（船舶与海洋工程专业论文）胜利浅海油井采油工艺管柱技术研究.pdf

【= 遵至逋太坐砬士论文胜到挂凄油挂采油工艺筐拄拉苤皿宜 胜利浅海油井采油工艺管柱技术研究 摘要 为了满足胜利海上油田采油工艺的要求，按照“安全、简便、先 进、高效”的国际海洋采油惯例要求，我们研制了胜利浅海采油工艺 管柱。该项目主要研制了胜利浅海自喷采油工艺管柱、胜利浅海电潜 泵采油工艺管柱和不动管柱二次座封工艺技术三大部分，并配套研制 了y 4 4 1 型无套压完井封隔器，打压球座、h t 型滑套、h k 型滑套开关 工具、补偿器，d s 型多功能油管堵塞器，y 4 4 1 型过电缆封隔器、防 气阀、洗井开关等井下工具。胜利浅海采油工艺管柱在胜利浅海油田 共计现场应用4 0 余井_ ：! j 曲f 现场实验结果表明，该工艺技术各项性能 指标均达到国内外同类产品水平，部分性能指标优于国外同类产品， 符合海上油井使用条件，可替代进口产品。胜利浅海采油工艺管柱技 术在胜利浅海油田的成功应用，满足了我油田海上生产的急需，降低 了完井管柱的成本，节约了大量的外汇，打破了海上油井完井工具依 赖进口的局面，实现了工具的国产化，对我国海上完井工具的设计及 发展具有重要的意义。y _ 一一 关键词：完井管柱，自喷采油，电潜泵采油，封隔器，国产化 【= 避至通太坐殛土论文胜到洼矗浊盐采油工艺鳘拄拉本皿宜 p i p es t r i n gt e c h n o l o g yr e s e a r c ht on e r i t l cp r o d u c t i o n o fs h e n g - lj0j lfj e l d a b s t r a c t i no r d e rt oa d a p tt h eo i lp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yi no f f s h o r eo i lf i e l d o fs h e n g 一1 i a n d ，a c c o r d i n gt ot h ei n t e m a t i o n a lc o n v e n t i o n so fo c e a n p r o d u c t i o n ，w er e s e a r c h e dt h ep r o c e s sp i p es t r i n g sf o rn e f i t i cp r o d u c t i o n o f s h e n g 1 io i lf i e l d t h ep r o g r a mm a i n l y r e s e a r c h e dt h r e ep a r s t h e ya r e n e f i t i cf l o w i n gp r o d u c t i o np r o c e s s p i p es t r i n g ，n e f i t i cs u b m e r s i b l ee l e c t r i c p u m pp r o d u c t m np r o c e s sp i p es t r i n g a n ds e c o n d a r y s e t t i n gp r o c e s s t e c h n o l o g yb yi m m o v a b l ep i p es t r i n g a n ds o m ed o w n h o l et o o l s a r e r e s e a r c h e d ，s u c ha sy 3 4 1t y p en o n c a s i n gp r e s s u r ec o m p l e t i o np a c k e r ， p r e s s u r eb a l ls e a t ，h tt y p es l i d i n gs l e e v e ，h kt y p es l o p o ns w i t c ht o o l s ， c o m p e n s a t o r ，d st y p e m u l t i - f u n c t i o n t u b i n gp l u g ，y 4 4 1 t y p ep a c k e r t h r o u g hc a b l e ，g a sp r e v e n t i o nv a l v e ，s w i t c ho fw e l l f l u s h i n g t h e s ep i p e s t r i n g sh a v eb e e nu s e di nm o r et h a n4 0w e l l sa ts p o ti nn e f f t i co i lf i e l do f s h e n g l i a sar e s u l tt h r o u g ht h ef i e l dt e s t a l lk i n d so fp e r f o r m a n c ei n d e x o ft h ep r o c e