井下工具范文

井下工具范文（精选9篇）

井下工具 第1篇

1 主要功能

可进行井下管柱 (含各种封隔器、配水器、分层分采工具) 的综合发生试验;对胶筒密封件测定及封隔器卡瓦的滑脱试验;大修、打捞工具的模拟试验、钻井、侧钻工具的模拟试验;可进行高温320℃, 高压20MPa, 热采工具机附件性能的测试;可进行工具的拆装、更换部件和维修工作。

2 系统组成

整个系统由两大部分组成, 一部分是井下工具试验台架, 另一部分中心测控系统。井架试验装置由常规井下工具试验台架和热采井下工具试验台架两部分组成。

2.1 常规井下工具试验台架

采用四柱框架式结构, 由底座、固定平台、导向立柱、升降油缸、活动平台、顶板、液压工作站和手动操作台、配电系统等组成。工作时通过液压系统的运行, 使活动平台完成上提、下压、旋转的动作, 实现井下工具的中间试验。

(1) 试验内容:检验常温封隔器等井下工具在模拟井条件下座封、解封及密封耐压是否合格。

(2) 主要技术指标:活动平台工作行程4.4m, 重载行程1.5m;最大上提力800KN, 下压力可达到300KN-500KN;具备正反转功能0-120r/min;最大扭矩0-6.5KN.m;模拟套管4″-9 5/9″之间, 模拟长度7m;下部备用13 3/8″套管1支, 长度4m;常规试验模拟温度0-90℃;工作压力25MPa, 压裂试验时工作压力可达70MPa;

(3) 试验步骤:首先连好封隔器试验管柱下入井内的适当位置, 并连好电动试压泵座封管线 (对液压式封隔器) , 机械式要连好上提下放短接;在中心测控系统的命令下, 打压座封, 机械式上提, 然后下放用液压平台加座封载荷座封;验封时, 从封隔器上、下分别加工作压力, 进行验封, 若能达到标准规定的工作压力, 稳压5min, 无渗漏为合格;解封是起出封隔器[3]。

2.2 热采井下工具试验台架

通过60kw的电加热炉将闪点为350℃的导热油进行加热, 将各种型号的井下工具下入模拟套管内所需的深度, 通过电动阀门的切换分别完成对胶筒上下的循环加热, 然后进行试压工作, 完成热采工具的中间试验。

(1) 试验内容:检验注汽封隔器在模拟井条件下座封及耐压是否合格。

(2) 试验条件:模拟温工作温度最大320℃;工作介质为高温导热油;工作压力为20MPa;上提力、下压力均为400KN;检验标准执行SY/T 6304-1997注汽封隔器及井下补偿器技术条件。

(3) 试验范围:设有常用的5 1/2″和7″两种套管, 并可根据需要谁是更换其他规格的模拟套管。

(4) 试验步骤:连好封隔器试验管柱下入井内适当位置;上紧井口每根螺栓丝扣, 连好井口上端输送管线及上紧连接卡箍;通过中心测控系统, 启动电加热炉, 将导热油连续加热到320℃, 将封隔器座封;从封隔器下方加工作压力, 进行验封, 若能达到工作压力18MPa, 稳压5min, 无渗漏为合格;降温后起出解封的封隔器[4]。

2.3 中心测控系统

中心测控系统是由操作台、上、中、下三级计算机、显示系统、通讯线路等部分组成, 用于现场室内检测及试验任务的中央控制、检测、现场显示、数据处理及图形报告生成等, 完成对该系统的测控任务。

工作原理:试验开始时, 将工具夹紧, 并位移到位, 操作员在计算机置入初始参数, 如:工具类型、试验项目、控制参数等。开始后, 计算机系统自动地根据操作员的输入指令启动相应设备, 进行试验。由于每一项试验器试验条件互相关联, 所以在试验中不但要对试验参数进行检测控制, 而对其他参量也要控制, 以保证在一个指定的条件下测量参数的变化情况[5]。

3 结语

井下工具模拟试验系统的应用, 一方面对井下工具进行质量检测及试验, 保证了下井工具的合格率, 从而减少井下作业事故, 提高作业成功率。另一方面为新工具的研发提供科学的理论依据, 缩短科研周期, 加快新工艺, 新技术、新工具应用于现场的步伐。

参考文献

[1]刘玉科, 于克海。油田井下工具质量亟待提高。石油工业技术监督, 1997, 4:25-26.

[2]罗军。井下工具室内试验检测系统。江汉石油职工大学学报, 2008, 21 (6) :81-84.

[3]张宏杰, 栾中伟, 徐群, 等。吊装式井下工具试验井口拉压扭系统。石油机械。2009, 37 (3) :48-50.

[4]王东, 章发明, 陈磊, 等。井下工具高温试验井系统。石油矿场机械, 2009, 38 (7) :75-79.

井下工具 第2篇

采研2013年期

单 位：采气工程研究院信息等级：普通 拟 稿：毛庆全江源核稿：签 发:摄 影：

院领导到花11井涡流工具作业现场检查慰问 2013年3月29日，院党委副书记、工会主席余有金与科研生产管理科副科长李航、气井工程研究室主任唐庚一道，来到涡流排水采气工艺试验井：花11井涡流工具投放作业现场检查慰问。

余书记一行详细了解花11井的开发生产状况，当前作业情况和作业难点，并仔细检查了该井作业所准备的各种工具、安全作业警示牌及用于科研项目试验的涡流工具。对现场技术服务人员提出了几点要求：一是严格执行绳索作业两书一卡，做好JSA分析，保质保量地完成花11井科研项目现场试验；二是要做好设备、工具保养，保障作业顺利开展；三是夏季来临，雨水增多，要确保车辆行驶安全并做好防暑降温工作。随后，余书记对现场技术服务人员的辛勤劳动表示了肯定，并代表院党委和行政发放了慰问品。

院领导的到来，让一线员工感受到组织亲切的关怀，能够以更大的热情投入到工作中去，取得更显著的成绩。

报：西南油气田分公司

采气工程研究院院长办公室2013年3月29日

院不压井作业队顺利带压下入水平井岳101-75-H1井完井管柱

9月22日，我院不压井科研试验队顺利完成水平井岳101-75-H1井带压下完井油管作业，该井带压作业压力为6.5MPa，完井油管井斜度为71.43°。

为开发安岳气田须家河气藏，采气工程研究院对该井开展水平井复合桥塞分段压裂工艺试验，验证自主开发的4 1/2〞复合桥塞的可靠性，试验复合桥塞电缆泵送、多簇射孔、水平井钻塞等工艺，然后由我院不压井科研试验队负责带压下入该井完井生产管柱，以提升该井排液性能，提高安岳区块须二气藏开发效果。

此次带压施工施工主要技术难点有以下几点：一是该井完井管柱井斜度较大，需精确控制完井管柱的下放速度，若下放速度过快，则有可能造成卡钻的后果；二是该井还处于排液阶段，井口压力存在波动，导致在下入完井管柱时，油管中和点也在不断变化，加大了作业施工难度；三是井下生产套管尺寸为4 1/2〞，其内径较小，对完井管柱工具尺寸要求较高。

为保证该井安全顺利进行施工，我队全体员到达现场后便立即与现场试油队进行技术交底，收集该井生产信息资料，并针对该井现场具体生产情况和施工工序进行JSA安全分析。作业队在通往井场桥梁垮塌，值班车无法通往井场，全队员工每日施工需往返步行10公里的情况下，大家仍能在施工作业过程中保持激昂的斗志，通过制定最佳施工技术措施和合理优化井下管柱，顺利地完成了此次带压下完井管柱作业。

