張冰洋鄭 鐸魏慶彩武明鳴李 鵬劉海洲

（1.中石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營 257000；2.華北油田公司第四采油廠，河北廊坊 065000）

多功能防砂專用地面流程轉(zhuǎn)換裝置的研制與應(yīng)用

張冰洋1鄭 鐸1魏慶彩1武明鳴1李 鵬1劉海洲2

（1.中石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營 257000；2.華北油田公司第四采油廠，河北廊坊 065000）

目前防砂作業(yè)井口裝置沒有流程轉(zhuǎn)換功能，礫石充填和循環(huán)洗井工序之間轉(zhuǎn)換時間長，易造成循環(huán)通道砂堵，為解決該問題，研制了多功能專用地面流程轉(zhuǎn)換裝置。該裝置由井口滑動系統(tǒng)、正反循環(huán)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)成。通過對主要部件強(qiáng)度的計算及樣機(jī)試壓試驗(yàn)，驗(yàn)證了該裝置可以實(shí)現(xiàn)地面管線流程的便捷轉(zhuǎn)換，此外，該裝置通過滑動密封部件還能實(shí)現(xiàn)施工過程中提放管柱的功能。在勝利油田現(xiàn)場推廣應(yīng)用該裝置近百井次，均獲得一次性成功，表現(xiàn)出了良好的可操作性，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

多功能；防砂；流程轉(zhuǎn)換裝置

目前使用的防砂作業(yè)井口裝置在進(jìn)行充填防砂作業(yè)過程中存在以下兩方面問題：一是不具備地面流程轉(zhuǎn)換功能，需要通過人工倒管線，工序繁瑣；二是無法滿足在充填過程中提放管柱的要求，限制了部分防砂工具的使用。為此，針對油井防砂施工作業(yè)特點(diǎn)，從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，研制了多功能防砂專用地面流程轉(zhuǎn)換裝置，有效解決了上述問題。

1 多功能防砂專用地面流程轉(zhuǎn)換裝置

1.1 結(jié)構(gòu)

多功能防砂專用地面流程轉(zhuǎn)換裝置由井口滑動系統(tǒng)、正反循環(huán)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 多功能防砂專用地面流程轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

井口滑動系統(tǒng)由提升短節(jié)、滑管、密封管、油管短節(jié)組成，其工作原理是：使用高壓自封對管柱進(jìn)行密封，可以不動井口對井內(nèi)管柱進(jìn)行上提或下放操作。

正反循環(huán)系統(tǒng)由外套總承、油管閥門和—套管閥門組成。正循環(huán)時關(guān)閉閥門15、18，由閥門16處進(jìn)液，通過井下工具循環(huán)通道經(jīng)油套環(huán)空，由閥門17出液；反循環(huán)時關(guān)閉閥門15，17，打開閥門18，液體由閥門16進(jìn)入，經(jīng)過過液接頭流入油套環(huán)空，通過井下工具循環(huán)通道進(jìn)入油管，再通過裝置過液接頭，由閥門18出液，建立循環(huán)。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)由活塞套、密封件、調(diào)節(jié)螺母、活塞組成，通過調(diào)節(jié)螺母來調(diào)整裝置進(jìn)液口和出液口的水平和徑向位置，使裝置與硬管線連接，調(diào)節(jié)方便快捷。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）通過閥門控制液流方向，解決了井口倒管線問題，井口不排放液流，實(shí)現(xiàn)不動管線的正反循環(huán)流程轉(zhuǎn)換。

（2）井口滑動系統(tǒng)施工時提、放管柱與井口連接的進(jìn)液和出液管線無關(guān)，不影響井口施工，極大地方便了井口操作。

（3）調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用可調(diào)節(jié)式螺旋千斤頂使井口安裝快捷簡便，便于調(diào)整。

（4）該裝置具有排空功能，洗井前通過閥門控制進(jìn)行管線排空，清除多余充填砂和攜砂液。

1.4 技術(shù)參數(shù)

工作壓力25 MPa，強(qiáng)度試壓35 MPa，過液通道面積大于30 cm2。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