s st e c h n o l o g yh a sb e e ng o t t e nt h el e v e lo ft h es a m et y p e p r o d u c t sa t l o c a la n da b r o a d p a r tp e r f o r m a n c ei n d e xi s s u p e r i o rt ot h e s a m et y p ep r o d u c t sa ta b r o a d i ta d a p tt h ew o r k i n gc o n d i t i o n ，s oi tc a n s u b s t i t u t et h ei m p o r tp r o d u c t i o n t h es u c c e s s f u lu s eo ft h ep r o c e s sp i p e s t r i n gt e c h n o l o g yt on e r i t i cp r o d u c t i o no fs h e n g l is o l v e st h ep r o b l e mo f t h eo f f s h o r e p r o d u c t i o n i no u ro i lf i e l d a n di tr e d u c et h ec o s to f c o m p l e t i o np r o c e s sp i p es t r i n g i ta l s of u l f l l l st h et o o l s1 0 c a l i z a t i o no f m a n u f a c t u r e s i th a si m p o r t a n tm e a n i n gt ot h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to f 0 f f s h o r ec o m p l e t i o nt o o l so fo u rc o u n t r y k e yw o r d s ：p r o d u c t i o np r o c e s s ，p i p es t r i n g ，f l o w i n g p r o d u c t i o n ， s u b m e r s i b l ee l e c t r i c p u m pp r o d u c t i o n ，p a c k e l l o c a l i z a t i o no f m a n u f a c t u r e s 、 i i 匕连交通左耋砸土论立胜到拄逝浊挂爰抽工艺筐拄垃盔皿荭 第一节概述 第一章课题设计综述 近年来，随着石油工业的飞速发展和海上技术设备的日趋成熟，我国也加人了海上 油田的勘探开发工作的力度，相继有几个海上油田投入开发。胜利海上埕岛油田，1 9 8 8 年 5 月钻探埕北1 2 井的发现，从此揭开了埕岛油田勘探开发的序幕，该油田t1 9 9 2 年止式 投入采油生产，目前己达到年产原油2 0 0 万吨的生产能力，是胜利油田“九五”期间增油 上产的主要区域。 由于生产环境恶劣，海上油田投资大，风险高，施工作业困难，对采油i 艺及井r 【具提出了更高要求。为了保证油井安全生产，防止污染海洋环境，按照“安全、简便、 先进、高效”的国际海洋采油惯例要求，海上采油一般要求实现无套压生产，其生产管柠 要能实现紧急情况卜关闭油井。由于国外些火石油公司进行海上油田的勘探开发时间较 甲，所以在采油工艺方面相成了比较成熟的采油i i ：艺管柱及其配套的升r 【：具；而我国海 上油田开发起步较晚，目前还未形成适应我国海上采油特点的l ：艺技术和井rl 具。删利 海上油田开发初期，由丁i 地层能量充足，以自喷采油为主，开发一段时间后，随着地层能 力的r 降，自喷井转为机械采油井，采用电潜泵和螺杆泵采油方式。为了及时满足删利浅 海油田采油开发的需要，在开发初期其主要采油管柱及其配套的井fi 具全部依赖进口。 国外技术及i ：具的引进和使用，对我油田的开发起到了积极的作用，但也出现了些 问题，例如j ：具费用高，j ：具质量难以控制，后期技术服务不能及时剑位等。为了提高我 国海上采油【：艺技术水平，降低采油生产成本，我们在国内外有关技术充分调研分析的基 础上，开展了胜利浅海油井采油i ：艺管柱技术的研究。通过研究攻关，配套研制了y 4 4 l 海 上无套压完井封隔器、y 4 4 1 1 5 2 型过电缆封隔器、放气阀、打压球座、油管补偿器及滑套 开关等配套l ：具，形成了具有胜利特色的浅海油井自喷采油工艺管柱技术平浅海油井电泵 采油1 艺管柱技术，现场应用4 2 井次，取得了良好的经济和社会效益，为胜利浅海油田的 开发和浅海采油工艺技术的发展做出了重大贡献。 e 篷交通土：坐砸论立胜刭战擅油基采油工艺簧拄控盎盐益 第2 节国内外现状及存在的问题 由丁国外海上油田的开发已有多年的历史，海上采油技术相对成熟，各项生产完升 管柱比较成熟配套，有些比较有名的大公司，如b a k e r 公司和o t i s 公司等。