【正文】 66 本文設(shè)計的井口防噴系統(tǒng)方案 ......................................... 68 井口防噴系統(tǒng)的組成 ............................................. 68 結(jié)構(gòu)與工作原理 ................................................. 70 防噴器液控系統(tǒng)壓力的確定 ........................................... 71 本章小結(jié) ........................................................... 74 第 7章 結(jié)論與展望 ................................................. 75 結(jié)論 ............................................................... 75 展望 ............................................................... 75 致謝 .............................................................. 77 參考文獻 ........................................................... 78 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文 .......................................... 80 西南石油大學碩士研究生學位論文 1 第 1 章 緒論 不壓井作業(yè)的背景及意義 油氣工業(yè)的現(xiàn)狀是生產(chǎn)井數(shù)在不斷的增加，而 油 氣 產(chǎn)量仍然 在下降，這就需要我們以另一種全新的作業(yè)方式 來 對待井下作業(yè)，即盡量設(shè)法保護油氣產(chǎn)層。 3)井口密封系統(tǒng)采用液壓球形防噴器和液壓閘板防噴器組成的防噴器組，在起下管柱作業(yè)過程中密封更可靠。 由于國外對不壓井作業(yè)技術(shù)的保密， 國內(nèi)對不壓井作業(yè)技術(shù)研究剛剛起步，所以對不壓井作業(yè)起下管柱裝置 進行 深入研究有重要的現(xiàn)實意義。s oilgas field. From the several aspects studying, fulfilling the snubbing device design and analysis: 1) By using an independent hydraulic control systemr, two levels of multihydraulic cylinders operating tubing string, thus, achieving a longer stroke, larger load snubbing device. 2) By using two groups of moving slips, the hydraulic pressure drive method, making the operating speed to be quick, the efficiency is high, and reducing the wellhead operating workers’ labor intensity. 3) By using hydraulic ball blowout preventer and hydraulic ram blowout preventer constituent the well head sealing system is more reliable while tubing string operation. 4) On the basis of theory, by using finite element analysis software ANSYS, calculated the mechanical properties of the main parts of slips, and examined the derrick structure of static and dynamic characteristics. Through designing and analysis, the snubbing device has been designed in the paper which satisfies the need of snubbing technology. In this paper, it is the field practice that makes the design more practically, which is providing the basis theory for the further research. Keywords: snubbing service。