高壓力、大排量、大通徑、多通道壓裂頭鉆鏜孔加工工藝

■ 中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠 （湖北荊州 434024） 官 強(qiáng)

在油氣井壓裂施工作業(yè)中，為保證施工順利及設(shè)備、人員的安全，一定要使用壓裂頭，如圖1所示，以匯集壓裂液進(jìn)入井下（如井口壓裂頭）。千萬不要使用三通或四通接頭匯集壓裂液，否則會產(chǎn)生節(jié)流現(xiàn)象，破壞三通或四通接頭，造成施工作業(yè)中斷。

而頁巖氣壓裂施工時壓裂液流量更大，以重慶涪陵、四川威遠(yuǎn)為代表的頁巖氣“井工廠”壓裂施工流量達(dá)到16～18m3/min。為使頁巖氣“井工廠”壓裂施工的順利進(jìn)行，需要用到主要由壓裂頭組成的壓裂高壓分流管匯（見圖1）。分流管匯中的壓裂頭首先匯集地面高壓管匯撬中多路排出管路的高壓壓裂液，然后再通過閘板閥的開啟與關(guān)閉、再次經(jīng)過壓裂頭分配高壓壓裂液。

圖1 壓裂施工

外徑尺寸達(dá)到1 074mm、毛坯質(zhì)量達(dá)到5t、形位公差、尺寸公差要求嚴(yán)格的高壓力、大排量、大通徑、多通道的八通壓裂頭加工非常困難。目前，還沒有此種壓裂頭的國產(chǎn)產(chǎn)品。

本文重點(diǎn)研究了高壓力、大排量、大通徑、多通道壓裂頭的鉆鏜孔加工工藝，以提高加工效率，適應(yīng)重慶涪陵、四川威遠(yuǎn)為代表的頁巖氣“井工廠”壓裂施工。

1. 實(shí)施方案

圖2 壓裂頭剖視圖

如圖2所示，高壓力、大排量、大通徑、多通道壓裂頭由于外徑尺寸達(dá)到1 074mm、毛坯質(zhì)量達(dá)到5t、形位公差、尺寸公差要求嚴(yán)格，加工非常困難。特別是加工6個斜面上的6個φ78mm孔相當(dāng)困難。

考慮到壓裂頭的實(shí)際工況為輸送高壓攜砂液，壓力達(dá)到幾十甚至上百M(fèi)Pa，而大流量的高壓攜砂液對壓裂頭的流通通道內(nèi)壁沖蝕磨損影響大，特別是在管匯轉(zhuǎn)折處的拉壓應(yīng)力作用，在反復(fù)的動態(tài)應(yīng)力的作用下，誘發(fā)疲勞裂紋和應(yīng)力腐蝕裂紋，引發(fā)壓裂頭的刺穿和破裂，對現(xiàn)場工作人員和設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)重威脅。有鑒于此，壓裂頭材料為特殊合金鋼鍛造；6個斜面上的6個φ78mm孔形位公差要求高，即需要保證對稱度，以便壓裂施工時六路排出主管路的高壓壓裂液能夠平穩(wěn)的匯集于壓裂頭，而且能夠抵消各排出主管路各水平方向的力，保證壓裂頭受力均勻，延長使用壽命。

綜合考慮上述因素，我們設(shè)計(jì)了如圖3所示的工裝。

圖3 工裝及使用圖

如圖3所示，鉆鏜6個斜面上的6個φ78mm孔時，首先利用工裝裝夾壓裂頭。裝夾方式為：將工裝的定位銷軸放入壓裂頭法蘭孔φ130mm中定位壓裂頭；再將工裝的4個螺桿穿入壓裂頭法蘭孔φ54mm并擰緊螺母以固定壓裂頭。最后用工裝的壓塊壓緊壓裂頭法蘭，更加牢固的固定壓裂頭。鏜孔時，將工裝的底座直接放在鏜床的工作臺上，此時，鏜刀桿與壓裂頭斜面垂直，可以直接進(jìn)行鏜孔6個φ78mm操作。

2. 裝置優(yōu)點(diǎn)

利用此工裝加工6個φ78mm孔時，不僅可以保證安全、質(zhì)量、加工效率以及上述所要求的所有苛刻條件，還具備如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）當(dāng)加工完一個斜面上的孔φ78mm時，可以用撬杠插入撬杠孔，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤帶動壓裂頭轉(zhuǎn)到下一個斜面加工。

（2）工裝的角度調(diào)節(jié)手柄為限位裝置，有30°、60°兩種，即打開其中一個角度調(diào)節(jié)手柄，轉(zhuǎn)盤就只能轉(zhuǎn)動相對應(yīng)的角度30°或60°，保證6個φ78mm孔各中心對稱。

（3）工裝有調(diào)整墊片，當(dāng)壓裂頭斜面與水平面夾角發(fā)生變化時，可以通過增加或減少調(diào)整墊片來保證鏜刀桿與壓裂頭斜面垂直，即此工裝具有通用性，可以加工不同類型的壓裂頭。

3. 應(yīng)用前景

目前，我們已經(jīng)成功加工完4個此壓裂頭，且這4個壓裂頭已經(jīng)在重慶涪陵、四川威遠(yuǎn)等頁巖氣“井工廠”壓裂施工工區(qū)使用。所有形位公差、尺寸公差完全符合圖樣要求，高壓試驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場使用方便、質(zhì)量穩(wěn)定。

隨著我國油氣井開發(fā)難度的不斷增加以及非常規(guī)油氣的開發(fā)，壓裂裝備在儲層改造中的作用越來越大。高壓力、大排量、大通徑、多通道壓裂頭的成功制造，不僅填補(bǔ)了國內(nèi)空白，也有效保證了頁巖氣井工廠壓裂的順利實(shí)施，保證了施工設(shè)備及人員的安全，為大規(guī)模的頁巖氣開發(fā)提供了裝備保障，也有效推動了水力壓裂技術(shù)的發(fā)展。

：

[1] 陸劍中，孫家寧. 金屬切削原理與刀具[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

（收稿日期：20180112）

《金屬加工（熱加工）》2018年第6期要目

淺談熱處理質(zhì)量過程控制

如何加強(qiáng)熱處理NADCAP認(rèn)證中儀器儀表的管理

綠色熱處理的探討

鋁合金硝鹽槽連續(xù)生產(chǎn)工藝控制

離子滲氮技術(shù)發(fā)展與設(shè)備改造

燃?xì)鉄崽幚頎t節(jié)能設(shè)計(jì)方法分析

西門子控制系統(tǒng)在EFD感應(yīng)淬火機(jī)床上的開發(fā)應(yīng)用

感應(yīng)器實(shí)際有效淬硬區(qū)域的測試Unicase Master單件連續(xù)式自動化真空熱處理系統(tǒng)

差壓鑄造鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)熱處理工藝

鏈軌節(jié)的選材及熱處理工藝

硝鹽爐等溫淬火工藝替代研究

以鑄代鍛生產(chǎn)熱軋板帶支撐輥的熱處理控制要點(diǎn)

IE1671驅(qū)動軸的感應(yīng)熱處理工藝

拖拉機(jī)制動器壓盤高頻感應(yīng)淬火工藝研究

淬火冷卻工藝對42CrMo4風(fēng)機(jī)主軸組織及力學(xué)性能的影響

感應(yīng)淬火汽車零件的材料、硬度及硬化層設(shè)計(jì)探討

小齒輪軸失效分析及工藝改進(jìn)