一種新型沖砂自封裝置的研制與應(yīng)用

劉海明

(中國石化江蘇油田分公司工程技術(shù)服務(wù)中心，江蘇 揚(yáng)州 225265)

一種新型沖砂自封裝置的研制與應(yīng)用

劉海明

(中國石化江蘇油田分公司工程技術(shù)服務(wù)中心，江蘇 揚(yáng)州 225265)

現(xiàn)有高壓自封裝置不能防管柱偏磨，易造成密封失效；且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、高度過高，造成井口安裝與操作不方便。針對此問題，研制了可調(diào)偏高壓自封裝置，采用整體式膠芯、對半式殼體結(jié)構(gòu)，設(shè)有調(diào)偏機(jī)構(gòu)。經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用表明，該裝置具備高壓自封功能，安裝方便、輕巧實(shí)用、可調(diào)偏、密封效果好，能滿足沖砂施工中密封井口要求。

防偏磨 沖砂 高壓 密封

沖砂、鉆磨作業(yè)時，需要安裝高壓自封裝置進(jìn)行井口密封，以確保修井液正常循環(huán)而不出現(xiàn)井口刺漏?，F(xiàn)有高壓自封裝置存在以下問題：①結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、重量大、安裝位置高，拆裝及更換膠芯不方便；②高壓自封裝置安裝于防噴器之上，進(jìn)一步增加了井口高度，給抬吊卡、操作液壓鉗等現(xiàn)場作業(yè)帶來操作困難和安全隱患；③井架不對中造成井內(nèi)管柱貼邊，會使自封膠芯偏磨失去密封功能，造成井口刺漏，漏失嚴(yán)重時沖砂作業(yè)無法進(jìn)行，頻繁更換膠芯導(dǎo)致施工效率低，修井作業(yè)費(fèi)用高。針對以上問題，研發(fā)了可調(diào)偏高壓自封裝置。

1 自封裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

原有的高壓自封裝置為整體式安裝，一般高度在30 cm以上，安裝復(fù)雜，安裝井口防噴器后，井口操作難度較大。為降低井口操作高度，達(dá)到井口管柱動密封要求，將自封殼體設(shè)計為對半式結(jié)構(gòu)，膠芯采用整體式結(jié)構(gòu)，以達(dá)到密封效果。

1.1整體式膠芯設(shè)計

將整體式膠芯沉入防噴器內(nèi)腔，上端掛在法蘭鋼圈槽內(nèi)，既不影響防噴器功能，又達(dá)到降低安裝高度的目的；為確保膠芯強(qiáng)度與彈性，在整體膠芯內(nèi)部設(shè)計有骨架，骨架由環(huán)形鋼盤與16組“U”形鋼絲相串的加強(qiáng)筋組成(見圖1)，選用耐磨聚脂材料硫化形成整體膠芯。整體膠芯內(nèi)部通道設(shè)計有鼓形腔結(jié)構(gòu)，在油管接箍通過鼓形腔時，膠芯在受壓后有自動補(bǔ)償作用，從而延長膠芯的使用壽命；同時膠芯上端邊緣下部有與防噴器上法蘭鋼圈槽相配合的膠圈，實(shí)現(xiàn)與防噴器的密封。

圖1 膠芯內(nèi)部骨架

1.2高強(qiáng)殼體設(shè)計

殼體作用是固定和壓住膠芯，實(shí)現(xiàn)膠芯的密封。為改變桶形自封裝置安裝復(fù)雜的問題，將殼體設(shè)計為對半式結(jié)構(gòu)，采用鉸鏈連接，安裝時不需從油管導(dǎo)入。為確保強(qiáng)度，殼體采用了與KYS25/65采油樹相同的法蘭及連接螺栓(見圖2)。

圖2 殼體結(jié)構(gòu)

圖3 自封裝置整體結(jié)構(gòu)

1.3調(diào)偏機(jī)構(gòu)設(shè)計

為方便起下管柱作業(yè)，設(shè)計了一凸出環(huán)，作為坐吊卡平臺。為解決因井口不正油管貼邊造成膠芯偏磨的問題，在此環(huán)形凸出平臺內(nèi)安裝調(diào)偏扶正環(huán)，環(huán)形平臺徑向設(shè)4個螺絲孔，安裝頂絲，實(shí)現(xiàn)調(diào)偏，最大可調(diào)偏5 cm。頂絲與旋塞閥匹配相同的扳手進(jìn)行調(diào)節(jié)，無需另配。

凸出平臺高度為4.5 cm，安裝后殼體總體高度為10 cm，比原裝置降低60%以上，由于采用雙半式結(jié)構(gòu)殼體，安裝更加簡單方便，整體結(jié)構(gòu)見圖3。