它们在英国 北海等海上油田进行了多年的勘探开发，形成了成熟的海上自喷采油、海上电泵采油千海 上螺杆泵采油等工艺管柱技术，并配套研制了适合不同特点的各类井下j ：具。配套i 具主 要有：液压封隔器、打压球座、测试短节、滑套开关等。如b a k e r 公司生产的“f h ”刑静 液压封隔器和o t i s 公司生产的“r h ”型液压封隔器，这两种封隔器都是采州液压庵封，锚 瓦、 瓦组合烈向锚定，上提管柱解封方式。其特点是锚定牢固、座封可靠，是目前世界 上最具代表性的封隔工具。打压球座的结构设计采用分瓣式锁爪、橡胶材料密封。在球鹰 密封上，b a k e r 公司使用不锈钢球与之配合，0 t i s 公司则使用铜球与之配合，打掉后内通 径可达6 2 m m 。 国内海上油田的开发较晚，可以说是刚刚起步，国内没有现成的成熟的l 。艺技术， 由丁海上采油投资大，风险高，不能把陆地油田成熟的工艺技术简单拿到海上油田使州， 所以国内海上油田开发初期其采油工艺技术多采用引进的方式。胜利浅海油田即埕岛油田 r1 9 8 8 年钻探埕北1 2 井时发现，并于1 9 9 2 年投入采油生产，至今已勘探开发十余年。油 田投产初期多采j l 自喷采油方式，后根据地层能量变化逐步转为电泵采油汞l 螺轩泵采油方 式。在采油生产的初期，由丁国内没有成熟可靠的采油i 艺技术，为了满足生产急需，采 油生产管柱及井下1 ：具全部依赖进口，以b a k e r 和o t i s 公司的产品为士。 国外i ：具的引进和使用对我海上油田的开发起到了积极的推动作用，但在使川中我 们发现还存在以下问题： l 、投资人、费| e i 高 进口i ：具的价格昂贵，大约是同类国产产品r 具的1 0 倍左右，增加了生产成本，不 利丁在我国火面积推j “。 2 、具质量难以控制 进口j 具，一般都经过引进、吸收、消化的过程，据我们现有条什，这些j 具多数 都无法进行拆装试验。冈而使我们对进口：具的产品质量不能很好的掌握。例如c b ! i b 一2 井，由丁l 具质量问题，封隔器座封后不密封。 2 匕洼交通盘堂砸土途立胜塑i 浅连油挂采油工艺蟹拄拉苤亘珏苴 3 、i 具本身的设计存在一些不足，影响了产品的性能 如c b i i b 一2 井、c b 2 4 2 井等由于打压球座漏失，封隔器无法座封，起出后发现主要原 冈是进口球的材料选用问题。 “f h ”型利“r h ”型封隔器由丁结构设计原因，解封力与承压能力有关，普遍存住 着解封力人的问题，特别是多级使用时，解封力会更人。例如c b l 5 1 2 井，使_ l j “f h ”删 封隔器双级，1 9 9 5 年7 月封隔器上提解封时，将油管拔脱。另外，由丁技术和设备等原冈， 某些引进产品，也不太适合在我国的应用，因此，必须研制有较高水平，义适合我国国情 的海上生产完井管柱及配套的井下工具，完善海上油田开发的采油_ _ l = 艺技术，满足海上油 田开发的需要。 第三节胜利浅海油井采油工艺管柱研究思路和技术理论分析 安全和效益是开发海上油田的出发点，采用先进、安全、可靠的采油i ：艺技术，从 而保证各项指标的完成。自喷采油作为一种管理方便且最经济的采油方式被海上油田优先 采用。由丁海上开发投资巨人，目前胜利海上采油设施简易，白喷开采这一优点显得尤为 突出，要选择采油方式，首先廊确定保持地层压力情况f ，油井在不同含水阶段的白喷能 力，采用自喷采油方式进行开采。 胜利浅海油田埕岛油田于1 9 8 8 年5 月钻探埕北1 2 井时发现，获得日产油8 75 t ，从 1 9 8 9 年至今胜利石油管理局加大了对浅海油田滚动勘探开发的l ：作力度。开发初期，从其 主体北部馆上段油藏试采资料看，油层地层能量较充足，油井火部分都可以白喷生产，所 以首先选用白喷采油方式。 海上采油与陆上采油不同，要考虑海上采油的安全性，其采油l 艺管十 ( 包拒白喷 采油j 。艺管牲和电泵机械采油【：艺管柱) 要做到紧急情况f 关闭油井，并做刨在生产中最 人可能保护油套管，延长油井寿命管柱尺寸设计应满足各类采油r 艺、井r 作业平洲试 i ：艺要求。 根据胜利浅海油井特点，参考国外管柱设计，胜利浅海自喷采油艺管卡 设计如幽i 所示，管柱由2 7 。u p t b g 油管、井下安全阀、补偿器、滑套开关、无套压封隔器、密封短1 ，、 测试短= 竹、打压球座等1 二具组成。该管柱具有以下特点：无套压封隔器封闭油套环形空 3 ：连交通堂砸土诠立畦到浅澎油圭e 来浊工艺耸拄控苤碰盆 间，且能够承受双向高压差，与井。f 安全阀配合，可以在海上油井紧急状态r ，白动关训 封堵住油管和油套环空，从而确保海上油井生产绝对安全可靠。管柱一次配好f 入升中， 一次完井，施f ：工艺简单方便。封隔器液压坐封，昔位准确可靠，双向承压高，可以实 现无套压生产方式，保护套管，延长油井寿命。补偿器的作刚是有效消除由r 漏度和压 力变化产生的力对封隔器等井下j ：具的影响，从而提高管柱的寿命。可以实现井r 各种 绳索测试和油管清蜡，对井斜要求适应性强( 一般小于6 0 。) ，用绳索 ：具打开滑套诱喷 生产，消除了井喷的危险。