放噴降壓作業(yè)可使局部地層壓力下降 ， 同時也 損害 了 地 層結(jié)構(gòu)，也會影響產(chǎn)層的參透率， 壓井 作業(yè) 和放噴 降壓 作業(yè)不利于油氣資源的可持續(xù)發(fā)展。 使用傳統(tǒng)的壓井作業(yè)方式，高密度的 壓井液進入地層，造成了地層的污染， 給修井 后 數(shù)據(jù)采集 、 恢復生產(chǎn) 等環(huán)節(jié)帶來了負面影響，從而影響 了 油 氣 藏 分析的準確性 ，影響 采收率。 不壓井 修井 作業(yè)的優(yōu)勢 不壓井作業(yè)技術(shù)有許多優(yōu)點，對油氣井而言它的最大優(yōu)點在于它 能夠 以 最大程度 保護和維持地層的原始 狀態(tài) ，減少酸化 、 壓裂等增產(chǎn)措施，為油 氣 井 的長期開發(fā)和穩(wěn)定生產(chǎn)提供良好 的基礎(chǔ)。采用高密度的壓井液進行作業(yè)更容易堵塞和污染油氣層 。采用 不壓井作業(yè)則可以避免 高密度的 壓井液進 入地層，解決 產(chǎn) 層保護問題，延長采收周期。 1958 年，布朗（ Brown Oil Tool Inc.）工具公司設(shè)計制造了 一套 液壓不壓井作業(yè)設(shè)備 ，這套設(shè)備 獨立于鉆機 或絞車 的一套 液壓控制 系統(tǒng) [6]。 為了提高不壓井 修井 作業(yè)過程中的安全性與可靠性，國外基本采用微機在現(xiàn)場進行工藝設(shè)計、 應力分析、流變模型 分析、虹吸效應分析、扭矩與摩擦力計算 、平衡點計算以及 與 安全操作密切相關(guān)的液壓 控制 系統(tǒng) 的初始參數(shù)設(shè)置 等 [9]。 由于當時對不壓井作業(yè) 技術(shù)沒有全面了解 ，以及 加工技術(shù) 較低等 原因， 并 沒有 應用到實際生產(chǎn)中 。 近年來，我國 在引進國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上 對不壓井 修井 作業(yè) 技術(shù)的認識不斷提高。通過和 CUDD 公司的合作，利用 CUDD 目前的經(jīng)驗和技術(shù)，來彌補國內(nèi)不壓井作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域某些方面的空白和不足。 通過以上的研究，本文的創(chuàng)新工作主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1)對比現(xiàn) 有 幾種不壓井作業(yè)起下管柱的基本 類型 (鉆井設(shè)備 輔助 型 、液壓 — 鉆井設(shè)備輔助 型 、獨立液壓 控制系統(tǒng)型 )的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，新設(shè)計的不壓井 修井 作業(yè)起下管柱裝置采用獨立液壓 控制系統(tǒng) ，兩級提升液壓缸 ，實現(xiàn)了長沖程、大載荷的不壓井 修井作業(yè)起下管柱裝置。 那些早期的不壓井 作業(yè)設(shè)備，采用上下兩套卡瓦夾持住管柱。油管或 抽油桿柱的起下是修井作業(yè)的一項重要內(nèi)容。主要由：井口裝置、防噴器、平衡 短節(jié)、固定卡瓦、操作平 臺、西南石油大學碩士研究生學位論文 7 鋼絲繩、移動卡瓦、平衡錘、游動滑車 等組成。 圖 22 結(jié)構(gòu)示意圖 圖 23 現(xiàn)場安裝圖 1井口裝置； 2主控閥； 3全封防噴器； 4閘板防 噴器； 5平衡短節(jié)； 6球形防噴器； 7液壓缸； 8固定卡瓦； 9工作平臺； 10管柱； 11移動 卡瓦； 12游動滑車； 13鋼絲繩； 14大鉤 此類型 設(shè)備，顧名思義，作為常規(guī)設(shè)備或者與鉆機的合成使用的液壓不壓井 作業(yè)設(shè)備，需要與鉆井設(shè)備配合使用，比如提升機。當游動滑車移動到端部位置時，啟動固定卡瓦夾住管柱后，然后啟動提升機提升或下放游動滑車及移動卡瓦，進入下一個行程。 液壓不壓井 作業(yè)設(shè)備的設(shè)計原則是基于液壓缸的使用，通過液壓缸活塞的上下往復運動提供足夠 的 提升力或下壓力進行起下 管柱作業(yè)。 液壓 — 鉆井設(shè)備輔助型不壓井 作業(yè)設(shè)備能夠在高壓環(huán)境中使用和起下大型管柱。 