井下液壓倒扣技術(shù)研究與應(yīng)用

戚一明

摘要：目前處理井筒內(nèi)被卡管桿、井下工具等落物，常規(guī)修井方法主要存在解卡作業(yè)拉力不能有效地傳遞到被卡落物上，拉力過大又容易使落物拔斷、魚頂破壞造成井下事故復(fù)雜化等缺點，研究并應(yīng)用了液壓倒扣技術(shù)，實現(xiàn)了用小修常規(guī)作業(yè)代替大修作業(yè)進行倒扣解卡，節(jié)約了油水井大修作業(yè)高額成本。

關(guān)鍵詞：倒扣技術(shù)；井下；液壓

引言

油田生產(chǎn)過程中，油水井需下入封隔器、卡瓦、水力錨、泵等工具，這些工具長期工作在井下，由于腐蝕、結(jié)垢、套管變形及損壞等原因，經(jīng)常發(fā)生卡井事故，目前處理此類問題常規(guī)修井方法有：活動解卡、大力上提解卡及倒扣法等。其中倒扣解卡=通過使用倒扣器，將正扣管柱上的右旋轉(zhuǎn)動變換成打撈工具上的左旋轉(zhuǎn)動，使井下遇卡管柱的連接螺紋松扣脫開，從而順利提出，往往取得良好效果。然而，隨著油田開發(fā)不斷深入，定向井、水平井出現(xiàn)對倒扣解卡提出了新的要求，這類井修井時下井管柱在水平段和斜井段內(nèi)貼靠在井壁底邊，受摩擦面積大、管柱與套管內(nèi)壁發(fā)生多點接觸以及管柱彎曲等因素影響，倒扣施工存在不能旋轉(zhuǎn)、加不上壓以及摩擦損傷套管等突出問題，同時扭矩過大又容易使油管粘連造成井下事故復(fù)雜化。針對以上情況，研究并應(yīng)用了液壓倒扣技術(shù)，通過液壓倒扣器特殊的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計，將地面動力源轉(zhuǎn)移到井下，利用一趟管柱完成造扣和倒扣，減少了力矩傳遞過程中的能量損失，避免了大扭矩對管柱傷害。

1 井下液壓倒扣裝置

1.1工作原理

該工具主要由旁通閥、螺桿鉆、機械錨、聯(lián)軸器、減速器、空載啟動伸縮器、可退式撈矛、安全接頭等結(jié)構(gòu)組成。現(xiàn)場使用時大排量注水帶動螺桿鉆為動力源，減速器降速增扭，通過機械錨將反作用力作用在套管上，實現(xiàn)大扭矩井下倒扣，并可正洗井沖洗積砂。

1.2主要結(jié)構(gòu)

1.2.1 旁通閥

旁通閥馬達中一個定子導(dǎo)程組成一個密封腔。每級額定工作壓降約0.8MPa～1.1MPa。壓降超過最大壓降值，馬達就會產(chǎn)生泄漏，轉(zhuǎn)速很快下降，對馬達也會造成損壞。馬達的輸出扭矩與馬達的壓降成正比，輸出轉(zhuǎn)速與輸入液量成正比，負載的增加，鉆具的轉(zhuǎn)速有所降低。馬達上端設(shè)有定旁通閥，在壓力作用下閥芯在閥套中滑動，閥芯的運動改變了液體的流向，使得旁通閥有旁通和關(guān)閉兩個狀態(tài)：在起、下作業(yè)過程中，閥套與閥體通孔未閉合，旁通閥處于旁通狀態(tài)，使液體繞過馬達進入環(huán)空；當(dāng)液體流量和壓力達到標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值時，閥芯下移，關(guān)閉旁通閥孔，此時液體流經(jīng)馬達，把壓力能轉(zhuǎn)變成機械能。當(dāng)流量值過小或停泵時，彈簧把閥芯頂起，旁通閥孔處于開啟位置，處于旁通狀態(tài)。

