謝峰華

[摘要]在投放水嘴或旋轉(zhuǎn)除垢時，為克服投放阻力或切削垢片阻力作用，避免儀器上竄導(dǎo)致作業(yè)失敗，我們選擇配水器φ46中央通道變徑處為錨定位置，提出鋼球自鎖錨定方案，分析并細(xì)化了錨定結(jié)構(gòu)，解決了可靠錨定和可控解錨的矛盾。

[關(guān)鍵詞]錨定結(jié)構(gòu) 配水器中央通道 投放水嘴 除垢

一、引言

注水是我國油田提高原油采收率的主要手段。水嘴投撈、除垢等工作是水井日常作業(yè)的重要內(nèi)容，目前已往電控自動化方向發(fā)展。電動投撈及除垢儀器較傳統(tǒng)機(jī)械式儀器，需要設(shè)計一種可控錨定功能，解決儀器上竄導(dǎo)致的作業(yè)失敗問題。

二、可控錨定功能分析

當(dāng)橋偏配水器的偏心孔中有泥沙等異物沉積時，引起投放水嘴或除垢的阻力過大，儀器若無軸向約束，且投放阻力大于儀器自重，則導(dǎo)致儀器上竄、作業(yè)失敗。因此儀器上需要增加可控錨定機(jī)構(gòu)，防止竄動。此外，錨定機(jī)構(gòu)還不能影響儀器正常的通過性能，且能可靠解錨，以減少作業(yè)安全事故發(fā)生風(fēng)險。

三、錨定方案內(nèi)容

（一）錨定位置選擇

在設(shè)計錨定結(jié)構(gòu)之前，我們需要確定錨定工作位置。經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析與對比，我們選定橋偏配水器中央通道φ46→φ51變徑位置處作為錨定工作位置。其特點(diǎn)為：

（1）錨定機(jī)構(gòu)的直徑變化范圍較小，便于布置獨(dú)立的錨定機(jī)構(gòu)。

（2）錨定機(jī)構(gòu)與支撐爪、導(dǎo)向爪等不聯(lián)動、不干涉，容易實(shí)現(xiàn)對于解除錨定力的控制。

（二）錨定結(jié)構(gòu)的選擇

我們采用鋼球自鎖錨定方案，結(jié)構(gòu)和運(yùn)動示意圖見圖1，主要結(jié)構(gòu)件有：錨定鋼球、自鎖鋼球、錨定外殼、滑套、螺套、推動開關(guān)、安全銷等。整個錨定過程分為以下幾個過程：

（1）下行自由狀態(tài)：在儀器下行和上提時，儀器下半部分的重量由螺套承受。錨定鋼球不受擠壓錐面的擠壓，處于自由狀態(tài)，可縮回到φ45直徑以內(nèi)，如圖1a）所示。儀器向下可以順利通過配水器。

（2）沖擊錨定并自鎖：當(dāng)支撐爪坐到配水器上后，儀器下半部分變?yōu)殪o止，而儀器上半部分繼續(xù)下沖。在沖擊作用下，錨定鋼球被擠壓突出儀器表面，在配水器中央通道φ51位置處進(jìn)行自鎖錨定（如圖1b）、圖1c）所示）。

（3）正常解錨：當(dāng)投放臂下行到距離極限位置3mm時，收放電機(jī)安裝接頭與推動開關(guān)接觸，推動開關(guān)跟隨下行3mm（如圖1d）所示），推開自鎖鋼球外的滑套，投放水嘴的反作用力將儀器上半部分上頂，正常解除錨定。

如果出現(xiàn)因井下斷電、電機(jī)損壞等意外情況而導(dǎo)致的解錨失敗，可以進(jìn)行上提強(qiáng)制解錨。當(dāng)上提力超過一定值時，安全銷剪斷，錨定鋼球帶動外殼向下運(yùn)動，錨定鋼球縮回即實(shí)現(xiàn)解錨。本錨定機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)是沖擊自鎖錨定、可控解錨及意外情況下可強(qiáng)制解錨。

（三）結(jié)構(gòu)方案細(xì)化及完善

我們在鋼球自鎖錨定方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一定的細(xì)化和完善，主要內(nèi)容如下：

（1）為進(jìn)一步提高儀器上半部分的對中性，使錨定過程運(yùn)動流暢，將錨定鋼球和自鎖鋼球數(shù)目增加為5個。

（2）推動開關(guān)的結(jié)構(gòu)可以分為三部分：上部為一圓弧桿，穿過連接螺套和容受器上本體的圓弧孔；中部為一圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，套在容受器上本體上；下部為穿過錨定外殼上5個槽的5個圓周均布的圓弧桿。在圖1中，推動開關(guān)中部圓環(huán)的上端面和連接螺套的下端面接觸；推動開關(guān)最下端和滑套之間的距離為8mm。當(dāng)儀器下沖8mm后，推動開關(guān)和滑套接觸；繼續(xù)下行推動開關(guān)推動滑套下行2mm，進(jìn)入錨定狀態(tài)。推動開關(guān)再推動滑套下行3mm，則正常解錨。

（3）考慮在儀器上部分和下部分之間增加模壓的橡膠減震墊，吸收沖擊錨定時的能量，避免零件沖擊損壞。

（4）為保證錨定機(jī)構(gòu)的可靠性和壽命，提高錐面襯套和錨定外殼等零件熱處理硬度，提高表面接觸強(qiáng)度，防止錨定鋼球擠壓零件，導(dǎo)致零件表面變形、磨損。

（5）安全銷的剪切直徑為φ1_5mm，材料為1Crl8Ni9Ti，圓周均布若干，保證可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制解錨。

經(jīng)過以上的細(xì)化和改進(jìn)，本錨定機(jī)構(gòu)的性能得到了進(jìn)一步完善，但是該機(jī)構(gòu)仍存在零件外形復(fù)雜、工藝性差、熱處理變形大等不足。在產(chǎn)品裝配和室內(nèi)試驗中，該機(jī)構(gòu)已經(jīng)滿足設(shè)計及試驗要求，原理可行，結(jié)構(gòu)簡單，錨定及解錨工作可靠。但在現(xiàn)場惡劣環(huán)境下使用的可靠性，仍需進(jìn)一步驗證。

四、結(jié)束語

為解決電動投撈器、除垢器的錨定問題，我們選擇橋偏中央通道變徑處為錨定工作位置，選擇鋼球自鎖錨定方案為錨定方案。該方案經(jīng)優(yōu)化、改進(jìn)和工程化設(shè)計后，工作原理已實(shí)現(xiàn)，但現(xiàn)場適用性和可靠性還需驗證。