燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器的設(shè)計(jì)探究

高俊偉

摘要：油氣套管使用年限的增加，再加上酸性物質(zhì)的腐蝕作用，套管破損的現(xiàn)象是經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的，需要通過套管修復(fù)技術(shù)補(bǔ)修套管，從而使燃?xì)鈩?dòng)力壓力裝置能夠順利應(yīng)用。本文將要闡述的燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器的設(shè)計(jì)，應(yīng)用的主要作用是完成井下套管補(bǔ)修作業(yè)，如今該項(xiàng)設(shè)計(jì)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，并且套管修復(fù)的效果是非常良好的。

關(guān)鍵詞：燃?xì)?；?dòng)力壓力焊封堵器；設(shè)計(jì)；探究

燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器主要是應(yīng)用于油氣開采的套管修復(fù)工程當(dāng)中。套管作為開采環(huán)節(jié)中非常重要的設(shè)備，如果套管出現(xiàn)破損問題將會(huì)嚴(yán)重影響油氣的質(zhì)量，需要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，經(jīng)過多年的研究，推出了多種套管封堵技術(shù)。燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器的應(yīng)用原理較為簡(jiǎn)單，修復(fù)套管的效果和效率都是非常高的，因而對(duì)燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器設(shè)計(jì)進(jìn)行研究非常有必要。

1 燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器設(shè)計(jì)的價(jià)值

在井下作業(yè)的過程中，需要依靠套管完成注水和開采施工，而套管破損成為影響油氣開發(fā)工程質(zhì)量的重要因素，人們針對(duì)這一問題展開了研究，包括對(duì)套管破損的預(yù)防技術(shù)和修復(fù)技術(shù)的研發(fā)。但是在實(shí)際的油氣開發(fā)過程中預(yù)防措施的應(yīng)用效果甚微，因而人們將研究的重心轉(zhuǎn)向了修復(fù)技術(shù)的研究，燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器就是修復(fù)技術(shù)研發(fā)生成的產(chǎn)物。燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器是利用火箭固體推進(jìn)劑燃燒生成的氣體為動(dòng)力，推動(dòng)套管的補(bǔ)貼管，使補(bǔ)貼管膨脹，直至全部貼合在外層破損的套管上，從而完成套管的修復(fù)。因而燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器設(shè)計(jì)是具有實(shí)際的價(jià)值的。

2 燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器的設(shè)計(jì)

2.1 動(dòng)力源設(shè)計(jì)

燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器設(shè)計(jì)當(dāng)中動(dòng)力的產(chǎn)生是非常關(guān)鍵的，動(dòng)力使用不當(dāng)或動(dòng)力不足都會(huì)影響最終補(bǔ)貼管貼合的效果。對(duì)于套管的修復(fù)，補(bǔ)貼管需要慢慢的膨脹完成貼合操作，如果動(dòng)力推動(dòng)速度過快、過大很有可能造成補(bǔ)貼管的損壞。因而選用的動(dòng)力源需要滿足動(dòng)力充足、釋放速度較慢、穩(wěn)定性強(qiáng)等條件。經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)研究，最終選擇了火箭固體推動(dòng)劑作為主要的動(dòng)力源。

2.2 緩沖懸掛裝置設(shè)計(jì)

燃?xì)鈩?dòng)力的產(chǎn)生是需要將推動(dòng)劑點(diǎn)燃的，在動(dòng)力發(fā)射的瞬間會(huì)有較強(qiáng)的沖擊力，需要對(duì)沖擊力進(jìn)行控制，否則沖擊力過大會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)貼管有破洞出現(xiàn)。因而在燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器當(dāng)中設(shè)計(jì)了緩沖懸掛裝置，作用是代替補(bǔ)貼套管接收沖擊力的力量，使動(dòng)力氣體能夠穩(wěn)定、舒緩的推動(dòng)補(bǔ)貼管前進(jìn)。該裝置是由滑管和滑套組成，當(dāng)沖擊力出現(xiàn)時(shí)通過伸縮將力的作用化解掉。

2.3 動(dòng)力傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

動(dòng)力傳動(dòng)裝置的作用是將動(dòng)力源產(chǎn)生的高溫高壓氣體轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。主藥柱燃燒后產(chǎn)生的高能氣體通過氣道在活塞里運(yùn)動(dòng)，氣體積聚膨脹，在活塞根部受阻后在反作用力的推動(dòng)下對(duì)一級(jí)和二級(jí)活塞產(chǎn)生向上作用力，活塞向上運(yùn)動(dòng)，把作用力傳輸于中心拉桿，通過調(diào)整中心拉桿及調(diào)整套的導(dǎo)向作用，最后把這個(gè)力平穩(wěn)的傳遞給拉桿，使上、下椎錨相向運(yùn)動(dòng)，將軸向的拉力轉(zhuǎn)換成徑向的壓力，完成對(duì)套管的補(bǔ)貼，隨著作用力的逐漸加大，到達(dá)設(shè)計(jì)拉力40t后，解卡釋放裝置中釋放套的最薄弱處將被拉斷，一級(jí)、二級(jí)活塞繼續(xù)上行，進(jìn)行到活塞泄壓口處，氣體壓力就能夠釋放。

