多功能油井液压阻喷装置研制与应用.pdf

2 0 1 3年 第 4 2 卷 第 1 1 期 第 8 O页 石 油矿 场 机械 OI L F I EL D EQUI P MENT 2 O 1 3， 4 2 1 1 8 O ～ 8 2 文 章 编 号 1 O 0 1 3 4 8 2 2 0 1 3 1 卜0 0 8 0 ～ 0 3 多功能油井液压 阻喷装置研 制与应用 曲国林 ， 杨振年 ， 雷 清 ， 李铁 男 辽河石油职业技术学 院， 辽宁 盘锦 1 2 4 0 1 0 摘要 针对油田修井作业采用闸板防喷器防止井喷存在的问题 ， 为有效提高油井作业装备的技术水 平 ， 研制 了一种 多功能油井液压阻喷装置。该阻喷装置全部采用液压驱动技术 ， 具有结构紧凑、 机 械化程度高、 安装简便 、 安全可靠等特点。室内试验和现场应用表明 该装置满足井控安全要求， 性 能可 靠 ， 可操 作性 强 ， 各 项技 术指 标 均达到 了设计要 求。 关键词 修 井 ； 套装 闸板 ； 液压驱 动 ； 液压 阻喷装 置 中图分 类号 T E 9 3 1 ． 1 文 献标识 码 B De v e l o p me nt o f M u l t i f u n c t i o na l Oi l W e l l Hy d r a u l i c S p r a y De v i c e QU Gu o - l i n， YANG Z h e n n i a n， LEI Qi n g， LI Ti e n a n Li a o h e Pe t r o l e u m Ca r e e r T e c h n i c a l Co l l e g e， Pa n j i n 1 2 4 0 1 0， C h i n a Ab s t r a c t Ai mi ng a t t h e o i l f i e l d wor ko v e r bl owou t pr e v e nt i on pr o bl e m s o f t he r a m BOP， t o i m p r ov e t he t e c hni c a l l e ve l o f o i l we l l o p e r a t i on e q ui pme n t 。 a k i nd o f mul t i f un c t i o na l o i l we l l hy dr a u l i c s pr a y de v i c e wa s d e v e l o p e d ． The f l a me s pr a y i n g d e v i c e wi t h hy dr a u l i c d r i v e t e c h no l o gy ha s t he a d v a nt a g e s o f c omp a c t s t r uc t u r e， hi g h de gr e e o f me c h a n i z a t i o n， s i m p l e i ns t a l l a t i o n， s a f e a nd r e l i a bi l i t y ．Thr o ug h i nd o o r e x p e r i me n t a n d f i e l d a pp l i c a t i o n s ho we d t h a t n e a r l y t wo y e a r s， we l l c o n t r ol s a f e t y r e q u i r e me n t s，r e l i a bl e p e r f o r ma nc e，s t r o ng o pe r a bi l i t y，va r i ou s t e c hn i c a l i nd i c a t o r s ha v e r e a c he d t he d e s i g n r e q ui r e m e nt s ． Ke y wo r d s wor k ov e r ； s e t s hut t e r ； hy dr a ul i c d r i v e； hy d r a ul i c s pr a y de v i c e 均值 8 0 d B， 对周边居民 日常生活起居干扰较小 。 