李成強(qiáng)，柯洪飛，曾 波

(中遠(yuǎn)船務(wù)(啟東)海洋工程有限公司，江蘇南通226000)

0 引言

傳統(tǒng)萬(wàn)能防噴器測(cè)試工裝存在操作復(fù)雜、對(duì)空間要求高等缺點(diǎn)，因此，如何借助現(xiàn)有資源，開發(fā)一種適合測(cè)試環(huán)境下使用的測(cè)試工裝便成為調(diào)試作業(yè)人員、工藝人員及設(shè)計(jì)人員面臨的一個(gè)新課題。本文介紹了防噴器的種類，對(duì)傳統(tǒng)萬(wàn)能防噴器測(cè)試工裝、新型萬(wàn)能防噴器測(cè)試工裝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析和對(duì)比。實(shí)際應(yīng)用表明，新型萬(wàn)能防噴器操作簡(jiǎn)便、實(shí)用，安全性可靠性高。

1 防噴器簡(jiǎn)述

1.1 防噴器種類

防噴器是用于試油、修井、完井等作業(yè)過(guò)程中關(guān)閉井口、防止井噴事故發(fā)生的專用設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、耐高壓等特點(diǎn)，是油田常用的防止井噴的安全密封井口裝置。防噴器按類型分普通防噴器、萬(wàn)能防噴器和旋轉(zhuǎn)防噴器。萬(wàn)能防噴器是可以在緊急情況下啟動(dòng)，響應(yīng)任何尺寸的鉆具，甚至空井;旋轉(zhuǎn)防噴器可以實(shí)現(xiàn)邊噴邊鉆作業(yè)。在深井鉆井中常是除2種普通防噴器外，再加上萬(wàn)能防噴器、旋轉(zhuǎn)防噴器，多種防噴器組合裝于井口。

1.2 環(huán)形萬(wàn)能防噴器特點(diǎn)及性能介紹

環(huán)形防噴器有一個(gè)類似甜圈形狀的橡膠密封，稱為彈性填料單元，由增強(qiáng)鋼肋結(jié)構(gòu)構(gòu)成。密封件坐落在防噴器頂部殼體和液壓活塞之間。當(dāng)活塞驅(qū)動(dòng)，其向上的推力將橡膠密封件擠壓收縮，環(huán)繞鉆具將井口密封，達(dá)到防止井噴的目的。環(huán)形防噴器只有2個(gè)運(yùn)動(dòng)部件:活塞和橡膠密封件，使其具有響應(yīng)時(shí)間短、可適應(yīng)不同工況、操作簡(jiǎn)單、易維護(hù)的特點(diǎn)。

2 傳統(tǒng)萬(wàn)能防噴器測(cè)試工裝介紹

傳統(tǒng)萬(wàn)能防噴器測(cè)試工裝主要有廠家提供的專用測(cè)試工裝和簡(jiǎn)短圓盤立柱測(cè)試工裝2種。

2.1 專用測(cè)試工裝

2.1.1 測(cè)試方法

專用測(cè)試工裝使用同防噴器測(cè)試樁相匹配的鉆桿。專用測(cè)試工裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 專用測(cè)試工裝

專用測(cè)試裝置的測(cè)試方法如下。

(1)將工裝吊運(yùn)進(jìn)萬(wàn)能防噴器腔體內(nèi)，使用鏈鉗等專用上扣工具，將工裝與防噴器做螺紋連接，扭矩適當(dāng)，避免將密封O型圈損傷。

(2)緩慢關(guān)閉萬(wàn)能防噴器，環(huán)抱工具，通過(guò)防噴器測(cè)試泵進(jìn)行加壓測(cè)試，模擬測(cè)試防噴器在實(shí)際工況下的密性及強(qiáng)度。

2.1.2 優(yōu)缺點(diǎn)

(1)優(yōu)點(diǎn)

較可靠，安全性以及穩(wěn)定性較高。

(2)缺點(diǎn)

①主要適用于制造商的專業(yè)測(cè)試，其需要的測(cè)試工裝都是專用工具;

②操作相對(duì)復(fù)雜，需借助專業(yè)的上扣工具;

③受到空間的限制，無(wú)法做到實(shí)時(shí)可視監(jiān)控，底部連接位置的螺紋密封件很容易損壞，且工裝上緊扭矩較難把握;

④耗時(shí)較長(zhǎng)。

2.2 簡(jiǎn)短圓盤立柱測(cè)試工裝

簡(jiǎn)短圓盤立柱測(cè)試工裝結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。測(cè)試時(shí)需要借助萬(wàn)能防噴器的橡膠密封進(jìn)行測(cè)試。

圖2 簡(jiǎn)短圓盤立柱測(cè)試工裝

2.2.1 測(cè)試方法

(1)將圓盤立柱工裝吊運(yùn)進(jìn)萬(wàn)能防噴器內(nèi)腔，調(diào)整高度，盡可能使圓盤上表面貼合橡膠密封的下表面。

(2)關(guān)閉萬(wàn)能防噴器，抱緊立柱。

(3)由防噴器測(cè)試泵進(jìn)行加壓測(cè)試。

2.2.2 優(yōu)缺點(diǎn)