1.4工作原理

當(dāng)需要沖砂、鉆磨銑時，從油管下端依次將扶正環(huán)、整體式膠芯套在油管上，下油管時將膠芯帶進(jìn)防噴器內(nèi)腔，并使膠芯上部分下端面的固定密封圈與防噴器法蘭平面上鋼圈槽配合，形成密封；再安裝分體式殼體，擰緊10根連接螺栓，即可實(shí)現(xiàn)井口密封，正常反沖砂可實(shí)現(xiàn)密封壓力達(dá)10 MPa。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)因井架不正，油管偏向一邊時，可將旋塞閥扳手插入頂絲四方內(nèi)孔內(nèi)，旋進(jìn)或旋出進(jìn)行調(diào)節(jié)，使油管居于井筒中間，達(dá)到調(diào)偏功能，防止膠芯偏磨，提高密封效果。

2 試驗(yàn)與應(yīng)用

2.1承壓與調(diào)偏試驗(yàn)

高壓自封裝置研制成功后，在真34-1井進(jìn)行了應(yīng)用。該井為壓裂施工井，井深2 420 m，最大井斜39.2°，根據(jù)設(shè)計要求采用反沖砂方式?jīng)_砂。安裝高壓自封殼體后，發(fā)現(xiàn)井口左右偏差4 cm，利用頂絲調(diào)節(jié)扶正環(huán)扶正位置，調(diào)偏成功。起動水泥車反打壓，施工最高壓力9.8 MPa，井口無刺漏，實(shí)現(xiàn)動密封，過油管10根，順利沖出井內(nèi)100 m壓裂砂。隨后在真193井進(jìn)行反沖砂應(yīng)用，最大壓力6 MPa，無刺漏，在許淺1-15井反沖砂最大壓力10.5 MPa，表明該裝置適應(yīng)現(xiàn)場要求。

為取得靜密封壓力數(shù)據(jù)，在油管不動時，套管下入封隔器進(jìn)行打壓，壓力打到12 MPa停泵，穩(wěn)壓15 min不降，達(dá)到設(shè)計要求。

2.2膠芯壽命試驗(yàn)

為了試驗(yàn)?zāi)z芯使用壽命，選擇了在真165井、黃88-39井進(jìn)行應(yīng)用。兩井為滿井筒擠灰，灰塞長度在1 000 m以上，根據(jù)設(shè)計要求，兩井分別需要鉆除井內(nèi)水泥塞。安裝該高壓自封裝置后，開泵正循環(huán)鉆磨，井口不漏，鉆磨進(jìn)尺達(dá)1 000.33 m和1 001.54 m，僅使用整體膠芯各一個，創(chuàng)造了單個膠芯密封壽命的記錄，提高了施工效率，節(jié)約了成本。

3 結(jié)論

新研制的可調(diào)偏高壓自封裝置在5口井試驗(yàn)成功后，進(jìn)行了局部改進(jìn)優(yōu)化，4頂絲改為6頂絲，調(diào)偏方向更加精準(zhǔn)，同時逐步擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，受到現(xiàn)場歡迎，目前已推廣應(yīng)用1 000多井次。通過應(yīng)用表明：

(1)本自封裝置具有體積小、重量輕、高度低、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便等特點(diǎn)，能適應(yīng)現(xiàn)場快捷操作要求。

(2)調(diào)偏功能的實(shí)現(xiàn)，解決了因井架不正造成井內(nèi)管柱貼邊、自封膠芯磨損的問題，提高了使用壽命。

(3)經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用證明，與原老式自封裝置相比，該裝置有著很大優(yōu)勢，能替代原自封裝置,有著廣闊應(yīng)用前景。

[1] 蘆會來，唐長書，殷秀君，等.一種新型井口自封裝置[J]. 石油礦場機(jī)械，2008.37(1)：78-80.

[2] 秦世群，楊芳，趙崇鎮(zhèn)，等.簡易自封封井器的研制與應(yīng)用[J].石油機(jī)械.2002.30(2)：53-54.

(編輯 韓 楓)

Development and application of a new self-sealing device for sand washing

Liu Haiming

(EngineeringTechnologyServiceCentreofJiangsuOilfieldCompany,SINOPEC,Yangzhou225265,China)

The existing HP (high pressure) self-sealing device can not prevent the eccentric wear of tubing string,which can cause the seal failure.In addition,it is difficult to install and operate the wellhead due to its overhigh height,very heavy weight,and complicated structure.To resolve these problems,an adjustable HP self-sealing device was developed.The device was designed with integral stripper,half-and-half type shell and adjusting mechanism.The field application showed that this device has not only HP self-sealing function,but also the characteristic of light and practical,adjustable eccentric,good sealing effect and easy to installation,which can fully meet the requirement of wellhead sealing during the operation of sand washing.

eccentric wear prevention;sand washing;high pressure;sealing

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.02.018

2016-12-16；改回日期：。

劉海明(1970—),高級工程師，現(xiàn)從事油田修井研究工作。E-mail：liuhaim.jsyt@sinopec.com。

中國石化江蘇油田分公司(JS16030)。

TE931

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