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应用范例：

防喷作业机的研制与应用

李向方　金奇光

　　摘要　 吉林石油集团有限责任公司采油二厂研制的防喷作业机，由液压修井机和液压防喷器两大部分组成，与进口的同类设备相比，具有如下优点：(1)一体化上井，不用任何辅助设备；(2)不须在现场组装和连接液压管路；(3)通径大，体积小，重量轻，耐高压，油管挂和井下工具可连续从防喷器内提出；(4)结构合理，强度高，成本低，操作简单，易推广应用。研制的防喷作业机完成了53井次作业任务，各项指标达到了设计要求。实践证明，这种防喷作业机能有效实施防喷作业，且有很好的经济效益和社会效益，但还须提高自封胶筒的性能，改变装载方式，加大功率配备，加装拧扣机、机械手和排管架。

　　主题词　修井作业机　防喷器　结构　原理　效益　改进措施

　　Li Xiangfang(Fuyu No.2 Oil Production Plant, Jilin Petroleum Company, Songyuan City, Jilin Province), Jin Qiguang. Development and application of workover rig with blowout preventer.　CPM，　1999，　27（1）：　44～46

　　The workover rig with blowout preventer, developed by No.2 Oil Production Plant of Jilin Petroleum Company, consists of hydraulic workover rig and hydraulic blowout preventer. It has the following advantages: (1)operating integratively without any auxiliary devices; (2)needing not to connect hydraulic manifold; (3)being small-sized, light-weighted, high-pressure-proof with large diameter, and being able to pull out the tubing hanger and downhole tools continuously; (4)being rational in structure, high-strength, low in cost and easy to operate. Practice shows that the workover rig can carry out well servicing with good blowout preventing effect, thereby good financial profits can be achieved. Some suggestions for improvement of the rig are presented.

　　Subject Concept Terms　　workover rig　　blowout 　　preventer　　structure　　principle
financial profit　　improvement

　　防喷作业机是当采油井或注水井井内压力大于环境压力时，在不压井条件下，能安全地起下井内管柱及井下工具，且不释放井内压力，完成井下作业全过程的设备。
　　70年代后期，我国先后引进了4台不压井作业装置。由于这些设备结构庞大，所需配套设备多，现场组装时间长，作业程序多而没有推广。大庆油田也曾研制了一套车载不压井装置，也因大致相同的原因，作业3口井后就放置起来了。
　　1973年，扶余采油二厂工艺所开始研制新型防喷作业机。1983年完成了第1台样机的试制，实现了液压修井机和液压防喷器一体化，所有部件装在一台拖车上，用拖拉机拖到井场，对好井位，可自身完成作业。到1988年末，共作业44口井。由于当时的机械加工水平和液压件水平有限，这台样机有很多缺陷。1994年9月完成了改进样机的试制和厂内试验。改进后各部件性能明显提高，与进口设备相比有4个优点：(1)一体化上井，不用任何辅助设备；(2)不须在现场组装和连接液压管路；(3)通径大，体积小，重量轻，耐高压，油管挂及井下工具可连续从防喷器内提出；(4)结构合理，强度高，成本低，操作简单，易推广应用。
　　到目前为止，这台防喷作业机共作业53井次，各项指标已达到设计要求，能很好地完成防喷作业，取得了很好的经济效益和社会效益。

结构与工作原理

　　图1所示为防喷作业机结构示意图。

图1　防喷作业机结构示意图
1—液压油箱；2—井架；3—拖车；4—操作室；5—蓄能器；6—液压绞车；7—支撑液缸；8—工作台；9—液压防喷器；10—液压导轨；11—液压支腿

