用于機(jī)械防砂管柱的兩階安全接頭結(jié)構(gòu)原理及優(yōu)勢分析

劉生平

摘要：為了防止機(jī)械防砂管柱被整體卡死在油井井筒內(nèi)，通常在管柱中使用安全接頭，安全接頭的主要功能是在打撈管柱遇卡時可以有效丟開，實現(xiàn)分段打撈解卡管柱的作用，但是也相應(yīng)的增加了打撈工作量。本文介紹了一種新式安全接頭，其在具備丟手功能的同時，還有活動連接功能，具備分段解卡管柱并一次性打撈整體管柱的作用，技術(shù)優(yōu)勢明顯。

關(guān)鍵詞：解卡;安全接頭;活動連接

機(jī)械防砂是一種成熟的治理油井出砂的技術(shù)方法，該技術(shù)存在的最大問題是在長井段油井實施時，由于機(jī)械防砂管柱較長，在井筒內(nèi)極易形成砂卡，解卡失敗則會造成油井復(fù)雜施工甚至油井報廢等后果，目前解決該問題的主要方法是在機(jī)械防砂管柱中按照一定長度間隔加裝安全接頭。

1 安全接頭的作用及缺點(diǎn)

在實施機(jī)械防砂技術(shù)時，安全接頭可以實現(xiàn)打撈被砂卡的防砂管柱時有效丟開，使安全接頭以上的管柱被解卡撈出井筒后，再次下?lián)棋^進(jìn)行解卡打撈安全接頭以下的被卡管柱，降低防砂管柱在井筒卡死的概率。目前常用的安全接頭從丟開方式上主要有：反扣型、滑套性、剪釘型。這些安全接頭丟開后均需再次或多次打撈才能將機(jī)械防砂管柱全部撈出井筒，增加了解卡打撈的工作量和生產(chǎn)成本。

2 兩階安全接頭的結(jié)構(gòu)原理

通過打撈被卡機(jī)械防砂篩管的現(xiàn)場實踐發(fā)現(xiàn)，一旦安全接頭以上的管柱解卡成功后，往往較容易打撈出安全接頭以下的管柱，但是受安全接頭的功能限制，需經(jīng)過多次打撈作業(yè)才能使井筒內(nèi)被卡管柱完全撈出。因此，設(shè)計研制了具有分兩個階段脫開功能的安全接頭，命名為兩階安全接頭，該安全接頭具有輔助其以上管柱解卡的作用，同時可與其以下的管柱保持連接狀態(tài)，實現(xiàn)被卡管柱的分段解卡并可一次性撈出井筒的功能。

2.1 結(jié)構(gòu)組成

兩階安全接頭的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的剪釘型安全接頭類似，總體上為內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)（圖1），分別與其上下的機(jī)械防砂篩管連接，外筒和中心管由一階銷釘連接，在一定的拉力作用下銷釘可被剪斷，外筒和中心管脫開。

此時，外筒與中心管可延軸向活動，但是受襯套的阻擋作用，外筒與中心管不可脫開，從而形成活動連接狀態(tài)（圖2），在此狀態(tài)再施加一定拉力，可使連接中心管和襯套的二階銷釘剪斷，實現(xiàn)安全接頭的丟手功能。

2.2 工作原理

實施機(jī)械防砂技術(shù)時，在防砂管柱中每隔一段安裝1個兩階安全接頭。以使用1個該安全接頭的管柱構(gòu)成為例，防砂管柱由上至下為：錨定封隔器+機(jī)械防砂篩管+安全接頭+機(jī)械防砂篩管+絲堵（圖3）。

打撈被砂卡的機(jī)械防砂管柱時，管柱所受重力和浮力與砂卡阻力相比可忽略不計，設(shè)打撈管柱可施加的最大上提拉力為，安全接頭以上機(jī)械防砂管柱受到的砂卡阻力為，安全接頭以下機(jī)械防砂管柱受到的砂卡阻力為，安全接頭的一階銷釘被全部剪斷和二階銷釘被全部剪斷設(shè)計為相同的最小剪切力，由于機(jī)械防砂管柱不同部位受到的砂卡阻力不同，所以在解卡管柱時會出現(xiàn)3種情況，相應(yīng)的安全接頭也呈現(xiàn)3中不同的工作狀態(tài)。

（1）當(dāng)?且?時，被砂卡的機(jī)械防砂管柱解卡成功，可以整體被打撈出井筒，安全接頭保持完好狀態(tài)。在這一過程中，安全接頭的作用是連接管柱，其體現(xiàn)的功能與傳統(tǒng)的安全接頭相同。

（2）當(dāng)?且?時，則安全接頭的一階銷釘全部剪斷，這時外筒及其以上的管柱解卡成功且為可活動狀態(tài)，同時可將上提拉力直接作用在中心管上，此時若，則中心管及其以下管柱解卡成功，且機(jī)械防砂管柱整體可以一次性被打撈出井筒，安全接頭呈活動連接狀態(tài)。在這一過程中，安全接頭活動連接其上下的機(jī)械防砂管柱，實現(xiàn)了被砂卡的管柱分段解卡的同時一次性被打撈出井筒的功能。

當(dāng)外筒及其以上的管柱解卡成功且將上提拉力直接作用在中心管上時，若，則安全接頭的二階銷釘全部剪斷，這時安全接頭以上的管柱解卡成功，外筒和襯套可以被打撈出井筒，而安全接頭以下的管柱解卡失敗，中心管隨被砂卡管柱留在井筒內(nèi)，安全接頭呈丟開狀態(tài)。在這一過程中，安全接頭的作用是脫開管柱，其體現(xiàn)的功能與傳統(tǒng)的安全接頭相同。

2.3 基本參數(shù)

匹配7吋套管油井設(shè)計的兩階安全接頭的基本參數(shù)，總長度600mm，外徑150mm，內(nèi)徑100mm，管壁厚均為6.5mm，抗內(nèi)壓5MPa，脫開拉力100～600KN（根據(jù)機(jī)械防砂管柱長度調(diào)整銷釘抗剪切強(qiáng)度）。其他規(guī)格套管內(nèi)應(yīng)用該工具需調(diào)整該接頭的外徑和內(nèi)徑參數(shù)。

兩階安全接頭的技術(shù)優(yōu)勢

兩階安全接頭具有傳統(tǒng)安全接頭的功能，在機(jī)械防砂管柱被砂卡時可以使管柱在安全接頭位置脫開，實現(xiàn)管柱的分段解卡打撈。同時，兩階安全接頭在一階銷釘全部剪斷后可以在機(jī)械防砂管柱中起活動連接作用，進(jìn)而實現(xiàn)了被砂卡的管柱分段解卡的同時一次性被打撈出井筒，減少了打撈次數(shù)，從而減少工作量和生產(chǎn)成本，其技術(shù)優(yōu)勢是傳統(tǒng)安全接頭所不具備的。

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