連續(xù)管防噴器性能檢測(cè)方法研究

劉洪翠，蓋志亮

（中石油江漢機(jī)械研究所有限公司，武漢 430024）

0 引言

目前我國(guó)服役3 a以上的連續(xù)管防噴器有200余套，而國(guó)內(nèi)各鉆探公司對(duì)在役連續(xù)管防噴器的常規(guī)檢驗(yàn)/檢查主要參考SY/T 6160-2019《防噴器檢驗(yàn)、修理和再制造》和SY/T 7012-2014《連續(xù)油管井控設(shè)備系統(tǒng)》。SY/T 6160-2019標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了閘板防噴器的三月期、一年期和三年期的檢驗(yàn)內(nèi)容，但此內(nèi)容對(duì)具有特殊功能的連續(xù)管防噴器并不完全適用。SY/T 7012-2014標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了連續(xù)油管防噴器的性能檢測(cè)，但對(duì)各檢測(cè)項(xiàng)目的具體實(shí)施要求規(guī)定并不詳細(xì)。在本文中，通過研究連續(xù)管防噴器的結(jié)構(gòu)及各部分的主要功能，制定了對(duì)其適用的檢測(cè)項(xiàng)目，并通過對(duì)生產(chǎn)企業(yè)、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)技術(shù)服務(wù)隊(duì)、維修部等多方調(diào)研確定了性能試驗(yàn)方法。

1 連續(xù)管防噴器的結(jié)構(gòu)

連續(xù)管防噴器安裝在井口上方或注入頭的下方，一般為液壓控制的四閘板防噴器（如圖1），每組閘板均有其獨(dú)立的功能，從上至下分別為：1）全封閘板。當(dāng)防噴器內(nèi)沒有連續(xù)油管或工具時(shí)，實(shí)現(xiàn)全封閉關(guān)井。2）剪切閘板。出現(xiàn)意外實(shí)現(xiàn)切割連續(xù)油管。3）卡瓦閘板。用于懸掛井內(nèi)的連續(xù)油管柱。4）半封閘板。封閉井內(nèi)的連續(xù)油管外環(huán)形空間[1]。

圖1 連續(xù)管防噴器結(jié)構(gòu)圖

標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6160-2019《防噴器檢驗(yàn)、修理和再制造》中規(guī)定了常規(guī)閘板防噴器的定期檢驗(yàn)，主要包括外觀檢測(cè)、連接部位檢測(cè)、主要零部件尺寸檢測(cè)、表面無損檢測(cè)及整體密封試驗(yàn)等，對(duì)于防噴器的性能檢測(cè)規(guī)定較少。根據(jù)連續(xù)管防噴器的結(jié)構(gòu)可知，其主要功能有懸掛、剪切、半封及全封等4項(xiàng)，為保障作業(yè)過程中連續(xù)管防噴器各功能正常，除進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)外，還須對(duì)其4個(gè)閘板分別進(jìn)行性能檢測(cè)。

2 連續(xù)管防噴器的性能檢測(cè)

2.1 懸掛閘板檢測(cè)

具有三角形顆粒齒的卡瓦通過銷軸固定在懸掛閘板體內(nèi)端的弧形卡口上，且卡瓦的圓弧中心為偏心布局。懸掛時(shí)利用斜面原理，使卡瓦向內(nèi)收縮而將連續(xù)油管卡緊。

SY/T 6160-2019《防噴器檢驗(yàn)、修理和再制造》標(biāo)準(zhǔn)中未提及懸掛閘板的檢測(cè)；GB/T 20174-2019《石油天然氣鉆采設(shè)備 鉆通設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了鉆井防噴器的懸掛試驗(yàn)，即在承受鉆桿載荷時(shí)能保持低壓和額定壓力的密封能力，且只適用于279 mm及更大的防噴器，對(duì)于懸掛閘板只起懸掛作用，不起密封作用，對(duì)尺寸較小的連續(xù)管防噴器是不適用的；SY/T 7012-2014《連續(xù)油管井控設(shè)備系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“卡瓦閘板承載檢測(cè)時(shí)，應(yīng)卡在一段壁厚與作業(yè)時(shí)連續(xù)管最厚部位相等的油管上，在油管承受最大預(yù)期作業(yè)懸重時(shí)，油管與卡瓦間應(yīng)無相對(duì)滑動(dòng)”，但未給出其中的試驗(yàn)載荷具體計(jì)算方法。目前大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)或施工作業(yè)隊(duì)進(jìn)行懸掛測(cè)試時(shí)施加的載荷值差異也很大，有的根據(jù)一定長(zhǎng)度連續(xù)管的質(zhì)量計(jì)算而來，有的是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)某一工況的載荷估算而來，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[2]。

根據(jù)SY/T 7012-2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：一方面試驗(yàn)管柱為最大壁厚管柱，另一方面試驗(yàn)載荷為油管承受的最大預(yù)期作業(yè)懸重，此種情況應(yīng)考慮連續(xù)管作業(yè)時(shí)最嚴(yán)峻情況，即連續(xù)管可能發(fā)生屈服時(shí)的載荷，考慮到連續(xù)管設(shè)計(jì)時(shí)的安全系數(shù)問題，應(yīng)取其屈服載荷的80%。即“油管承受的最大預(yù)期作業(yè)懸重”為其作業(yè)時(shí)懸掛的最高級(jí)別、壁厚最大的連續(xù)油管發(fā)生屈服時(shí)所施加載荷的80%。目前國(guó)內(nèi)作業(yè)使用最高級(jí)別連續(xù)管為CT110級(jí)，其屈服強(qiáng)度為758 MPa，根據(jù)SY/T 6895-2012《連續(xù)油管》，將現(xiàn)場(chǎng)使用到的不同尺寸的連續(xù)管的懸掛載荷列入表1中。

