多功能雙級(jí)打撈筒的研制與應(yīng)用

劉軍，郭亮，謝照寬 劉江，楊吉?jiǎng)?（中石化河南油田分公司井下作業(yè)處，河南 南陽473132）

隨著油田開發(fā)進(jìn)入后期，油水井的生產(chǎn)狀況越來越復(fù)雜，由于井斜、封隔器坐封、抽油桿螺旋彎曲、產(chǎn)出液含水高等因素，造成油管、抽油桿偏磨或腐蝕越來越嚴(yán)重，管桿容易造成斷脫落入井筒，需要在作業(yè)施工中進(jìn)行打撈處理。由于發(fā)生井下落物的原因多種多樣，造成了井下落物的多樣性、復(fù)雜性和隨機(jī)性，給打撈作業(yè)增加了很大難度。因此在進(jìn)行落物打撈過程中要做到具體情況具體分析、具體處理，針對不同落物選擇或研制不同的打撈工具。

1 問題的提出

目前常規(guī)的打撈工具分為矛類內(nèi)撈和筒類外撈兩種方式。若井下落物魚頂完好，則可選用公錐、滑塊打撈矛、可退式打撈矛、倒扣撈矛、接箍撈矛等工具進(jìn)行內(nèi)撈，或選用母錐、卡瓦打撈筒、可退式卡瓦打撈筒、開窗撈筒等工具進(jìn)行外撈，打撈成功率都很高[1]。但對于打撈不規(guī)則魚頂?shù)穆湮?（如管類偏磨變形，魚頂破裂腐蝕等），則沒有專用的打撈工具。當(dāng)井內(nèi)魚頂腐蝕、偏磨嚴(yán)重時(shí)，由于受到魚頂情況的限制，若用常規(guī)的矛錐類內(nèi)撈工具，油管很容易脹破、劈裂，使魚頂嚴(yán)重變形，有可能使得井下落物情況變得復(fù)雜，不僅給打撈作業(yè)增加了施工難度，而且有可能造成井下工程事故，造成打撈復(fù)雜化；特別是魚頂腐蝕、偏磨嚴(yán)重，并且腐蝕變形段比較長時(shí)，若用常規(guī)卡瓦筒類外撈工具，管柱很容易變形向內(nèi)卷曲或縮徑，卡瓦牙不能吃入落物本體形成有效上提負(fù)荷將落物打撈出來。

根據(jù)河南油田采油一廠近幾年施工資料統(tǒng)計(jì)，不規(guī)則魚頂?shù)拇驌埔淮纬晒β势骄挥?0%，并且每年都有因打撈工具不當(dāng)造成井下魚頂復(fù)雜化而導(dǎo)致的大修施工3～4井次，而且隨著油田進(jìn)入開發(fā)中后期，不規(guī)則魚頂?shù)拇驌谱鳂I(yè)呈逐年增多的趨勢。這就需要根據(jù)落物魚頂具體情況選擇、改進(jìn)或設(shè)計(jì)制作打撈工具，并采取相應(yīng)的打撈技術(shù)。

2 設(shè)計(jì)思路

對不規(guī)則魚頂在打撈筒內(nèi)進(jìn)行了受力分析和研究，考慮到工具的通用性，該工具要達(dá)到以下要求：工具抗拉強(qiáng)度應(yīng)符合SY/T 5246－1991修井打撈工具通用技術(shù)條件，組裝、拆卸方便，使用靈活[2]。打撈實(shí)現(xiàn)方式和連接方式是實(shí)現(xiàn)打撈工具可靠性的重要部分，需要進(jìn)行方案論證。

2.1 打撈實(shí)現(xiàn)方式論證

打撈實(shí)現(xiàn)方式是多功能打撈筒設(shè)計(jì)的核心部分。打撈實(shí)現(xiàn)方式設(shè)計(jì)是否可靠和有效是提高不規(guī)則魚頂打撈成功率的主要因素，也是整個(gè)工具能否實(shí)現(xiàn)通用性和是否成功的關(guān)鍵所在。因此通過對常用打撈工具的研究分析，提出了2種設(shè)計(jì)方案：方案1為卡瓦牙和燕尾槽內(nèi)外斜面配合，方案2為卡瓦牙和筒體內(nèi)外錐面配合。

圖1 卡瓦牙和燕尾槽內(nèi)外斜面配合示意圖

1）打撈方案1 如圖1所示，采用卡瓦牙在筒體燕尾槽斜面上的相對運(yùn)動(dòng)，迫使卡瓦牙內(nèi)縮咬緊落魚實(shí)現(xiàn)打撈。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡明，使用安全可靠，但筒體燕尾槽加工工藝較為復(fù)雜。

2）打撈方案2 如圖2所示，為提高卡瓦牙和落魚本體的有效接觸面積，采用卡瓦牙在上下筒體錐面上的相對運(yùn)動(dòng)，迫使卡瓦牙內(nèi)縮咬緊落魚實(shí)現(xiàn)打撈。由于采用了兩級(jí)卡瓦，增加了卡瓦和落魚的接觸面積，提高了打撈成功率。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡明，使用安全可靠，加工工藝簡單。

