液壓舉升快速返排系統(tǒng)安裝裝置的設(shè)計(jì)

賀啟強(qiáng)　杭發(fā)琴　肖　姝　劉常?！⌒煳膽c　魏　斌

（中石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東東營(yíng)　257000）

液壓舉升快速返排系統(tǒng)安裝裝置的設(shè)計(jì)

賀啟強(qiáng)杭發(fā)琴肖姝劉常福徐文慶魏斌

（中石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東東營(yíng)257000）

為滿(mǎn)足大排量、高效率的試油排液需求，研制出一種液壓舉升快速排液裝置。然而該裝置的舉升液壓缸利用普通油管滑車(chē)及支架進(jìn)行安裝容易發(fā)生液壓缸活塞桿損壞、油缸側(cè)翻的問(wèn)題。通過(guò)分析舉升液壓缸在安裝過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，對(duì)油管滑車(chē)軌道系統(tǒng)的滑車(chē)、車(chē)輪、滑車(chē)軌道和軌道支架等部件進(jìn)行了針對(duì)性改進(jìn)，設(shè)計(jì)出適合液壓舉升快速返排系統(tǒng)安裝時(shí)使用的安裝裝置。改進(jìn)后的安置裝置提升了系統(tǒng)操作安全性，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需求。

液壓舉升快速返排；液壓缸；油管滑車(chē)

目前，勝利油田的主力油田已經(jīng)進(jìn)入開(kāi)發(fā)的中后期，開(kāi)發(fā)重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向油層埋藏深、地層能量低、滲透性較差的難開(kāi)發(fā)油藏，尤其是低滲、特低滲油藏，往往需要進(jìn)行壓裂、酸化等措施，才能實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、增注。這類(lèi)油藏地層壓力低、滲透率低，容易發(fā)生水鎖，現(xiàn)場(chǎng)在進(jìn)行壓裂酸化以及放噴后往往不進(jìn)行抽汲排液，入井液返排率低，導(dǎo)致入井液長(zhǎng)時(shí)間滯留并污染地層，嚴(yán)重影響施工效果［1-4］。

勝利油田開(kāi)發(fā)出一種壓裂后快速返排工藝，采用試油連續(xù)舉升地面裝置配套壓裂抽汲聯(lián)作管柱，在探井試油及油水井排液方面代替常規(guī)抽汲方式，具有操作簡(jiǎn)單、調(diào)參方便、連續(xù)舉升等優(yōu)勢(shì)［3-8］。該工藝在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，存在沖次受限及裝機(jī)功率較大的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后形成了液壓舉升快速返排系統(tǒng)，在提高抽汲沖次的同時(shí)，可以有效利用負(fù)載勢(shì)能、降低裝機(jī)功率。然而，其舉升設(shè)備液壓缸在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，需要人工搬運(yùn)液壓缸配合井口大鉤在油管橋上移動(dòng)，以保證液壓缸平穩(wěn)移動(dòng)。應(yīng)用普通油管滑車(chē)可以節(jié)省人力，但一方面油缸無(wú)法固定，存在油缸與小滑車(chē)脫離、油管橋發(fā)生側(cè)傾的危險(xiǎn)；另外一方面，液壓缸活塞桿直接接觸小滑車(chē)，油缸重量作用在活塞桿上，存在損壞活塞桿的危險(xiǎn)。為此，在傳統(tǒng)油管滑車(chē)的基礎(chǔ)上依次對(duì)滑車(chē)、車(chē)輪、滑車(chē)軌道和軌道支撐等部件加以改進(jìn)［9-10］，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足適合液壓返排舉升系統(tǒng)的快速安裝裝置，從而減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提升安裝速度和操作安全性。

1　液壓缸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析

舉升液壓缸在安裝前位于油管橋上處于水平狀態(tài)，在安裝過(guò)程中由井口游車(chē)大鉤配合人工搬運(yùn)共同完成：一方面由井口游車(chē)大鉤提升液壓缸向上運(yùn)動(dòng)，另一方面通過(guò)人工推動(dòng)液壓缸，油管滑車(chē)在油管橋上滑動(dòng)，逐漸靠近井口，最終轉(zhuǎn)變?yōu)榫谏戏降拇怪睜顟B(tài)。

2　油管滑車(chē)軌道系統(tǒng)的整體改造

油管滑車(chē)軌道系統(tǒng)包括小滑車(chē)和支撐軌道，通過(guò)分析液壓舉升返排系統(tǒng)在安裝過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特性及滑車(chē)軌道系統(tǒng)的受力情況，進(jìn)行有針對(duì)性改進(jìn)。

2.1小滑車(chē)的改進(jìn)

