可調式洗井快速連接工具的研制

中國石化河南油田分公司井下作業處 產品研發QC小組

（河南 南陽 473132）

可調式洗井快速連接工具的研制

中國石化河南油田分公司井下作業處 產品研發QC小組

（河南 南陽 473132）

小組概況

小組概況見表1。

表1 小組概況

課題分析與確定

洗井是在地面向井筒內打入一定性質的洗井工作液，把井壁和油管上的結蠟、死油、鐵銹、雜質等臟物混合到工作液中帶到地面的施工。洗井的目的是把井筒內的污物沖洗出來，避免油層被污物堵塞，影響注水。及時有效快速的洗井將會為下一步井下作業工序奠定良好的基礎。

當前對于注水井洗井的操作流程是：把洗井管柱下到預定位置-拆封井器-安裝井口流程-開始洗井。當洗井結束，進行下一步作業時，還需要拆卸注水井流程-重新安裝封井器。其中：拆卸封井器-安裝井口流程，拆卸注水井流程-重新安裝封井器4個流程為洗井準備工序。

當前對注水井洗井的操作流程如圖1所示。

經過現場測算，拆封井器和安裝注水井流程需要50min鐘的時間，拆注水井流程和安裝封井器需要50min，整個準備工序需要100min左右。洗井準備工序耗費時間長，勞動強度大，增加了作業成本。由于井下贓物的沉降時間為20min左右，如果洗井不及時還將容易造成臟物沉淀卡管柱現象。既影響作業進度，還可能增加作業施工難度或者造成井下事故。

我們對最近4年來注水井作業次數進行了統計（見表 2）。

表2 注水井作業次數統計表

從表2可以看出，油田進入中后期后，對注水井作業是逐年增多。小組成員認為很有必要減少注水井洗井準備時間，需要對此進行研究，開展活動，為此，我們從以下2個方面進行了課題分析（見表3、表 4）。

我們通過以上的分析，從實現的難易程度、使用效果和經濟成本等多個方面綜合評估后，我們確定了本次活動的課題為：可調式洗井快速連接工具的研制。

目標制定及可行性分析

1 目標值

根據工作經驗和實際要求，我們的目標設定為洗井準備時間90min降低到20min以內。

表3 課題一分析

表4 課題二分析

2 目標可行性分析

①小組成員有多年的實踐工作經驗，有石油工程、機械設計、井下作業方面的專業技術人才，我們有能力解決這個問題；②由于當前的作業操作流程多，勞動強度大，該項目得到了上級領導和作業操作人員的大力支持；③由于井下贓物的沉降時間為20min左右,如果洗井不及時將容易造成臟物沉淀卡管柱現象。因此我們有能力，也必須完成該目標。

方案的提出與論證

我們小組成員結合工作中的實踐經驗，分析了原水井流程、井口裝置和油管管柱的實際情況。考慮到工具的通用性，根據對井口流程安裝誤差的測量,該工具要達到的要求：實現縱向60mm和橫向40 mm的長度調節,以及橫向可以360°方向轉動調節。

根據我們的研究分析，我們從材質選用、長度調節、密封方式、連接方式等方面提出了多種設計方案，并進行了評估（表5）。

1 材質選用方案的評估論證

工具的材質選用可以很好的實現經濟效益和工具的功能。針對洗井快速連接工具選用的材質（見表6）我們提出2種方案，并對方案進行了評估。

表5 方案明細表

表6 材質選用對比表

2 長度調節方案的評估論證

長度調節段是洗井快速連接工具的核心部分，長度調節設計是否可靠和實現快速有效的調節是降低洗井準備時間的主要因素，該設計是整個工具是否能實現通用性和成功的關鍵。

（1）采用螺紋調節+鎖緊螺母方案（如圖2）

該方案采用上接頭與連接彎頭之間的連接螺紋調節長度，鎖緊螺帽固定位置，螺紋調節方式是我們常用的長度調節模式。加工工藝簡單，結構簡明，使用安全可靠。

（2）采用滑套調節+鎖緊螺母方案（如圖3）

該方案通過調節調節滑套的位置來調節長度，用鎖緊螺帽和擋環來固定位置。該結構組件多，但是長度調節便捷可靠。

（3）2種方案的對比論證（見表 7）。

3 密封方案的評估論證

因注水井注水管線壓力一般在15MPa～20MPa，因此設計密封壓力為22MPa，在接頭和連接彎頭之間必須設計密封圈。由于經常需要調節長度，且長度調節范圍較大，在調節過程中密封圈要與工件的表面進行摩擦，容易損壞密封圈。因此，對工件的加工精度要求很高，為了降低加工難度和提高密封的可靠性，我們必須對密封圈的設置位置進行方案論證。