此次施工作业的顺利完成，为提升该井后期排液性能和提高安岳区块须二气藏开发效果提供技术支持。

(采气院：江源

采气院圆满完成宁208井不压井下完井管柱作业

近日，采气院不压井科研试验队仅用6天时间，顺利完成页岩气藏宁208井带压下完井油管作业。

由于该井在加砂压裂后，排液效果不好，为更好保护该井产层，采气院不压井科研试验队负责带压下入排液生产管柱，以更好排出井筒内液体，达到测试生产目的。为保证该井安全顺利的施工，院不压井科研试验队技术人员在作业前到达现场精心收集资料并与现场试油队进行技术交底，针对该井现场具体生产情况和施工工序进行JSA安全分析，同时，在天气气候极为恶劣的情况下，全队员工克服困难，艰苦作战，分工明确，各司其责，顺利地完成了此次带压下完井管柱作业。

（采气院：陈马林）

院不压井作业队顺利带压下入水平井岳101-78-H1井完井管柱

12月10日，我院不压井科研试验队顺利完成水平井岳101-78-H1井带压下完井油管作业，该井带压作业压力为7MPa，完井油管井斜度为57.08°。

为开发安岳气田须家河气藏，由我院不压井科研试验队负责带压下入该井完井生产管柱，以提升该井排液性能，提高安岳区块须二气藏开发效果。此次带压施工施工主要技术难点有以下几点：一是该井完井管柱井斜度较大，需精确控制完井管柱的下放速度，若下放速度过快，则有可能造成卡钻的后果；二是该井井口装置较高，不压井设备操作平台高度达到10米，增加了整个设备的安装难度；三是该井还处于排液阶段，井口压力存在波动，导致在下入完井管柱时，油管中和点也在不断变化，加大了作业施工难度。为保证该井安全顺利进行施工，我队全体员到达现场后便立即与现场试油队进行技术交底，收集该井生产信息资料，并针对该井现场具体生产情况和施工工序进行JSA安全分析。最终，全队员工通过制定最佳施工技术措施和合理优化井下管柱，顺利地完成了此次带压下完井管柱作业。

此次施工作业的顺利完成，为提升该井后期排液性能和提高安岳区块须二气藏开发效果提供技术支持。

井下工具 第3篇

关键词：H2S气体 测试工具 腐蚀原理 有效对策

从简单的化学层面分析来看，H2S（硫化氢）气体是一种无机化合物，于正常情况下是一种无色气体，浓度较低时常常挟有一种类似臭鸡蛋的气味，浓度高时气味反而消失。此种气体的化学性质不够稳定，具有易燃的特性，与水相溶之后会呈现出一定的腐蚀性，对于人体有着较大的危害，人吸食后严重的话可能会在短时间内直接死亡，可见其危害性较大。这种气体在石油气井中存在较多，一般含量处于0.1%以下，不乏有某些地区气井中的含量较高，此处就不一一举例说明。虽说H2S气体在油气井中广泛存在，但是它对于测试施工却具有一定的阻碍性，常常会严重腐蚀测试工具甚至造成工具断裂，无疑成了测试工作的一大阻碍因素。

1 H2S气体腐蚀井下测试工具的原理分析

H2S气体之所以会对井下测试工具产生腐蚀，其中最为关键的原因就是H2S气体和水溶解后呈现弱酸性，进而具备了腐蚀特性，那么油气井中怎么会含有水分呢？通常情况下，压井液中或多或少都具有一些水分，液化之后形成可以流动的水，为H2S气体提供了溶解环境。据笔者研究发现，H2S气体腐蚀井下测试工具主要有以下两种形式：

1.1 化学腐蚀

测试工具一般都由金属组成，或是合成金属、或是纯种金属，其中难免会存在一些铁离子，这正为H2S 与水融合后的物质提供了化学反应对象，从而产生了如下电化学反应：

xFe+yH2S=FeXSy+yH2

值得注意的是，反应之后生成的FeXSy是一种十分蓬松的物质，使得测试工具的表面凹凸不平，强度有所降低。然而，也正是测试工具这一外在表现，给二氧化碳和氯离子提供了机会，直接加重了电化学腐蚀的速率，最终导致测试工具发生穿孔、断裂等现象。从某种层面上来讲，这个腐蚀过程是渐变且逐步加重的，这也间接表明这种电化学反应所产生的力量并不小。

1.2 应力腐蚀

应力腐蚀又可以称为氢脆，这种腐蚀现象甚至不牵扯H2S气体的水溶，而是气体中的氢以原子的状态向测试工具金属结构内部逐渐滋蔓，虽说没有直接与金属离子发生真正的化学反应，但是在不断地蔓延过程中却也已经改变了测试工具的金属内部构造，无形中降低了金属合成物的韧性，金属变脆以后小小的外力便会导致其断裂。现如今，关于此种腐蚀原理，已经被公认的即为氢压理论，其具有一定的说服性。

2 影响H2S腐蚀程度的几种因素

影响H2S腐蚀程度的因素种类较多，但细致归结以后便可以分为两大类，即材料因素和环境因素，现笔者就针对两大类因素做以叙述：

2.1 材料因素

材料主要指的就是构成测试工具的材料，测试工具中的一些合金元素可能会影响H2S的腐蚀程度。一般来说，制造测试工具一般都会选择“钢”这种优质材料，但钢是一种合成金属，它囊括了多种金属元素，诸如铝、铜、钙、钛、硼等提高“钢”耐腐蚀特性的元素，也有一些诸如硫、锰、氮、磷、镍等加速钢腐蚀的元素。有时碳、铯等金属元素也会加快钢的腐蚀进程，进而造成了测试工具腐蚀严重的问题。

2.2 环境因素

2.2.1 H2S自身浓度

H2S 气体自身的浓度直接关系到测试工具的腐蚀程度。一般来说，其他条件相一致的情况下， H2S的浓度越大，那么对测试工具的腐蚀程度也就越深，氢脆的敏感性也会随之增强，当然如果构造测试工具的金属钢的成分越多，即使H2S的浓度较低，那么也会产生严重的腐蚀情况。由于H2S的质量浓度过大催进了阴极反应的进行，于是H2S在测试工具的金属表层形成了一种硫化物薄膜，薄膜导致测试工具自身的腐蚀电位增强，于是表现出不断增强、不断腐蚀的节奏，最终导致整个测试工具的金属构造部位消失不见。

2.2.2 气井内的温度

温度也是影响H2S腐蚀程度的关键要素之一，不同温度会致使整个腐蚀反应的速率产生变化，所以温度能够影响整个测试工具被腐蚀的速度。H2S和一般化学物质一样，外界温度愈高，它的腐蚀特性表现的就愈加明显，所以适当的加强气井内的温度，便也就加快了测试工具的被腐蚀速率。但是也有一些人认为，温度对H2S的腐蚀速率的影响具有相互性，温度也会随着H2S的腐蚀速率加快而不断提升，也正是这样的相互作用特性使得测试工具在一定范畴内会达到前所未有的腐蚀速率。