2.1 強(qiáng)度計算

為了滿足各類防砂充填施工的需要，按照工作壓力p1=2.5 kN/cm2，強(qiáng)度試壓p2=3.5 kN/cm2的條件，對裝置提升短節(jié)盲板剪切力、絲扣承載能力、活塞止退臺階抗剪強(qiáng)度進(jìn)行計算。

2.1.1 提升短節(jié)盲板剪切力 盲板受剪切面積

式中，d1為?73mm油管內(nèi)徑，cm；h為盲板厚度，cm。

盲板受力

盲板材料選用調(diào)質(zhì)硬度為HB250-27的45#鋼，則盲板許用剪切強(qiáng)度

式中，Rm為調(diào)質(zhì)硬度為HB250-27的45#鋼的抗拉強(qiáng)度，kN/cm2；nτ為剪切安全系數(shù)。

強(qiáng)度試壓時實(shí)際盲板剪切強(qiáng)度

2.1.2 絲扣承載能力 強(qiáng)度試壓時作用于法蘭上部負(fù)荷，其中法蘭外徑D=16 cm，內(nèi)徑d2=7.3 cm，選擇絲扣M160×3，H=8 cm，則

內(nèi)螺紋剪斷力

式中，m為螺牙根部寬度，cm；d3為內(nèi)螺紋公稱直徑，cm；k1為外螺紋強(qiáng)度安全系數(shù)；δb為許用剪切強(qiáng)度，kN/cm2。

外螺紋剪斷力

式中，m為螺牙根部寬度，cm；d4為外螺紋公稱直徑，cm；k2為外螺紋強(qiáng)度安全系數(shù)；δb為許用剪切強(qiáng)度，kN/cm2。

則螺紋參數(shù)為M160×3，H=8 cm時，QH=846.44 kN 、QH'=733.58 kN，均大于556.95 kN，滿足承載能力需要。

2.1.3 活塞止退臺階抗剪強(qiáng)度 已知活塞直徑D2=8.7 cm，臺階寬H=0.5 cm，則承載面積為S=13.6 cm2，剪切負(fù)荷

臺階抗剪負(fù)荷

則止退臺階寬度設(shè)置為0.5 cm時，F(xiàn)=353.60 kN＞F= 207.96 kN，滿足裝置工作需要。

2.2 試壓試驗(yàn)

試壓目的：試驗(yàn)系統(tǒng)整體承壓能力和調(diào)節(jié)系統(tǒng)部分的密封及耐壓強(qiáng)度。

試壓步驟：首先關(guān)閉所有閥門，從裝置油管短節(jié)下部打壓。壓力由0 MPa→5 MPa→10 MPa→15 MPa→20 MPa→25 MPa→30 MPa→35 MPa，各階段停止2 min，觀察有無漏點(diǎn)，當(dāng)壓力升至35 MPa后穩(wěn)壓5 min不降為合格。整體試壓完成后，滑動活塞，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母，各部件轉(zhuǎn)動靈活，無卡阻。

從試驗(yàn)情況看，該多功能井口能夠滿足各種充填工具的工藝要求，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到試驗(yàn)要求。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 施工步驟

（1）井口安裝。當(dāng)充填管柱下入后，將轉(zhuǎn)換裝置吊起，使油管短節(jié)與井下充填管柱相連，下放轉(zhuǎn)換裝置，使大四通法蘭（或上法蘭）坐于井口法蘭上，上好螺栓即可。

（2）坐封。此步驟適用于封隔式充填工具，投球后根據(jù)防砂工具操作規(guī)程使封隔器坐封。

（3）驗(yàn)封。繼續(xù)升壓至驗(yàn)封壓力，并觀察套管閥門是否返液，不返液為合格。

（4）丟手。上提管柱使井口指針表指示負(fù)荷大于井下管柱原懸重20～30 kN，正轉(zhuǎn)提升短節(jié)，使封隔式充填工具丟手。

（5）地層充填。由外套總承進(jìn)液口打砂漿，砂漿經(jīng)環(huán)形空間經(jīng)過充填工具轉(zhuǎn)換孔進(jìn)入充填工具內(nèi)，再經(jīng)充填工具的充填口擠入地層。

