趙東波 李峰 劉文朝 趙松柏 周艷春

1 研究背景

泄油器是修井作業時將油管內液體排入井中避免原油溢出地面的工具，在修井現場廣泛應用。裝在深井泵的上部與油管連接，在抽油泵正常工作時泄油器處于關閉狀態。在修井作業過程中打開泄油器使井液泄漏至井筒內，可改善井口操作條件，減少井場污染，同時提高井內液面，在一定程度上避免井噴。

目前油田使用的泄油器以提拉抽油桿和投棒撞擊為操作方式的居多，但這兩種泄油器由于其操作方式及結構經常發生打不開、誤操作打開、抽油桿斷無法泄油等事故，導致修井作業過程中原油污染地面、作業安全系數降低、增加修井作業工作量等。

2 現有泄油器應用情況

目前油田生產、作業中使用的泄油器種類繁多，大致可分為液壓式和機械式兩大類，按照操作方式分類：機械式中有提拉抽油桿、旋轉油管、投棒撞擊等;液壓式中有爆破式等。目前各油田使用的泄油器存在不同的缺陷：①.泄油器打不開和打開關不上;②.通用性差;③.結構復雜，成本高;④.安裝、操作復雜等。

3 研制新型泄油器

機械式的泄油器中提拉抽油桿、投棒撞擊因必須采用輔助工具打開，導致不確定因素增加，旋轉油管泄油器因其設計復雜增加了制造成本。而液壓爆破式的泄油器操作簡單、價格低廉。但是現有液壓爆破方式必須根據油井情況選擇爆破片，導致其通用性差，且爆破片沒有保護，當油井壓差大時容易誤開啟，因此在采用液壓打開方式的同時必須摒棄這一缺點。根據以上要求，設計了剪切式泄油器。

3.1? 結構原理

該泄油器設計主體為一空心軸桿，上下接頭有螺紋與油管連接，泄油孔設置在泄油器上部，泄油孔上、下各裝兩個密封圈，防止加壓過程中上、下部泄漏，無法剪斷銷釘。在空心軸桿上套裝有剪切筒和防脫扶正器，剪切筒與主體用銷釘固定用以覆蓋泄油孔;防脫扶正器與主體用螺紋連接，避免銷釘剪斷后剪切筒落入井底，并防止因泄油器偏磨導致起、下管柱過程中泄油器打開。該泄油器設計采用液體加壓達到銷釘抗剪強度后剪斷銷釘，使剪切筒下落后露出泄油孔泄油。

3.2? 改進設計

經過驗證，發現此設計存在缺陷，即泄油孔與剪切銷釘孔為同一孔，這樣在泄油器使用過程中，可能會由于壓差大，導致泄油孔打開，也可能因腐蝕導致剪切銷釘與主體黏合，導致泄油孔無法打開。針對此缺陷，進行了改進設計。

在原設計基礎上，將剪切銷釘位置下移，在剪切筒下部加入至少四個銷軸與主體固定，既加強了剪切筒與主體的連接，又使泄油孔被剪切筒完全保護。剪切銷釘基體在泄油器內部，有效減少了井液腐蝕。

3.3 重要技術指標——銷釘材料、尺寸設計

銷釘的材料和尺寸大小決定其強度，強度大小則關系到泄油器是否會提前開啟或無法開啟。經研究發現，銅合金既保持了純銅的優良特性，又具有較高的強度，在耐磨和耐蝕條件下適用。其中特殊黃銅加入了Al、Si、Pb、Sn等合金元素以提高耐蝕性和耐磨性。因此，將銷軸材料確定為某牌號特殊黃銅[1]。

為了確定銷釘尺寸，通過考察生產中抽油泵最高泵掛及井口、管柱承壓，將銷釘開啟壓力定為33MPa。隨后根據剪切強度[2]公式1及2計算出銷釘橫截面積，確定了銷釘尺寸。

3.4 室內試驗和現場實驗

完成設計后，針對剪切式泄油器，開展了室內和現場實驗。

根據實驗結果可看出，該泄油器安全可靠。現場實驗發現，剪切式泄油器打開時的泵車壓力因泄油器下入深度而不同。因此，在現場使用中，泵車壓力需由泄油器開啟壓力減去泵掛深度折算壓力。

4 應用效果

多次實驗后，將泄油器投入現場試用。五口油井的泄油器在作業前皆正常打開（見圖3）。試用成功后，該產品投入推廣。

截止2019年底剪切式泄油器已在冀東油田推廣一千余套，通過對每套泄油器使用效果及數據進行跟蹤對比可發現剪切式泄油器因泄油成功率高、誤開率低，極大地降低了生產成本，使用后產生的經濟效益顯著;并且由于操作簡單、減少環境污染、提高了安全系數，產生的社會效益同樣顯著（見表4）。

剪切式泄油器經過長期的推廣使用，其成本低、結構簡單、安全可靠的特性廣為人知，越來越受到生產單位的歡迎。

參考文獻

[1]? 京玉海 羅麗萍.機械制造基礎（上冊）.北京：清華大學出版社，2005

[2]? 郭光林等.工程力學.北京：機械工業出版社，2014

[3]? 李維鉞.中外有色金屬及其合金力學性能速查手冊.北京：機械工業出版社，2007

[4]? 聶毓琴，孟廣偉.材料力學.北京：機械工業出版社，2009