2.2.3 外界的pH值

处于不同的酸碱条件下，H2S气体与水溶合后分离出来的硫化氢离子和硫离子的分量也是完全不同的。就整个测试工具的腐蚀过程来说，整个硫化氢溶液中各种有害离子的含量越高，那么腐蚀的速率也将加快，经多组数据的研究发现，外界环境的pH值越低，那么溶液的酸性也就越强，腐蚀的程度也就较深，但这个衡量标准并非完全正确，难免有时会有些偏差，但整体方向是正确的。

2.2.4 H2S流速原由

此处的流速指的是H2S 气体的流速以及其与水溶后的溶液流速，据相关的研究发现，H2S 气体流速或溶液流速如果处于较慢的状态，那么对测试工具的腐蚀程度是比较低的，但如果其流速较大的话，自然对测试工具的腐蚀程度也就越深。究其原因，主要是因为H2S 气体流速或溶液流速较快时，便加快了离子之间的交换速率，金属表层来不及形成抑制腐蚀的保护层，即使形成保护层也十分容易脱落，于是增强了测试工具的腐蚀速率。

3 应对H2S气体对井下测试工具的腐蚀的有效对策

根据以上叙述所得，可以归结出以下几条行之有效应对H2S气体对井下测试工具的腐蚀的对策：

3.1 选择测试工具时，避免选择高强度钢所制造的工具，适当选择硬度较低的低强钢，这对于减缓H2S的腐蚀速率有一定的优势。

3.2 尽量避免使用焊接而成的物件，切实从根本上降低腐蚀速率；如果必须要用的话，那么也应该采取特殊的工艺对焊接处进行必要的处理，尽量调节焊接处的质地，谨防被严重腐蚀。

3.3 合理控制气井下面的温度，如果井下温度太过于高的话，要么就停止测试工作，要么给测试工具表层进行喷漆防护，竭力降低测试工具的腐蚀程度。

3.4 在进行必要的测试时，可以选择在压井液中加入一些减缓腐蚀的试剂，保护井下的压力平衡度，同时尽量杜绝大量的H2S入侵气井内，做好H2S气体的防护工作。

3.5 除了以上四条内容以外，还应格外重视外界环境中的pH值，一旦有大量的H2S气体入侵气井，此时应保持清醒的头脑，针对H2S呈现酸性的特质，采用化学方式除去硫的办法，并在除硫的过程中适当加入一些碱性物质，调和环境中的pH值，竭力降低H2S气体的浓度，直至减缓测试工具的腐蚀进程。

参考文献：

[1]熊颖，陈大钧，王君，张启根.油气开采中H2S腐蚀的影响因素研究[J].石油化工腐蚀与防护，2007（06）.

[2]具海啸，白建平.X7-30区块套损的成因分析及预防[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2007（04）.

[3]汤倩倩，黄金营，付朝阳.中原油田油井结垢分析与预测[J]. 油气储运，2014（03）.

[4]李琪，张虎平，罗晓莉.H2S和CO2对油田压力容器的腐蚀[J]. 科技风，2011（18）.

[5]杨理践，胡春阳，刘博，高松巍.稠油热采中隔热油管的漏磁检测方法[J].油气储运，2015（06）.

井下工具可靠性设计分析 第4篇

石油钻采井下作业采用的工具具有种类繁多且作用范围多样性的特点, 这就为其可靠性设计使用效果带来了一定影响。具体来说, 井下工具主要作用于钻井、注水、采油、注气、完井以及修井等方面, 这些作业环境均具有温度高且腐蚀性强的特点。在此情况下, 工具使用过程中出现故障就无法进行及时有效的处理, 而一旦发生故障将对石油资源的正常开采造成严重影响。为此, 相关建设人员应在明确井下工具可靠性失效原因的基础上, 对工具可靠性设计缺陷进行处理, 以满足石油开采作业对其应用质量的需求[1]。

1 井下工具可靠性失效原因

1.1 腐蚀失效原因

由于石油井下工具作业环境具有一定腐蚀性, 这就使得工具在长期工作过程中会与钻井液发生化学反应, 进而使工具设备表面变薄。据统计, 井下工具的腐蚀形式主要体现在如下方面, 即点蚀、均匀腐蚀、双金属腐蚀、电化学腐蚀、锈蚀以及冲蚀腐蚀等。其中电化学腐蚀属于自然腐蚀, 且集中在井下工具作用于水下环境情况。以抽油井为例, 工具设备的腐蚀会导致构件出现裂纹或是断裂现象, 这就使得井下工具失去效用。

1.2 结垢失效原因

井下工具结垢问题, 是由于水中矿物质结晶沉淀形成的水垢, 在加上工具使用质量要求、环境压力和环境温度方面的影响导致的。相关研究表明, 结垢状态下的井下工具会给石油钻采造成三方面影响:首先, 水垢本身携带的固体颗粒会加快腐蚀和冲蚀问题的出现;其次, 水垢会堵塞工具作业的流通口径, 进而降低实际作业效率;最后, 水垢还会在一定程度上增加井下工具的表面粗糙度, 以降低密封效果。上述几方面影响均会导致井下工具可靠性失效[2]。

1.3 磨损失效原因

磨损问题是由于井下工具设备在采油过程中机体运转时间过长所导致, 其具体体现在疲劳断裂。以油管发生断裂失效为例, 相关人员采用金相分析技术对油管的断裂口进行勘查, 结果表明, 油管失效就是由疲劳作业导致的。这种情况与油管的服役期设置过长有着直接关系。此外, 井下工具摩擦作业磨损也是导致设备老化的原因。而且, 井下工具设备的老化程度是无法通过当前检测技术手段检测出来的。为此, 相关建设人员应加大石油钻采井下工具检测技术的科研力度, 以降低因磨损而导致老化程度严重问题而造成设备失效[3]。

2 井下工具可靠性设计技术

2.1 预防故障设计技术

井下工具预防故障的设计技术是在总结以往设计经验基础上, 深化石油钻井采油作业井下工具的应用效率。具体来说, 就是收集井下工具作业过程中出现的故障问题及可能出现故障等相关方面的资料, 找出与之对应的预防故障设计控制技术。此设计技术要将重点集中于井下工具的关键零部件可靠性、标准化零部件可靠性以及设备使用性能可靠性。例如, 某石油开采工程, 针对油管易发生腐蚀影响的问题, 可靠性设计人员采用预防油管断裂设计技术, 即锚定、丝扣涂密封脂及油管整体打压防断脱漏措施技术, 来提高油管的耐腐蚀和耐摩擦性能。此外, 设计人员还根据原井类型, 即偏Ⅲ采油树井, 设计使用更换偏Ⅲ外加厚油管挂+N80级Φ62的外加厚油管, 以提高井下工具实际作业的适用性。表1为工程设计人员确定的外加厚油管技术参数[4]。

2.2 耐环境设计技术

耐环境设计技术是通过设计技术手段来降低井下工具作用环境对其的影响。具体来说, 就是通过控制压力、温度以及湿度对井下工具的作用影响, 来提高其耐受力。例如, 在利用井下工具进行钻井采油作业过程中, 抽油杆设备要通过接箍制成一个抽油杆柱, 从而实现上经光杆连接抽油机, 下接抽油泵柱塞。这样一来, 作业人员就能够将地面抽油机滤头悬点以往复运动的作用状态传递给井下抽油泵, 从而实现保证作业安全可靠性的重要作用。上述耐环境设计技术应用主要是根据井下工具作业环境的差异性来采取不同工具设备, 其目的是实现设备使用的屈服点、收缩率、抗拉强度以及伸长率的作用效果。值得注意的是, 设计人员还应选择具有适用性的抽油杆制作材料, 以实现井下工具使用的经济性目标[5]。表2为抽油杆材料选用的指标参数。

