曹治軍

（北方斯倫貝謝油田技術(shù)（西安）有限公司，西安 710065）

在油田采油測(cè)試中，測(cè)井所用的井下資料必須借助井口防噴密封裝置來(lái)完成[1]。在配注壓力較高的情況下測(cè)試時(shí)，必須增加加重桿的長(zhǎng)度，以防噴管的長(zhǎng)度也相應(yīng)增加。工人站在操作平臺(tái)上操作時(shí)會(huì)引起防噴管左右搖擺，因此在測(cè)試過(guò)程中還需操作工人站立在防噴管操作平臺(tái)上用扳手?jǐn)Q緊壓帽，以減小防噴溢流，導(dǎo)致工作的危險(xiǎn)性大大增加[2]。另外，有些采油平臺(tái)場(chǎng)地空間狹小、井間距較小，且測(cè)井和試井的地面設(shè)備難以運(yùn)輸，安裝與拆卸費(fèi)時(shí)費(fèi)力，大大增加了施工作業(yè)的難度，致使常規(guī)的攀爬式人工舉升防噴管已無(wú)法勝任此類工況的測(cè)試需要[3]。目前，大都采用吊車協(xié)助防噴密封裝置來(lái)完成作業(yè)測(cè)試。這種方式所配備的人員設(shè)備較多，成本費(fèi)用高，且安裝與拆卸費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，特別是對(duì)操作范圍狹小、井間距較小、地面測(cè)試設(shè)備難以運(yùn)輸?shù)木畧?chǎng)，選用吊車作業(yè)給操作工人帶來(lái)了諸多不便[4]。

針對(duì)上述問(wèn)題，研制了一種安全程度高、便于攜帶及操作的井口液壓防噴舉升裝置，以解決現(xiàn)有人工舉升防噴管費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、測(cè)試場(chǎng)地環(huán)境較差、空間范圍狹小、地面測(cè)試設(shè)備難以運(yùn)輸以及現(xiàn)場(chǎng)人員操作不便利等問(wèn)題。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較輕、攜帶方便、安全性高等特點(diǎn)，特別是在測(cè)試井作業(yè)中的場(chǎng)地環(huán)境差、空間范圍狹小的地方具有極大的優(yōu)勢(shì)，擁有較好的市場(chǎng)前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 技術(shù)分析

1.1 裝置結(jié)構(gòu)

液壓防噴舉升裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，主要由采油樹(shù)1、井口短接2、錐面密封組件3、升降套4、由壬組件5、防噴管6、缸體/活塞組件7、電動(dòng)泵組件8、舉升支架9和地面支撐組件10等組成。其中：井口短接、錐面密封組件和升降套依次連接，舉升支架、升降套和缸體/活塞組件采用銷釘連接，舉升支架套裝在井口短接臺(tái)階處且用手輪固定，井口短接安裝在采油樹(shù)上，地面支撐組件與舉升支架鉸鏈連接，電動(dòng)泵組件與缸體/活塞組件螺紋密封連接。

1.2 工作原理

該裝置利用便攜式電動(dòng)泵提供動(dòng)力源，向缸體/活塞組件注入液壓油后，活塞伸長(zhǎng)，通過(guò)舉升支架和缸體/活塞結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)防噴管的舉升功能。待防噴管直立后，電動(dòng)泵進(jìn)入保壓狀態(tài)，錐面密封組件與井口短接自動(dòng)對(duì)接并扶正，通過(guò)調(diào)整由壬接頭的行程，最終實(shí)現(xiàn)防噴管的對(duì)接、扶正、密封功能。待測(cè)試作業(yè)完畢后，在防噴管自重的作用下，電動(dòng)泵泄壓、液壓油回流、活塞桿縮短并緩慢下降，從而完成防噴管的傾倒功能。

1.3 技術(shù)參數(shù)

液壓防噴舉升裝置的材質(zhì)主要為T(mén)C4鈦合金，防噴管容納儀器的長(zhǎng)度為6 m，外徑小于46 mm，4 m防噴管的最大舉升質(zhì)量為100 kg，6 m防噴管的最大舉升質(zhì)量為60 kg，連接扣型為2-7/8 TBG，適用環(huán)境為水井或油氣井，舉升動(dòng)力源為電動(dòng)泵。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 防噴管的舉升能力設(shè)計(jì)

