節流器的改進(jìn)與應用

中國化工貿易工藝設China Chemical Trade2014年2月節流器的改進(jìn)與應用青聰蔣茜楊佳坤牛紅倪海濤(中原油田采油五廠(chǎng),河南濮陽(yáng)457001)摘要:本文針對老式節流器存在的技術(shù)缺陷,從中心管、連接絲扣、壓縮彈簧等方面進(jìn)行了創(chuàng )新設計、硏制,解決了老式節流器在驗井口時(shí)因節流開(kāi)啟壓力低、中心管耐壓等級低導致封隔器不易座封及高壓下節流器打掉落井等諸多問(wèn)題。關(guān)鍵詞:節流器中心管彈簧概述返工、安全隱患等諸多問(wèn)題為確?，F場(chǎng)施工安全,油田在進(jìn)行壓裂、酸化、擠灰等重大措施都需要更換專(zhuān)用井口并對套管短節、井口采油樹(shù)試壓合格。日前驗井口主要使用節流器+Y341封隔器+絲堵管柱,其中,節流器是確保封隔器坐封和泄流的重要工具,井口驗漏原理示意圖如圖1所示。經(jīng)統計,2010年以來(lái),胡慶油田累計出現驗井口施工時(shí)封隔器不易坐封和節流器打掉落井8井次,不僅造成了不少經(jīng)濟損失,同時(shí)還耽誤了正常作業(yè)進(jìn)度。通過(guò)對老式節流器存在的技術(shù)缺陷進(jìn)行分析,從中管耐壓強度、壓縮彈簧等方面進(jìn)行了改進(jìn),解決了老式驗井口節流器中心管耐壓等級低、節流開(kāi)啟壓力低導致不易封隔器座封等諸多難題。圖3中心管改進(jìn)前后壁厚對比節流捂強度計算公式D-中心管外徑;P-中心管內壁壓σ-中心管拉應力封隔6-中心管壁厚由材料力學(xué)第一強度公式得:σ1[σ因此,msa故,在甲心管破裂之前即達到臨界應力,隨著(zhù)屮心管外徑與壁厚之比的減少,中心管所能承受的壓強越大。二、老式節流器結構及原理老式節流器結構這樣一來(lái),通過(guò)的減少,可以較好的解決油管承壓?jiǎn)?wèn)題,減少老式節流器主要由上接頭、調節環(huán)、墊環(huán)、壓簧、中心管、“O”驗井口作業(yè)返工現象型膠圈、凡爾、水嘴、芯子、凡爾座接頭組成通過(guò)對新、老中心管打壓35MPa,O老=127.75MPa和om=575MPa在相同壓力下,明顯新中心管的拉應力大大降低,反之亦可推出中心管在到達臨界應力時(shí),新中心管能承受的壓力更大2中心管絲扣的改進(jìn)率0上接頭;2-調節環(huán);3-墊環(huán);4-壓簧;5-中心管;6、7O”型膠圈;8-凡爾;9-水嘴;10-芯子;11-凡爾座接頭圖2老式驗井口節流器結構2.工作原理驗井口節流器工作原理:通常與水力壓縮式封隔器或擴張式封隔配套使用,當油管加液壓時(shí),首先封隔器坐封,繼續加壓,液壓經(jīng)過(guò)水嘴作用在凡爾上,凡爾壓縮彈簧,并離開(kāi)凡爾座,凡爾開(kāi)啟,注入水經(jīng)油、套環(huán)形空間注入地層。調節環(huán)的作用是用來(lái)調節彈簧的松緊,控制凡爾的開(kāi)啟壓力。73mm3老式節流器存在的問(wèn)題3.1彈簧是易損件,長(cháng)時(shí)間工作,易疲勞、腐蝕斷裂而失效圖4中心管改進(jìn)前后絲扣對比32中心管管壁太薄,承壓等級過(guò)低,也易疲勞、腐蝕斷裂而失效;中心管與上下接頭是通過(guò)絲扣連接來(lái)保證的,絲扣連接質(zhì)量的好33凡爾開(kāi)啟壓力過(guò)低,導致封隔器還沒(méi)座封就開(kāi)啟凡爾壞,直接影響到節流器的使用效果。