参考文献 7 结语 该混合动力修井机同传统柴油机动力修井机相 比， 使用维护成本低 ， 节能 、 降噪效果明显 ； 同单一电 动动力修井机相比， 该机配备了电动动力和柴油机 动力 2种动力源 ， 作业过程中可以根据载荷 、 天气情 况随时切换 ， 不再受天气和井场电网容量影响 ， 工作 效率较高 、 使用范围广 ， 是一种新型、 高效 、 环保 、 节 能修井作业装备 。 E l i 黎 苏．内 燃 机 原 理 [ M] ．北 京 水 利 水 电 出 版 社 ， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 冯学 军． 电动修 井机 技术 简析 [ J ] ． 油 气 田地面 工程 ， 2 01 21 2 9 7 9 8． [ 3 ] 谭刚强 ， 王豫 ， 王五一 ， 等． 钻机油改 电功率补偿 和变 频传动技 术研 究 [ J ] ． 石 油 矿场 机 械 ， 2 0 1 2 ， 4 1 1 1 4 19 [ 4 ] 冯 晋 祥． 专 用 汽 车 设 计 [ M] ． 北 京 人 民交 通 出 版 社 ， 2 0 0 7 ． 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 6 2 4 项 目来源 国家实用新型专利 2 0 1 2 2 0 2 3 2 2 9 8 作者简介 曲国林 1 9 6 4 一 ， 男 ， 辽 宁建平人 ， 副研究员 ， 主要从事 石油 工程教学 与科研工作 ， E - ma i l s y j x k f b 1 2 6 ． e o m。 第 4 2卷第 1 1 期 曲 国林 ， 等 多功能油井液压阻喷装置研制与应用 8 1 在油 田修井过程中 ， 采用闸板 防喷器 防止井喷 存 在如 下 问题 1 闸板防喷器只能封隔油套环形空间， 不能 封 死油 管 内腔和 阻止 井筒 管柱 上顶 。 2 根据采油工艺的要求 ， 油管管柱 由 2 ～3 种 规格 的油管组成 ， 即上部采用大直径的油管 ， 下部采 用小直径 的油管 。作业 时多采用单闸板防喷器 ， 而 且需要人工的方式频繁更换 闸板， 费时费力。 3 在发生溢流或井喷时 ， 只能靠操作人员在 井 口做抢喷操作 ， 安全风险高。 4 注蒸汽井作业时 ， 隔热管柱下段的热 注封 隔器 不能 完全 解封 ， 当井 底压 力 足够 大时 ， 大量 的高 压、 高温水蒸 汽从 管柱喷 出， 井 内管柱有 可能被顶 出， 此时操作人员无 法接近井 口， 抢 喷十分 困难 ， 存 在很大的安全隐患 ， 不利于修井作业l 1 ] 。 为了解决上述 问题 ， 研制了多功能油井液压阻 喷装置。该装置是 由液压防喷器装置 、 液压伸缩龙 门架装置 等组合 而成 ， 能适 合 3种 常用 不 同直径 0 7 3 、 0 8 9 、 0 1 1 4 mm 油管的油套环形空间封 隔， 更 换相应直径油管塞封住油管内腔 ， 阻止管柱上顶 ， 还 能实现 在井 口抢 装井 口法 兰 盘 。特 别是 在抢 喷 过程 中不需操作人员在井 口操作 ， 保证了操作者 的人身 安全 ， 有效杜绝了施工作业存在的风险及隐患， 实现 安全绿色环保作业。 1 技术分析 1 ． 1 结构 特点 多功能油井液压阻喷装置总体结构是由液压防 喷器装置、 液压伸缩龙 门架装置、 油管堵塞器、 井 口 法兰、 旋塞阀、 球锁等组成 ， 如图 1 所示 。 1 ． 2工作 原理 多功能油井液压阻喷装置的功能全部由液压远 程控制操作实现 。 