新型防頂打撈工具設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王發(fā)元，高棟梁，韓兵奇，常發(fā)旺，韓正偉

(中國石油大學(xué)(華東) 機(jī)電裝備教學(xué)實(shí)習(xí)總廠，山東 東營 257061)

油田生產(chǎn)中的電泵分層采油或電泵井防砂工藝中，由防頂卡瓦和Y211、Y221 等封隔器組成的封層丟手管柱及由防砂管組成的防砂丟手管柱，在起下油管作業(yè)時(shí)，難免會(huì)有電纜卡子和電纜護(hù)皮落井，沉積在防頂卡瓦內(nèi)錐體上，在打撈防頂封層或防砂管柱時(shí)，打撈十分困難。鑒于此，對防頂打撈技術(shù)進(jìn)行了分析研究，力圖簡化作業(yè)過程，提高作業(yè)效率。

1 問題分析

1.1 作業(yè)工藝

常規(guī)工具打撈的一般作法是首選用對扣撈矛打撈，撈不上時(shí)再用公錐造扣打撈。

電泵井封隔器釋放解卡過程中，用對扣撈矛撈獲防頂內(nèi)錐體時(shí)，不能限位鎖緊，在活動(dòng)解卡時(shí)，內(nèi)錐體可能再次下移張開卡瓦牙，不利于封隔器的解卡。

公錐造扣打撈有兩種方法:一是長尖公錐，造扣打撈防頂內(nèi)錐體，如果防頂上方有電纜卡子或電纜護(hù)皮沉積，造扣打撈將十分困難;二是長尖公錐打撈不成功時(shí)，則采用禿頭短公錐，造扣打撈防頂上部內(nèi)腔。公錐造扣打撈是打撈電泵防頂?shù)挠行侄危怯捎诠F造扣打撈時(shí)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、易損傷油管、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，不到萬不得已不采用此方法打撈，且公錐造扣在多次活動(dòng)解卡時(shí)，會(huì)經(jīng)常脫鉆。

1.2 工具結(jié)構(gòu)

1)對扣撈爪與脹管均為圓形結(jié)構(gòu)，對扣時(shí)為360°圓周與防頂內(nèi)錐體螺紋咬合，如果內(nèi)錐體上部有落物沉積，將很難成功撈獲;

2)對扣撈矛只有一級對扣，在對丟手管住進(jìn)行解卡時(shí)難以保證工具與內(nèi)錐體不再次脫扣，造成防頂卡瓦再次坐封;

3)公錐在打撈時(shí)，如需倒扣作業(yè)，可能會(huì)造成多段管柱的松扣，出現(xiàn)落魚絲扣倒散現(xiàn)象，形成多魚頂，增加打撈次數(shù)，加大工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 防頂打撈工具

2.1 打撈作業(yè)要求

1)工具撈到落魚后解卡不脫扣;

2)打撈工具強(qiáng)度高，不斷脫;

3)打撈作業(yè)必須操作簡便，不損傷油套管;

4)打撈作業(yè)不受小落物的影響;

5)盡量減少環(huán)境污染，節(jié)能減排。

2.2 打撈工具設(shè)計(jì)

2.2.1 選材

由打撈作業(yè)要求可知，打撈作業(yè)工具體宜選用中碳鋼，既有一定的硬度，能保證打撈牙在打撈過程中不變形，不松脫;又有一定的韌性和較高的強(qiáng)度，保證打撈作業(yè)順利進(jìn)行。撈矛牙可采用低碳鋼或低碳合金鋼滲碳處理，提高表面硬度，保留內(nèi)部韌性，提高撈矛牙的綜合性能。

在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下，45 鋼和40Cr 與GCr15 對磨時(shí)的摩擦因數(shù)基本相同，但45 鋼的磨損量要小于40Cr，而強(qiáng)度相當(dāng)，因此，在工件形狀不太復(fù)雜的情況下采用45 鋼。在淬火加低溫回火處理狀態(tài)下，45 鋼的摩擦因數(shù)和磨損量均高于40Cr，在強(qiáng)調(diào)工件耐磨性時(shí)，宜選用40Cr;在高頻淬火加低溫回火處理和在離子氮化處理狀態(tài)下，45 鋼的摩擦因數(shù)與磨損量均接近40Cr 的摩擦因數(shù)與磨損量，在保證強(qiáng)度的情況下，可考慮采用45 鋼以降低生產(chǎn)成本［1］。