3）兩種方案的對比論證 方案1和方案2的對比論證見表1。

圖2 卡瓦牙和筒體內(nèi)外錐面配合示意圖

表1 方案驗(yàn)證對比表

通過對比，筆者采用二級(jí)打撈、雙重夾緊的方法研制了用于打撈不規(guī)則魚頂?shù)亩喙δ茈p級(jí)卡瓦打撈筒。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為增加卡瓦牙和落物本體的有效接觸面積，采用雙級(jí)卡瓦牙在上下筒體錐面上的相對運(yùn)動(dòng)，迫使卡瓦牙內(nèi)縮咬緊落物實(shí)現(xiàn)打撈。

2.2 連接方案論證

連接方案主要是指多功能打撈筒與打撈管柱之間采用何種絲扣組合來實(shí)現(xiàn)連接。一般的打撈工具通常有兩種：2? in TBG和NC31連接方式。

1）連接方案1 打撈筒上接頭扣型采用NC31，NC31扣型在打撈工具中是一種常見的連接扣型。該扣型連接強(qiáng)度高，其母扣通徑尺寸為71.31mm。

2）連接方案2 打撈筒上接頭扣型采用2? in TBG，2? in TBG扣型在打撈工具中是一種常見的連接扣型。該扣型加工方便，其母扣通徑尺寸為70.8mm。

由于井下落物主要以管類落物為主，油管、鉆桿管類落物尺寸大部分為73mm。上述2種連接扣都存在無法通過管類落物的情況?？紤]到這種情況將多功能雙級(jí)打撈筒上接頭扣型設(shè)計(jì)為3? in TBG，與打撈管柱采用3? in TBG×2? in TBG連接，3? in TBG扣型在打撈工具中不是一種常見的連接扣型，但由于其內(nèi)徑為76mm，可以滿足直徑為73mm落物的需要；另外在打撈某些腐蝕變形嚴(yán)重的魚頂時(shí)，可以通過加長接頭短節(jié)來實(shí)現(xiàn)對長落魚的打撈。所以該方案更適合多功能打撈筒。

因此，打撈筒采用兩級(jí)大通徑卡瓦和3? in TBG上接頭，可通過加長接頭短節(jié)避開落物腐蝕變形部位，實(shí)現(xiàn)對落物本體任意部位的打撈，可以有效提高打撈成功率。

3 技術(shù)方案

3.1 結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)

多功能雙級(jí)卡瓦打撈筒主要由上接頭、上筒體、彈簧、上下雙級(jí)卡瓦、下筒體和引鞋等組成 （如圖3所示）。

1）上接頭 （圖4） 上接頭上部設(shè)計(jì)為3? in TBG內(nèi)螺紋，3? in TBG扣型在打撈工具中并不是一種常見的連接扣型，但由于其內(nèi)徑為76mm，大于2? in油管外徑73mm，所以在打撈某些腐蝕嚴(yán)重的魚頂時(shí)，可以通過加長接頭短節(jié)避開落物腐蝕變形部位，實(shí)現(xiàn)對落物本體任意部位的打撈，下部右旋細(xì)牙外螺紋與上筒體進(jìn)行連接。

圖3 多功能雙級(jí)卡瓦打撈筒

2）上筒體 （圖5） 上筒體兩端均為右旋細(xì)牙螺紋，上端內(nèi)螺紋和上接頭連接，下端外螺紋和下筒體連接。筒體中部的腔體上均布4個(gè)槽孔，便于管柱下放過程污油泄出，筒體下部為與上卡瓦外錐面相配合的內(nèi)錐面。

圖4 上接頭

圖5 上筒體

3）卡瓦 （圖6） 選用20CrMnTi材料，卡瓦上部有8道等分脹縮槽，在橫向力作用下，內(nèi)徑脹大或收縮；下部加工缺口，并使上部8瓣卡瓦連為一體?？ㄍ叩南露送獠繛橄滦∩洗蟮腻F面，與筒體的內(nèi)錐面相配合，可在筒體內(nèi)軸向移動(dòng)一定距離；內(nèi)部為硬度58～63HRC的等內(nèi)徑階梯狀尖牙齒，打撈時(shí)用以咬緊被打撈落物外壁。

4）下筒體 下筒體上端有右旋細(xì)牙外螺紋與上筒體連接，下部可加工為螺旋引鞋或錐面引鞋，引導(dǎo)魚頂進(jìn)入卡瓦。筒體中部的腔體上均布4個(gè)槽孔，便于管柱下放過程污油泄出，筒體下部為與下卡瓦外錐面相配合的內(nèi)錐面。

3.2 工作原理

多功能雙級(jí)卡瓦打撈筒連接打撈鉆具下入井內(nèi)，當(dāng)接近魚頂時(shí)緩慢右旋下放引入魚頭，待魚頂碰到卡瓦產(chǎn)生阻力時(shí)，施加軸向壓力，魚頂上推卡瓦，壓縮彈簧，使下卡瓦相對筒體上移至筒體限位臺(tái)肩并逐漸分開，落物依次進(jìn)入雙級(jí)大通徑卡瓦內(nèi)部，此時(shí)卡瓦在彈簧彈力的作用下被下壓，將魚頂咬住，卡瓦依靠自身彈力給魚頭以初夾緊力。