关井 时 ， 开启 液 压 防喷器装 置 的液 压控 制 阀 ， 来 自控制装置的高压油进入液压防喷器装置两侧油缸 的关井油腔 ， 推动三级液缸柱塞使左右三级 闸板分 别 向井筒中心移动 ， 同时开井油腔里的液压油在柱 塞推动下 ， 经液控管路流 回控制装置油箱 ， 实现关闭 油套环形空间。反方 向开启液压防喷器的液压控制 阀， 三级 液 缸柱 塞 带动 三 级 闸板 回缩 ， 从 而实 现 开 井 。 开启龙门架液缸液压控制阀 ， 来 自控制装置的 高压油进入两侧液缸 ， 液压缸柱塞带动套筒伸长拉 动 牵 引绳索 ， 在 牵引 绳索 的拉 动下 ， 液压 龙 门架装 置 旋转起升至垂直状态 ， 关闭液缸控制阀， 靠棘轮和棘 爪 机构 自动锁 死龙 门架装 置 。反方 向开启液缸 控 制 阀 ， 龙 门架 液 缸 回缩 ， 带 动横梁 压开 球锁 ， 此时 ， 龙 门 架装置所携带的油管堵塞器、 井 口法兰、 旋塞阀等部 件在重力作用下沿齿条单 向下滑 ， 龙 门架液缸柱塞 继续 回缩 ， 使油管堵塞器 插入油管 中心孔 ， 封死油 管 ， 从 而实 现完 全封 井 ， 也 阻止 了油管 上顶 。 1 一 固定牵 引绳架 ； 2 一液压 防喷器主体 ； 3 一棘爪 ； 4 一棘轮 ； 5 一液缸 ； 6 一柱塞 ； 7 一套筒 ； 8 一齿条 ； 9 一液缸 固定销 ； 1 O 一 柱塞 固定 销； 1 1 一锁紧螺母 ； 1 2 一横梁 ； 1 3 一 油管旋塞阀 ； 1 4 一球锁 ； 1 5 一单 向滑动锁 ； 1 6 一 法兰盘 固定架 ； 1 7 一法兰盘 ； 1 8 一油管接头 ； 1 9 一油管塞 ； 2 O 一三级液缸 ； 2 1 一三级套装闸板 ； 2 2 一牵引绳索 图 1 油井 液压 阻喷装置结构 1 ． 3创 新 设计 多功能油井液压阻喷装置采用三级液缸分别推 动三级套装闸板的方式来关 、 开井 ， 实现密封油套环 空 。液压防喷器装置和龙门架装置组合成一个有机 整体， 结构紧凑。采用液压控制装置实现 了远程控 制 操作 。 1 ． 3 ． 1 龙 门架装置 结构 龙门架装置装在防喷器主体的两翼上并可绕其 旋转。龙 门架两立 柱外套 内装 有液缸 ， 液缸 内装有 柱塞 ； 外套上装有液缸 固定销， 柱塞上端装有 固定销 和球锁 ； 一侧装有齿条 ， 齿条上装有单 向滑动锁， 单 向滑动锁上装有法 兰盘 固定架 ， 法兰盘固定架上装 有法兰盘， 法兰盘上下顺次装有油管旋塞阀、 油管接 头 、 油管塞 ； 柱塞顶端装有锁紧螺母 、 横梁。 1 ． 3 ． 2 液压 推动三级套 装闸板 该装置的液压 防喷器主体内部装有三级套装闸 l O 9 8 7 6 5 4 3 2 l 8 2 石 油 矿 场 机 械 2 0 1 3年 1 1 月 板 ， 特点是 D 1 1 4 mm闸板侧面 、 上面与防喷器主体 密 封 ； D 8 9 mm 闸板侧 面 、 上 面与 o l 1 4 mm 闸板 内孔 密封 ； 0 7 3 mm 闸板 侧 面 、 上 面 与 o 8 9 mm 闸板 内孔 密封 ； 每一级闸板的前面与对应的油管密封 ， 三级闸 板为套装结构 ； 两翼装有与闸板配合链 接的三级液 缸及柱 塞 。 I ． 4 主 要技术参 数 液压 防喷器 通经 1 8 0 mm 工作面高度4 5 0 mm 龙 门架装置 高度 1 2 0 0 mm 龙门架装置伸长最大高度 1 9 0 0 mm 龙 门架装置 最大举 升力 1 2 0 k N 龙门架装置最大 回缩压力 6 0 k N 安全 工作 压力 1 4 MP a 液压 系统 压力 5 ～2 0 MP a 2 关键 配套设备 2 ． 1 液 压控 制装 置 该装置的功用就是控制压力油 的流动方 向， 使 油井液压复合阻喷装置得以迅速进行开、 关、 升起 、 回缩等动作。为适应小修作业单井作业速度快、 搬 迁频繁的特点， 设计的液压系统利用了小修作业设 备的液压供油系统 ， 在该系统上增加 1 个 三通控制 阀、 2个三位 四通 阀， 使用时调整三通控制 阀的方 向， 就可以转换使 用油井 液压复 合阻 喷装置 或液 压钳[ 。 