　　防喷作业机由液压修井机和液压防喷器两大部分组成。用液压导轨将两部分连为一体，工作时防喷器坐在套管法兰上。

1.液压修井机

　　液压修井机由拖车、井架、卷扬系统、工作台、液压系统和液压导轨等组成。
　　(1)拖车　拖车装有16个车轮、4个液压支腿，靠近井口两个支腿可水平伸出，以提高整机稳定性，全车长11m，宽2.8m。为配合防喷器工作，车后面装有一个距地面高3m、长和宽各2.5m的工作台，并设有高1.2m可升降的栏杆。
　　(2)井架　井架为2节可伸缩式井架，其断面为矩形，承载能力294kN，内装1个多级液缸，用来起升第2节井架，起升液缸和变幅液缸都装有液压锁。
　　(3)卷扬系统　系统滚筒两端各装1台马达。一端为常合马达，另一端用离合器与马达联接，2台马达可同时工作，也可单独工作。常合马达单独工作时，大钩速度较快。当该马达功率不够时，将第2台马达合上，便能提高大钩的载荷能力。大钩最大提升能力为196kN。滚筒上装有液压刹车，由蓄能器控制，以防止意外停电和系统故障造成大钩突然快速下行的溜车事故，并设有与防喷器主液缸同步运动的吊卡，用于起、下单根管柱及井下工具。
　　(4)液压系统　液压系统由油箱、4台电动机、4台液压泵、3台液马达、若干液缸和滤油器、蓄能器、多路阀及各种阀件组成。
　　油箱容积1.5m³，箱内装有一组不锈钢换热器，夏季可冷却液压油，冬季可对液压油加温。
　　液压系统最高工作压力为21MPa。当系统压力达20MPa时，大钩起重能力为196kN。单马达工作时，大钩速度为v₁=0～0.85m/s,双马达工作时，大钩速度为v₂=0～0.298m/s。拉力同步吊卡吊单根时，速度为v=0～1.3m/s。
　　(5)液压导轨　液压导轨外壳水平固定在拖车上，可伸缩滑动部分用液缸驱动，使防喷器与修井机连为一体，缩短了作业准备时间。

2.液压防喷器

　　液压防喷器由工字法兰、下横梁、半封和全封防喷器、安全卡瓦、自封防喷器、固定卡瓦、游动卡瓦、上横梁、中间横梁、举升卡瓦及2个主控制液缸组成。作业时，液压防喷器安装在井口法兰上，用来密封环套空间的压力；油管内的防喷，靠投入堵塞器或利用物理或化学方法实现。
　　(1)半封和全封防喷器　半封和全封防喷器是一个圆形筒体内装有带密封头的半封和同轴的全封装置，与国外已有的半封和全封防喷器相比，具有体积小、重量轻、强度高、制造简单等特点。
　　(2)安全卡瓦　安全卡瓦外形、结构和控制方式与半封防喷器基本相同，用于停止作业以更换自封或取出不易通过自封的工具时，卡住管柱，承受管柱的轴向载荷。
　　(3)自封防喷器　在作业过程中，自封防喷器密封环套空间的高压液流。它是利用橡胶弹性来自动密封油套环形空间，使井内的油管挂、管柱及井下工具从自封中顺利通过。
　　(4)固定卡瓦　固定卡瓦为锥形四瓣式卡瓦，靠重力张开，动作采用上提式。4个立柱采用了球铰，使卡瓦在一定范围内摆动，可保证制造和装配中的质量，卡紧力均匀，卡紧可靠，打开容易。
　　(5)游动卡瓦　游动卡瓦也是锥形四瓣式，靠弹力张开，动作采用下推式，固定在上横梁下面。
　　(6)举升卡瓦　当卡阻力过大，大钩提不动时，用举升卡瓦助力解卡。举升卡瓦采用锥形三瓣式结构，坐在上横梁上面且一起运动，可随时拆装。
　　(7)控制液缸　2个控制液缸的内径为100mm，行程2m,上下两端有缓冲装置，用于带动卡瓦，控制管柱的上窜、下坐和强拔。