2.3 概率设计技术

井下工具应用控制人员所使用的概率设计技术的作用原理为概率统计理论, 其目的是将石油钻井作业环境下的井下工具故障控制在一定范围内, 进而实现高效运行。相关研究表明, 该方法是可靠性设计中的重要组成部分, 其能够将井下工具失效问题控制在一定范围内, 从而为设备维修技术人员提供具有准确性的科学依据。具体来说, 概率设计技术与其他可靠性设计技术不同, 它是根据井下工具出现故障以及处理的经验进行总结积累, 来发挥作用的。此外, 该设计技术还要根据实际勘探得出的数据, 通过仿真模拟技术来提高概率范围限定的科学可靠性。

概率设计技术是以井下作业环境变量作为计算依据的, 其是影响设备使用安全性和可靠性的关键, 研究人员应将其重视起来。就目前来说, 可供石油钻采井下工具设计维护人员选择的概率设计技术有四种, 即统计数据来源和处理技术、应力—强度模型确定可靠度技术、静强度的概率法设计以及疲劳强度的概率法设计技术。

3 结束语

综上所述, 井下工具是保证石油钻采作用效率的关键, 相关建设人员应在明确实际施工作业过程中存在的问题, 来实现其应用可靠性。目前, 可供选择的可靠性设计技术有:预防故障设计技术、耐环境设计技术以及概率设计技术。虽然, 这三种技术在实际井下工具设备作业过程中取得了一定成效, 但仍有很大的提升空间, 可靠性设计人员应不断优化技术应用效率和效用, 以降低井下作业环境对设备构件的腐蚀、结垢以及磨损影响。

摘要：针对目前石油开采应用井下工具过程中存在的可靠性设计问题, 文章分析了研究井下工具可靠性设计的重要性和可靠性失效原因, 并提出了与之对应的可靠性设计策略。

关键词：井下工具,可靠性设计,耐环境设计,设备结垢失效

参考文献

[1]庄磊, 成城, 武尚, 姜睿.论井下工具的可靠性设计[J].科技与企业, 2013, 14:212.

[2]杨军辉.针对井下作业工具的设计进行分析[J].中国石油和化工标准与质量, 2013, 16:175.

[3]李奎为, 贾长贵, 卫然.井下工具用V形组合密封的设计分析[J].润滑与密封, 2011, 04:105~107.

[4]刘智睿, 颜辉, 雷博, 莫刚.关于开发井下工具的建议[J].石化技术, 2016, 09:234.

井下开窗工具万向节设计与分析 第5篇

该万向节是应用于石油钻探井下开窗工具中的换向装置, 主要起传递扭矩作用, 一般工艺为连续油管+井下马达+万向节+螺杆+钻头[1]。

十字轴式万向节具有结构简单, 低副磨损小, 传递功率大, 主、从动轴间夹角允许变化范围大的特点, 因此本设计方案采用十字轴式万向节。传统万向节主要是在不同轴线上的轴之间传递旋转扭矩, 它被广泛应用于各类卡车的传动轴、联接轴之间。与传统十字轴功能类似, 此十字轴万向节应用于套管内开窗传递扭矩, 万向节的主要作用将井下马达传递的扭矩改变90°传递给螺杆, 带动开窗钻头工作, 要求抗扭强度高, 转角精确。经过近些年的努力改进, 十字轴万向节的安全性和可靠性有很大提升, 但对于几千米深度下套管开窗工作强度依然不够。并且其一般校核方法忽略了万向节所受附加弯矩的影响, 因此, 针对井下开窗工具的具体工作环境, 选择合理的设计参数, 提高万向节强度。

1 井下开窗工具万向节的失效分析

通常万向节主要由万向节叉、十字轴、滚针轴承、密封元件等组成。结构强度和抗扭强度不够是万向节失效的主要原因。万向节叉和十字轴是承受扭矩较大的易损元件[2]。另外, 万向节的一些几何参数和结构参数设计的不合理, 导致万向节工作过程中与传动轴发生共振, 产生疲劳损坏。

2 十字轴万向节受力分析

2.1 十字轴万向节设计中应注意的转角问题

连续油管径向射流技术所涉及的井下开窗工具串需要由多个十字轴万向节连接, 因此受力分析按多个十字轴万向节传动计算[2]:

设从动叉和主动叉转角差为△ψ

式中, αe为多万向节传动的当量夹角, 准为主动轴转角, σ为主动叉的初相位角。

假如多万向节传动的各轴线均在同一平面内, 且各十字轴两端万向节叉平面之间夹角为0或π/2, 则

式中, α1、α2、α3、α4为各万向节间的夹角。

当第一个万向节处在各轴轴线所在的平面内, 若主动叉平面与此平面重合为正, 垂直为负。事实上, 若使万向节等速传递, 应使αe=0;若αe过大, 则会引起动力总成支承和悬架弹性元件振动, 引起较大噪声。因此, 设计时使αe尽量小, 一般αe≤3°[2]。

当多万向节传动的输入轴等速旋转时, 输出轴的角加速度变化规律和单万向节相似:

从式 (3) 可看出角加速度每转变化2次。

变化幅值εM由当量夹角αe和输入轴的角速度确定:

在传递扭矩过程中, 为避免与传动轴发生二次谐振, 多万向节传动布置时, 应使任一万向节满足以下不等式[3]:

式中:αie为从第一万向节到第i个万向节的当量夹角, rad;为第一轴的最大角速度, rad/s;αie′为从第i个万向节到最后一个万向节的当量夹角, rad;为第n+1轴的最大角速度, rad/s。

2.2 两轴传递的扭矩关系

当十字轴万向节主动叉轴上作用扭矩M1时, 从动叉轴上的扭矩M2随主从动叉轴夹角δ变化。不计万向节摩擦损失, 有[3],

又, 代入得

当主动叉转角Ф为90°、270°时从动轴转矩最大

2.3 作用在万向节叉上的附加扭矩和各种力分析[4]

在传递扭矩时, 由于各传递轴间存在夹角α, 输入轴输出轴还承受由万向节十字轴轴颈传至万向节叉的一个周期性的附加扭矩的作用。此力矩在传动轴支承处形成径向反作用力。通过分析十字轴万向节的平衡条件来确定万向节叉上的作用力及附加扭矩。

由图1可知, 除了扭矩M1和M2之外, 还有扭矩Mu1和Mu2, 且和十字轴上的总力矩M有以下关系:

M1主动轴扭矩, M2由式 (5) 求出。

当主动叉平面相对通过两轴中心线的平面转过角准时, 可求得附加扭矩:

主动轴叉上的圆周力：

从动轴叉上的圆周力：

在附加力矩作用下产生力F, 根据式 (8) 求得:

作用在十字轴平面上的总力是P2和F2的合力Q:,

3 十字轴万向节静力分析

3.1 建立万向节三维模型

利用CATIA Mechanical Design模块对万向节叉和十字轴建立如图2所示模型。

由于此设计万向节要实现从水平方向转向垂直方向, 需要多个万向节叉和十字轴相连接。所以万向节叉是两端叉头的, 某种程度上降低了万向节安全性, 其结构强度需要提高;用简单的几何曲面代替了原有复杂的叉头内轮廓曲面。缩短叉头到叉底的距离, 降低所承受的扭矩;减少十字轴基体轮廓并进行圆弧处理。