以表1中懸掛2 in連續(xù)管為例，試驗(yàn)載荷為451 kN，在試驗(yàn)時(shí)施加如此大的拉伸載荷困難很大，由于懸掛卡瓦牙無方向性，因此可以施加同方向的壓載荷，效果相同且易實(shí)現(xiàn)。由于連續(xù)管是空心管，受載時(shí)易彎折，故試驗(yàn)時(shí)考慮用同尺寸的實(shí)心管柱工裝代替。試驗(yàn)時(shí)，首先將連續(xù)管防噴器放置于載荷施加裝置上，然后將長(zhǎng)度為1.2 m、直徑為2 in、壁厚為0.204 in的連續(xù)管管柱工裝放入連續(xù)管懸掛閘板中，將懸掛閘板的液壓控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接到液壓站，啟動(dòng)液壓控制系統(tǒng)，關(guān)閉懸掛閘板，使其抱緊管柱工裝。啟動(dòng)載荷施加裝置，加載到適宜的載荷并保持5 min后再卸載，驗(yàn)收準(zhǔn)則為載荷保持期間管柱與懸掛卡瓦之間無相對(duì)滑動(dòng)。

表1 不同尺寸連續(xù)管的懸掛載荷

2.2 剪切閘板檢測(cè)

剪切閘板由左剪切閘板體和右剪切閘板體組成，在其內(nèi)端對(duì)稱插裝有剪切刀片。剪切閘板檢測(cè)應(yīng)使用作業(yè)時(shí)使用的壁厚最大的連續(xù)管進(jìn)行，并且應(yīng)在無內(nèi)壓且管柱處于無拉力狀態(tài)時(shí)進(jìn)行。進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，先關(guān)閉懸掛閘板，使連續(xù)管固定，再用液壓驅(qū)動(dòng)剪切閘板，記錄剪斷時(shí)最大的液壓壓力。觀察連續(xù)管切開形狀，要求成圓形或橢圓形，不得壓扁，其尺寸要求不得低于SY/T 6895-2012標(biāo)準(zhǔn)A.10中通徑球尺寸。打開剪切閘板，觀察剪切閘板能否退到位，并拆開剪切閘閥，觀察剪切刀刃是否有損傷。

2.3 半封閘板檢測(cè)

半封閘板由兩個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的半封閘板體組成，其內(nèi)端通過導(dǎo)向鍵嵌裝有由上下墊鐵與夾持在上下墊鐵之間的半密封橡膠塊組成的密封塊，半密封塊的前端密封面為凸出圓弧面。進(jìn)行半封閘板檢測(cè)時(shí)，首先將連續(xù)管防噴器全封打開，放入連續(xù)管，通過液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行半封。為防止試壓時(shí)連續(xù)管飛出，需同時(shí)啟動(dòng)懸掛閘板抱緊管柱或封閉防噴器的上端。壓力試驗(yàn)分為低壓和高壓兩部分：低壓試驗(yàn)壓力為1.4～2.1 MPa，在壓力穩(wěn)定后保壓時(shí)間不少于10 min；高壓試驗(yàn)壓力為防噴器額定工作壓力，在壓力穩(wěn)定后保壓時(shí)間不少于10 min。低壓試驗(yàn)要在高壓試驗(yàn)之前進(jìn)行。

2.4 全封閘板檢測(cè)

全封閘板體內(nèi)端通過導(dǎo)向鍵嵌裝有由上下墊鐵與夾持在上下墊鐵之間的全密封橡膠塊，外壁上半部嵌裝有帶斜度的唇形橡膠助封結(jié)構(gòu)的弧形頂密封塊。進(jìn)行全封閘板檢測(cè)，主要為壓力試驗(yàn)，包含低壓和高壓兩部分：低壓試驗(yàn)壓力為1.4～2.1 MPa，在壓力穩(wěn)定后保壓時(shí)間不少于10 min；高壓試驗(yàn)壓力為防噴器額定工作壓力，在壓力穩(wěn)定后，保壓時(shí)間不少于10 min。低壓試驗(yàn)要在高壓試驗(yàn)之前進(jìn)行。

3 方法應(yīng)用

通過以上研究確定了連續(xù)管防噴器的性能檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)方法，應(yīng)用此方法對(duì)型號(hào)為5-1/8″15K的在役連續(xù)管防噴器進(jìn)行了性能檢測(cè)，施加載荷為454 kN，施加水壓力為105 MPa，如圖2、圖3所示。經(jīng)檢測(cè)，該連續(xù)管防噴器各功能良好。

圖2 連續(xù)管防噴器懸掛閘板檢測(cè)

圖3 連續(xù)管防噴器全封閘板檢測(cè)

4 結(jié)論

本文確定了對(duì)在役連續(xù)管防噴器適用的性能檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)方法，主要解決了懸掛閘板檢測(cè)時(shí)施加的載荷問題、剪切閘板檢測(cè)的驗(yàn)收準(zhǔn)則問題，在后期的應(yīng)用中證實(shí)了此方法的可行性，為國(guó)內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)管防噴器檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)提供了參考。