節流器的改進(jìn)在正常工作狀態(tài)下,通過(guò)絲扣將中心管與接箍擰接在一起。擰中心管的改進(jìn)以后由于內、外螺中國煤化工導向面上將分別受中心管的改進(jìn)主要是針對厚度的改進(jìn),原中心管管壁較薄,抗拉到力FL和FS的作載荷后,導向面上的強度、耐壓等級都較低,容易出現破裂等現象,從而造成驗井口作業(yè)力FS減小,承載面CNMHGFL也會(huì )由于泊松082中國化工貿易 China Chemical Tradewww.chemmedia.com.cn中國化工信息網(wǎng)中國化工貿易2014年2月China Chemical trad■工藝設備效應而略微減小。當拉伸載荷繼續增大時(shí),內、外螺紋的導向面逐漸分的內側點(diǎn)A,切應力為最大值,且離,力Fs變?yōu)榱?僅承載面受力。當拉伸載荷增大到一定程度后,逐步8fd d可以克服內、外螺紋承載面之間的摩擦力,這時(shí)承載面之間就會(huì )發(fā)生相Imax =t,+tnax d3 2D對滑動(dòng)進(jìn)而發(fā)生滑脫失效在彈簧不被破壞的情況下,即一定的情況下,D不變,隨著(zhù)彈簧接頭的上扣扭矩越大,螺紋的嚙合長(cháng)度就越長(cháng),在拉伸載荷作用下,簧絲寬度d的增加,彈簧所承受的載荷隨之增加分擔載荷的螺紋也就越多,接頭就越不容易發(fā)生滑脫。增大上扣扭矩對此次,彈簧的改進(jìn)為將彈簧簧絲的寬度183mm改進(jìn)為22mm連接強度的影響,主要是通過(guò)增大導向面與承載面上的接觸壓力和摩擦而彈簧圈的平均直徑不變。在彈簧不被破壞的情況下,彈簧圈的平均力來(lái)實(shí)現的。直徑不變,隨著(zhù)彈簧簧絲寬度的增加,彈簧所承受的載荷隨之增加。此次中心管絲扣的改進(jìn),增加了絲扣的扣紋數和絲扣的傾斜角,故經(jīng)過(guò)改進(jìn)后,新節流器的開(kāi)啟壓力由原來(lái)的4-5MPa增加到現在的也就是增加了導向面與承載面上的接觸壓力和摩擦力,從而增加了絲9-12MPa。而驗井口封隔器的座封壓力一般為8MPa左右,這就能?？鄣倪B接強度。證在封隔器座封的前提下驗證井口是否滲漏,減少因封隔器問(wèn)題導致3彈簧的改進(jìn)的驗井口失敗,更好的保證驗井口的有效性、高效性節流器使用的彈簧是密圈螺旋彈簧,螺旋彈簧簧絲的軸線(xiàn)是一空1技術(shù)參數間螺旋線(xiàn)(如圖6a),其應力和變形的精確分析比較復雜,但由于其適用套管內徑:51/2″;7螺旋角α很小,便可忽略不計α的影響,認為彈簧簧絲橫截面與彈1中心管:外徑66mm/內徑46mm簧軸線(xiàn)(亦即與F力)在同一平面內,同時(shí),其簧絲橫截面的直徑d42鋼體最大外徑:112mm遠小于彈簧圈的平均直徑D,還可不計簧絲曲率的影響,近似地使用1.3總長(cháng)度:542mm直桿公式。44開(kāi)啟壓力2MPa4.5工作溫度:<120ofitts4.6連接方式:絲扣連接Altttttttt四、應用與推廣1.