壓裂高壓管件扳手的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

林 蕾

（中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司壓裂公司，遼寧盤錦 124000）

0 引言

目前國(guó)內(nèi)各大油氣田的開采已陸續(xù)進(jìn)入中后期，壓裂成為油氣井增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)不可或缺的一項(xiàng)重要措施。壓裂作業(yè)主要是將混合均勻的攜砂液體通過(guò)壓裂泵車加壓后注入到相應(yīng)地層，進(jìn)而起到改造地層的目的。施工過(guò)程中，高壓管件主要負(fù)責(zé)輸送加壓后的壓裂液體。

現(xiàn)階段常用的高壓管線長(zhǎng)度有6 種規(guī)格，分別是0.5 m、1 m、1.5 m、2 m、3 m 和5 m，可以在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。高壓管件選定后，就得進(jìn)行管線的現(xiàn)場(chǎng)連接，從作業(yè)井口到地面再到壓裂泵車，一條支路一般會(huì)有25～30 個(gè)連接節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要進(jìn)行緊固。以往的緊固方式是采用18 磅（8.165 kg）的大錘敲擊由壬頭的翼形螺母，一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要敲擊十多次才能滿足試壓要求，一條支路連下來(lái)往往需要三四個(gè)人輪流敲擊，勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)系數(shù)高，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而且，敲擊的過(guò)程對(duì)高壓管件也造成一定損壞，帶來(lái)安全隱患，降低使用壽命。

針對(duì)傳統(tǒng)敲擊作業(yè)的各種弊端，特意研制一種高壓管件扳手，扳手制作簡(jiǎn)單，使用方便，利用杠桿原理進(jìn)行安裝和拆卸作業(yè)，省時(shí)省力。

1 壓裂高壓管件簡(jiǎn)述

常用的高壓管件有整體直管、活動(dòng)彎頭、岐形三通、T 形三通、旋塞閥、單流閥等，最高耐壓值一般在15 000 psi（105 MPa）和20 000 psi（140 MPa），由壬連接螺紋的規(guī)格型號(hào)一般是Fig1502 或Fig2002，常用高壓管件的尺寸是2英寸（5.08 cm）和3 英寸（7.62 cm）。105 MPa 管件一般應(yīng)用于常規(guī)油氣井壓裂作業(yè)，140 MPa 管件主要應(yīng)用于非常規(guī)頁(yè)巖氣井壓裂作業(yè)。

根據(jù)井場(chǎng)大小和施工規(guī)模選擇所需的高壓管件尺寸和數(shù)量，常規(guī)壓裂作業(yè)一般采用單支路或雙支路管線就可以滿足需求，大型水平井或頁(yè)巖氣井壓裂作業(yè)需要連接四支路或六支路管線（圖1、圖2）。

圖1 單支路管線壓裂作業(yè)

圖2 四支路管線壓裂作業(yè)

2 高壓管件傳統(tǒng)安裝與拆卸方式及其弊端

高壓管件的傳統(tǒng)安裝與拆卸方式主要依靠敲擊作業(yè)，為保證在試壓期間和施工過(guò)程中管件的不刺、不漏，通過(guò)人力將由壬頭擰緊后，再使用大錘對(duì)翼形螺母進(jìn)行緊固（圖3）。有時(shí)因管線不平或連接處干澀，還需要用大錘連續(xù)敲擊多次，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。此外，高壓管件由壬頭的翼形螺母被敲擊的頻次越多，越容易產(chǎn)生變形（圖4）。

傳統(tǒng)安裝與拆卸方式的弊端主要有2 個(gè)：①需多人輪流敲擊，勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)系數(shù)高，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；②連續(xù)敲擊對(duì)管件本體造成損害，翼形螺母易變形，降低管件使用壽命。

圖3 傳統(tǒng)安裝與拆卸方式

3 高壓管件扳手的設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用

通過(guò)研究翼形螺母的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及尺寸大小，結(jié)合壓裂現(xiàn)場(chǎng)管件使用的工況，制作一副高壓管件扳手（圖5）。并在壓裂作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)研制的高壓管件扳手進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用（圖6）。

安裝步驟：①將管件由壬頭的公頭和母頭用手?jǐn)Q緊；②將扳手的頭部與翼形螺母進(jìn)行咬合；③順時(shí)針用力轉(zhuǎn)動(dòng)扳手的手柄，直至轉(zhuǎn)不動(dòng)為止。拆卸步驟與安裝步驟相反。

高壓管件扳手的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：①代替大錘進(jìn)行敲擊作業(yè)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)系數(shù)，省時(shí)省力；②制作簡(jiǎn)單，使用方便，研制成本低；③充分保護(hù)由壬頭翼形螺母，延長(zhǎng)管件使用壽命。

圖4 變形的翼形螺母

圖5 高壓管件扳手結(jié)構(gòu)

圖6 高壓管件扳手的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4 小結(jié)

高壓管件扳手是在實(shí)踐當(dāng)中通過(guò)不斷摸索、總結(jié)而研制出來(lái)的，前后多次更改設(shè)計(jì)圖紙，確立最終設(shè)計(jì)方案。扳手在壓裂作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用2 年多，效果明顯，在預(yù)測(cè)施工壓力較高的情況下，還能使用鐵管延長(zhǎng)手柄進(jìn)行加固，再用大錘敲擊3～5 次即可滿足實(shí)際需求。該扳手使用和攜帶方便，具有推廣價(jià)值。