連續管防噴器性能檢測方法研究

劉洪翠，蓋志亮

（中石油江漢機械研究所有限公司，武漢 430024）

0 引言

目前我國服役3 a以上的連續管防噴器有200余套，而國內各鉆探公司對在役連續管防噴器的常規檢驗/檢查主要參考SY/T 6160-2019《防噴器檢驗、修理和再制造》和SY/T 7012-2014《連續油管井控設備系統》。SY/T 6160-2019標準中規定了閘板防噴器的三月期、一年期和三年期的檢驗內容，但此內容對具有特殊功能的連續管防噴器并不完全適用。SY/T 7012-2014標準中規定了連續油管防噴器的性能檢測，但對各檢測項目的具體實施要求規定并不詳細。在本文中，通過研究連續管防噴器的結構及各部分的主要功能，制定了對其適用的檢測項目，并通過對生產企業、現場作業技術服務隊、維修部等多方調研確定了性能試驗方法。

1 連續管防噴器的結構

連續管防噴器安裝在井口上方或注入頭的下方，一般為液壓控制的四閘板防噴器（如圖1），每組閘板均有其獨立的功能，從上至下分別為：1）全封閘板。當防噴器內沒有連續油管或工具時，實現全封閉關井。2）剪切閘板。出現意外實現切割連續油管。3）卡瓦閘板。用于懸掛井內的連續油管柱。4）半封閘板。封閉井內的連續油管外環形空間[1]。

圖1 連續管防噴器結構圖

標準SY/T 6160-2019《防噴器檢驗、修理和再制造》中規定了常規閘板防噴器的定期檢驗，主要包括外觀檢測、連接部位檢測、主要零部件尺寸檢測、表面無損檢測及整體密封試驗等，對于防噴器的性能檢測規定較少。根據連續管防噴器的結構可知，其主要功能有懸掛、剪切、半封及全封等4項，為保障作業過程中連續管防噴器各功能正常，除進行常規檢驗外，還須對其4個閘板分別進行性能檢測。

2 連續管防噴器的性能檢測

2.1 懸掛閘板檢測

具有三角形顆粒齒的卡瓦通過銷軸固定在懸掛閘板體內端的弧形卡口上，且卡瓦的圓弧中心為偏心布局。懸掛時利用斜面原理，使卡瓦向內收縮而將連續油管卡緊。

SY/T 6160-2019《防噴器檢驗、修理和再制造》標準中未提及懸掛閘板的檢測；GB/T 20174-2019《石油天然氣鉆采設備 鉆通設備》標準中規定了鉆井防噴器的懸掛試驗，即在承受鉆桿載荷時能保持低壓和額定壓力的密封能力，且只適用于279 mm及更大的防噴器，對于懸掛閘板只起懸掛作用，不起密封作用，對尺寸較小的連續管防噴器是不適用的；SY/T 7012-2014《連續油管井控設備系統》標準中規定“卡瓦閘板承載檢測時，應卡在一段壁厚與作業時連續管最厚部位相等的油管上，在油管承受最大預期作業懸重時，油管與卡瓦間應無相對滑動”，但未給出其中的試驗載荷具體計算方法。目前大多數生產企業或施工作業隊進行懸掛測試時施加的載荷值差異也很大，有的根據一定長度連續管的質量計算而來，有的是根據現場作業某一工況的載荷估算而來，沒有統一的標準[2]。

根據SY/T 7012-2014標準規定：一方面試驗管柱為最大壁厚管柱，另一方面試驗載荷為油管承受的最大預期作業懸重，此種情況應考慮連續管作業時最嚴峻情況，即連續管可能發生屈服時的載荷，考慮到連續管設計時的安全系數問題，應取其屈服載荷的80%。即“油管承受的最大預期作業懸重”為其作業時懸掛的最高級別、壁厚最大的連續油管發生屈服時所施加載荷的80%。目前國內作業使用最高級別連續管為CT110級，其屈服強度為758 MPa，根據SY/T 6895-2012《連續油管》，將現場使用到的不同尺寸的連續管的懸掛載荷列入表1中。