3.2 利用ANSYS软件对十字轴进行静力分析

ANSYS软件是一款包含结构、流体、电场、磁场、声场分析的大型通用有限元分析软件。主要包括前处理模块, 分析计算模块和后处理模块。本文利用有限元分析法校核万向节在套管中大扭矩工况下的安全性, 找出本设计的薄弱部分, 为进一步优化打好基础。

1) 将十字轴三维模型导入ANSYS Workbench模块中, 定义零件材料属性。

进行网格划分, 采用四面体单元类型进行划分。划分结果如图3所示。

2) 施加约束边界条件及载荷。对万向节叉一端节叉两轴孔施加全约束, 对于十字轴, 将约束施加到未加载的轴颈上。

从万向节叉和十字轴的装配和运动关系可知, 其载荷为大小相等方向相反的力矩, 作用位置分别为节叉内孔圆柱面、十字轴轴颈[5]。

井下马达输出额定扭矩为458 N·m, 额定压力25 MPa, 最高压力40 MPa, 最大功率6 k W, 最高转速200 r/min, 由式 (9) 得到输出的最大扭矩及十字轴所受力:

这里万向节夹角α取为15°, 转速取为150 r/min。

马达通过导向杆、万向节传递扭矩带动钻头进行开窗工作。万向节叉两轴孔中心距离为35 mm;万向节叉和十字轴所受最大力为:

3) 对模型进行后处理, 得出如图4所示结果。

3.3 万向节叉静力分析

对万向节叉进行以上同样处理, 定义材料属性, 划分有限元, 施加约束加载, 利用ANSYS Workbench处理器求解结果如图5所示。

由分析结果可看出此十字轴在轴颈根部应力集中, 轴基体处应力很小, 第一种十字轴最大应力724.57 MPa, 第二种最大应力为681.44 MPa, 相差不大, 且都小于该材料的强度极限835 MPa。所以可以减少基体材料, 降低成本, 降低万向节自身重力。该万向节叉满足强度需求, 万向节叉轴孔和根部所受应力较大, 易损坏。

4 结论

1) 万向节叉轴孔和节叉根部是应力集中的部位, 是我们以后改进设计的重点。

2) 十字轴模型二满足开窗工作所需要的强度, 且较模型一结构轻便, 节省材料。

3) 得出万向节设计应满足的结构参数和几何参数。万向节传动的当量夹角和传动轴最大角速度应满足一定条件来避免发生共振, 减少疲劳损坏。

参考文献

[1]汪利霞.万向节十字轴数值模拟及结构改进[J].新疆石油科技, 2011 (5) :101-102.

[2]冯振东.空间多万向节传动的转角差和当量夹角的计算[J].汽车技术, 1982 (3) :24-30.

[3]艾维, 方开翔.十字轴万向节串联轴系传动特性研究[J].江苏科技大学学报:自然科学版, 2003 (2) :71-74.

[4]羊拯民.普通万向节传动的几个力学问题的初步分析[J].安徽工学院学报, 1982 (1) :50-57.

井下工具通过性计算方法及发展趋势 第6篇

石油资源的开采过程中, 由于地面限制, 地下地质条件要求以及钻井技术需要等原因, 定向井技术已经越来越多地应用到石油资源的开采中。无论是注水井还是采油井, 都需要下入井下工具。由于受到井眼曲率和井眼半径的限制, 井下工具在下井过程中有可能遇阻而无法下入。这就需要在设计和下入井下工具之前考虑工具的通过性。

目前, 井下工具的通过性计算方法可以分为3种, 即几何法、力学法以及有限元软件模拟法。

1 几何法分析井下工具通过性

井下工具通过性计算的几何法是指在考虑井下工具通过能力时, 主要通过考虑井眼轨迹和井下工具的干涉情况来判别井下工具的通过性。几何法又可以分为刚性通过计算法和柔性通过计算法。

早在20世纪90年代初期, 冉竞[1]就提出了一种刚性通过性的计算方法。之后赵俊平、苏义脑[2]在刚性通过性基础上总结提出了几何法分析通过性的一般模式, 并提出了一种用纵横弯矩法分析下入工具临界长度的柔性通过性计算方法。由于该方法考虑了工具串的变形, 使得计算结果与实际结果更为接近。在刚性通过性一般模式的基础上, 赵旭亮[3]提出一种考虑考虑连接管柱挠曲和螺纹连接安全的分析方法。狄勤丰、余志清[4]提出了一种考虑工具串变形挠度对其通过性影响的简化算法, 该方法同时考虑了井径的变化和加扶正器对工具通过性的影响。以上一系列计算方法构成了井下工具通过性计算的几何法。

1.1 刚性通过性计算方法[3]

下入井下的工具, 在下入过程中, 一般是不希望其发生变形的, 故而在考虑井下工具下入时将其视为刚体考虑其通过性。

如图1所示, 设井下工具的外径为d, 井眼直径为D, 井眼轨迹的最小曲率半径为R, 工具长度为L, 井下工具串变形量为Lc, 可得到几何法分析通过性的一般模式:

式 (1) 和式 (2) 称为一般模式。根据式 (1) 可在给定的井眼曲率半径下确定井下工具的通过能力;根据式 (2) 可在给定井下工具结构下设计井眼曲率半径。一般模式 (1) 和 (2) 有下面3种条件:1) 当Lc=0, 即L=Lrc, 称为刚性条件。2) 当Lc<0, 即L0, 即L>Lrc, 称为柔性条件, 也称为变形条件。其中Lrc为刚性条件下的临界长度。

令Lc=0, 即可得到刚性通过性的计算方法:

1.2 柔性通过性计算方法

在考虑井下工具串的通过性时, 光考虑井下工具的刚性通过性是不够的, 需要考虑连接杆柱的变形, 即柔性通过性。

由于井壁的约束作用, 下入井下工具串必然受到轴向力P的作用, 工具两端还可能受弯矩MA和MB的作用。因此, 工具可被视为一个受纵横弯曲载荷作用的简支梁, 如图2所示。

设MA=MB=Mo, , u=KL/2, 由力学模型, 分析下入分注管柱的纵横弯曲法[5]可得:

当Ns=0时, L=Ldc, Ldc就是柔性条件下井下工具间连接管柱的临界长度, 此时有Ldc方程为

式中:Km= (secu-1) /u2;Kn=3 (tanu-u) /u3;Kq=24[secu-1- (u2/2) ]/5u4;q=WsinαKf;Kf=1- (rm/rs) ;W为连接管柱单位长度重量, kg/m;α为井斜角, (°) ;Kf为浮力系数;rmrs分别为钻井液和钻井钢材的密度, g/cm3;G为连接管柱刚度, kg·cm2。

2 力学法分析井下工具通过性

井下工具通过性计算的力学法是指在考虑井下工具通过能力时, 主要通过考虑下入工具串的自重和下入过程中所受到的阻力来判断井下工具串的通过能力。若工具串的自重大于下入过程所受阻力则判断其可以下入, 否则不能下入。

用力学法分析井下工具通过性关键问题在于分析工具串所受摩阻。在20世纪80年代初期, C.A.Johancsik[5]就提出了计算扭矩和摩阻的数学模型, 他将摩阻和扭矩归结为管柱与井壁接触产生的简单滑动摩擦力作用的结果, 摩擦力的大小等于正压力与摩擦系数的乘积。

