淺談?shì)S向伸縮徑向錯(cuò)位補(bǔ)償防噴管設(shè)計(jì)

郭冬，段武，許永雷，王新衛(wèi)，郭小艷，付瑩

（1.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司；2.國(guó)家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心，陜西 寶雞 721002）

防噴管是在井口帶壓的情況下，完成連續(xù)管作業(yè)或鉆井工具串起下必不可少的井控設(shè)備。目前現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，一般由多根連接而成，一根與一根之間直接通過(guò)由壬或法蘭剛性連接，整個(gè)防噴管串一端與井口設(shè)備相連，一端與安裝于注入頭下部的防噴盒相連，使防噴盒和井口設(shè)備之間形成密封空間，實(shí)現(xiàn)帶壓起下工具串。在適應(yīng)不同工具串長(zhǎng)度時(shí)，需組合不同長(zhǎng)度的防噴管串，形成接近工具串長(zhǎng)度的防噴管串，同時(shí)需要對(duì)注入頭高度位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)防噴盒位置，以滿(mǎn)足不同長(zhǎng)度連續(xù)管作業(yè)或鉆井工具串帶壓起下的要求。

常規(guī)防噴管存在著如下缺點(diǎn)和不足：第一，現(xiàn)有的防噴管單根長(zhǎng)度不可調(diào)節(jié)，需配套多種不同長(zhǎng)度的防噴管，使用不方便，且通過(guò)組合后形成的防噴管串長(zhǎng)度只能接近工具串；第二，整根防噴管串為剛性結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)安裝難度大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作復(fù)雜；第三，難以適應(yīng)注入頭高度位置不可調(diào)節(jié)、防噴管和防噴盒及井口設(shè)備采用剛性連接需準(zhǔn)確對(duì)正的連續(xù)管復(fù)合鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井作業(yè)的要求。為此，設(shè)計(jì)研發(fā)了軸向伸縮徑向錯(cuò)位補(bǔ)償防噴管，該防噴管可軸向伸縮，且伸縮長(zhǎng)度為調(diào)節(jié)范圍內(nèi)任意長(zhǎng)度；可徑向錯(cuò)位補(bǔ)償，防噴盒、防噴管、井口設(shè)備三者中心不需要完全對(duì)中。

1 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

軸向伸縮徑向錯(cuò)位補(bǔ)償防噴管主要由上連接接頭、徑向錯(cuò)位補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、下連接接頭組成，零部件配合面設(shè)置有密封結(jié)構(gòu)，整個(gè)防噴管為中空密封結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)充分考慮了防噴管軸向、徑向補(bǔ)償量及與常規(guī)防噴管互換性的問(wèn)題，能充分滿(mǎn)足連續(xù)管作業(yè)或鉆井工具串起下工藝和程序要求，簡(jiǎn)化工作流程，降低工作難度。

圖1

1.1 徑向錯(cuò)位補(bǔ)償機(jī)構(gòu)

徑向錯(cuò)位補(bǔ)償機(jī)構(gòu)用于補(bǔ)償上連接接頭與下連接接頭不在同一軸線(xiàn)上的錯(cuò)位值。

該機(jī)構(gòu)由4 部分組成：公球面接頭、母球面接頭、密封圈、球面螺母，通過(guò)球面螺母將4 部分組合在一起，公球面接頭與母球面接頭內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，可通過(guò)連續(xù)管或工具串。公球面接頭球面上設(shè)置有密封槽，用于安裝密封圈，公球面接頭與母球面接頭之間球面屬于配合面，由于該機(jī)構(gòu)內(nèi)部為球面結(jié)構(gòu)，因此可在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)任意角度，同時(shí)在球面上設(shè)置密封圈，使機(jī)構(gòu)內(nèi)部可密封一定壓力，密封為靜密封，公球面接頭與母球面接頭在調(diào)節(jié)好角度后通過(guò)球面螺母鎖緊。

圖2

1.2 伸縮機(jī)構(gòu)

伸縮機(jī)構(gòu)用于補(bǔ)償上連接接頭與下連接接頭在軸線(xiàn)上長(zhǎng)度變化。

該機(jī)構(gòu)由5 部分組成：內(nèi)筒、外筒、防塵套筒、防塵圈、組合密封，內(nèi)筒為中空結(jié)構(gòu)，可通過(guò)連續(xù)管或工具串，內(nèi)筒外壁設(shè)置有外螺紋，外筒設(shè)置有內(nèi)螺紋，內(nèi)筒和外筒通過(guò)螺紋連接形成螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而使兩者可通過(guò)相對(duì)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)整體伸縮，內(nèi)筒外壁上設(shè)置有組合密封，使內(nèi)筒和外筒可伸縮同時(shí)內(nèi)部密封。外筒外側(cè)設(shè)置有防塵套筒，防塵套筒上部設(shè)置有防塵圈，防塵套筒與內(nèi)筒通過(guò)螺釘固定，防塵套筒可在內(nèi)筒伸縮時(shí)隨動(dòng)，使內(nèi)筒伸出的螺紋部分形成密閉空間，防止螺紋受到污染。內(nèi)筒和外筒分別通過(guò)螺紋與上下兩個(gè)徑向錯(cuò)位補(bǔ)償機(jī)構(gòu)相連形成一個(gè)整體，通過(guò)螺釘緊定，連接部分均設(shè)有靜密封圈，確保了防噴管內(nèi)部的密封空間。

圖3

2 創(chuàng)新技術(shù)

軸向伸縮徑向錯(cuò)位補(bǔ)償防噴管采用徑向錯(cuò)位補(bǔ)償機(jī)構(gòu)和伸縮機(jī)構(gòu)，滿(mǎn)足了6 個(gè)自由度方向上的錯(cuò)位補(bǔ)償，且在允許補(bǔ)償范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償任意長(zhǎng)度和任意角度。徑向補(bǔ)償采用球面設(shè)計(jì)，使單結(jié)構(gòu)擺動(dòng)角度基本不受限制，單根防噴管上下兩端均設(shè)置有該機(jī)構(gòu)極大地增加了徑向補(bǔ)償范圍；伸縮機(jī)構(gòu)采用內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒和外筒通過(guò)螺紋連接形成螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而使兩者可通過(guò)相對(duì)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)整體伸縮，操作簡(jiǎn)單方便，內(nèi)外筒螺紋長(zhǎng)度可按需定制，使軸向補(bǔ)償范圍不受限制。防噴管各部件內(nèi)部均采用螺紋連接，降低了安裝和后期維護(hù)難度。

3 結(jié)語(yǔ)

軸向伸縮徑向錯(cuò)位補(bǔ)償防噴管是根據(jù)連續(xù)管作業(yè)或鉆井工具串起下時(shí)設(shè)備與井口對(duì)中難度大，不同作業(yè)內(nèi)容設(shè)備高度不同的實(shí)際工況設(shè)計(jì)的一款高適應(yīng)性防噴管，采用了徑向錯(cuò)位補(bǔ)償和伸縮機(jī)構(gòu)，使防噴管的安裝過(guò)程中防噴盒、防噴管、井口設(shè)備三者中心不需要完全對(duì)中，通過(guò)防噴管自身結(jié)構(gòu)去補(bǔ)償偏移量，減小了設(shè)備連接時(shí)的對(duì)中難度，設(shè)備連接更加方便；伸縮長(zhǎng)度為調(diào)節(jié)范圍內(nèi)任意長(zhǎng)度，使防噴管可主動(dòng)去適應(yīng)注入頭和井口之間的高度，減少現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量和防噴管配置數(shù)量及規(guī)格。