3.工作原理及作业过程

　　防喷作业是靠作业机和管内堵塞器两部分配合实现的。作业时，应将油水井井况了解清楚，并投入相应的堵塞器，封堵管柱的底部，防止油管内喷水。
　　油套环形空间的高压液流靠管柱及自封胶筒密封在井内。工作原理与作业过程如下：
　　管柱内堵好后，首先打开井口，油管挂上面装好引鞋，液压导轨将防喷器推近井口，用修井机大钩将防喷器吊坐到井口法兰上固定好，从上面通过自封压下提引短节，短节与已装好的引鞋对接好，大钩吊住提引短节上端，用上横梁上的卡瓦控制管柱。打开井口下法兰上4个顶丝，使短节及油管挂缓慢提出自封，然后卸下短节及油管挂，进行正常起管作业。油管提起时，环形空间高压液体迅速充满防喷器各部，但上面被中心管柱和自封胶筒封在防喷器内。提出一段管柱后，管柱重量小于井内向上推力时，管柱开始缓慢上移，随着起出管柱的增加，井内管柱重量逐渐减小，上行速度加快，这时用2个液动卡瓦和控制液缸控制管柱上升速度，以防止窜管。用控制液缸带动游动卡瓦往复运动，与固定卡瓦配合动作，将管柱从井内提出。这时用拉力同步吊卡配合作业，停止使用大钩。如果中途停止作业，要关闭半封装置和安全卡瓦，并手动锁紧。如果井内管柱全部起完，要关闭全封装置。
　　下管作业时，首先将装好底阀及堵水阀的管柱下端压入自封内，然后打开半封和全封防喷器及安全卡瓦。开始下管柱是用控制液缸带动游动卡瓦与固定卡瓦配合，用拉力同步吊卡吊起待下井管柱配合作业。随着下井管柱的增多，井内管柱重量不断增加，当管柱重量大于井内向上推力，管柱自动下滑时，由拉力同步吊卡换成大钩和普通吊卡作业。
　　作业机2台主泵同时工作时，大钩起升速度可达0.85m/s，主控制液缸的升降速度为0.298m/s。最高作业效率为每小时起下管柱20～24根。

应用效果及改进意见

1.应用效果

　　下面以注水井为例，分析防喷作业的应用效果。
　　(1)杜绝了常规水井作业前的大量放喷放水。每口井按5000m³，每立方米成本4.23元（1994年我厂财务反映成本）计算，可节约费用2.1万元。
　　(2)放喷地层水会同时带出不等量原油，若按放水中最低含油0.5%(实际观察超过此数)计算，少损失原油25t。其价值为1100元×25=27500元。
　　(3)不放喷作业可免除因放喷而导致地层压力下降和周围6～9口井降产，平均降产50～100t，价值5～10万元。
　　(4)防喷作业免除了防喷淹地及环境污染赔款0.5～1.0万元。
　　上述4项按最低值计算，其总效益为10.35万元。

2.改进意见

　　防喷作业的优越性已被各采油单位承认。它在作业期间不损失地层能量，不降低地层压力，不浪费水资源，不污染环境，不伤害农田，保证了注水驱油效果，应用前景良好。但在以下几方面还需进一步改进。
　　(1)自封胶筒只能在10MPa以内工作，需进一步提高自封胶筒的性能。
　　(2)改目前的拖车为车载，便于搬迁和现场作业。
　　(3)提高功率配备，由电驱动改为内燃机驱动，使其不受井场电源限制，能满足本油田及全国大多数油田的防喷作业需要。
　　(4)加装拧扣机、机械手和排管架，实现程序控制。

李向方,高级工程师,生于1943年,1962年毕业于吉林矿冶学院金属压力加工专业,1969年毕业于长春地质学院水文及工程地质专业.一直从事抽油泵、液压传动和防喷装置的试验研究工作.地址:(138000)吉林省松原市.电话:(0438)6344441(办)或6272236(宅).

作者单位:吉林石油集团有限责任公司扶余采油二厂