以上分析可知，该工具管柱满足海上采油安全、可靠、寿命长 笛要求，是经济可行的，能满足胜利浅海油田自喷采油的要求。 随着采出程度和含水增长，地层压力下i 降，油井逐渐失去自喷能力，必须不火时机 地合理转换采油方式，即采用机械采油方式，提高海上油田经济效益。目前国内外海上油 田采用的主要机械采油方式有电潜泵、气举、水力泵、螺杆泵等，各种采油方式具有不同 的特点和适应性。对比发现，电潜泵采油排量大，地面设备简单，安装快、集中， t 地面 积小，管理方便，比较适用于海上平台丛式井组采油；地面驱动螺杆泵采油1 ：艺_ 冗：有体积 小，适应于出砂、稠油及高油气比井，根据胜利浅海的油井及设备特点，确定机械采没方 式为电泵平螺杆泵采油，所以，必须配套设计技术先进、高效安全的电泵、螺杆泵机械采 油【一艺管柱。胜利浅海油田电泵采油工艺管柱设计见图7 ，其管 = = ：由安全阀、放气削、过 电缆封隔器、泄油器、洗井阀、单流| i j ；| 等井下l ：具组成。该【艺管柱可以实现无套件t 产， y 4 4 卜1 5 2 过电缆封隔器密封油套环空，在紧急情况r ，与井f 安全阀配合，天川套管油流 通道，绝对保i 止海上油井生产的安全。同时，该管柱可以进行清蜡洗升作业，泵以 可以 进行卜绳索生产测试。 总之，我们研究的胜利浅海油井采油艺管柱能满足胜利浅海油井的自喷采油、电 泵机械采油的l 一艺要求，其t 艺配套，技术先进，对经济高效地开发胜利浅海油田具有重 要意义。 第二章胜利浅海油井采油工艺管柱研究 e 瀣交通太生碰士论文胜垂【洼渔油拄采浊工艺管拄拉苤艇盆 第一节浅海油井自喷采油管柱及井下工具的研制 一、管柱的设计要求 浅海油井自喷采油管柱设计上要满足自喷采油的f 艺要求，而且要安全可靠，保护 海洋环境，所以白喷采油管柱设计和配套工具设计要遵循以f 原则： ( 1 ) 、臼喷管柱强度符合有关标准的规定，有足够的安全储备，做到安全可靠。 ( 2 ，、管柱和配套井一g l j ：具设计应满足采油工艺、井下作业、测试_ _ i ：艺和自喷期产昔的 要求。 ( 3 ) 、管柱能满足海上油井无套压生产的要求，紧急情况下能关闭油井，其功能不低丁 国外同类产品。 ( 饥j ：具的主要技术指标不低于国外同类产品。 ( 5 ) 、根据海上采油安全第一的要求，提高工具的安全可靠性。 ( 6 ) 、 具的结构设计应符合我国国情，与我国的机加工能力相适应。 二、浅海自喷采油管柱的设计 在管柱设计中应首先考虑油管的尺寸和强度要求。为了满足此项要求，胜剃浅海f 喷采油管柱采j l f = i27 8 v i n 外加厚油管。根据y b 2 3 9 6 3 部标规定，等直径的油管【 ，刚安全 系数为l3 ，考虑的海上生产的特殊性，适当加大安全系数，设计安全系数为l5 。通过计 算，27 8 i n 油管钢级n s 0 级以上，安全系数1 5 情况f ，允许r 入深度3 6 5 2 m 。胜利埕岛 油田油层埋深1 2 0 0 m 1 6 0 0 m ，封隔器下入深度一般为1 0 0 0 m 左右，管柱f 入深度一般为2 0 0 0 左右，所以27 8 i n 的外加厚油管有足够的安全储备，通过计算，27 8 i n 封隔器管十 可 满足白喷生产、封隔器鹰封、打掉球座j ：艺要求。 为了满足套管实现无套压生产方式，必须设计配套高效的液乐式封隔器；为了住紧 急情况r 关闭油井，管柱设计上必须连接井f 安全阀，保证油井安全。 1 、管柱结构 胜利浅海自喷采油管柱结构组成参见管柱图1 。管柱中由27 8u p t b g 油管、井p 安 全阀、y 4 4 1 无套压完井封隔器、滑套开关、打压球座和补偿器等组成。 2 、工作原理 按图2 一l 配接好管柱，下入井内，当管柱一f 至实际位置后，装好井口，油管投入s 5 e 盎交通太堂碰：【：论文 胜捆l 线渔油芷噩油工艺置拄拉苤皿l e 图2 一l 浅海自喷采油管柱示意图 中4 5 钢球，待钢球落到球座上，油管内加液压至封隔器座封压著，使封隔器序封，然后继 续增压打掉球序，球座打掉时有泵压突降显示。套管内加液压1 0 1 5 1 p a ，检验封隔器的 密封性，稳压5 1 5 m i n ，压力不降，证明封隔器密封良好。封隔器验封后，通过油管挤入 柴油等诱喷液进行诱喷，即可进行生产。 需要打开滑套开关时油管内通过钢丝下入开关1 ：具，即可打开滑套开关。 整个白喷管柱最小内通径为中5 8 m m ，满足过油管测试等要求。 若紧急情况需要关闭油井，液控管线泄压，井f 安全阀关闭油管，通过与封隔器配 合即可实现关闭整个油井，保证了油井的安全。 ( 3 ) 、管柱特点 6 e 盔交通太坐砸土论文胜到洼龌油拄呆抽工艺置拄拉盎皿盆 、整个管柱锚定牢阎，密封可靠，实现了无套压生产，保证了油套管，提高了管 牲寿命。 、管柱一次配接好下入井中，一次完成封隔器鹰封和打掉球庠，施l ：i ：艺简单。 、通过井下安全阀与封隔器配合，在紧急情况下可以关闭油井，保证了油井安全 生产。 、管柱通径大，可以通过井下各种绳索，实现测试等 ：艺要求。 、管柱对井斜要求适应性强。