上提鉆具時(shí)，筒體上行，在彈簧彈力和初夾緊力的作用下，上下雙級(jí)卡瓦和魚頭一起相對筒體下移，筒體和卡瓦內(nèi)外錐面產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)而貼合，筒體內(nèi)錐面對卡瓦產(chǎn)生徑向推力，迫使卡瓦收縮，使其對魚頭產(chǎn)生巨大的終夾緊力，卡瓦內(nèi)部抓撈牙咬緊魚頭，當(dāng)油管偏磨嚴(yán)重時(shí)，由于雙級(jí)16瓣脹縮卡瓦與落物接觸面積大，魚頂受力均勻，因此魚頂不易被撕裂損壞，提鉆即可撈出落物，使打撈成功。對不同外徑的落物或不等徑落物可以更換卡瓦進(jìn)行打撈，也可以配合震擊器等井下工具一起使用。

3.3 主要技術(shù)參數(shù)

工具長度900mm，工具最大外徑114mm，許用提拉負(fù)荷450kN，打撈外徑范圍28～73mm，接頭連接螺紋型號(hào)3? in TBG，適用于5? in套管。

圖6 卡瓦

4 現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用

雙H11－6井，最大井斜21°31′，采用管式泵抽油機(jī)生產(chǎn)，管桿偏磨嚴(yán)重，2011年5月上作業(yè)檢泵查管時(shí)，起出2? in油管165根，查該井因抽油桿偏磨斷脫導(dǎo)致油管短節(jié)脫扣落入井中，井下魚頂為2? in油管本體，因起出的第165根油管接箍已磨穿，曾先后兩次用普通卡瓦打撈筒均未打撈成功，打鉛印證實(shí)魚頂在打撈時(shí)縮徑變形，又2次下母錐打撈未果，用常規(guī)打撈工具已無法打撈，并且稍有不慎有可能造成大修工程事故，經(jīng)現(xiàn)場分析研究，決定對多功能雙級(jí)撈筒加長后進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。

具體試驗(yàn)過程如下：工具下至魚頂以上2m時(shí)，開泵循環(huán)洗井液，記錄管柱懸重為150kN，緩慢下放管柱至魚頂，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)下放管柱引入魚頂，待懸重下降5kN后停止下放管柱，緩慢上提管柱，懸重增加至180kN，起鉆后撈獲井內(nèi)全部落物，使用中達(dá)到預(yù)期效果，驗(yàn)證了該打撈工具的實(shí)用性。

2011年7月至12月在雙河油田6井進(jìn)行了打撈施工應(yīng)用統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2，由表2可以看出，使用多功能雙級(jí)打撈筒打撈不規(guī)則魚頂管柱，均能一次撈獲落物，打撈成功率高，使油井能及時(shí)恢復(fù)生產(chǎn)，避免了因使用其他打撈工具而造成的魚頂破壞，使打撈復(fù)雜化，達(dá)到了降本增效的目的，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

表2 2011年7～12月在雙河油田6井進(jìn)行打撈施工結(jié)果統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論

1）通過對落物魚頂情況的分析和現(xiàn)場需要確定了多功能雙級(jí)打撈筒的結(jié)構(gòu)。該工具能夠打撈偏磨、腐蝕甚至出現(xiàn)裂縫的油管，可以采用加長短節(jié)實(shí)現(xiàn)對長腐蝕變形落物的打撈，打撈成功率高，可靠性強(qiáng)。

2）多功能雙級(jí)打撈筒的研制與應(yīng)用，使偏磨、腐蝕、裂縫等不規(guī)則魚頂管柱的打撈簡單化，提高了作業(yè)效率，省時(shí)省力，得到了操作工人廣泛的好評(píng)。

3）由于工具故障絕大多數(shù)是由于磨損、腐蝕、疲勞、老化等損傷引起的，故障的產(chǎn)生與時(shí)間關(guān)系密切，且從潛在故障發(fā)展到功能故障具有較長一段時(shí)間[3]。多功能打撈筒目前沒有出現(xiàn)故障與使用時(shí)間有一定的關(guān)系。

4）新工具是否適應(yīng)預(yù)定的環(huán)境和滿足技術(shù)指標(biāo)，必須通過現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，并通過故障分析來確定故障發(fā)生的原因，進(jìn)而采取改進(jìn)措施。多功能雙級(jí)打撈筒通過試驗(yàn)驗(yàn)證，效果良好。

[1]吳齊主 .井下作業(yè)監(jiān)督 [M].北京：石油工業(yè)出版社，2002.

[2]《采油技術(shù)手冊》編寫組 .采油技術(shù)手冊 [M].北京：石油工業(yè)出版社，1999.

[3]郭永基 .可靠性工程原理 [M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.