1.2.2 機械錨

機械錨在造扣或倒扣時起錨定和扶正作用。在管柱重力下，錨爪突起，斜牙錨爪起到防轉(zhuǎn)防頂作用，上提管柱，錨爪收回即可起管柱。

1.2.3 聯(lián)軸器

聯(lián)軸器把馬達的行星運動轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃虞S的定軸轉(zhuǎn)動，將馬達產(chǎn)生的扭矩及轉(zhuǎn)速傳遞給傳動軸，在此，我們采用了零齒差內(nèi)嚙合齒輪傳動副與球面副組合創(chuàng)新設(shè)計，利用零齒差內(nèi)嚙合齒輪傳動原理實現(xiàn)聯(lián)軸體輸出軸相對于輸入軸的相對行星偏轉(zhuǎn)運動，同時，在兩個齒輪端面之間放置一個鋼球，用保持架連在其中一個齒輪體端面上，在另一個齒輪體端面滑道上滾動，高效率地將聯(lián)軸節(jié)輸出軸上的作用力傳遞給輸入軸，后者通過平面推力軸承將軸向力轉(zhuǎn)移至外套承擔(dān)。

1.2.4 減速器

減速器采用空心活齒式減速器結(jié)構(gòu)，把FXCDZ-114傳動軸總成輸出的轉(zhuǎn)速降低，扭矩增大，傳動比1：10?？紤]到減速器的外徑受井徑的影響，設(shè)定減速器外徑φ114mm，以此在滿足井徑條件下進下基本尺寸的設(shè)計。在此基礎(chǔ)上進行了激波軸承、ORT傳動嚙合齒、花鍵等強度計算。

1.2.5 空載啟動伸縮器

保證螺桿鉆啟動時能空載啟動，能實現(xiàn)先造扣在倒扣的上下行程，同時里面配有安全機構(gòu)，當(dāng)?shù)箍蹮o法實現(xiàn)時，可上提8-10噸將倒扣管柱提出。

1.3技術(shù)特點

（1）以水壓為動力，小修作業(yè)即可使用，安全可靠。井口大排量注水，驅(qū)動液壓馬達為動力源，操作安全可靠。

（2）實現(xiàn)井下倒扣，扭矩傳遞無損失。即工具產(chǎn)生的扭矩直接作用于待撈物上，扭矩傳遞無損失，避免了摩擦阻力造成的能量損耗。

（3）裝置在井下有錨定，無需反扣鉆桿連接管柱，以油管連接管柱即可，使用時油管不產(chǎn)生粘連效應(yīng)。

（4）減速器減速增扭后，可大扭矩倒扣，實現(xiàn)扭矩5000N？m以上。

（5）適應(yīng)能力強，水平井及大斜度井均適用。水平井及大斜度井均可進行倒扣作業(yè)。

（6）井口大排量注水同時，水流經(jīng)過工具，在工具最下端，直接以最近距離沖洗待撈物，替代正洗沖砂操作。

2 應(yīng)用情況

該技術(shù)已累計推廣應(yīng)用20井次，該技術(shù)開發(fā)前，對于井下軌跡復(fù)雜、管柱遇阻嚴(yán)重的井只能采取大修作業(yè)。目現(xiàn)在使用井下液壓倒扣器施工，平均作業(yè)費12萬元/口井，施工周期4天左右，不但節(jié)約成本，更及時為采油廠在最短時間內(nèi)完成倒扣解卡作業(yè)，縮短了作業(yè)時間，提高熱注井等開采效果，保障了采油廠原油上產(chǎn)。

3 結(jié)論與建議

（1）井下液壓倒扣技術(shù)使用小修作業(yè)設(shè)備，完成了井筒內(nèi)動力倒扣解卡，有較廣闊的現(xiàn)場推廣應(yīng)用空間。

（2）小修作業(yè)液壓倒扣裝置一趟管柱完成造扣和倒扣，節(jié)約施工周期，減輕工人勞動強度。

（3）該技術(shù)不僅可以在直井內(nèi)使用，對定向井、水平井被卡管柱及落物的處理效果顯著。

（4）小修作業(yè)液壓倒扣裝置通過現(xiàn)場應(yīng)用和不斷完善，對倒扣解卡處理井筒內(nèi)被卡管柱及落物起到了很好的作用，多次試驗表明，該技術(shù)可以有效地用小修常規(guī)作業(yè)代替大修作業(yè)，安全倒扣解卡，節(jié)約成本，建議推廣使用。

參考文獻：

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