實(shí)驗情況↑↑1t1時(shí)間、地點(diǎn):新型驗井口節流器于2013年10月15日在中原油田采油五廠(chǎng)工泵隊大院試驗1.2使用工具:變扣、加厚短節各一根,試壓泵一臺、壓力表(a)塊實(shí)驗情況圖5當新型驗井口節流器壓力打到10MPa的時(shí)候,凡爾壓縮彈簧,使以簧絲橫截面將彈簧分成兩部分,截面以上部分如圖6(b)所其離開(kāi)凡爾座,凡爾開(kāi)啟,注入水經(jīng)孔道軌跡流出節流器如上所述,可認為F與簧絲橫截面在同一平面內。為保持截出部2應用情況分的平衡,要求橫截面上有一個(gè)與橫截面相切的內力系。這個(gè)內力系自新型驗井口節流器于2013年11月2日在47號站H5-208井試簡(jiǎn)化成一個(gè)通過(guò)截面形心的力Fs(即剪力)和一個(gè)矩為T(mén)的力偶(即驗以來(lái),累計共計應用15口井。每一口井均是差不多當壓力打到扭矩)。由平衡方程F=F,r=lOMPa的時(shí)候,套管出口開(kāi)始返水,關(guān)住套管閥門(mén)后,繼續打壓至與剪力F、對應的切應力,可認為均勻分布于橫截面上,即35MPa,井口仍不刺不漏,且停泵10min后,水泥車(chē)壓力表的壓力波F 4F動(dòng)在0.5MPa以?xún)?。有效?00%。五、結論與扭矩T對應的切應力z2,用圓截面直桿扭轉公式計算新型節流器可有效實(shí)現井口驗漏,其接近10MPa左右的開(kāi)啟壓T 8FD力可以確定封隔器的順利座封,保證了井口驗漏的正常進(jìn)行。2.新型驗井口節流器設計合理,增加了中心管及壓簧等配件的強石和κ2的分布狀況已分別表示于圖6(c)和(d)中。在橫截面的度,減少了各配件的損壞,而且便于維修,使用期更長(cháng)。任意點(diǎn)上,總的切應力是剪切和扭轉兩種應力的矢量和。在靠近軸線(xiàn)上接第058頁(yè)名稱(chēng)RNmm)RNhm)A%)口形貌一樣,都是疲勞斷裂,而另兩個(gè)螺栓則是截面積不足以承擔所螺栓A118受的力而斷裂,由于這種對稱(chēng)性,所以認為是由于安裝過(guò)程中的兩個(gè)螺栓B///安裝過(guò)松,兩個(gè)安裝過(guò)緊導致這種對稱(chēng)性的呈現。所以建議在安裝螺84栓的過(guò)程中使用力矩扳手,以達到受力均勻的情況螺栓C3.由于維修工對抽油機進(jìn)行保養維護時(shí),一直未對螺栓進(jìn)行更換螺栓D未考慮到由于螺栓不斷受到交變應力所引起的疲勞斷裂,建議適當時(shí)長(cháng)螺栓900815期對其進(jìn)行更換?！?2≥63三、改進(jìn)措施參考文獻1由于這4個(gè)螺栓的熱處理都有不當的問(wèn)題,所以懷疑所使用的姚啟君金屬力學(xué)性能試驗常用數據手冊機械工業(yè)出版社螺栓均存在這樣的問(wèn)題,建議對其進(jìn)行大規模更換,以防止類(lèi)似事故史美堂金屈材料及熱處理技術(shù)出版社發(fā)生。若不更換,或者因客觀(guān)原因不能全部更換,應對在用的螺栓外李文成.金廄材料失效分中國煤化工表面進(jìn)行磁粉檢驗,對內部進(jìn)行超聲波探傷,打硬度,對個(gè)別有問(wèn)題的螺栓進(jìn)行解剖。作者簡(jiǎn)介:高玉奇CNMHG2對4個(gè)螺栓的檢驗,還發(fā)現一個(gè)問(wèn)題,就是其中兩個(gè)螺栓的斷www.chemmedia.com.cn中國化工信息網(wǎng)China Chemical Trade中國化工貿易083