容納儀器的質(zhì)量和長(zhǎng)度決定了防噴管的舉升能力，是整個(gè)液壓防噴舉升裝置設(shè)計(jì)的核心之一?？紤]到人工搬抬舉升支架不能過(guò)重，該裝置選用12 mm厚的TC4鈦合金板材焊接而成，既保證了足夠的強(qiáng)度，又降低了使用質(zhì)量。另外，考慮到電動(dòng)泵排量限制和現(xiàn)場(chǎng)的工況，維持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)平衡所需壓力也不能過(guò)大。防噴管的力學(xué)模型簡(jiǎn)圖如圖2所示，防噴管1和防噴管2通過(guò)由壬接箍連接，通過(guò)缸體/活塞的伸縮可使防噴管繞絞軸A作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)防噴管液壓舉升功能。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

防噴管1的長(zhǎng)度L1=4 000 mm，質(zhì)量G1=40 kg；防噴管2的長(zhǎng)度L2=2 000 mm，質(zhì)量G2=20 kg；防噴管1和防噴管2的外徑D=80 mm，內(nèi)徑d=60 mm，彈性模量E=211 GPa，屈服強(qiáng)度σs=725 MPa；作用在防噴管2右端的質(zhì)量G3=20 kg，力臂L3=100 mm，支撐跨距L4=1 000 mm。

取活塞直徑d=50 mm時(shí)，根據(jù)力矩平衡原理，維持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)平衡所需壓強(qiáng)P1為：

計(jì)算可得：P1=21 MPa。

防噴管屬于懸臂梁彎曲，根據(jù)彎曲變形理論，防噴管的最大彎曲強(qiáng)度σmax為：

計(jì)算可得：σmax=145 MPa。

根據(jù)力矩平衡原理和彎曲變形理論[5]，經(jīng)過(guò)以上設(shè)計(jì)參數(shù)選型計(jì)算，維持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)平衡所需壓強(qiáng)為21 MPa，防噴管的最大彎曲強(qiáng)度87.4 MPa遠(yuǎn)小于防噴管的彎曲極限強(qiáng)度145 MPa?？梢?jiàn)，該裝置的設(shè)計(jì)選型參數(shù)合理，結(jié)構(gòu)可靠。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)操作規(guī)程

使用液壓防噴舉升裝置時(shí)，要先將井口短接與采油樹(shù)螺紋密封連接，然后將液壓防噴舉升裝置安裝在井口短接上。安裝防噴管，再將連接好的測(cè)試儀器串安裝入防噴管內(nèi)，在防噴管的上端安裝防噴頭，然后連接好相應(yīng)的管線，并啟動(dòng)電動(dòng)泵組件，通過(guò)舉升支架和缸體/活塞組件的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)完成防噴管的舉升。待防噴管直立時(shí)，電動(dòng)泵組件停止工作，并進(jìn)入保壓狀態(tài)，然后調(diào)節(jié)由壬接頭，確保錐面密封組件與井口短接可靠密封。之后打開(kāi)井口閥門(mén)，滑輪組配合電纜傳輸下放儀器串到達(dá)指定目標(biāo)層位后，便可開(kāi)始測(cè)試作業(yè)。待儀器測(cè)試完畢后，再反向進(jìn)行上述過(guò)程，將各部件拆裝，以便保管和運(yùn)輸。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該井口液壓防噴舉升裝置在大慶鉆探工程公司測(cè)井公司進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，且在扶余和新民地區(qū)搭配集成式五參數(shù)測(cè)井儀器中進(jìn)行了5口井次的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。結(jié)果顯示，完成一次液壓防噴舉升裝置和下井儀器的安裝和拆除綜合時(shí)檢大約2 h?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基本參數(shù)如表1所示。隨后，該裝置在全國(guó)各大油田推廣使用，迄今使用次數(shù)上千井次。

表1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基本參數(shù)

4 結(jié)論

（1）井口液壓防噴舉升裝置的研制及應(yīng)用，避免了測(cè)試人員站立在采油樹(shù)上安裝防噴管的情況，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了測(cè)試安全性和施工效率。

（2）該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較輕、便于操作、安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，適用井場(chǎng)小、雨季吊車無(wú)法進(jìn)入、吊車設(shè)備不充足的情況。

（3）通過(guò)使用該裝置，節(jié)約了成本費(fèi)用，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，特別是在測(cè)試井作業(yè)中的場(chǎng)地環(huán)境差、空間范圍狹小的地方具有極大的優(yōu)勢(shì)，擁有較好的市場(chǎng)前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。