想要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的有效傳輸，在設(shè)計(jì)的過程中需要滿足以下條件：首先，要保證動(dòng)力源轉(zhuǎn)化生成的動(dòng)力氣體，推動(dòng)力大于其他作用力效果，在推動(dòng)補(bǔ)貼管的過程中其他方向的作用力也是存在的，因而主要推動(dòng)力的作用必須要大于其他力的作用，才能保證整體里的作用是向著推動(dòng)力方向進(jìn)行的。其次，在推動(dòng)力進(jìn)行的過程中必須在密閉的環(huán)境中，如果氣體泄漏，推動(dòng)力減小，補(bǔ)貼管無法順利膨脹。最后，燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器動(dòng)力傳輸裝置需要有耐高溫的性能，火箭推動(dòng)劑燃燒生成的氣體溫度非常高，裝置需要保證在長(zhǎng)期高溫狀態(tài)下正常運(yùn)行。

2.4 補(bǔ)貼管的設(shè)計(jì)

補(bǔ)貼管的設(shè)計(jì)也是非常關(guān)鍵的，井下作業(yè)的環(huán)境非常特殊和艱巨，在油氣開采的過程中，對(duì)套管施加的壓力較大，井下環(huán)境當(dāng)中也有強(qiáng)酸性的物質(zhì)對(duì)套管進(jìn)行腐蝕，補(bǔ)貼管材質(zhì)的選擇就尤為重要。因而補(bǔ)貼管需要有較高的強(qiáng)度，并且能夠耐腐蝕，現(xiàn)階段燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器的設(shè)計(jì)逐漸成熟，從眾多符合補(bǔ)貼管性能的鋼管材料當(dāng)中選取20Cr型號(hào)作為補(bǔ)貼管的主材料。經(jīng)過研究實(shí)驗(yàn)證明該型號(hào)材質(zhì)鋼管制成的補(bǔ)貼管強(qiáng)度和耐腐蝕性都滿足井下作業(yè)對(duì)套管的要求，目前補(bǔ)貼管的規(guī)格為壁厚0.5cm，外直徑0.59cm。

2.5 錐錨和密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.5.1 錐錨的設(shè)計(jì)

錐錨的設(shè)計(jì)需要保證補(bǔ)貼套管在力的作用下，完整的貼合到外層套管壁上，并使貼合鋼管完全變形，保持固定的貼合狀態(tài)，因而錐錨設(shè)計(jì)最主要的考量因素就是力的作用效果。在密閉的環(huán)境當(dāng)中錐套與錨體在力的作用下會(huì)產(chǎn)生直接的接觸，而錐錨設(shè)計(jì)要選擇最適宜的角度，使兩者在接觸的那一刻所產(chǎn)生的力的方向和大小能夠使鋼管補(bǔ)貼套膨脹的方向是向著外部套管的，從而保證錐套完全固定在外層套管內(nèi)壁上。

2.5.2 密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)作用就是保證補(bǔ)貼管受動(dòng)力源推動(dòng)進(jìn)行貼合操作期間，環(huán)境是密封的，防止氣體泄漏?，F(xiàn)階段，燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器密封結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)在錨體和補(bǔ)貼管之間的，采用的是黃銅材質(zhì)的密封材料，黃銅具有較強(qiáng)的隔離性，氣體無法滲透出黃銅材料當(dāng)中，從而保證了套管修復(fù)環(huán)境的密封性，目前密封結(jié)構(gòu)的形式主要有階梯型和直筒型兩種，這兩種應(yīng)用的效果都極佳。

2.5.3 釋放裝置的設(shè)計(jì)

釋放裝置是負(fù)責(zé)在燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器完成補(bǔ)貼套貼合后，完整的將裝置撤離的結(jié)構(gòu)，要保證對(duì)補(bǔ)貼套沒有任何影響的狀態(tài)下將裝置取出。近些年，相關(guān)專業(yè)人員經(jīng)過多次研究和實(shí)驗(yàn)，將釋放裝置設(shè)計(jì)成環(huán)形的圓弧槽結(jié)構(gòu)，使撤離時(shí)力的作用最小化，最大幅度的降低了釋放裝置期間對(duì)補(bǔ)貼套的影響。已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，在完全不影響補(bǔ)貼套貼合狀態(tài)的基礎(chǔ)上，將燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器完全撤離出來。

3 結(jié)語

燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器裝置在我國(guó)油氣開采套管修復(fù)施工當(dāng)中應(yīng)用非常的廣泛，經(jīng)過本文的分析與介紹，可以得知燃?xì)鈩?dòng)力壓力焊封堵器應(yīng)用的效果已經(jīng)趨于成熟，各項(xiàng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和性能都是經(jīng)得起推敲的。保證了套管修復(fù)質(zhì)量，從而促進(jìn)油氣開采工程質(zhì)量與效率的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙弘，胡浩然.管內(nèi)封堵器不同封堵狀態(tài)的流場(chǎng)分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2016，35（10）：1060-1065.

[2]張玉濤.深水管道內(nèi)封堵快速回接技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2015.

（作者單位：中國(guó)市政工程工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院有限公司新疆分公司）