(1)優(yōu)點(diǎn)

①安裝測(cè)試操作簡(jiǎn)單;

②耗時(shí)較少;

③對(duì)測(cè)試工裝的尺寸無(wú)嚴(yán)格的要求，滿足受限空間作業(yè)要求。

(2)缺點(diǎn)

①在立柱和圓盤處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象;

②對(duì)于萬(wàn)能防噴器的橡膠密封有潛在損壞風(fēng)險(xiǎn)，非特殊情況，不推薦使用。

3 新型萬(wàn)能防噴器測(cè)試工裝介紹及優(yōu)越性

3.1 測(cè)試工裝介紹

萬(wàn)能防噴器測(cè)試工裝結(jié)構(gòu)圖如3所示。

此測(cè)試工裝是一種加長(zhǎng)版的圓盤立柱工裝，工件底部鉆有通水小孔，直通上部腔室以保證水路的通暢，通過(guò)連通器原理，達(dá)到壓力傳遞的目的。這種工裝合理解決了安裝復(fù)雜以及密封磨損的問(wèn)題，借助防噴器底部閘刀板的止檔作用，支撐圓盤進(jìn)行承壓，避免了鋼制元件與萬(wàn)能防噴器橡膠密封件的直接接觸，從而保護(hù)了設(shè)備本體，并達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

圖3 自制測(cè)試裝置圖

3.2 測(cè)試方法

閘板防噴器處于開啟位置，將圓盤立柱工裝自頂部吊運(yùn)進(jìn)防噴器內(nèi)腔，把圓盤放置于防噴器中緊靠萬(wàn)能防噴器的第一個(gè)中空管閘板防噴器的下方，關(guān)閉閘板防噴器，工裝立柱略小于閘板防噴器的中空尺寸，借助于上方手拉葫蘆手動(dòng)提升工裝，將測(cè)試工裝圓盤上表面緊貼合閘板下表面，保持手拉葫蘆力度吊住工裝;然后，關(guān)閉萬(wàn)能防噴器，抱緊立柱，檢查確認(rèn)狀態(tài)后，由防噴器測(cè)試泵進(jìn)行加壓測(cè)試。

3.3 工裝受力分析

此工裝也延續(xù)了傳統(tǒng)圓盤立柱測(cè)試工裝存在受力集中處的缺點(diǎn)。通過(guò)圖4可以看出，在工裝內(nèi)部通水孔處的應(yīng)力大于圓盤與立柱相接處的應(yīng)力。在試驗(yàn)壓力為69 MPa的工況下，工裝最大應(yīng)力約為150 MPa。因此，制作此工裝的原材料可采用Q235、45號(hào)鋼等材料。

3.4 優(yōu)越性

3.4.1 安全及可靠性高

新型工裝雖然存在一定的應(yīng)力集中，但是通過(guò)上述的有限元應(yīng)力分析報(bào)告可以看出工裝的最大應(yīng)力值并不是太大，可以選擇的材料較為普遍。以45號(hào)鋼為例，屈服強(qiáng)度為355 MPa，其安全系數(shù)為2.36，在工裝強(qiáng)度以及安全性方面，此測(cè)試工裝完全符合要求。

3.4.2 操作便捷性和經(jīng)濟(jì)性好

(1)新型工裝在長(zhǎng)度尺寸方面比專用工裝有很大的優(yōu)勢(shì)。其長(zhǎng)度小，便于吊運(yùn)以及安裝，并且對(duì)于防噴器儲(chǔ)存位置的空間無(wú)特殊要求，允許在較小空間里進(jìn)行吊運(yùn)操作。由于立柱徑向尺寸只要小于閘板抱死中空尺寸，強(qiáng)度滿足要求即可，并無(wú)其他特殊要求，故工裝的制作尺寸靈活性較高，且對(duì)表面處理無(wú)特別要求。

圖4 模擬建模有限元受力分析

(2)新型工裝與底部測(cè)試樁以及防噴器無(wú)連接要求，安裝無(wú)需上扣、卸扣作業(yè)，安裝簡(jiǎn)捷。

(3)新型工裝采用普通材料加工制成，有廣泛的選擇空間，能夠達(dá)到試驗(yàn)要求。

3.4.3 測(cè)試無(wú)損性

(1)新型工裝在受力后對(duì)于設(shè)備本體的保護(hù)方面比傳統(tǒng)圓盤立柱工裝有較突出的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)工裝圓盤會(huì)受到水壓的推力直接接觸橡膠密封，盡管萬(wàn)能防噴器的橡膠密封設(shè)計(jì)上可以承受很大壓力，但是實(shí)際工作狀態(tài)下是由液體傳遞的這種壓力，同傳統(tǒng)測(cè)試工況存在差別，極易損壞設(shè)備。新型工裝使得鋼制圓盤無(wú)法直接擠壓橡膠密封，避免了密封件底部受到固體擠壓所產(chǎn)生的損壞。