（6）循環(huán)充填。上提提升短節(jié)一定距離（其距離根據(jù)充填工具結(jié)構(gòu)要求），使工具循環(huán)通道打開，此時進(jìn)行循環(huán)充填，砂漿經(jīng)充填工具—篩套環(huán)空—篩管—充填工具循環(huán)通道—油套環(huán)空—井口套管閥門流至污水池。

（7）反洗。上提提升短節(jié)，使井下管柱上移至充填工具充填孔露出，由套管閥門泵入液體，通過充填工具反洗通道進(jìn)行反洗井，洗凈管內(nèi)多余礫石，充填完成。

（8）起工具投產(chǎn)。卸開井口法蘭，卸掉轉(zhuǎn)換裝置的油管短節(jié)與井下充填管柱的連接頭即可起出井下充填管柱，再實(shí)施下一步投產(chǎn)措施。

3.2 應(yīng)用情況

該裝置在勝利油田現(xiàn)場推廣應(yīng)用近百井次，均獲得一次性成功，同時節(jié)約了施工時間和勞力，平均單井可以節(jié)約施工時間近2 h，施工安全、簡單、易操作，應(yīng)用效果良好。

4 結(jié)論

（1）多功能專用地面流程轉(zhuǎn)換裝置可以實(shí)現(xiàn)防砂施工過程中各工序的快捷轉(zhuǎn)換，滿足各種充填工具操作的需要，不動井口進(jìn)行防砂擠壓充填、循環(huán)充填和反洗施工，提高了防砂施工效率。

（2）該裝置安裝便捷、安全、環(huán)保、可靠，能夠有效降低勞動強(qiáng)度，減少施工事故率，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

［1］羅英俊，萬仁溥.采油技術(shù)手冊（3版）［M］ .北京：石油工業(yè)出版社，2005-03.

［2］張軍，楊忠清，于順明，等.新型井口裝置—— ST鎖緊式套管頭的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，1997，19（2）：26-30.

［3］成大先.機(jī)械設(shè)計手冊（第1卷）［M］ .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008-04.

（修改稿收到日期 2013-12-10）

〔編輯 景 暖〕

Development and application of specific multifunctional ground flow transformation apparatus

ZHANG Bingyang1,ZHENG Duo1,WEI Qingcai1,WU Mingming1,LI Peng1,LIU Haizhou2
（1.Research Institute of Oil Production Technology of Sinopec Shengli Oilfield Company,Dongying257000,China;2.The Fourth Oil Plant of Huabei Oil field Co.,Langfang065000,China）

As the sand control operation well head has no function of flow transformation,the time used for gravel fill and circulation well washing is quite long,and circulation channel may be blocked by sand easily.In order to solve those problems,specific multifunctional ground flow transformation apparatus are developed.The apparatus are composed of well head sliding system,positive and negative circulation system and regulation system.Depending on strength calculation and prototype test of the major components,the experiment result proved that the device can realize convenient surface pipeline flow conversion,Due to the slip sealing section of the apparatus,the well head operation can be performed as usual while raising and lowering strings.The apparatus have been used in Shengli Oilfield for nearly a hundred times,which are all one-time success.This technology shows the good performance and a broad application prospect.

multifunctional;sand control;ground flow transformation apparatus

張冰洋，鄭鐸，魏慶彩，等.多功能防砂專用地面流程轉(zhuǎn)換裝置的研制與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2014，36（1）：88-90.

TE931+1

：B

1000-7393（2014）01-0088-03

10.13639/j.odpt.2014.01.023

國家專利：專利名稱：“多功能防砂井口裝置”，專利號：ZL 2007 2 0026498.4。

張冰洋，1981年生。2003年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，現(xiàn)從事采油技術(shù)研究工作。電話：13706366925。E-mail：64319495@ qq.com。