該打撈工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，下級對扣螺紋牙采用40Cr 合金鋼調(diào)質(zhì)處理，既為了保證剛性和強(qiáng)度，也保證了調(diào)質(zhì)工件的形變;上級內(nèi)腔打撈牙采用20Cr 滲碳淬火處理，提高打撈牙的硬度，有利于防頂卡瓦內(nèi)腔的打撈和卡緊，其余部件采用45#鋼調(diào)質(zhì)處理。

2.2 結(jié)構(gòu)

新型防頂打撈工具主要由外套、二級脹管、活塞、內(nèi)腔打撈牙、扁對扣牙等組成，如圖1 所示。該工具采用兩級組合撈矛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，下級為內(nèi)錐體螺紋打撈頭，上級為防頂內(nèi)腔液壓撈矛。下級打撈頭采用扁形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［2］，可以更好的進(jìn)入內(nèi)錐體內(nèi)部進(jìn)行對扣;二級脹管有變徑通道，可進(jìn)行沖洗和投球打壓作業(yè)，打壓后可完成油管內(nèi)的自泄油功能，避免造成地面環(huán)境污染。

2.3 操作原理

利用下級扁對扣牙與防頂卡瓦內(nèi)錐體撞擊對扣，上級內(nèi)腔打撈牙打壓脹開咬緊落魚內(nèi)腔的原理以實(shí)現(xiàn)二級分步打撈。

1)下級對扣打撈

下放工具至防頂卡瓦進(jìn)入打撈腔，打撈頭與防頂卡瓦內(nèi)錐體咬合，管柱內(nèi)加壓上提，內(nèi)錐體上移，卡瓦牙收縮，防頂卡瓦解卡。

2)上級液壓打撈

當(dāng)防頂卡瓦底部封隔器需要大力活動(dòng)解卡時(shí)，向油管內(nèi)投Ф28 mm 鋼球，與二級脹管內(nèi)部臺階形成密封副，當(dāng)懸重不小于打撈管柱自重時(shí)，由地面打液壓，滑動(dòng)套被迫下移，推動(dòng)上級內(nèi)腔打撈牙，剪斷剪釘，內(nèi)腔打撈牙與二級脹管配合卡緊防頂內(nèi)腔，實(shí)現(xiàn)上級打撈，同時(shí)打開自泄油通道，此時(shí)可大力活動(dòng)解卡，從而撈出全部防頂封層管柱或防砂管柱，完成打撈作業(yè)。

2.4 主要技術(shù)參數(shù)

防頂打撈工具主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 防頂打撈工具主要技術(shù)參數(shù)

3 操作方法

3.1 下級對扣打撈

1)下放工具至防頂卡瓦上部2 ～3 m;

2)水泥車打壓沖洗防頂卡瓦上部泥沙;

3)沖洗同時(shí)下放工具，使得工具錐體打撈頭進(jìn)入防頂卡瓦打撈腔內(nèi);

4)下放管柱加壓上提，觀察懸重表變化，確認(rèn)是否打撈成功，打撈成功上提;

5)若未打撈上，正轉(zhuǎn)管柱90°，重新下放加壓上提，觀察懸重表，確認(rèn)打撈成功;

6)停水泥車，上提管柱至井口，完成工具初級對防頂卡瓦打撈。

3.2 上級液壓打撈

1)在遇需要打撈防頂封層管柱或防砂管柱時(shí)，下級對扣打撈完成，繼續(xù)下放工具，使得內(nèi)腔打撈牙進(jìn)入落魚管柱內(nèi);

2)向油管內(nèi)投Ф28 mm 鋼球;

3)觀察懸重表，懸重大于打撈管柱自重時(shí)，水泥車打壓;

4)觀察懸重表變化，懸重降低，說明自泄油道打開;

5)上提管柱至井口，實(shí)現(xiàn)兩級打撈，打撈出防頂封層管柱或防砂管柱。

4 注意事項(xiàng)

1)工具在使用前，檢查工具各部件是否連接牢固;