液壓缸在安裝過(guò)程中，其軸線(xiàn)與水平面夾角不斷變化，即液壓缸圍繞一條移動(dòng)軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。普通小滑車(chē)為前后兩軸結(jié)構(gòu)，如圖1（a）所示，液壓缸與小滑車(chē)承載面相接觸，無(wú)法實(shí)現(xiàn)繞小滑車(chē)輪軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為此，將小滑車(chē)輪軸縮減為單軸式結(jié)構(gòu)，如圖1（b）所示，液壓缸與小滑車(chē)承載面通過(guò)U型螺栓固定在小滑車(chē)輪軸上，液壓缸在油管橋上移動(dòng)時(shí)可以繞小滑車(chē)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

圖1　油管滑車(chē)改進(jìn)

2.2小滑車(chē)滾輪的改進(jìn)

液壓缸為細(xì)長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)，在油管橋上進(jìn)行移動(dòng)的過(guò)程中，井口大鉤相對(duì)于液壓缸需要兩側(cè)對(duì)中的要求難以達(dá)到，普通小滑車(chē)車(chē)輪為等高結(jié)構(gòu)，如圖2（a）所示，容易發(fā)生側(cè)翻事故。參照火車(chē)防側(cè)翻原理，將小滑車(chē)車(chē)輪結(jié)構(gòu)調(diào)整為一高一低的特殊結(jié)構(gòu)，如圖2（b）所示，車(chē)輪較高的一端位于軌道內(nèi)側(cè)，兩輪對(duì)稱(chēng)安裝，可以有效防止液壓缸在移動(dòng)過(guò)程中發(fā)生側(cè)翻。

圖2　滑車(chē)車(chē)輪改進(jìn)

2.3滑車(chē)軌道的設(shè)計(jì)

滑車(chē)軌道一方面作為液壓缸在井場(chǎng)的臨時(shí)擺放位置，另一方面在液壓缸安裝過(guò)程中提供移動(dòng)軌道，方便液壓缸安裝。依據(jù)軌道截面外形，初步設(shè)計(jì)出兩種方案：一種為工字鋼結(jié)構(gòu)，如圖3（a）所示，一種為管狀結(jié)構(gòu)，如圖3（b）所示。已知液壓缸重量2 t，通過(guò)計(jì)算液壓缸在軌道上的受力分析得出：16#工字鋼結(jié)構(gòu)的輪軸最大應(yīng)力為590 MPa，油管結(jié)構(gòu)（?102 mm）的輪軸最大應(yīng)力為281 MPa。而輪軸材料45#鋼的屈服應(yīng)力為355 MPa，所以?xún)?yōu)選管狀結(jié)構(gòu)軌道。

圖3　滑車(chē)軌道改進(jìn)

圖4　軌道支架改進(jìn)

2.4軌道支架的設(shè)計(jì)

普通軌道支架如圖4（a）所示，軌道支撐梁位于支架最上部，在液壓缸移動(dòng)過(guò)程中，軌道容易發(fā)生側(cè)滑。新設(shè)計(jì)的軌道支架將支撐梁位置下調(diào)，如圖4（b）所示，起到降低設(shè)備重心、提高運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的作用；在支撐梁焊接弧形卡瓦，與圓形導(dǎo)軌緊密接觸；支撐梁兩側(cè)的豎直結(jié)構(gòu)可以有效防止軌道脫離卡瓦和軌道支架。

2.5裝置裝配體

將改進(jìn)后的各部位進(jìn)行組裝，滑車(chē)系統(tǒng)裝配圖如圖5所示。舉升液壓缸安裝時(shí)，液壓缸一端由井口游車(chē)大鉤懸掛，在大鉤提升作用下沿滑車(chē)軌道前進(jìn)，與此同時(shí)，液壓缸及軌道后方的滑車(chē)托板沿滑車(chē)軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直至液壓缸完全直立在井口；舉升油缸拆卸時(shí)，其過(guò)程完全相反，液壓缸底部固定在滑車(chē)軌道的單軸油管滑車(chē)后，作業(yè)工人拖動(dòng)液壓缸沿滑車(chē)軌道后退，井口大鉤緩慢下放，直至液壓缸完全平穩(wěn)安置于滑車(chē)軌道上。

圖5　液壓舉升快速返排油管滑車(chē)系統(tǒng)

利用此系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)舉升液壓缸快速高效地安裝與拆卸，對(duì)于減輕現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工人勞動(dòng)強(qiáng)度及提高操作安全性具有積極意義。

3　結(jié)論

（1）液壓返排舉升裝置安裝過(guò)程中，液壓缸的運(yùn)動(dòng)是一種水平和垂直方向上的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用常規(guī)油管滑車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行安裝存在側(cè)翻和損壞液壓缸活塞桿的危險(xiǎn)，難以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。

（2）改造后的油管滑車(chē)系統(tǒng)，分別對(duì)油管滑車(chē)、滑車(chē)滾輪、滑車(chē)軌道、軌道支架進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，可以有效防止舉升液壓缸側(cè)翻、活塞桿損壞，提升了系統(tǒng)操作的安全性。

［1］李石磊，商永海，秦林興.壓裂與抽汲泵返排聯(lián)作工藝在勝利油田的應(yīng)用［J］.油氣井測(cè)試，2009，18（5）：45-46.