以表1中懸掛2 in連續管為例，試驗載荷為451 kN，在試驗時施加如此大的拉伸載荷困難很大，由于懸掛卡瓦牙無方向性，因此可以施加同方向的壓載荷，效果相同且易實現。由于連續管是空心管，受載時易彎折，故試驗時考慮用同尺寸的實心管柱工裝代替。試驗時，首先將連續管防噴器放置于載荷施加裝置上，然后將長度為1.2 m、直徑為2 in、壁厚為0.204 in的連續管管柱工裝放入連續管懸掛閘板中，將懸掛閘板的液壓控制驅動系統連接到液壓站，啟動液壓控制系統，關閉懸掛閘板，使其抱緊管柱工裝。啟動載荷施加裝置，加載到適宜的載荷并保持5 min后再卸載，驗收準則為載荷保持期間管柱與懸掛卡瓦之間無相對滑動。

表1 不同尺寸連續管的懸掛載荷

2.2 剪切閘板檢測

剪切閘板由左剪切閘板體和右剪切閘板體組成，在其內端對稱插裝有剪切刀片。剪切閘板檢測應使用作業時使用的壁厚最大的連續管進行，并且應在無內壓且管柱處于無拉力狀態時進行。進行檢測時，先關閉懸掛閘板，使連續管固定，再用液壓驅動剪切閘板，記錄剪斷時最大的液壓壓力。觀察連續管切開形狀，要求成圓形或橢圓形，不得壓扁，其尺寸要求不得低于SY/T 6895-2012標準A.10中通徑球尺寸。打開剪切閘板，觀察剪切閘板能否退到位，并拆開剪切閘閥，觀察剪切刀刃是否有損傷。

2.3 半封閘板檢測

半封閘板由兩個對稱結構的半封閘板體組成，其內端通過導向鍵嵌裝有由上下墊鐵與夾持在上下墊鐵之間的半密封橡膠塊組成的密封塊，半密封塊的前端密封面為凸出圓弧面。進行半封閘板檢測時，首先將連續管防噴器全封打開，放入連續管，通過液壓驅動進行半封。為防止試壓時連續管飛出，需同時啟動懸掛閘板抱緊管柱或封閉防噴器的上端。壓力試驗分為低壓和高壓兩部分：低壓試驗壓力為1.4～2.1 MPa，在壓力穩定后保壓時間不少于10 min；高壓試驗壓力為防噴器額定工作壓力，在壓力穩定后保壓時間不少于10 min。低壓試驗要在高壓試驗之前進行。

2.4 全封閘板檢測

全封閘板體內端通過導向鍵嵌裝有由上下墊鐵與夾持在上下墊鐵之間的全密封橡膠塊，外壁上半部嵌裝有帶斜度的唇形橡膠助封結構的弧形頂密封塊。進行全封閘板檢測，主要為壓力試驗，包含低壓和高壓兩部分：低壓試驗壓力為1.4～2.1 MPa，在壓力穩定后保壓時間不少于10 min；高壓試驗壓力為防噴器額定工作壓力，在壓力穩定后，保壓時間不少于10 min。低壓試驗要在高壓試驗之前進行。

3 方法應用

通過以上研究確定了連續管防噴器的性能檢測項目及檢測方法，應用此方法對型號為5-1/8″15K的在役連續管防噴器進行了性能檢測，施加載荷為454 kN，施加水壓力為105 MPa，如圖2、圖3所示。經檢測，該連續管防噴器各功能良好。

圖2 連續管防噴器懸掛閘板檢測

圖3 連續管防噴器全封閘板檢測

4 結論

本文確定了對在役連續管防噴器適用的性能檢測項目及檢測方法，主要解決了懸掛閘板檢測時施加的載荷問題、剪切閘板檢測的驗收準則問題，在后期的應用中證實了此方法的可行性，為國內統一連續管防噴器檢測標準提供了參考。