基于TRIZ理論提高淺封井解封安全性

文/大慶油田有限責(zé)任公司 李洪亮 趙增權(quán) 張勇 揚(yáng)義興 田軍

1 背景及意義

Y445-114封隔器主要用于淺封井封堵使用，在解封過(guò)程中，由于井內(nèi)存有一定的壓力，在解封瞬間，封隔器伴隨油管會(huì)從井內(nèi)瞬間飛出，如圖1所示，會(huì)對(duì)井口操作人員人身安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，同時(shí)從井內(nèi)噴出的污油污水對(duì)井場(chǎng)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染，給企業(yè)造成巨大損失。目前行業(yè)內(nèi)還沒(méi)有有效預(yù)防和解決措施，所以研制橋塞在解封時(shí)防上頂防噴打撈工具，對(duì)橋塞封隔器解封時(shí)飛管事故的發(fā)生具有重要的意義。

圖1 橋塞解封功能模型圖

2 問(wèn)題分析

淺封井在封堵過(guò)程中，當(dāng)再次解封時(shí)，井內(nèi)會(huì)存在一定的壓力，為杜絕飛管事故的發(fā)生，首先可建立功能模型圖，如圖2所示，運(yùn)用“76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解”得出消除有害作用，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估，無(wú)法找到低投入解決橋塞防頂問(wèn)題的解決方案，繼續(xù)對(duì)井內(nèi)封堵工具進(jìn)行分析，井內(nèi)污油污水和存在的壓力是有害的，按照消除有害作用壓力與液體的改進(jìn)措施，并逐條進(jìn)項(xiàng)分析，最理想方案是使得封隔器在井內(nèi)實(shí)現(xiàn)安全泄壓，因此，經(jīng)過(guò)目前現(xiàn)場(chǎng)使用的橋塞解封工具，當(dāng)橋塞解封時(shí)無(wú)法控制橋塞和管柱上頂，需研發(fā)橋塞防頂打撈工具滿足封堵井解封要求。

圖2 物場(chǎng)模型圖

3 橋塞防頂設(shè)計(jì)

通過(guò)專利檢索系統(tǒng)，查找相關(guān)專利，仍無(wú)法解決起打撈管柱時(shí)井內(nèi)飛管的問(wèn)題；確定解決目標(biāo)是“提高淺封井解封的安全性”。

于是運(yùn)用TRIZ工具進(jìn)項(xiàng)分析、解決這一問(wèn)題，首先我們運(yùn)用九屏圖法，確定了當(dāng)前系統(tǒng)，同時(shí)找到了它的子系統(tǒng)和超系統(tǒng)，以及它們的過(guò)去和未來(lái)，其次運(yùn)用因果鏈，通過(guò)機(jī)、法、環(huán)三個(gè)方面分析，找到淺封井解封安全性低的原因，如圖3所示。

圖3 因果鏈分析

通過(guò)系統(tǒng)功能分析，分析組件之間的相互作用關(guān)系，對(duì)照功能陳述表，構(gòu)建功能模型，通過(guò)功能裁剪解決作用不足的問(wèn)題，如圖4所示。通過(guò)資源分析，在系統(tǒng)資源、子系統(tǒng)資源和超系統(tǒng)資源中，對(duì)物資、能量、信息、空間、時(shí)間、功能六個(gè)方面進(jìn)行分析，運(yùn)用S曲線進(jìn)行分析處于成長(zhǎng)期，目前油田淺封井解封橋塞作業(yè)采用工具通過(guò)專利查詢，共查得2項(xiàng)實(shí)用新型專利，因此判斷目前淺封井解封橋塞作業(yè)工具處于成長(zhǎng)期階段，有較大的創(chuàng)新空間，如圖5所示。

圖4 功能分析與裁剪

圖5 S曲線分析

運(yùn)用最終理想解法，我們確定問(wèn)題的最終理想解是橋塞封隔器自己實(shí)現(xiàn)泄壓解封。

通過(guò)提出問(wèn)題，確定問(wèn)題功能，查詢科學(xué)效應(yīng)庫(kù)，找到功能代碼控制物體位移F6，篩選并運(yùn)用效應(yīng)現(xiàn)象；

通過(guò)技術(shù)矛盾分析，當(dāng)在水泥塞下部增加循環(huán)泄壓閥時(shí)，確定要解決的技術(shù)矛盾為 TC- 1，發(fā)生在（增加橋塞解封的安全性）與（設(shè)備變得復(fù)雜）之間。得到改善的參數(shù)：27.可靠性，惡化的參數(shù)：36.設(shè)計(jì)變復(fù)雜，對(duì)照阿奇舒勒矛盾矩陣表得到參考創(chuàng)新原理為3個(gè)原理，得出方案；

通過(guò)物理矛盾分析，（平衡封隔器向上頂力）應(yīng)該（增加），以滿足（解封施工效率高）要求 。（平衡封隔器向上頂力）應(yīng)該（減小），以滿足（封隔器重量減少）要求。

從時(shí)間分離、空間分離、條件分離、整體與部分分離到4個(gè)方面，從而得出有效方案。

為了進(jìn)一步接近最終理想解，我們利用金魚(yú)法把問(wèn)題分為現(xiàn)實(shí)和幻想兩部分，現(xiàn)實(shí)部分是下井工具解封橋塞時(shí)上頂飛管、噴油，幻想部分是：解封橋塞時(shí)安全解封，利用可以利用的資源分析，又運(yùn)用[STC算子]展開(kāi)思維想象，

3.8 針對(duì)效應(yīng)不足的[物場(chǎng)模型]，通過(guò)增加新的物和場(chǎng)，滿足提高淺封井解封安全性的要求，

3.9 應(yīng)用小人法，通過(guò)橋塞封隔器解卡的瞬間井內(nèi)壓力較大，打撈管柱容易被壓力上頂造成飛管的作用不足來(lái)構(gòu)建問(wèn)題[小人模型]，并增加了新的小人自動(dòng)泄壓構(gòu)建模型，如圖6所示。

圖6 小人法

4 橋塞防頂打撈工具的研制與應(yīng)用

針對(duì)起油管橋塞進(jìn)行解封過(guò)程中，當(dāng)橋塞解封的瞬間，封隔器膠筒收縮后，由于井內(nèi)有壓力，管柱負(fù)荷較低時(shí)，橋塞和油管會(huì)從井內(nèi)飛出，油氣出現(xiàn)二次泄露，對(duì)人員安全及環(huán)境造成嚴(yán)重污染，針對(duì)這一情況，我們采用預(yù)先作用原理、周期作用原理。研制了橋塞防頂打撈器。如圖7所示。

提高淺封井解封安全性技術(shù)路線圖對(duì)淺封井解封安全性的問(wèn)題進(jìn)行分析將以上方案進(jìn)行匯總，我們通過(guò)發(fā)散思維，運(yùn)用TRIZ理論創(chuàng)新工具，得到更加合理的技術(shù)方案。對(duì)橋塞進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制管柱上頂，釋放油套環(huán)形空間的目的，有效解決了淺封井解封安全性的問(wèn)題，如圖7所示。

圖7 橋塞防頂打撈器

結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用TRIZ理論和工具設(shè)計(jì)橋塞防頂工具，共運(yùn)用了16個(gè)TRIZ工具，得出36個(gè)方案，其中可行性方案22個(gè)，專利預(yù)案5個(gè)，成功解決橋塞防頂?shù)碾y題。