井下液压倒扣技术研究与应用

2018-11-21戚一明

科学与财富 2018年29期

戚一明

摘要：目前处理井筒内被卡管杆、井下工具等落物，常规修井方法主要存在解卡作业拉力不能有效地传递到被卡落物上，拉力过大又容易使落物拔断、鱼顶破坏造成井下事故复杂化等缺点，研究并应用了液压倒扣技术，实现了用小修常规作业代替大修作业进行倒扣解卡，节约了油水井大修作業高额成本。

关键词：倒扣技术；井下；液压

引言

油田生产过程中，油水井需下入封隔器、卡瓦、水力锚、泵等工具，这些工具长期工作在井下，由于腐蚀、结垢、套管变形及损坏等原因，经常发生卡井事故，目前处理此类问题常规修井方法有：活动解卡、大力上提解卡及倒扣法等。其中倒扣解卡=通过使用倒扣器，将正扣管柱上的右旋转动变换成打捞工具上的左旋转动，使井下遇卡管柱的连接螺纹松扣脱开，从而顺利提出，往往取得良好效果。然而，随着油田开发不断深入，定向井、水平井出现对倒扣解卡提出了新的要求，这类井修井时下井管柱在水平段和斜井段内贴靠在井壁底边，受摩擦面积大、管柱与套管内壁发生多点接触以及管柱弯曲等因素影响，倒扣施工存在不能旋转、加不上压以及摩擦损伤套管等突出问题，同时扭矩过大又容易使油管粘连造成井下事故复杂化。针对以上情况，研究并应用了液压倒扣技术，通过液压倒扣器特殊的功能结构设计，将地面动力源转移到井下，利用一趟管柱完成造扣和倒扣，减少了力矩传递过程中的能量损失，避免了大扭矩对管柱伤害。

1 井下液压倒扣装置

1.1工作原理

该工具主要由旁通阀、螺杆钻、机械锚、联轴器、减速器、空载启动伸缩器、可退式捞矛、安全接头等结构组成。现场使用时大排量注水带动螺杆钻为动力源，减速器降速增扭，通过机械锚将反作用力作用在套管上，实现大扭矩井下倒扣，并可正洗井冲洗积砂。

1.2主要结构

1.2.1 旁通阀

旁通阀马达中一个定子导程组成一个密封腔。每级额定工作压降约0.8MPa～1.1MPa。压降超过最大压降值，马达就会产生泄漏，转速很快下降，对马达也会造成损坏。马达的输出扭矩与马达的压降成正比，输出转速与输入液量成正比，负载的增加，钻具的转速有所降低。马达上端设有定旁通阀，在压力作用下阀芯在阀套中滑动，阀芯的运动改变了液体的流向，使得旁通阀有旁通和关闭两个状态：在起、下作业过程中，阀套与阀体通孔未闭合，旁通阀处于旁通状态，使液体绕过马达进入环空；当液体流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，此时液体流经马达，把压力能转变成机械能。当流量值过小或停泵时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔处于开启位置，处于旁通状态。

1.2.2 机械锚

机械锚在造扣或倒扣时起锚定和扶正作用。在管柱重力下，锚爪突起，斜牙锚爪起到防转防顶作用，上提管柱，锚爪收回即可起管柱。

1.2.3 联轴器

联轴器把马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴，在此，我们采用了零齿差内啮合齿轮传动副与球面副组合创新设计，利用零齿差内啮合齿轮传动原理实现联轴体输出轴相对于输入轴的相对行星偏转运动，同时，在两个齿轮端面之间放置一个钢球，用保持架连在其中一个齿轮体端面上，在另一个齿轮体端面滑道上滚动，高效率地将联轴节输出轴上的作用力传递给输入轴，后者通过平面推力轴承将轴向力转移至外套承担。

1.2.4 减速器

减速器采用空心活齿式减速器结构，把FXCDZ-114传动轴总成输出的转速降低，扭矩增大，传动比1：10。考虑到减速器的外径受井径的影响，设定减速器外径φ114mm，以此在满足井径条件下进下基本尺寸的设计。在此基础上进行了激波轴承、ORT传动啮合齿、花键等强度计算。

1.2.5 空载启动伸缩器

保证螺杆钻启动时能空载启动，能实现先造扣在倒扣的上下行程，同时里面配有安全机构，当倒扣无法实现时，可上提8-10吨将倒扣管柱提出。

1.3技术特点

（1）以水压为动力，小修作业即可使用，安全可靠。井口大排量注水，驱动液压马达为动力源，操作安全可靠。

（2）实现井下倒扣，扭矩传递无损失。即工具产生的扭矩直接作用于待捞物上，扭矩传递无损失，避免了摩擦阻力造成的能量损耗。

（3）装置在井下有锚定，无需反扣钻杆连接管柱，以油管连接管柱即可，使用时油管不产生粘连效应。

（4）减速器减速增扭后，可大扭矩倒扣，实现扭矩5000N？m以上。

（5）适应能力强，水平井及大斜度井均适用。水平井及大斜度井均可进行倒扣作业。

（6）井口大排量注水同时，水流经过工具，在工具最下端，直接以最近距离冲洗待捞物，替代正洗冲砂操作。

2 应用情况