目前, 钻柱的受力分析主要采用了“软杆模型”和“刚杆模型”两种分析方法。“软杆模型” (Soft-String Model) 不考虑管柱横截面的弯矩, 所以只适用于小曲率井和直井, 在曲率较大的井眼中, 其摩擦阻力预测结果与实际结果之间存在较大的误差。“刚杆模型” (Stiff-String Model) 考虑了刚度的影响, 但是它的控制微分方程比较复杂, 在轴向力和扭矩的耦合作用下, 准确求解难度较大[7]。而沈曦、张强等[8]从工艺出发, 结合现场实际, 也导出了管柱下入过程中摩擦阻力的计算模型。

1997年何世明等[9]提出了水平井中套管摩阻力的计算模型, 在此之后晆满仓等[7]提出了柔杆加刚性模型, 并分旋转下入和不旋转下入两部分分析了下入摩阻。2008年, 王艳红[10]详细论述了井下工具通过能力的力学分析法。该方法首先采用最小二乘法, 通过三次样条插值方法对实测井身轨迹数据进行拟合。其次, 通过对完井管柱下放过程的受力分析, 根据拟合出的井身轨迹, 建立完井管柱二维“软杆”、二维“刚杆”及3维“软杆”3种摩阻预测分析数学模型, 并利用建立的三种模型分析比较了实际井筒内完井管柱下入时的摩阻值, 同时建立了强度校核力学模型。

3 有限元软件模拟分析井下工具通过性

利用有限元软件模拟来分析井下工具通过性在我国应用的较少, 于艳艳等[11]利用ANSYS软件对水平井下套管过程进行了模拟。但由于其只模拟了套管在井眼曲率最小段的下入情况, 无法准确描述井下工具串在下入过程中的情况, 应用范围有限。

祝效华等[12]使用Abaqus软件对7段井下工具组成的井下工具串进行了下入性仿真, 通过采用有限元法, 分析了准172 mm单弯螺杆钻具在下入直井段准244 mm套管时的应力分布规律, 以及不同弯角大小对单螺杆钻具下入性的影响。经过分析得到了静力学下的分析结果, 有一定的参考价值。而后在“水平井弯区段套管下入可行性分析”中, 根据弹塑性理论, 应用数值仿真技术建立了套管下入水平井弯曲段的有限元模型;分析了不同套管在不同曲率、不同井眼扩眼率以及不同载荷情况下的变形、应力及下入位移的变化情况, 对水平井内安全下入套管具有指导意义。

4 井下工具通过性计算方法的发展趋势

近年来, 井下工具通过性的计算方法已经由最初的几何法转向力学法, 并有逐步转向软件模拟的趋势。其发展趋势主要表现在以下几个方面:1) 由简单的刚性通过性分析转向柔性通过性分析和力学通过性分析。2) 更加注重管柱串的下入安全。无论是几何法还是力学法, 在考虑工具通过性时除了考虑工具的强度外, 越来越多地考虑到了连接螺纹、连接管柱的强度, 分析更加全面。3) 由数值解析转向有限元分析。随着有限元软件的日趋完善和推广, 利用有限元法分析井下工具通过性得到了诸多应用。有限元法与数值解析法相比有着诸多的优点, 更加贴近实际工况。4) 由考虑单个工具的下入性趋向综合考虑工具串的通过性。5) 综合应用几何法、力学法与有限元法。

参考文献

[1]冉竞.大斜度井压裂酸化中的井下工具[J].钻采工艺, 1990, 13 (2) :70-73.

[2]赵俊平, 苏义脑.钻具组合通过能力模式及其分析[J].石油钻采工艺, 1993, 15 (5) :1-6.

[3]赵旭亮.刚性井下工具通过能力分析[J].石油机械, 2011, 7 (10) :66-68.

[4]狄勤丰, 余志清.动力钻具通过能力计算模式及其分析[J].断块油气田, 1996, 7 (4) :40-43.

[5]Johancsik C A.Torque and drag in directional wells-prediction and measurement[R].SPE 11380, 1984.

[6]Brett J F, Beckett A D, Holt C A, et al.Uses and Limitations of Drillstring Tension and Torque Models for Monitoring Hole Conditions[R].SPE Drilling Engineering, 1989.

[7]晆满仓, 孟坤六, 杜镰.水平井管柱下入摩阻分析及应用[J].石油机械, 1999, 27 (2) :6-8.

[8]沈曦, 张强, 陈灿, 等.大位移井磨铣打捞管柱可下入性分析[J].机械工程师, 2008 (12) :31-32.

[9]何世明, 郭小阳, 徐璧华, 等.水平井下套管摩阻分析计算[J].西南石油学院学报, 1997 (2) :21-26.

[10]王艳红.水平井完井管柱可下入性分析研究[D].北京:中国石油大学, 2008.

[11]于艳艳, 王旱祥, 苗长山.ANSYS在水平井套管可下入性分析中的应用[J].石油矿场机械, 2007, 36 (5) :67-69.

井下工具 第7篇

1 井下工作的特点及其工具设计原则

1.1 特点

职工流动性与工作量大, 多数从事井下工作的人员都来自于中介公司的外聘工, 所以, 将很难实现综合技术水平高的井下修井作业人员。

缺乏规范的通用性与批量性标准, 同时有着较高的要求、施工作业过程复杂且将班组作为单位, 这样实际中发生了质量问题根本追究不了岗位与个人的责任。

施工人员的作业时间不固定, 而且队伍没有高度集中, 由于井下存在各种井位, 所以, 很难使施工作业队伍全部集中起来, 施工工具、天气等各类因素会限制施工作业的进程, 难以有稳定的作业时间, 大大削弱了井下施工作业管理效率。

1.2 井下作业工具设计原则

遵循可靠性的原则;树立安全可靠的观念, 科学合理研发试验装置, 严格按照我国颁布实施的规范标准加以设计与制造。

遵循可维护性原则;实际设计过程中要秉承着安全实用性、装卸、维修便捷性的原则。

遵循灵活性的原则;充分运用灵活性高的设计组合方法, 以为今后中各类实验工艺和设备的改造提供重要的保障, 从而对各类钻采工具所提的试验要求都及时有效的达到。

2 石油系统井下作业常见工具操作方法

2.1 公锥

此类工具属于一种专业的从有孔落物的内孔实施造扣打捞的修井常用打捞工具。它是长锥形整体结构, 具有分接头和打捞丝扣两部分;当公锥进入打捞落物内孔后, 应予以相应的钻压, 同时转动钻具, 迫使打捞螺纹挤压吃入落鱼内壁进行造扣, 在其实际可以承受一定拉力和扭矩后, 接下来就要进行上提或倒扣起出全部或部分落物。实际使用过程中, 如果工具下到鱼顶上部一到两米, 这时应开泵冲洗, 同时有序的下放工具到鱼顶, 并对泵压的变化情况加以认真观察。若泵压急剧上升, 指重表悬重下降, 那么, 这就表明公锥已经到了鱼腔内, 应实施造扣打捞。若悬重慢慢的下降但泵压没有任何的变化, 那么, 这就表明公锥插入鱼腔外壁的套管环形空间中, 这时要上提钻柱, 再将钻柱转动起来, 重对鱼腔, 一直到悬重和泵压都发生变化 (公锥进入到鱼腔内) 方可开展加压造扣, 同时进行打捞。