（1）采用密封圈內置方案（如圖 4）。

該方案是在連接彎頭的內壁上設計2道密封槽。上接頭外表面密封段與密封圈之間實現密封。

（2）采用密封圈外置方案（如圖 5）。

該方案是在連接頭的外表面上設計2道密封槽。連接彎頭內壁密封段與密封圈之間實現密封。

（3）2種方案的對比論證（見表8）

4 連接方案的評估論證

連接方案主要是指洗井連接裝置與原井流程之間的連接方案。一般有2種：法蘭方式和卡箍方案。

（1）采用法蘭連接方案（如圖6）

該方案中：洗井快速連接工具上接頭與井口流程連接部分采用法蘭盤連接，法蘭盤連接在井口流程中是一種常見的連接方式。2片法蘭通過6條螺栓連接在一起。

（2）采用卡箍連接方案（如圖7）

表7 方案驗證對比表

表8 方案驗證對比表

該方案中：洗井快速連接工具上接頭與井口流程連接部分采用卡箍連接，卡箍連接在井口流程中是一種常見的連接方式。2片弧形卡箍片通過2條螺栓連接在一起。

（3）2種方案的對比論證（見表9）

5 選定結構圖

根據以上對比和評估，我們在這4個方面分別選定了以下方案（見表10）。

表9 方案驗證對比表

表10 方案選定明細表

根據選定方案，我們設計了快速洗井連接裝置結構圖（如圖8）。

方案實施

1 制定對策措施

表11為對策措施表。

2 對策實施

實施1：上接頭的研制（見圖9、表12）。

實施2：鎖緊螺帽和擋環的研制（見圖10、表13）。

表11 對策措施表

實施3：調解套的研制（見圖11、表14）。

實施4：密封圈的研制（見圖12、表15）。

實施6：下接頭的研制（見圖14、表17）。

實施7：組裝工具，現場安裝實驗（見圖15）。

表12 上接頭研制的實施步驟

表13 研制的鎖緊螺帽和擋環實施步驟

表14 調節滑套實施步驟

表15 密封圈實施步驟

表16 連接彎頭實施步驟

表17 下接頭的研制實施步驟

（1）組裝實驗：時間（2009 年 7 月）；地點（作業 9隊作業井場）

使用洗井快速連接工具后，注水井洗井的操作流程由原來的7個工序減少為5個：把洗井管柱下到預定位置-安裝連接裝置（用時9.5min）-洗井-拆卸連接裝置（用時6.5min）-下步作業。

（2）效果驗證

表18為洗井快速連接工具試驗情況統計表。

試驗結果表明：洗井快速連接工具的平均用時是16.1min，其它各項指標合格，達到了快速安裝的設計要求。

效果檢查

1 應用效果

洗井快速連接工具自2009年7月至12月在60口井上進行了應用。

由表19可以看出，洗井快速連接工具平均用時16.5min。

2 目標完成

大大降低洗井準備用時，效果顯著，小組圓滿完成此次活動目標。

3 經濟效益

表18 洗井快速連接工具試驗情況統計表

表19 洗井快速連接工具使用情況統計表

（1）提高作業效率，節約成本費用

活動前平均準備時間為100min，應用洗井快速連接工具以后平均每口井可以節約1.5h左右，洗井快速連接工具總共應用60口井，平均每口井減少作業時間1.5h、每天費用1.8萬元，年節約作業費用（60×1.5）÷8×1.8＝20.25 萬元。

（2）減少作業占產，增產增效

按每口井減少作業占產，每口井每天生產原油2t，年可增效：（60×1.5）÷8×2×2 800＝6.3 萬元

（3）制作洗井快速連接工具的成本

加工10套洗井快速連接工具，每套費用2 500元。

10×2 500＝2.5 萬元

共取得直接經濟效益：20.25+6.3－2.5=24.05萬元

4 社會效益

（1）洗井快速連接工具的研制成功，解決了注水井洗井準備用時長的問題，減少了工序，降低了勞動強度，提高了作業效率，得到了操作工人廣泛的好評。

（2）在整個活動中，小組成員積極參與全過程，使小組成員了解了日常工作中技術革新的重要性以及質量管理活動的開展方法，此次活動的明顯效果激發了小組成員繼續創新的興趣，大家都表示將在以后的工作中總結經驗對生產中的技術難題進行攻關，為企業的發展作出自己應有的貢獻。

鞏固措施與標準化

（1）修訂洗井快速連接工具的技術參數：①最大外徑φ114mm；②最小內徑φ56mm；③最大密封壓力：22MPa；④縱向調節60mm；⑤橫向調節40mm；⑥橫向可以360°方向調節。

（2）制定《洗井快速連接工具使用要求》(規程號：HNYT-XJGC-09-13)，要求操作人員按規程操作。

（3）進一步修訂洗井快速連接工具圖紙，并作為標準圖紙存檔 （圖紙編號：HNYT-JX-09-22，如圖18）。

（4）該裝置已經申報國家專利，申請號為：2009 20307833.7。

下步打算

洗井快速連接工具的研制成功，減少了工序，降低了勞動強度，提高了作業效率，取得了明顯的經濟效益和社會效益。我們將在此次活動的基礎上，加強該工具在我處的推廣應用。下一步我們將針對《油管液壓鉗牙塊快速取換工具的研制》開展活動。

??立崗

2010-07-08