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        基于TRIZ理論提高淺封井解封安全性

        2022-02-08 03:02:54大慶油田有限責(zé)任公司李洪亮趙增權(quán)張勇揚(yáng)義興田軍
        科技創(chuàng)新與品牌 2022年12期
        關(guān)鍵詞:安全性分析模型

        文/大慶油田有限責(zé)任公司 李洪亮 趙增權(quán) 張勇 揚(yáng)義興 田軍

        1 背景及意義

        Y445-114封隔器主要用于淺封井封堵使用,在解封過程中,由于井內(nèi)存有一定的壓力,在解封瞬間,封隔器伴隨油管會(huì)從井內(nèi)瞬間飛出,如圖1所示,會(huì)對井口操作人員人身安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅,同時(shí)從井內(nèi)噴出的污油污水對井場周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染,給企業(yè)造成巨大損失。目前行業(yè)內(nèi)還沒有有效預(yù)防和解決措施,所以研制橋塞在解封時(shí)防上頂防噴打撈工具,對橋塞封隔器解封時(shí)飛管事故的發(fā)生具有重要的意義。

        圖1 橋塞解封功能模型圖

        2 問題分析

        淺封井在封堵過程中,當(dāng)再次解封時(shí),井內(nèi)會(huì)存在一定的壓力,為杜絕飛管事故的發(fā)生,首先可建立功能模型圖,如圖2所示,運(yùn)用“76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解”得出消除有害作用,經(jīng)過現(xiàn)場評估,無法找到低投入解決橋塞防頂問題的解決方案,繼續(xù)對井內(nèi)封堵工具進(jìn)行分析,井內(nèi)污油污水和存在的壓力是有害的,按照消除有害作用壓力與液體的改進(jìn)措施,并逐條進(jìn)項(xiàng)分析,最理想方案是使得封隔器在井內(nèi)實(shí)現(xiàn)安全泄壓,因此,經(jīng)過目前現(xiàn)場使用的橋塞解封工具,當(dāng)橋塞解封時(shí)無法控制橋塞和管柱上頂,需研發(fā)橋塞防頂打撈工具滿足封堵井解封要求。

        圖2 物場模型圖

        3 橋塞防頂設(shè)計(jì)

        通過專利檢索系統(tǒng),查找相關(guān)專利,仍無法解決起打撈管柱時(shí)井內(nèi)飛管的問題;確定解決目標(biāo)是“提高淺封井解封的安全性”。

        于是運(yùn)用TRIZ工具進(jìn)項(xiàng)分析、解決這一問題,首先我們運(yùn)用九屏圖法,確定了當(dāng)前系統(tǒng),同時(shí)找到了它的子系統(tǒng)和超系統(tǒng),以及它們的過去和未來,其次運(yùn)用因果鏈,通過機(jī)、法、環(huán)三個(gè)方面分析,找到淺封井解封安全性低的原因,如圖3所示。

        圖3 因果鏈分析

        通過系統(tǒng)功能分析,分析組件之間的相互作用關(guān)系,對照功能陳述表,構(gòu)建功能模型,通過功能裁剪解決作用不足的問題,如圖4所示。通過資源分析,在系統(tǒng)資源、子系統(tǒng)資源和超系統(tǒng)資源中,對物資、能量、信息、空間、時(shí)間、功能六個(gè)方面進(jìn)行分析,運(yùn)用S曲線進(jìn)行分析處于成長期,目前油田淺封井解封橋塞作業(yè)采用工具通過專利查詢,共查得2項(xiàng)實(shí)用新型專利,因此判斷目前淺封井解封橋塞作業(yè)工具處于成長期階段,有較大的創(chuàng)新空間,如圖5所示。

        圖4 功能分析與裁剪

        圖5 S曲線分析

        運(yùn)用最終理想解法,我們確定問題的最終理想解是橋塞封隔器自己實(shí)現(xiàn)泄壓解封。

        通過提出問題,確定問題功能,查詢科學(xué)效應(yīng)庫,找到功能代碼控制物體位移F6,篩選并運(yùn)用效應(yīng)現(xiàn)象;

        通過技術(shù)矛盾分析,當(dāng)在水泥塞下部增加循環(huán)泄壓閥時(shí),確定要解決的技術(shù)矛盾為 TC- 1,發(fā)生在(增加橋塞解封的安全性)與(設(shè)備變得復(fù)雜)之間。得到改善的參數(shù):27.可靠性,惡化的參數(shù):36.設(shè)計(jì)變復(fù)雜,對照阿奇舒勒矛盾矩陣表得到參考創(chuàng)新原理為3個(gè)原理,得出方案;

        通過物理矛盾分析,(平衡封隔器向上頂力)應(yīng)該(增加),以滿足(解封施工效率高)要求 。(平衡封隔器向上頂力)應(yīng)該(減小),以滿足(封隔器重量減少)要求。

        從時(shí)間分離、空間分離、條件分離、整體與部分分離到4個(gè)方面,從而得出有效方案。

        為了進(jìn)一步接近最終理想解,我們利用金魚法把問題分為現(xiàn)實(shí)和幻想兩部分,現(xiàn)實(shí)部分是下井工具解封橋塞時(shí)上頂飛管、噴油,幻想部分是:解封橋塞時(shí)安全解封,利用可以利用的資源分析,又運(yùn)用[STC算子]展開思維想象,

        3.8 針對效應(yīng)不足的[物場模型],通過增加新的物和場,滿足提高淺封井解封安全性的要求,

        3.9 應(yīng)用小人法,通過橋塞封隔器解卡的瞬間井內(nèi)壓力較大,打撈管柱容易被壓力上頂造成飛管的作用不足來構(gòu)建問題[小人模型],并增加了新的小人自動(dòng)泄壓構(gòu)建模型,如圖6所示。

        圖6 小人法

        4 橋塞防頂打撈工具的研制與應(yīng)用

        針對起油管橋塞進(jìn)行解封過程中,當(dāng)橋塞解封的瞬間,封隔器膠筒收縮后,由于井內(nèi)有壓力,管柱負(fù)荷較低時(shí),橋塞和油管會(huì)從井內(nèi)飛出,油氣出現(xiàn)二次泄露,對人員安全及環(huán)境造成嚴(yán)重污染,針對這一情況,我們采用預(yù)先作用原理、周期作用原理。研制了橋塞防頂打撈器。如圖7所示。

        提高淺封井解封安全性技術(shù)路線圖對淺封井解封安全性的問題進(jìn)行分析將以上方案進(jìn)行匯總,我們通過發(fā)散思維,運(yùn)用TRIZ理論創(chuàng)新工具,得到更加合理的技術(shù)方案。對橋塞進(jìn)行上下調(diào)節(jié),從而達(dá)到控制管柱上頂,釋放油套環(huán)形空間的目的,有效解決了淺封井解封安全性的問題,如圖7所示。

        圖7 橋塞防頂打撈器

        結(jié)語

        運(yùn)用TRIZ理論和工具設(shè)計(jì)橋塞防頂工具,共運(yùn)用了16個(gè)TRIZ工具,得出36個(gè)方案,其中可行性方案22個(gè),專利預(yù)案5個(gè),成功解決橋塞防頂?shù)碾y題。

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