2.2 母锥

其主要是一种专门从油管、钻杆等柱状落物外壁进行造扣打捞的工具, 具有长锥形整体结构, 涵盖了接头与本体两部分。母锥主要依赖于打捞螺纹在钻压与扭矩作用下, 吃入落物外壁进行造扣打捞。使用过程中, 应切实做好以下几方面的工作:地面检查矛杆尺寸的合理性、卡瓦上下滑动的灵活性;下到鱼顶上部一到两米时, 要开泵冲洗, 及时获悉悬重、泵压及方入;继续下放管柱, 悬重有明显下降后, 对捧鱼方入与入鱼方入变化加以观察;上提管柱, 悬重增加, 表明捞获;倒扣过程中, 上提至设计倒扣负荷再增加10-20KN, 开展倒扣作业。

2.3 液压防喷盒

液压防喷盒主要是用于油井试油或者抽汲作业中钢丝绳与井口的密封, 能够有效防止酸液、原油及水由井口或者钢丝绳中喷出, 给环境带来严重的污染, 营造良好的工作环境, 降低个人工作量的一种井下作业专用工具。实际使用过程中, 主要通过手压泵产生的压力油经液压管线和控制阀全面传输至防喷盒本体中, 推进活塞, 以确保密封胶筒形成径向的多级的收缩, 同时密封好钢丝绳与防喷盒本体, 钢丝绳下放过程中, 手压泵要及时回油, 确保活塞复位, 使密封胶筒松懈, 内孔扩大。当扶正轮处于扶正状态时, 能够做到迅速下放。

2.4 卡瓦压缩式封隔器

该种类型的封隔器能够预防油管柱的轴向移动, 主要依赖于下放一定管柱重力坐封封隔器, 对胶筒予以压缩, 增大其直径, 封隔油、套环行空间, 能够用到分层试油、卡堵水以及浅层酸化压裂中, 和丢手间良好的配合能够做到无管柱封层。封隔器下井时, 滑动销钉存在于短轨道中, 卡瓦上行程被限位, 无法与锥体相接触, 难以实现坐封。这个时候, 扶正器摩擦块会受到弹力的作用, 和套管内壁间产生一种摩擦力, 确保扶正器与管串同时运行, 使滑动销钉保持在短轨道中。实现预定位置后, 应将管串上提, 保持一定的距离, 把滑动销钉打入到长轨道中, 从而结束转轨。然后, 进行管串的下放, 锥体会迫使卡瓦张开, 卡瓦和套管内壁咬合, 达到封隔器的支撑。在管柱下压力满足一定值后, 锥体剪钉会被剪断, 锥体向上运行压迫胶筒, 让胶筒径向扩径约七到十吨, 封隔器坐封结束。

解封过程中, 上提管柱, 胶筒失去约束缩径, 锥体会随着管柱的上行和卡瓦相脱离, 于是卡瓦在箍簧和扶正器拉力两者的不断作用下, 将支撑解除, 解封工作结束。

3 结论

综上所述可知, 随着石油天然气生产水平的不断提高, 涌现出了诸多的井下作业工具, 本文主要围绕修井公锥及母锥、液压防喷盒、卡瓦压缩式封隔器这几种常用工具进行了论述, 这些工具实际使用时, 要切实做好质量控制工作, 实现安全性、可靠性目标。

摘要：在石油开采所有工艺中, 井下作业一直占有核心地位, 是石油与天然气开发中必不可少的重要技术手段。本文首先概述了井下工作的特点及其工具设计原则, 其次, 对石油系统井下作业常见工具操作方法进行了一番分析研究。

关键词：井下作业,特点,原则,常见工具,操作方法

参考文献

[1]周建华, 周祖彦, 潘胜利.油田井下工具管理信息系统[J].中国石油和化工, 2009 (02)

[2]罗晓风.油田井下作业工具质量检验技术[J].经营管理者, 2010 (07)

[3]景莉.石油钻采工具多功能试验机的研制[J].石油矿场机械, 2011 (03)

[4]朱明哲.谈油田井下作业质量的监督管理[J].石油工业技术监督, 2009

[5]盛利.油气集输工艺流程在中国的应用与发展[J].内蒙古石油化工, 2010 (24)

[6]刘铁民.中国安全生产大趋势已进入拐点——生产安全事故宏观预警与发展态势分析[J].中国安全生产科学技术.2009 (03)

[7]程寒生, 周美珍, 郭宏, 郑利军.水下管汇设计关键技术分析和设计原则研究[J].中国海洋平台.2011 (03)

[8]贾光政, 孟祥伟, 方华, 王常斌, 宋玉杰, 任永良, 张富臣.水平井井下工具模拟试验装置的研制[J].石油机械.2010 (07)

井下工具 第8篇

1.1 利用巴掌式套铣打捞筒打捞套管内贴边油管

由于施工的井况较为复杂, 井斜较大, 同时由于钻井原因和地层应力等原因, 油管倒扣或落井后在这个位置不易打捞, 通过打印发现油管严重贴边, 利用普通的引鞋, 无法把油管引入打捞工具内, 造成了打捞困难。因此我们在原引鞋的基础上, 进行了改进:首先加长引鞋端, 原来引鞋只有10cm, 通过改进引鞋长度为100cm, 然后通过引鞋筒的中心线割去一半, 在打捞筒的前端形成一个巴掌式的引鞋, 这样通过旋转打捞就可以把贴边油管收入打捞筒内。

1.2 自制小公锥打捞桥塞上节头

4寸套内桥塞所封层再次利用, 由于桥塞长期处于地层液体以及油气的环境中, 有些被严重腐蚀, 可捞式桥塞的接头有可能被损坏, 而使用配套专用工具打捞无法捞出桥塞。专用工具未捞出来, 经过认真分析研究, 利用尖公锥的前半部分车断, 在粗头部分车好2寸加厚公扣, 上2寸加厚接箍, 自制加工小公锥, 一次成功捞出2寸桥塞, 并且原公锥不耽误使用, 做到了一件工具变两件来用。

1.3 自制套管对扣引导器

油层套管在表套内直接对扣操作时一般需内扶正和外扶正, 内扶正一般采用倒开套管前下人封隔器留下管柱起到内引导扶正作用。外扶正一般采用对扣器。我队施工3-453井套管对扣时自制外对扣引导器。该工具对两套管的连接不但有导向作用, 还有保护螺纹的作用。适用于偏梯形扣BC、长圆扣LC、短阀扣STC、WAM扣等多种扣型的套管。使用对扣引导器, 降低了工程复杂化的系数, 减少了作业时间, 降低作业成本, 提高了大修成功率, 经济效益显著。自制套管对扣引导器基本原理是利用不同直径管体焊制四级引鞋, 下人井内, 旋转管柱, 将鱼顶套管引入对扣器内实现套管对扣。

1.4 自制大套管内打捞2寸和21/2寸油管的工具

目前51/2井筒和4寸井筒打捞, 打捞管杆工具较为齐全, 但7寸套、9寸半套管内打捞存在无专用工具的难题;因为大套管内打捞工具使用较少、环空较大, 没有进专门的大套管打捞工具, 因此存在大套管内的21/2和2寸油管落物无工具可用的难题。7寸套和9寸半套内径分别是∮224mm和∮320mm, 2寸油管本体∮62mm, 21/2油管本体∮73mm, 专用打捞工具最大外径为∮114mm, 因此在打捞∮62mm和∮73mm油管时, 直接使用, 打捞工具容易插偏, 如果加压过大鱼顶很容易遭到破坏, 造成打捞不成功。

