稳，因此，支架类型选择为移动式支架。

2）半轴受力分析

为保证半轴安全承载绞盘和电缆，小组用Solid Works 有限元分析软件，对半轴进行了受力分析，具体步骤如下：

将半轴尺寸，材料等数据输入软件 ① 建立半轴模型

②确定夹具位置：蓝色区域为夹具位置

③确定加载位置：加载力为12t ，蓝色区域为加载位置

④进行受力分析

经过有限元软件分析可知，当加载负荷12t时，半轴受到静应力为529 MPa，小于半轴屈服强度620MPa，即两半轴在承载负荷24t的情况下是安全的。

分析结论：两半轴能够承载3.5t电缆及绞盘的重量。

3）移动机构的驱动方案优选

移动机构驱动是通过液压缸或丝杠动作，带动移动机构前后运动，安装并夹紧绞盘，有两个方案可供选择：

表4－4移动机构驱动方案优选

移动机构的驱动要求移动稳定性好且结实耐用，夹紧绞盘后移动机构需要固定牢靠，因此，最佳方案确定为液压缸液压缸尺寸确定：由表4－3可知，移动机构的行程为940mm等于液压缸活塞的长度，因此液压缸尺寸≥940mm 。

4）液压缸控制方案选择

表4－5液压缸控制方案选择

（2）驱动部分

驱动部分是指绞盘驱动，原理是由液压马达通过传动齿轮带动驱动臂横杆回转实现绞盘转动。

表4－6绞盘驱动方案优选

（3）控制部分方案优选

控制部分包括控制绞盘正反向转动、刹车、反向随动以及绞盘转速的控制，具体方案如下：

1）绞盘控制方案优选

表4－7绞盘驱动控制方案选择

设计绞盘控

制阀座实现

2）液压管线方案选择

①动力液压管线方案

动力液压管线与作业机液压管线型号相同，采用Φ

35mm液压软管线，与装置硬管线的接口相连，共两根，每根２０m，合计40m。

②装置液压管线方案

装置液压管线从安装拆卸和运输安全需要考虑，焊接后用快速接头直接连接各部件，选择Φ22高压钢管线，并敷设在装置底座上，合计45m。

（4）辅助部分方案优选

辅助部分包括绞盘控制台和液压缸控制台，分别用于安装绞盘控制阀座及控制阀和液压缸控制阀座及控制阀。

表4－８绞盘控制台方案选择表

表4－９液压缸控制台方案选择表

通过方案优选，确定收放电缆装置的最佳方案如下：

图4－3收放电缆装置最佳方案树图