(2)新型工裝在避免因?yàn)槭軌籂顟B(tài)下位移滑動(dòng)導(dǎo)致的磨損方面比傳統(tǒng)圓盤工裝有很大優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)工裝立柱與橡膠密封有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生密封件的磨損。新型工裝的向上運(yùn)動(dòng)由閘板防噴器所限制，向下運(yùn)動(dòng)由吊裝設(shè)備限制，在加壓以及泄壓過(guò)程中與橡膠密封無(wú)相對(duì)移動(dòng)，從根本上避免了對(duì)橡膠密封側(cè)面的磨損。

4 萬(wàn)能防噴器測(cè)試過(guò)程及安全控制

萬(wàn)能防噴器的調(diào)試分為功能測(cè)試和壓力測(cè)試。功能測(cè)試一般是在無(wú)壓或低壓狀態(tài)下進(jìn)行，用以檢驗(yàn)機(jī)械設(shè)備同控制系統(tǒng)間的通訊是否正常，傳感器等安全保護(hù)裝置是否正常響應(yīng)，控制系統(tǒng)反饋、顯示等是否正常，閥件操作是否順暢，以及其他可以在無(wú)負(fù)載下進(jìn)行的功能試驗(yàn)。壓力測(cè)試是通過(guò)外置高壓泵提供試驗(yàn)壓力，模擬實(shí)際工況，通過(guò)測(cè)試工裝將設(shè)備置于設(shè)計(jì)壓力下，用以檢驗(yàn)設(shè)備有無(wú)泄漏以及強(qiáng)度等是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求的試驗(yàn)。

4.1 測(cè)試過(guò)程中潛在作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)

4.1.1 準(zhǔn)備階段

首先，通過(guò)懸置于環(huán)形萬(wàn)能防噴器上方的吊耳，將測(cè)試工裝通過(guò)手拉葫蘆、吊帶等吊具緩緩下放至測(cè)試位置。此時(shí)，需要注意人員及器物墜落的風(fēng)險(xiǎn)，吊環(huán)、卸扣及吊帶等其他吊具的選擇需要嚴(yán)格按照吊運(yùn)安全操作規(guī)程進(jìn)行。其次，工裝吊入過(guò)程，需要謹(jǐn)慎操作，防止鋼制工裝對(duì)于防噴器內(nèi)腔的破壞，減少摩擦及磕碰的機(jī)會(huì)，防止內(nèi)腔受到機(jī)械損傷。

4.1.2 試驗(yàn)過(guò)程階段

試驗(yàn)加壓前，應(yīng)首先將水注滿整個(gè)測(cè)試腔，將空氣排出試驗(yàn)空間，避免空氣殘留，增加試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。然后，測(cè)試工裝手動(dòng)上提，保持松緊適度，既要避免和鋼制閘刀板進(jìn)行撞擊，又要做到緊密貼合，減少上壓過(guò)程中工裝在腔體內(nèi)部的向上位移，從而減少同萬(wàn)能防噴器間的相對(duì)摩擦。試驗(yàn)過(guò)程中，按照壓力試驗(yàn)程序，緩慢升壓，穩(wěn)壓幾分鐘后，方可繼續(xù)試壓，直至達(dá)到試壓壓力。

4.1.3 試驗(yàn)結(jié)束階段

試驗(yàn)結(jié)束，緩慢將壓力降低至全部泄壓后，將試驗(yàn)工裝自腔體內(nèi)提出，將殘留的水體排干，做好內(nèi)腔防腐處理，頂部孔洞蓋板到位，防止人員墜落。

4.2 嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)審批制度

萬(wàn)能防噴器壓力測(cè)試試驗(yàn)作為防噴器測(cè)試中關(guān)鍵性試驗(yàn)，通過(guò)高壓泵壓設(shè)備模擬鉆井作業(yè)實(shí)際工況，存在崩彈、泄露等風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)行專項(xiàng)策劃及作業(yè)審批，做好風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)方案，明確參與各方的職責(zé)，并進(jìn)行安全交底后方可進(jìn)行作業(yè)。試驗(yàn)中做到有效溝通，作業(yè)禁區(qū)嚴(yán)格管理，禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入。

5 結(jié)語(yǔ)

此次試驗(yàn)證明:新型測(cè)試工裝具有操作簡(jiǎn)便、實(shí)用，安全性及可靠性較高的特點(diǎn)，達(dá)到了試驗(yàn)的預(yù)期效果，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。與此同時(shí)，此次試驗(yàn)大膽摒棄了以往過(guò)分依賴外協(xié)或廠家提供工裝的弊端，為以后其他項(xiàng)目的創(chuàng)新提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 洪水棕，吳振坤.萬(wàn)能防噴器的力學(xué)強(qiáng)度分析［J］.石油鉆采機(jī)械，1985(6):1-9，75.