( 一般小于6 0 ) 三、配套基本工具的研制 1 、y 4 4 1 型海上无套压完井系列封隔器的研制 y 4 4 1 型海上无套压完井系列封隔器是浅海油井自喷管柱的关键1 ：具。它具有保证上l ： 常采油生产时油套环空无套压和分层等重要的作用。在该】：具的设计上，我们参考了国内 外同类产品的优点，采用双锥体单卡瓦双向锚定方式，研制了新型的单面螺纹先进锁紧机 构，设计了下锥体脱卡机构，大幅度地提高了该工具的技术性能。 ( 1 ) 结构组成 该川艮主要由平衡、密封、座封、锁紧、锚定、解封六大部分组成( 见幽2 - 2 ) o 图2 2 、无套压完井封隔器结构示意图 ( 2 ) j i ：作原理 座封：封隔器下至设计位置后，从油管加液压，液压力传入封隔器液缸后，推动 r 活塞f 行将卡瓦撑开并锚定在套管上，同时活塞锁块被释入，此时液压力推动上活塞上 7 e 篷交通左堂砸：l 论文 胜到洼盔油拄孟i 虫工艺筻拄拉盎趟苑一 行，压缩封隔件，封闭油套环空，卸压后锁紧机构锁紧，防止封隔件回弹。座封平衡机构 的殴计，可平衡中心管的受力，防止内、外中心管产生相对位移。 承压：工作时，由于封隔器上、下液体压力不同将产生一定的液压力，而这些力 均可通过锚定机构作用到套管上。承压平衡室的设计则可保证中心管不受向上的作州力。 作时，液压力不能使封隔器解封。 解封：上提管柱，锚定机构不动，中心管随管柱一起上行，剪断解封剪钉，释放 解封锁块，封隔件被释放，再上行，上拔上锥体，卡瓦脱离套管，封隔器完全解封，若f 锥体在解封过程中不能脱卡时，该封隔器设计有下锥体脱卡机构，可f 放管柞，给 锥体 施加向下的作用力使其脱卡。 ( 3 ) 技术规范 表2 1 、y 4 4 1 型海上无套压完井封隔器技术规范表 封隔器型号 4 4 l l1 5y 4 4 l 一1 5 4 总长 1 5 5 51 5 9 0 最小内通径 4 86 2 适应套管内径 1 2 1 1 2 71 5 8 6 6 两端连接螺纹 2 7 8 u p t b g2 7 8 l p t b g 座封压著1 5 2 01 3 1 8 m p a 】。作压差上2 0f2 0上2 0r2 0 i ：作温度 1 2 01 2 0 质量k g7 6 1 2 0 ( 4 ) 与国内外同类 ：具的结构性能对比 4 4 1 型海上无套压完井封隔器与国外同类产品主要结构技术性能对比表。 表2 - 2 、封隔器性能对比表 项目“f h ”型静液压封隔器y 4 4 1 型海上无套压完井封隔器 锚定方式锚、瓦双向锚定双锥体单k 瓦 序封方式液压( 和静液压)液压 解封方式提放管柱提放管柱 承压性能与解封力有关与解封力无关 8 【：澎至通太堂面土i 金立 畦丞i 浅澎油盐墨浊工艺蟹拄拉苤碰盔 加工难度大小 成本 高低 通过表2 一j 、2 2 可以看出，y 4 4 1 型海上无套压完井封隔器采削了结构最简单的舣 向锚定方式，具有加工难度小、成本低、承压能力与解封力无关等优点。 ( 5 ) 特点 与国内外同类产品相比，y 4 4 1 型海上无套压完井封隔器有以下突出的特点： 首次设计t b 锥体双向锚定封隔器下锥体脱卡机构，解决了下锥体主动机械力脱 卡的难题。 设计有压力平衡机构，封隔器受力合理承压能力高，封隔件上、下压差产生的力 均可通过锚定机构作用到套管上，中心管不受向上的力，解封力与承压能力无关。 参与国内外同类产品的优点，设计了新型的单面螺纹步进锁紧机构，性能稳定， 加：f ：组装难度小，提高了封隔器的座封、密封可靠性。 2 、打压球座的研制 打压球座是封隔器座封时使用的配套工具。针对海上完井进口球座在使用中存在的 问题，并考虑到国内的加工工艺，设计了整体球座钢性密封与不锈钢球配合结构的打压球 座。 ( 1 ) 结构组成 参见图2 - 3 ，该。r 具主要由上接头1 、不锈钢球2 、剪钉3 、剪钉环4 、球座7 、r 接头9 等件组成。 ( 2 ) 工作原理 打压球座一般位于封隔器的下部，管柱下至设计位置后先进行替喷，然后投球蹩 压，首先使封隔座封，然后继续增压，控制剪钉被剪断，此时球和球庵一起被打入管杜底 部。 f 盔空通左坐硬：e j 金立胜刮浅遣油挂孟油工艺蟹拄拉盘班宜 ( 3 ) 技术规范 图2 - 3 、打压球座结构示意幽 表2 - 3 、打压球座技术规范表 总长 m m2 6 0 两端连接螺纹2 s u p t b g 不锈钢球直径m i l l击4 5 球座打掉压差 m p a 1 9 2 ( 可调) 球座打掉后最小内通径 i n l f l 中5 8 质量k g7 ( 4 ) 性能特点 采用钢性密封，提高了安全可靠性。 结构简单，加工难度低，产品质量易于控制。 3 、滑套和开关工具的研制 滑套的主要功用有以下几方面： a 、洗井压井。 b 、注清蜡剂。 c 、改换生产层位。 滑套的打开或关闭是由开关t 具通过钢丝作业来实现的，其结构设计，国际t ：儿家 人的l ：具公司基本类似。在滑套和开关1 ：具的设计上，我们既保留了n 9 i - 产品的仇点，义 考虑到国内加i ：j ：艺设计了性能不低丁- 国外同类产品，义易r 加i 制作的h t 1 1 0 删滑会 平h k6 7 型滑套开关【具。 ( 1 ) 结构组成 参见图2 4 。h t l l o 型滑套开关主要由上接头l 、连接套4 、活塞锁5 和r 接头l o 饰件组成。 