一种钻塞防顶集污装置的研制与应用

一种钻塞防顶集污装置的研制与应用

孙汉军 马卫立 郝建广

胜利油田分公司油气井下作业中心 山东东营 257000

摘要：井口作业钻塞防顶集污装置，适用于油田井下作业现场钻塞及提管作业工序。该装置主要由集物盒、上法兰、导向轴套、卡瓦牙、复位弹簧、井口自封胶芯、底法兰等组成。在提放油管过程中，下部自封胶芯自动将粘附于管柱上的井液封堵于井口之内，有效保护井口作业环境；在钻塞过程中管柱出现上窜现象时导向轴套内部的卡瓦自动卡住，有效防止管柱因突然上窜导致井口设备的损坏；上部集污盘能够最大限度的收集井口溢出的废液并利用管道引流入井。既保护了作业工人，又防止了井场事故的发生，具有很好的现场使用价值。

关键词：安全；环保；减少损失；保护油层

技术背景

井下作业在钻塞、套磨铣过程中由于磨铣工具的原因或操作不当会出现管柱突然上窜的情况，这种情况发生后，不但危及井口操作工人的人身安全，而且一旦上窜至一定高度会造成油管、吊卡及大钩的损坏；另外抽油杆在提放的过程中丛井口内部带出不少的原油或井液，使井场环境造成不同程度 的污染。为了防止上述现象的发生，方便安全施工，特研制了一种多功能钻塞防顶集污装置，该装置结构简单，使用方便，加工成本低，从根本上解决了这一技术难题。

设计思路

设计一个专门装置，一方面能够确保管柱在钻塞、套磨铣过程中若发生上窜时能可靠卡住下部管柱，方便井口操作，提高安全系数；另一方面能够有效刮除和收集管柱上提或下井过程中附带的井液和污物，降低井场环境污染，减少治污成本；第三尽量优化结构，降低生产制造成本，方便井口操作。

结构及说明

一、基本结构：钻塞防顶集污装置主要由三部分组成：上部为集污引流机构，主要由集物盒、控水挡板、引流管组成；中间部分主要由上法兰、导向轴套、卡瓦牙、复位弹簧、复位手柄等组成；下两部分由底法兰、和自封胶芯组成，下部分相当于简化版的井口自封。

二、结构说明：

1.上部集污引流机构：

集污盒采用优质钢板组焊而成，中间割孔并焊接于上法兰下部。引流管接头与2.5吋软管连接后汇入井口四通或污水池中；上部的控水挡板与集物盒侧面焊接喷提管柱时管柱在此短暂停留控水。

2 中间部分结构

该部分主要由上法兰、导向轴套、卡瓦牙、复位弹簧和复位手柄组成，卡瓦牙分2 7/8、3 1/2两种规格，分别适用于不同直径的管柱；复位手柄下压锁定后卡瓦牙处于最低位置，此时用于提放管柱；复位手柄处于上部开放位置时，适用于钻塞及套磨铣工序。

3.下部由底法兰和井口自封胶芯组成，负责隔断井口内外污物。

4.装配过程：

首先检查各件外观是否有磕碰划伤及其他缺陷，确认没有问题并将各件清洗干净后即可进行组装。第一步分别将复位弹簧、弹簧座及卡瓦牙连为一体放入底法兰上部孔中，将导向轴套的三个斜槽对准卡瓦牙并套入；将与集物盒焊为一体的上法兰拧入底法兰中用顶丝锁紧防松，旋转导向轴套，使弹簧座上的丝孔与上法兰的槽孔对齐后拧入复位手柄，调试复位灵活，自封胶芯在井场现场组装。

图1：工具装配图

工作原理

该装置倒装于井口防喷器上部法兰后，根据不同工序选择好功能项即可开始作业：在提放管柱时复位手柄必须压至立槽的最低位置并锁定，此时复位弹簧被压缩，卡瓦牙处最低位置，其内孔尺寸保证直径小于120毫米的管柱顺利通过；复位手柄恢复到上法兰立槽最高位置时可进行钻塞和套磨铣等工序，此时管柱只能下行，不能上提，如需上提，必须要将复位手柄的位置旋转到立槽的最低位置才行。

性能特点

多功能钻塞防顶集污装置中的复位手柄处于上部位置时，只允许管柱向下移动，有效避免了因钻塞和套磨铣工序中管柱上窜所产生的一系安全列问题；复位手柄处于下部位置时，管柱可自由上提和下放，结构简单，使用方便，安全可靠；保持井口环境卫生，便于操作，消除职工在工作中的担心情绪，做到安全生产；保护杆柱不受二次损坏，减少生产成本；彻底改善了操作人员的现场工作环境，提高了作业效率，是一个很值得推广使用的专用工具。

操作方法

将将多功能钻塞防顶集污装置复位手柄旋转至最低位置并将底法兰清理干净后一并倒装于管柱之上；在井口防喷器上部法兰放入井口钢圈和自封胶芯后，用井口螺栓与防喷器上法兰连为一体即可完成井场组装。

使用范围

之上防顶集污装置适用于油田井下作业钻塞、套磨铣及提放管柱等工序，更换不同的卡瓦牙，可分别适用于不同杆经的管柱。

现场使用情况

钻塞防顶集污装置研制加工完毕后，先后应用在11口井的提放管柱作业过程和钻塞、套磨铣工序，在分别进行钻塞、套磨铣工序过程中，累计发生21次上窜现象，该装置每次都能迅速可靠的卡住杆柱，最大上窜量仅为200毫米，达到了设计要求，现场操作安全；在整个施工过程中，管柱接箍附近有少量的污物以外，其余杆体光滑，完全可以满足施工要求。

经济效益和社会效益

该装置主要应用于井下作业浅层钻塞施工，可及时制止管柱上窜，保证安全生产和操作人员人身不受伤害，避免井液污染井口，保护环境；同时由于杜绝了钻塞、套磨铣工序中管柱的上窜现象，避免了因事故发生造成的杆柱损坏，节约了生产成本。

该装置还可产生以下社会效益：保护井口周围的环境不被泥浆污染；改善职工工作环境，保障安全生产。

结论

钻塞防顶集污装置解决了提下管柱过程中喷洒井液的技术难题，有效避免了钻塞、套磨铣工序中管柱上窜引起的事故，在改善工作条件、保证安全生产、减少杆柱损失、保护环境、节约生产成本、提高工作效率等方面有着较大的技术优势，有着较高的使用价值和推广前景。

参考文献

[1]亓秀玲　张翠芝　张爱迎主编《机械制图》.中国石油大学出版社2009.8

[2]吴智德主编《五金实用手册》.四川出版集团.四川科学技术出版社.2005.7

[3]罗英俊　万仁溥主编《采油技术手册》.石油工业出版社.2012.4