西南石油大學碩士研究生學位論文 11 圖 26 本文設(shè)計的不壓井 修井 作業(yè)起下管柱裝置結(jié)構(gòu)示 意圖 1上移動卡瓦 ； 2上級 液壓 缸； 3管柱； 4上移動卡瓦； 5下級 液壓 缸； 6井架 ； 7井口防噴系統(tǒng) 以下放管柱進入油氣井為例說明本文設(shè)計的不壓井 修井 作業(yè)起下管柱裝置的工作原理，見圖 26： 調(diào)節(jié)下卡瓦到合適位置夾住管柱停留在初始位置不動，移動上卡瓦到上端位置，啟動 上卡瓦夾住管柱后 松開下卡瓦，上卡瓦承擔所有管柱的重量。此短時間 的中斷實際上是由于一個卡瓦松開管柱之前，另一個卡瓦必須可靠地夾持住管柱。 下壓 載荷 與提升力的 確定 為了確定在不壓井修井作業(yè)起下管柱過程中 需要 設(shè)備 提供 的最大下壓 載荷 與最大提升 ，必須考慮在不同的載荷 情況下作用在管柱上 各 個作用力，這些施加在管柱上的作用力直接決定起執(zhí)行力的大小。如果所選的設(shè)備不合適，在作業(yè)過程中管柱會被彈射出井外或迅速下墜進入井內(nèi)，從而會發(fā)生嚴重的作業(yè)事故。當進入井內(nèi)管柱位于平衡點以上時，啟動防頂卡瓦夾持管柱；當進入井內(nèi)管柱位于平衡點以下時，啟動懸重卡瓦夾持管柱。 西南石油大學碩士研究生學位論文 17 圖 210 井口段管柱與作業(yè)設(shè)備間的力學簡化模型 1卡瓦； 2管柱； 3防噴器膠芯； 4管柱堵塞器 受壓管柱按 (柔度 )細長比 ? 的大小分為細長桿和短柱，當 22snE???? 時 ，是細長桿與短柱的分界點。因此，需要考慮壓縮和彎曲變形。所以本文設(shè)計的不壓井修井作業(yè)起下管柱裝置一次起下管柱的沖程為 。 通過 計算分析確定 其 主要技術(shù)參數(shù) 。動力卡瓦的設(shè)計思路主要 有 以下 兩 種 [21]： 1)采用氣壓或液壓裝置直接作用， 使卡瓦 夾緊管柱； 2)采用氣壓或者液壓驅(qū)動 升降裝置或彈性裝置下壓楔塊機構(gòu) ， 并利用楔塊的自鎖特性 ， 用自重將管柱鎖緊 。DENCON 公司 生產(chǎn)的動力卡瓦在我國 具有廣闊的推廣應用前景 ，市 場潛力巨大 ，在我 國西南石油大學碩士研究生學位論文 21 海洋油 氣 田已得到 廣泛 應用并取得良好的應用效果 [22]。如何 在保證動力 卡瓦可靠 地夾緊 管柱的 同時，使動力 卡瓦 的 結(jié)構(gòu)簡單 緊湊 、質(zhì)量輕、操作簡便、 通用性 和互換性將是今后研究動力卡瓦的重點。上下兩組卡瓦組件對稱安裝，采用液壓缸做動力，通過提升桿 8提放卡瓦體 4，液壓缸 3固定在卡瓦座 2 上。； ? — 卡瓦牙模環(huán)形包角， rad； w — 卡瓦牙模弦長， mm。管柱應力危險點處于卡瓦下端管柱外壁，其應力為： 徑向應力： r bq? ?? (39) 切向應力： 22212221 bRRqRR?? ??? ? (310) 軸向應力： 2221()z GRR? ?? ? (311) 根據(jù)第三強度理論 強度條件 ： ? ?13 ssz n? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?(sn 為安全系數(shù)， s? 為管柱 材料 屈服極限 )， 把 (310)、 (311)及 (37)式代入求得卡瓦牙模高度 H 與管柱懸重 G間的關(guān)系 為 ： 2221222 2 1()()4 sssn nGK G R RH R R R ???? ??????? ? (312) 通常 取 49???， ? [29]， ? =9176。 卡瓦體設(shè)計與分析 卡瓦體的 主要作用 是固定卡瓦牙 模， 其受力 如圖 36所示。 根據(jù)彈性變形理論，將管柱視為受均布壓力無限長的筒體，在卡瓦卡緊管柱段內(nèi)任一平面內(nèi)取一微元體 P，如圖 34所示。 不壓井修井作業(yè)起下管柱裝置設(shè)計與分析 22 圖 31 液壓動力卡瓦結(jié)構(gòu)圖 1卡瓦架； 2卡瓦座； 3液壓缸； 4卡瓦體 ； 5卡瓦壓模； 6管柱； 7壓蓋； 8提升桿 主要設(shè)計計算 分析 卡瓦牙均布壓力 bq 的確定 取一組卡瓦牙模和卡瓦體 組成的卡瓦組件 作為受力分析對象，其受力如 32圖所示。 本文 設(shè)計的液壓動力卡瓦結(jié)構(gòu)如圖 41 所示 [2 25]，主要由提升桿 卡瓦牙模 卡瓦體 液壓缸 卡瓦座 卡瓦架 1，壓蓋 7 等組成。 所以國內(nèi)在動力卡瓦的研究還有 許多 工作要做。 DENCON 公司和 VARCOBJ 公司生產(chǎn)的動力卡瓦分為氣動和 液動兩種，其功能是一樣的，選取哪種卡瓦主要取決于用戶的需求。 動力卡瓦 是不壓井 作業(yè) 裝置 的重要組成部分 。