参见图2 - 5 。h k 一6 7 型滑套开关一1 + 具主要由上接头l 、防松销钊2 、剪切棒3 、限f 市 环4 、异形弹簧5 、控制锁6 、控制套7 、连接体8 组成。 【= 妊至捆左坐题土论文胜到浅连油盐罡浊工艺鳘拄拉盘五2 盆 图2 4 、h t l1 0 滑套开关结构示意图 图2 5 、h k 一6 7 滑套开关工具结构示意图 ( 2 ) 二| ：作原理 关闭滑套打开滑套安全解脱 当需要关闭滑套时，将开关1 具缓慢下至滑套位置，控制锁在弹簧力的作_ l ru j 自动锁定丁滑套r 部定位台阶处，f 击，使活塞锁向下移动，此时滑套h 日可被关，继续 r 击，控制锁被滑套下接头上部控制锥面压缩，此时，开关1 具控制锁可与滑套活塞锁脱 钩释放，然后起出开关1 二具。当需要打开滑套时，将开关j 具倒置r 入，r 至滑套忙营 后缓慢上提，则控制锁在弹簧力的作用下自动锁定于滑套活塞锁上部定位台阶处，r 击， 使活塞锁向上移动，此时滑套被打开，并定位于滑套连接套上部锁槽处，继续上h i ，开关 i ：具控制锁被滑套上接头下部控制锥面压缩，与活塞锁脱钩释放，上提即可将开关l ：具提 出。当上提开关丁：具遇卡时，可释放开关工具的剪切棒释放机械，使其紧急释放。 ( 3 ) 技术规范 e 澎交通太堂砸：匕论文；胜刮浅盎油拄墨油工艺耸拄拉盎赶兰 表2 - 4 、h t 一1 1 0 型滑套开关技术规范 总 ：= m m7 5 7 最大外径m m1 1 0 最小内通径 m m5 8 两端连接螺纹 2 一u p t b g 质量k g 2 1 表2 - 5 、h t 一6 7 型滑套开关工具技术规范 总长 m m4 0 0 最人外径 m m6 7 剪切棒直j = ； = m m8 质最k g 4 2 ( 4 )特点 任意多个可串联下入。 开、关操作完成后，油管内不留下任何堵塞。 加工制做难度小，我国一般的加工厂家就可进行加l ：制作。 4 、补偿器的研制 补偿器的主要作用是补偿由丁温度和压力效应等对油管产生的长度变化，改善封隔 器币管卡 ! 的受力状况。 ( 1 ) 结构组成 参见幽2 - 6 。补偿器主要由上接头1 、中心管3 、键体4 、键套5 、剪$ 7 、锁块9 、 连接什1 0 、活塞1 1 、卜接头1 3 等件组成。 图2 - 6 、y b 一1 1 5 补偿器结构示意图 e 盔交通太坐硕士论立胜壅【洼连油拄采油工艺蟹拄拉苤盐盆 ( 2 ) i ：作原理 补偿器位丁封隔器上部，封隔器座封后，继续增压，活塞r 行，剪断控制剪钊，秆 放连接锁块，此时补偿器处r1 ：作状态，中心管和键套可在键体上自由滑动。 ( 3 ) 技术规范 表2 - 6 、y b u 5 补偿器技术规范表 总长m m1 5 9 9 最大钢体外径 m m1 1 5 最小内通径 m m 6 2 两端连接螺纹 2 。u p t b g 最大补偿长度 m m 1 0 0 0 剪钉剪断压差 m p a1 2 2 质量k g 7 0 ( 4 ) 特点 补偿器自身液压平衡。 花键连接可传递扭矩。 第二节浅海油井电泵采油管柱设计及井下工具的研制 一、浅海油井电泵采油管柱设计 电泵采油管柱的设计要遵循以。f 原则；管柱强度要有足够的安全储备：满足电泵采油 i 艺要求；实现无套压生产：紧急情况f 关 j j 油井等。 电泵采油使用的油管采刚n 8 0 钢级，27 8 i n 外加厚油管可满足强度使川要求。为了 实现无套压电泵生产，必须殴计过电缆封隔器和放气阀等j 具；为了实现洗井、泄油等f 。 艺要求，必须设计洗井阀、泄油器等井下工具。 1 、管柱结构 胜利浅海电泵采油管柱图参见图2 7 ，管柱由2 7 8 u p t b 6 油管、安全阀、y 4 4 卜t 5 2 过 电缆封隔器、放气阀、滑套开关、洗井阀等组成。 l3 【= 逸交通盘堂砸土j 金立 胜到洼毫油赴罴油工岂簧拄拉杰l | 2 f 盆 图2 - 7 浅海油井电泵采油管柱示意图 2 、t 作原理 按图2 7 配接好管柱下入井内，管柱下至设计位置后，装好井口，油管内加液爪 垒封隔器座封压差即可使封隔器座封，同时将管柱锚定在套管上。验封：套管内加液爪 1 0 一1 5 m p a ，检验封隔器的密封性。起出管柱时，直接上提管柱，即可使封隔器解封，然后 起出管梓。 3 、管柱特点 采用放气阀与封隔器配合，即可以排放封隔器以下的套管气，又司以丈现无套 爪生产。 管柱中设计有反洗井阀，减少了洗井液进入电泵对杂的损害。 放气阀采用上移开启式结构，排气( 洗井) 通道大，利于大排昔洗井作业。 14 匕盘交通盘堂砸士论文胜剥浅瘟油娃采油工艺鳘拄拉盔皿盆 二、配套基本工具的研制 l 、y 4 4 1 1 5 2 型过电缆封隔器的研制 ( 1 )结构： 封隔器主要由废封、锚定、密封、锁紧、解封及电缆密封总成八部分组成。 ( 2 ) t = 作原理 鹰封：封隔器f 至设计位置后，从油管内加液压，液压力通过座封部分的活塞压 缩封隔件、封闭油套环空，同时将 瓦张开，锚定在套管上，卸压后，由锁紧机构锁定， 使封隔器处于永久密封状态。 解封：直接上提管柱，即可使封隔器解除锚定，封隔件复位，完成解封，顺利起 出封隔器管柱。 ( 3 ) y 4 4 卜1 5 2 封隔器技术规范 表2 7 、y 4 4 1 1 5 2 过电缆封隔器技术规范表 封隔器型号 i 总妖度 2 4 3 4 l 最小内通往 m m 6 l i 适i 套管内径 1 5 8 1 6 6 两端连接螺纹 2 。u p t b g 座封压著 m p a2 0 1 作乐筹 m p a 上1 5 ，f1 5 j 作温度 1 2 0 i 解封负荷 k n6 0 7 0 ( 4 ) 特点 封隔器烈向锚定可靠，密封性能好，双向承压高。 封隔器上设计有放气阀、过电缆孔道，且密封性能好。 解封力与密封压著无关，解封安全可靠。 2 、f 0 3 8 型放气阀 ( 1 ) 结构：放气阀主要由控制、平衡、密封阀三部分组成。 ( 2 ) 1 ：作原理 i5 ! ：连交通太堂硬：论立胜到浅直油挂果油工艺耸拄拉本削氲 放气阀在按装后为常闭i 。作状态，需要开启时，利刖液控系统向阀内加液乐，作川 丁液控活塞，克服弹簧力及摩擦力上行，通过导杆带动阀体上行，使放气阀打开，进行排 气，或进行反循环洗井、压井等施r ：l 艺。当需要关闭阀时，将液控系统泄乐，当乐力降 到一定值时，在弹簧的作用f ，阀芯复位，使放气阀1 3 动关闭，与封隔器共同封隔油套研、 空，实现无套压生产。 ( 3 ) f q 一3 8 型放气阀技术规范 表2 - 8 、f q 一3 8 型放气阀技术规范表 放气阀型号f q 一3 8 总k = 度 6 9 1 最大外径 3 8 开启压著( 空载) m p a1 0 一1 2 关闭压差 m p a2 3 额定i ：作压差 m p a1 5 液控系统试验压力 m p a4 5 排气通道面积 m m3 1 4 ( 4 ) 特点 开启关闭灵活可靠。 采州上移式开启结构，通道人，利r 排气或洗井作业。 3 、反洗井阀 ( 1 ) 结构：主要由阀库、钢球、弹簧、阀套等组成。 ( 2 ) j ：作原理 该0 ：j i | 为侧孔式球阀，当油管压力高时，球为阀座密封，为关例状态，当套管乐力高 1 油管压力时，液体推动球，将阀打开，开始反洗井等施i 1 艺。 ( 3 ) 反洗并阀技术参数 表2 - 9 、反洗井阀技术参数 总k 度3 3 9 最人外径 1 1 5 最小通径6 0 16 ( 4 ) 特点 结构简单，密封可靠。 洗井作业简单方便。 第三节不动管柱、二次坐封技术的研究 、研究背景 由于海上的特殊条件，重复作业成本高。导致作业失败的原因是复杂的，其中 个很重要的原因是球座漏失，封隔器无法座封，为了解决这一问题国外一般采_ l j 死塞封堵 油管，进行不动管柱二次座封封隔器，封隔器座封后通过钢丝作业将死堵捞出。这种作法 作业难度火，风险高，目前没有引进应用，因此有两口井困球座漏火封隔器无法库封导致 重复作业。每口井的重新作业费用人约在4 0 万元左右，而且还有很人的风险性。为了有效 地解决这一问题，我们提出了采用多功能的油管堵塞器，不动管杠次序封的设想，j i ：u j f 制了d z 一5 4 型多功能油管堵塞器和堵塞器1 ：作筒。 二、结构组成 参见幽2 8 。d z 一5 4 型多功能油管堵塞器主要由密封干缓冲两部分组成。密封部分采 州了皮碗三段密封，能可靠地堵塞油管，缓冲部分的主要作用是当堵塞器溶r 球庳伊置j 给予缓冲。 图2 - 8 、d s 一5 4 多功能油管堵塞器 参见图2 - 9 ，d e 一9 5 型l ：作筒主要由接箍和l 。作筒两件组成。密封孔直释$ 5 9 m m e 渔变调左生硬：论立胜到洼攫油拄采油工艺簧拄垃苤i ! i f 互 图2 - 9 、d z 一9 5 _ t 作筒结构示意图 三、工作原理 当打开球座漏失，封隔器无法座封时，可将d z 一5 4 型多功能油管堵塞器从油管投入 井中，进入工作筒后，缓慢打压，封隔器座封好以后，可继续增加，将其打入底部尾管。 该技术可用于下列场合，作为不动管柱二次座封的补救措旖： a 、球由于各处原因卡于管柱某一位位置座不到球座上。 b 、球在下落过程中变形或球座在循环过程中刺坏不密封。 c 、球座在封隔器未座封好已经被打掉。 四、技术规范 d z 一5 4 型多功能油管堵塞器： 总长：6 8 3 m m 最人钢体外径：5 4 m m 皮碗最大外径：6 4 m m 重量：7 k g d z 一9 5 型i ：作筒： 总k ：6 8 2 m m 晟人钢体外径：9 5 m m 密封孔直径：5 9 m m 重鼙：1 2 k g 五、特点 ( 1 ) 多功能油管堵塞器采用三段密封，能可靠地堵塞油管。 ( 2 ) 堵塞器带有过油通道。 ( 3 ) 二次座封后不需进行投捞作业，可直接将堵塞器打入底部尾管，保证油管内畅 i8 一 一e 崖至通左坐题：t 垃立 畦垂f 挂监油拄孟油工艺篮拄拉盘碰 宜 通。优丁国外采用死塞1 二次序封技术，操作使用简单、方便。 第三章管柱及配套工具设计计算 第一节y 4 4 1 1 15 型无套压完井封隔器设计计算 一、平衡部分的设计计算 1 、座封平衡机构的设计计算 由于该封隔器采用下接头与内中心管分开的结构形式，为保证座封时内、外中心管不 发生相对位移，必须进行座封平衡机构的设计计算。