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［3］謝甜，汪德彰.試油連續(xù)排液技術(shù)在江漢油田的應(yīng)用［J］.江漢石油職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，24（6）：54-56.

［4］常峰，羅燕，劉丙生，等.壓裂后快速返排工藝技術(shù)的研究［J］.石油機(jī)械，2009，37（5）：56-58.

［5］徐文慶，張振海，鄒光皓，等.試油連續(xù)舉升地面裝置的研制與應(yīng)用［J］.石油機(jī)械，2008，36（11）：45-47.

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［9］張青海，馬祥輝，王鳳龍. 油管滑車(chē)的改進(jìn)與應(yīng)用［C］.關(guān)玉雙. 井下作業(yè)技術(shù)論文集.北京：石油工業(yè)出版社，2004：304-306.

［10］濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)［M］. 北京：高等教育出版社，2001.

（修改稿收到日期2015-04-28）

〔編輯李春燕〕

西部鉆探大尺寸SAGD水平井鉆探成功

近日，由西部鉆探承擔(dān)的全過(guò)程工程技術(shù)施工作業(yè)，國(guó)內(nèi)首組大尺寸SAGD水平井FHW3122P/I井組告捷。

FHW3122P/I井組是新疆油田2014年在風(fēng)城油田重45井區(qū)部署的一組試驗(yàn)性SAGD水平井，也是西北地區(qū)首組大尺寸SAGD水平井。其中，F(xiàn)HW3122P井設(shè)計(jì)井深1 489 m，F(xiàn)HW3122I井設(shè)計(jì)井深1 467 m。FHW3122P/I水平井二開(kāi)、三開(kāi)井眼尺寸由常規(guī)設(shè)計(jì)直徑311.2 mm、215.9 mm增加到直徑444.5 mm、311.2 mm。

2014年，西部鉆探在認(rèn)真總結(jié)往年SAGD水平井技術(shù)服務(wù)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，持續(xù)完善技術(shù)方案和操作標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選GE-MWD儀器和磁定位儀器，確保在鉆井提速的同時(shí)實(shí)現(xiàn)井眼軌跡精確控制。

FHW3122I井三開(kāi)采用RMRS磁導(dǎo)向技術(shù)，針對(duì)800 m長(zhǎng)水平段施工面臨井眼清潔、井下復(fù)雜等一系列問(wèn)題，制定了一套全面、高效的技術(shù)措施。施工中，嚴(yán)格執(zhí)行施工措施，高質(zhì)量完成定向施工。定向段井眼軌跡以全段、全程無(wú)復(fù)雜，安全、高效滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的業(yè)績(jī)完美收官。大尺寸SAGD水平井的告捷，不僅開(kāi)創(chuàng)了西北地區(qū)大尺寸SAGD水平井施工先河，也填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)大尺寸SAGD水平井施工空白。

（供稿海斌）

Design of the installation apparatus for the quick-flowback system by hydraulic lifting

HE Qiqiang, HANG Faqin, XIAO Shu, LIU Changfu, XU Wenqing, WEI Bin
（Research Institute of Petroleum Engineering, Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying 257000, China）

In line with the production requirement for large displacement and high efficiency of oil testing and fluid flow, Shengli Oilfield has developed a rapid drainage device with hydraulic lifting; the prototype has been utilized on site and all the performance parameters meet the production requirement. However, the installation of the hydraulic lifting cylinder needs manual lifting together with wellhead traveling block lifting; whereas, when if it is installed using common tubing tackle and support, then problems may occur like damage to the piston rod in hydraulic cylinder and rollover of the oil cylinder, so this method does not meet field requirement. Through analyzing the movement characteristics of oil cylinder during installation of the hydraulic lifting cylinder, specific improvement has been made to all the parts on tubing tackle system and the installation apparatus has been designed which is applicable to the installation of quick-flowback system with hydraulic lifting. The improved installation apparatus improves the safety of operation system and meets the field requirements.

quick-flowback with hydraulic lifting; hydraulic cylinder; tubing tackle

TE933

B

1000 – 7393（ 2015 ） 03 – 0128 – 03

10.13639/j.odpt.2015.03.030

賀啟強(qiáng)，1984年生。2010年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，碩士研究生，現(xiàn)主要從事機(jī)械采油技術(shù)研究與推廣工作，助理工程師。電話(huà)：0546-8795860。E-mail：syheqq@126.com。

引用格式：賀啟強(qiáng)，杭發(fā)琴，肖姝，等.液壓舉升快速返排系統(tǒng)的安裝裝置［J］.石油鉆采工藝，2015，37（3）：128-130.