多功能反循環(huán)碎物打撈筒（帶磨銑）

摘 要：多功能反循環(huán)碎物打撈筒，設(shè)有筒體，筒體由上接頭筒、本體筒和磨鞋筒構(gòu)成，上接頭筒的上口壁設(shè)有與外接的鉆桿連接的螺紋，筒壁上設(shè)有數(shù)個(gè)密封活門，該密封活門由門板、門軸、頂簧、密封墊構(gòu)成，上接頭筒體的外壁上設(shè)有數(shù)個(gè)搬手孔；本筒體上端與所述上接頭筒通過(guò)螺紋連接，兩筒體連接處設(shè)有數(shù)個(gè)上止退銷釘，下端與所述磨鞋筒的上端通過(guò)螺紋連接，連接處設(shè)有多個(gè)下止退銷釘，在本筒體的下端設(shè)有只能向上打開(kāi)的多用活門；所述磨鞋筒的下端設(shè)有齒尖向下的磨銑齒，該磨銑齒的外表固定設(shè)有硬質(zhì)合金顆粒層，磨鞋筒外壁上設(shè)有數(shù)個(gè)下搬手孔。本產(chǎn)品適用于打撈鉆井下的碎物，結(jié)構(gòu)完善，使用方便靈活，打撈效果好。

關(guān)鍵詞：液力驅(qū)動(dòng)；反循環(huán)；磨銑

引言

在各類油氣井修井作業(yè)中，打撈作業(yè)約占2/3以上，而井下落物繁多，特別是對(duì)磨銑屑、導(dǎo)彈墊子、螺母等小件碎物的打撈。目前大多采用的是高壓大排量循環(huán)方式，將落物沖入撈杯，停泵后提至地面，基本上有兩種方式，前者是正循環(huán)，其壓力損失小，落物浮升高，但缺點(diǎn)是落物留在環(huán)空，流失嚴(yán)重，需要多次打撈，如有大于環(huán)空尺寸的碎物很難進(jìn)入工具；后者是反循環(huán)，現(xiàn)油氣井作業(yè)必須配裝防噴器，給反循環(huán)作業(yè)提供了方便，反循環(huán)工藝對(duì)落物的包容性好，落物流失少，設(shè)備的排量及壓力小，打撈碎物的體積大（小于管柱內(nèi)徑就可以）并一次起下作業(yè)就能全部將碎物撈出，到地面后也方便清理，其缺點(diǎn)是必須有溢液孔與環(huán)空聯(lián)通，以避免井口帶水作業(yè)。這樣壓力損失較大，如能解決這一技術(shù)關(guān)鍵，反循環(huán)打撈的前景極其廣闊。

1 確定方案

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和制造依據(jù)以下技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

美國(guó)API鉆桿接頭標(biāo)準(zhǔn) SY5290-91技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

其它相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

總體方案

我們經(jīng)過(guò)反復(fù)研究論證，并結(jié)合井下作業(yè)公司試油大隊(duì)的有關(guān)人員的意見(jiàn)，針對(duì)概述兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，最終我們確定了如下總體方案，即：多功能反循環(huán)碎物打撈筒（帶磨銑）。

A）將溢液孔設(shè)置密封機(jī)構(gòu)，使反循環(huán)壓力損失趨近于零。

B）在停泵后提升管柱時(shí)，此機(jī)構(gòu)必須打開(kāi)使環(huán)空與管柱聯(lián)通，避免井口帶水作業(yè)。

C）工具連接的自鎖性，無(wú)論是磨銑還是打撈，其工具在井下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)及扭力反彈，無(wú)論采用哪種連接方式都必須自鎖。

D）提高功能的擴(kuò)展性，在方便更換某一零部件的前提下，力求一機(jī)多用。

1.1 方案概述

本方案是將整體工具分為三部分：

a.與管串連接機(jī)構(gòu)（應(yīng)適用于鉆桿及油管雙重作業(yè)）；b.溢液密封機(jī)構(gòu)（起鉆時(shí)應(yīng)保證管柱內(nèi)腔液體全部溢出）；c.碎物包容機(jī)構(gòu)（其長(zhǎng)度應(yīng)與落物的容積相匹配）；d.磨銑機(jī)構(gòu)；e.功能擴(kuò)展機(jī)構(gòu)。

本方案完全能夠?qū)崿F(xiàn)總體方案中的技術(shù)功能要求。

1.2 方案總體結(jié)構(gòu)

如圖所示：該工具主要由上接頭、本體、多功能活門、磨銑鞋組成，其工具的最大直徑及長(zhǎng)度視井筒尺寸與落物的體積而決定。

1.3 詳細(xì)方案分析

1.3.1 上接頭：其功能應(yīng)與管柱多功能聯(lián)接（含油、鉆）并密封溢夜孔及傳動(dòng)扭矩，其圓周3個(gè)溢液孔，每個(gè)孔均勻配置3只由金屬及橡膠合成的密閉活門，并由3只彈簧加以初始力，反循環(huán)時(shí)，加壓越高，活門密閉越緊，使壓力損失越趨近于零。上提管柱時(shí)，內(nèi)外壓差使活門打開(kāi)，管柱內(nèi)液體溢出，井上無(wú)水操作，圓周有4只沉頭孔，便于工具的上緊。見(jiàn)圖1

1.3.2 本體：其功能為包容碎容碎物，并傳遞扭矩，其長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)碎物的體積確定。

1.3.3 多功能活門：將其固定在本體腔內(nèi)，在打撈碎物時(shí)，為園形對(duì)開(kāi)合葉，使碎物順利進(jìn)入本體內(nèi)腔，，打撈如抽油桿等圓柱落物時(shí)，為單開(kāi)合葉，體現(xiàn)一機(jī)多用。見(jiàn)圖2