只要平衡部分的有效承压面积，人丁 可能使内、外中心管发生相对位移的有效承压面积，就可以满足要求。 平衡部分的有效承坟面积a p 可由下式求得： 4 = 似4 ) ( 瑶一壤) 式中：dr 平衡外径，d = 1 0 1 m m ： dm 平衡缸套外径，d 自= 7 6 m m ： 求得：m = 3 4 7 5 3 9 m m 2 可能使内外中心管发生相对位移的有效承压面积 a ，= 协4 ) d ： 式中：d 。一可能发生位移的有效承压面直径，d 。= 6 2 m m 求得m = 3 0 1 9 ，0 7 a m 2 则a r ， 扎，满足要求。 2 、承压平衡部分的设计计算 封隔器承受上压差时，为提高封隔器的承压能力，必须进行承压平衡部分的没计计算。 由r 该封隔器采用上提中心管解封方式，因此，只要上接头向r 的有效承压面积，人r 向 上的有效承压面积，封隔器中心管承受的液压力方向始终向一f ，封隔器就不会闪液压力而 解封。 上接头向下的有效承压面积a c 可由下式求得： a ，= 4 ) ( d ；一d ；) 一 e 篷空通盘堂士论芷 胜到浅盔油拄爰油工艺筻拄拉本到宜 式中：d 。一上接头外径，m m d 、一油管外径，n = 7 3 m m 上接头向上的有效承压面积凡可由下式求得： a ，= 协4 ) ( d ；一d ；) 式中：d s 一上接头密封面直径，d s = 7 6 m m 则a c _ a s = ( z 4 ) ( d ；一j d ；) 而：d s = 7 6 m m d 、= 7 3 m m a 凡，因此，上压差不会使封隔器解封。 二、座封压差和座封距的计算 1 、选择座封力 根据井下封隔器压缩式胶筒的力学特性研究的分析，及过去的经验，选择序封力 为6 0 8 0 k n 。 2 、座封压差的计算及选择 p = q s 式中：p 座封压差，m p a ： q 一座封力，q = 6 0 8 0 k n ： s 一座封活塞有效承压面积，s = 3 9 8 59 m m 2 求得p = 1 51 2 0 1 m p a 据此，我们选取座封压差1 5 2 0 m p a 3 、最人座封距的设计计算 h = h + a 式中：h 封隔器座封距，m m ： h 一封隔件压缩距，m i l l ： a 一锥体行程，m m ： 该封隔器j e f j 丁- 最火内径套管时，胶筒压缩距h 可由下式求得： h = l 一 ( d ；一d j ) ( d 卜d ；) l 式中：d 一胶筒外径，d ：1 1 3 m m ； d 一胶筒内径，d j = 7 4 m m l 一胶筒总k ，l = 9 3 0 m m ； d i 一套管内径，d i = 1 2 7 m m ； 求得：h = 7 2 5 m m 最人内径套管时，单锥体行程a ，可由下式求得： 20 i ：盘空通盘掌硬土：论正 胜玉! i 洼避油芷果油工艺置拄主盘苤 | i 【盆 d = ( 6 ，一d 1 ) 2 c t 9 2 0 。 式中：d 、一 瓦组装外径，d 、= 11 4 m m ： 求得：a = 1 79 m m ，则锥体行程a = 2 a - = 3 5 8 m m 故该封隔器最大座封距h = h + a = 1 0 8 m m 为保证座卡牢固，密封可靠，设计鹰封距h o = 1 2 8 m m 。 三、内中心管强度计算 1 、内中心管螺纹承载能力计算 内中心管螺纹牙允许承受的最大剪切载荷由下式决定： q 。1 = 7 - d f l z 。吲 式中：d 一螺纹外径，d = 6 0 m m ： t 、一螺纹牙底宽度，三解形螺t t = 0 7 5 p = 22 5 m m 其中：p 为螺距，p = 3 m m ； z 一螺纹有效齿数，z = 8 t 一材料许用剪切应力，m p a ； 其中： f 】= o 6 ( 仃，n 1 ) 0 ：一3 5 c r m o 材料屈服极限，05 = 5 5 0 m p a ； i l l 一安全系数，n i = 1 5 ； 求得= 8 3 6 5 k n 2 、内中心管抗拉载荷计算 肉中心管许刚抗拉载荷由r 式求得 q ：= ( 口4 一。2 一d ：) 盯 式中：q 。一内中一山管壁最薄处抗拉载荷，k n ； d 。一内中心管受拉处最小外径，d e , = b o m m ； d 。一内中心管内径，d 。= 4 8 m m ； 0 一许用抗拉应力， 0 = o ，n z 其中：o ；= 5 5 0 m p a ，m 一安全系数，取n 2 = 1 5 隶得：q m = 3 7 32 2 k n 比较q 。、，由内中心管允许承受的晟大载荷为3 7 3 2 2 k n 。 3 、内中心管承内压能力计算 内中心管承内压能力由下式决定： 只= 2 0 ；( 册d n ) 式中：p 。一内中心管承受内压，m p a ； e 逝空通太堂砸j 金立胜塑f 浅盘浊盐垩浊工艺筐拄盐盎i ! i ( 宣 o 。一3 5 c r m o 材料屈服极限，os = 5 5 0 m p a ； o 一内中心最薄处壁厚，o 。= 3 5 m m ； d 一内中心管最薄处外径，d 。= 5 5 m m ； 求得：p 。= 7 0 m p a