2)工具在使用過程中，應(yīng)邊開泵沖洗，邊緩慢下放工具。至落魚后如無法對接，應(yīng)旋轉(zhuǎn)工具以便使其頭部調(diào)整在可與落魚連接的適當(dāng)位置，切勿用工具硬撞落魚。在確定一級打撈無法實(shí)現(xiàn)，應(yīng)拆除一級撈頭或明確工具一級打撈頭部與防頂卡瓦錐體端面碰撞后，方可投球打壓使二級卡瓦牙有效的咬住落魚上接頭內(nèi)壁以確保打撈成功［3，4］;

3)工具在使用后，應(yīng)拆開檢查各部件是否有損傷;如有應(yīng)及時(shí)維修或更換;在確定各部件完好的情況下，應(yīng)先用煤油清洗后重新組裝;

4)工具存放時(shí)，注意涂油防銹。

5 主要技術(shù)特點(diǎn)

5.1 前級扁對扣牙設(shè)計(jì)

當(dāng)打撈遇到工具上有電纜卡子和電纜護(hù)皮沉積時(shí)，傳統(tǒng)對扣撈矛對螺紋打撈無法與防頂內(nèi)錐體螺紋撞擊對螺紋，無法旋進(jìn)對螺紋;新型防頂打撈矛，前級內(nèi)錐體撈頭采用扁形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以順利的撥開防頂及內(nèi)錐體上的電纜卡子，避開電潛泵機(jī)組電纜護(hù)皮，在撞擊對螺紋不成功時(shí)，可旋轉(zhuǎn)對螺紋，與內(nèi)錐體螺紋部分咬合，撈獲內(nèi)錐體。解決了傳統(tǒng)對扣撈矛打撈時(shí)的對螺紋的空轉(zhuǎn)問題，提高了井下作業(yè)的工作效率，降低了現(xiàn)場工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

5.2 后級液壓撈矛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

后級液壓撈矛增大了工具抗拉力，提高了安全使用性能，也是為了大力活動(dòng)解卡操作的需要。因?yàn)樵诜理斂ㄍ哌B接的底部封隔器解封解卡過程中，經(jīng)常需要大力活動(dòng)解卡操作，為了此操作不至于扭壞下級扁形撈矛設(shè)計(jì)而設(shè)計(jì)了后級液壓再次打撈。同時(shí)，后級再次打撈是在前級打撈成功解除防頂錨定后而實(shí)施的，前后級兩點(diǎn)卡緊，相對固定，活動(dòng)解卡時(shí)，防頂卡瓦不會(huì)再次張開，方便管柱解卡。后級液壓打撈可完全代替公錐造螺紋，替代了公錐造螺紋打撈過程中的不足和缺陷。

6 現(xiàn)場應(yīng)用

1)2011 年7 月16 日，現(xiàn)12-08 井砂堵嚴(yán)重，在用有專用防頂對扣撈矛和公錐無法成功打撈情況下，拆除了內(nèi)錐體打撈頭，實(shí)施后級液壓打撈，將井內(nèi)防頂卡瓦及卡封管柱全部順利撈出;

2)2012 年3 月9 日，在勝利油田辛6-31 井，防頂放置幾年，進(jìn)行過多次檢電泵作業(yè)，打鉛印后得知防頂上有電纜卡子，新型防頂撈矛下井后一次成功撈出防頂及卡封管柱，提出的防頂內(nèi)腔有較長的電纜卡子。

通過以上兩口井的現(xiàn)場使用，新型防頂打撈工具的優(yōu)越性得到了實(shí)踐驗(yàn)證，內(nèi)錐體打撈頭能有效方便地避開電纜卡子和電纜護(hù)皮撈獲防頂內(nèi)錐體，并成功解卡。

7 結(jié)論

新型防頂打撈工具采用兩級組合撈矛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，下級為內(nèi)錐體螺紋打撈頭，上級為防頂內(nèi)腔液壓撈矛，既可單級使用，亦可組合操作;能有效避開沉積在內(nèi)錐體上的電纜卡子和電纜護(hù)皮，投球打壓后，可實(shí)現(xiàn)后級內(nèi)腔打撈，操作簡單、安全可靠，并實(shí)現(xiàn)了自泄油，防止提噴管。試驗(yàn)表明，該工具能順利完成對有落物沉積管柱的打撈，提高了一次作業(yè)成功率，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

［1］ 傅璞.40Cr 熱處理工藝及其組織與性能［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2005，132(5):110-114.

［2］ 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

［3］ 王新純.井下作業(yè)施工工藝技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2005.

［4］ 萬仁溥，羅英俊.采油技術(shù)手冊［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1993.