2 现场应用效果和效益分析

2.1 利用巴掌式套铣打捞筒打捞套管内贴边油管

现场应用较好目前采用这种方法, 打捞贴边油管井5口, 分别是:P3-17、P4-46、W85-31、W90-8、P5-139等均一次打捞成功, 避免了捞不出, 上大修作业, 为厂里节约了大修费用。大修费用每口按照50万元计算, 5口井为大修费用250万元;用巴掌式套铣打捞筒小修打捞一口费用6万元, 5口*6=30万元, 已为厂里节约大修费用:220万元。

2.2 自制小公锥打捞桥塞上节头和空心管

目前该自制小公锥在现场4寸套内打捞桥塞成功率非常高, 共在P3-C303、P3-c47、P4-46、等6口井施工效果较好, 均一次捞出。改造一个专用小公锥200元/个, 用1口井, 钻捞桥塞成本约30万元, 打捞成功一口节约成本费用约29.98万元, 目前已完成6口井计算可节约成本179.88万余元。

2.3 自制套管对扣引导器

目前自制对扣器分别在P3-453井、Wxp7-7、3-c138、P112C等9口, 井深115.44mm表套内油层套管对扣成功。钻井一公司工程管具处此类成品价格3.4万元;自制套管对扣引导器成本总计1200元, 节约成本3.28万元, 共节约材料费29.52万元。

2.4 自制大套管内打捞2寸和21/2寸油管的工具

该打捞工具通过在P1-21井和P3-412井、P1-FP1这3口井上的应用, 捞出了井内的落鱼, 打捞工序成功率达到100%, 取得了很好的效果。成为打捞同类型井首选和必用的工具, 现已经在全大队大套管打捞领域得到推广应用。实际产出:经过1年的实施, 共施工3口井, 每口井大修用油料费0.19万元/天, 作业施工23天, 大修施工油料费用0.19×23×3=13.11万元, 加工工具材料费用2.1万元, 使用油材料费用13.11+2.1=15.21万元。实际投资:小修作业2天完成, 每口井小修油料费0.1万元/天, 使用油料费0.1×2×2=0.4万元, 材料费用0.9万元, 使用油材料费用0.4+0.9=1.3万元。节约油材料费用=实际产出-实际投资=15.21-1.3=13.91万元, 每口井大修费用69万元 (日费3万/天) , 小修作业2天 (日费1.5万元/天) 节约大修费用103.5万元, 合计节约费用约107万元。

3 结论

通过对特殊工具的研制和应用, 我们既解决了作业小修现场的施工难题, 又满足了小修现场施工的需求, 节约了成本, 提高了施工效率, 减少了油井工期占产, 为油田的原油上产做出了应有的贡献。目前这些工具已在作业系统得到推广应用, 因为它设计制作简单, 打捞成功率高, 赢得了较好的口碑。

参考文献

[1]邓小伟, 李倩, 赵奇祥, 等.油水井连续液压解卡工艺[J].石油机械, 2003, 31 (1) :37-38.

[2]韩学良, 赵成, 曹德忠, 刘广天, 田玉刚.水平井井下液压增力打捞工艺研究与应用[J].石油机械, 2008 (8) .

井下工具 第9篇

“过热蒸汽条件下材料性能评价”研究课题, 共有4种研究材料, 即注汽井口材料30CrMo;隔热油管材料N80;注汽工具材料38CrMoAlA、65Mn等。

1 过热条件下注汽井口材料30CrMo钢性能研究

1.1 化学成分

试验材料用30CrMo钢, 其化学成分分析结果 (质量分数) 为:

1.2 30CrMo钢的组织特征

1.2.1 显微组织

(1) 制样:将12个试样分别加热到300℃、400℃并保温60分钟后, 淬火, 保留高温组织。与室温的6个试样, 经粗磨, 细磨, 抛光后腐刻, 所用腐蚀剂均为2%的硝酸乙醇溶液, 均腐蚀2-3秒, 后于Leica金相显微镜进行组织观察。

(2) 组织观察与分析

室温与高温的显微组织见图1.1、图1.2所示。由图可见, 30CrMo钢的基体组织为珠光体和铁素体, 在图1.1a中部分组织呈半连续带状分布, 按GB/T13299-1991《钢的显微组织评定方法》中带状组织C系列评级标准, 确定其带状组织为1级, 对材料的塑性和韧性有较大的影响 (各向异性) , 铁素体晶粒基体上有1-2条连续的和几条分散的铁素体-珠小, 所以300℃、400℃下的30CrMo塑性、韧性比常温时有较大提高, 但300℃下晶粒碎化且出现了部分网状铁素体等组织缺陷, 导致其强度、脆性升高, 韧性降低;图1.1c中晶粒最均匀。在扫描电镜下可以明显看出板条状珠光体的片间距, 高温时和室温下差别不大。

1.3 30CrMo钢的性能研究

1.3.1 硬度

不同温度下硬度值测量结果如表1.1所示, 不同温度下的硬度值比较结果如图1.5所示。

可以看出30CrMo钢的硬度值随温度变化不大, 300℃和400℃分别比室温升高0.8%和降低1.3%。

1.3.2 拉伸性能

沿30CrMo钢管上纵向取样, 按GB6397-86加工成常温拉伸试样, 按GB4338-84加工成高温拉伸试样, 试样尺寸如图1.6所示, 在CMT 5105微机控制电子万能试验机上进行恒应变速率拉伸实验, 拉伸速率为3mm/min。

300℃和400℃高温情况下, 屈服强度分别下降6.8%和5.3%;抗拉强度分别升高3.3%和下降5.5%, 延伸率分别升高8%和37.8%, 断面收缩率分别升高7.3%和18.7%。在强度变化不大的情况下, 塑性获得了很大的提升。

1.3.3 疲劳强度

沿纵向取样, 加工成光滑疲劳试样, 如图所示1.9所示

分别进行室温、400℃的拉压对称循环疲劳实验, 设定循环周期1×105为疲劳寿命试验交变载荷的频率为500周/min, 应力比R=-1;应力幅值根据抗拉强度设定, 如表1.9所示, 采用插值法设定实验方案, 结果如表1.9所示

疲劳强度具有很好的适应性, 可以在300-400℃环境下服役。

2 结论

SAGD过热蒸汽注入井下工具及井口的研究及实验, 可完善超稠油油藏的SAGD开采工艺, 可以大大提高井底的干度和蒸汽携带的热焓, 能够进一步提高中深层超稠油开采效果。对辽河油田稠油油藏开发方式的转变具有深远的意义, 为SAGD开采超稠油油藏的产业化应用提供技术支持。随着油井产量的增加必将产生显著的经济效益和社会效益。

摘要：超稠油属难采储量, 由于其原油粘度高, 开发难度比较大。而通过对地层注入过热蒸汽, 可以进一步提高井底蒸汽干度, 利用过热蒸汽携带热焓较高、能够更好地加热地层的优势, 使超稠油原油粘度进一步降低, 增加其流动性, 最终改善超稠油的开发效果。

关键词：过热蒸汽

参考文献

[1]王家宏.中国水平井技术应用评价及实例分析[M].北京:石油工业出版社, 2002.