1.3.4 磨銑鞋：其功能為固定多功能活門，磨碎落物，基體為40CYiMo，尺部?jī)?nèi)外補(bǔ)焊YD-3-5合金，如將其改換之通井規(guī)，整體工具可做通井清理套管壁使用。見(jiàn)圖3

2 樣機(jī)樣品設(shè)計(jì)

2.1 參考設(shè)計(jì)

主要技術(shù)參數(shù)

外形尺寸 ∮112*1800

許用拉力 600KN

許用間距 26000N/M

承受最大外壓 50MPA

接頭尺寸 21/2平式，2/0

2.2 強(qiáng)度校核

①抗拉強(qiáng)度按圖所示，其整體的最薄弱環(huán)節(jié)車上街頭∮105-∮62處截面積為5802mm2

δ=P/F<=[δ]L

δ=P/5802<=0.3KN/mm2

δ=600/5802<=0.3KN/mm2

其中[δ]L=材料抗拉許用應(yīng)力

δ=縱向里作用下的正應(yīng)力

F=截面積

P=縱向力

故抗拉強(qiáng)度足夠

②抗扭強(qiáng)度

按圖所示，其整體最薄弱環(huán)節(jié)在本體112-90處

根據(jù)扭矩作用下的剪切應(yīng)力為

Tmax=Mr/wr<=[T]

Mr=26000N/m=26000000N/cm

Wr=？仔/32*D4（1-d4）=0.1D4（1-d4）=0.1*15735*（-6560）≈-103221

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Tmax=26000000/10322160≈2.52N/cm<=[T]

其中：Mr=扭矩 Wr=抗扭截面模數(shù) [T]=材料許用剪切應(yīng)力

③抗外壓強(qiáng)度

按圖示，仍以本題尺寸為基準(zhǔn)，并參照P110-41/2套管的抗擠毀強(qiáng)度為748kg/cm2，其本體壁厚=11mm，故強(qiáng)度足夠

3模擬試驗(yàn)

經(jīng)在模擬井中注入試驗(yàn)水泥塞深0.5m（51/2套管）封閉又不空，鉆壓20～30KN，轉(zhuǎn)速120～150轉(zhuǎn)/分，流量32-28L/S.工具起出后，碎物打撈徹底。活門開(kāi)啟靈活，磨銑鞋無(wú)掉粒，變形現(xiàn)象，完全達(dá)設(shè)計(jì)要求。

4 工藝、技術(shù)方案設(shè)計(jì)

質(zhì)量檢驗(yàn)的基本原則和方案

凡車廠內(nèi)加工制造的零部件從原材料進(jìn)廠到每道工序加工都應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及圖紙技術(shù)要求，主要原材料應(yīng)由材質(zhì)證明書和合格證。及物力性能檢驗(yàn)報(bào)告。在加工過(guò)程中應(yīng)有專職檢驗(yàn)員按質(zhì)量跟蹤單逐項(xiàng)進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)外購(gòu)。購(gòu)件的尺寸，性能，外觀等全部應(yīng)按圖紙工藝及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)逐件檢驗(yàn) 加工過(guò)程 圖紙校審→工藝規(guī)程編制→工藝實(shí)驗(yàn)→材料實(shí)驗(yàn)→生產(chǎn)制造→模擬試驗(yàn)→產(chǎn)品報(bào)檢→包裝出廠

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在，油氣井作業(yè)必須配裝防噴器，給反循環(huán)作業(yè)提供了方便。多功能反循環(huán)碎物打撈筒在使用時(shí)，將鉆桿的下端與上接頭筒連接，將打撈筒放到井下雜物所在位置，關(guān)閉油井的防噴器，向井內(nèi)加壓，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿和打撈筒，井下雜物由磨鞋筒磨銑破碎，在井內(nèi)壓力作用下，打撈筒內(nèi)為負(fù)壓，破碎的雜物被壓入打撈筒內(nèi)，多用活門向上打開(kāi)，雜物進(jìn)入本體筒內(nèi)，上提時(shí)，多用活門被關(guān)閉，并由門擋擋住不會(huì)向下打開(kāi)。在上接頭筒上設(shè)置的密封活門在上提時(shí)，打撈筒外的壓力減小時(shí)，打撈筒和鉆桿內(nèi)的水會(huì)通過(guò)密封活門放出，實(shí)現(xiàn)井臺(tái)上無(wú)水作業(yè)。

經(jīng)查閱各種資料及網(wǎng)上檢索發(fā)現(xiàn)，其打撈工具種類雖然很多，但利用反循環(huán)的少，并且沒(méi)有一機(jī)多功能特點(diǎn)。本產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)較為完善，操作簡(jiǎn)便，打撈效果好，打撈效率高，而且能實(shí)現(xiàn)井臺(tái)無(wú)水作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)。該項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，在國(guó)內(nèi)有所突破，并符合國(guó)外向一機(jī)多能，組合式，液力，技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]姚天華.可沖式反循環(huán)打撈筒[J].鉆采工藝，1999年04期

[2]國(guó)外井下打撈工具的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（一）[J].石油機(jī)械》2000年07期.

[3]國(guó)外井下打撈工具的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（二）.工程技術(shù).石油工業(yè).石油機(jī)械設(shè)備與自動(dòng)化.

第一作者簡(jiǎn)介：張團(tuán)結(jié)，女，生于1972年， 2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)機(jī)電系，機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事機(jī)械加工制造、固控設(shè)備制造等工作。