2 ． 2 小型 液压蓄 能装 置 为增 大井 控 安全 系数 ， 设计 了小 型液 压 蓄能 装 置并配备小型远程控制 台， 以备小修作业 自身 的液 压系统 出现故障时使用， 既方便操作 ， 又便 于搬迁。 液压蓄能装置和小型远程控制台结构紧凑 ， 增加 了 液压控制系统的单项操作安全设计 ， 可避免紧急关 井情况下的误操作 。 3室 内与现场试验 3 ． I室 内试验 依据 G B ／ T2 O 1 7 4 2 0 0 6 石油天然气工业钻井 和采油设备钻通设备 的要求 ， 对多功能油井液压阻 喷装置进行了室内试验。 I 防喷 器 装 置静 水 压 强 度 检 验 5 2 MP a ， 稳 压 1 5 mi n无压降； 密封性能检验 低压试验 2 MP a ， 稳压 1 0 mi n ， 无渗漏无压降 ； 高压试验 1 4 MP a ， 稳 压 1 0 mi n ， 无渗漏 无压降 ； 液压 系统 压力试 验 2 0 MP a ， 稳压 1 0 mi n ， 无渗漏 无压降 ； 通径检验 直径 I 7 9 ． 5 mm 的通径 规顺利 通过 。 2 龙门架装置液缸密封性能检验 高压试验 2 0 MP a ， 稳压 1 0 mi n ， 无渗漏 无压降 ； 最 大举升力 1 2 0 k N； 最大回缩压力 6 0 k N； 最大举升高度 1 8 0 0 mm； 装配 质量 检 验 龙 门架 装 置 转 动 灵 活 ， 无 卡 阻 现象 。 试验 结 果 表 明 ， 各 项 技 术 指 标 均 达 到 了 设 计 要求 。 3 ． 2现场试 验 截 至 2 0 1 2年 ， 在 辽河 油 田曙光工 程技术 处选 择 了 3 个 作 业 队 进 行 试 用 ， 应 用 效 果 良好 。2 0 1 2 0 8 1 9 在 杜 8 4 3 8 1 7 0井作业 ， 该井 属热采 井 ， 起 隔热 管 进行至井内还剩 1 8根时， 作业工发现油管口有蒸气 溢出现象 ， 作业工果断停止作业 ， 按操作要求启动多 功能油井液压阻喷装置进行 阻喷作业 ， 不到 3 mi n 完成阻喷作业 。后经 0 ． 5 h有控制的放喷才使井 内 压力降到满足继续作业要求 ， 恢复作业。该装置有 效地 阻止 了井 喷事故 。 4 结论 I 不需要频繁更换 闸板 ， 减轻了操作人员的 劳动 强度 。 2 实现远 程操 作 控 制 ， 有 效 杜 绝 了施 工 作业 存在 的风 险及 隐患 。 3 可有 效阻止 管柱 上顶和 管柱 溢流 。 4 本装 置配 有 的法 兰 盘 和旋 塞 阀 ， 可 实 现 封 井 、 压井及放喷作业。 参考文献 [ 1 ] 姚胥 源 ， 武 刚峰． C A E技 术在 防喷器 结构设 计 中的应 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 用 E J ] ． 石油矿场机械 ， 2 0 1 1 ， 4 0 7 6 0 6 3 ． 孟 庆荣 ， 郑传 周 ， 翟桂新 ， 等． 2 F Z 5 4 3 5型闸板 防喷器 壳体优化设计[ J ] ． 石油矿场机械 ， 2 0 1 1 ， 4 0 1 6 3 6 6 ． 马永刚 ， 丁晓鹏 ， 李 国宏 ， 等． 石油钻机用防喷器装 卸系 统研 制 及 应 用 [ J ] ． 石 油 矿 场 机 械 ， 2 0 1 0 ， 3 9 1 2 6 4 67 ． 王锡洲 ， 付玉坤 ， 朱海燕 ， 等． 闸板防喷器胶芯密封及损 坏机理分析[ J ] ． 石油矿场机械 ， 2 0 1 0 ， 3 9 3 1 6 1 8 ． 刘峰 ， 綦耀光 ， 战传 香． 滩海 油 田修 井作业 防喷器 设 计研究[ J ] ． 石油矿场 机械 ， 2 0 0 9 ， 3 8 3 3 9 4 5 ． 吕海龙 ， 韩书祥 ， 范晓贤， 等． 手动快速换 闸板 防喷器研 制与应用[ J ] ． 石油矿场机 械 ， 2 0 1 2 ， 4 1 3 7 1 7 3 ．