中國化工貿(mào)易工藝設(shè)China Chemical Trade2014年2月節(jié)流器的改進(jìn)與應(yīng)用青聰蔣茜楊佳坤牛紅倪海濤(中原油田采油五廠,河南濮陽457001)摘要:本文針對老式節(jié)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(shè)計、硏制,解決了老式節(jié)流器在驗井口時因節(jié)流開啟壓力低、中心管耐壓等級低導(dǎo)致封隔器不易座封及高壓下節(jié)流器打掉落井等諸多問題。關(guān)鍵詞:節(jié)流器中心管彈簧概述返工、安全隱患等諸多問題為確?，F(xiàn)場施工安全,油田在進(jìn)行壓裂、酸化、擠灰等重大措施都需要更換專用井口并對套管短節(jié)、井口采油樹試壓合格。日前驗井口主要使用節(jié)流器+Y341封隔器+絲堵管柱,其中,節(jié)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(tǒng)計,2010年以來,胡慶油田累計出現(xiàn)驗井口施工時封隔器不易坐封和節(jié)流器打掉落井8井次,不僅造成了不少經(jīng)濟(jì)損失,同時還耽誤了正常作業(yè)進(jìn)度。通過對老式節(jié)流器存在的技術(shù)缺陷進(jìn)行分析,從中管耐壓強(qiáng)度、壓縮彈簧等方面進(jìn)行了改進(jìn),解決了老式驗井口節(jié)流器中心管耐壓等級低、節(jié)流開啟壓力低導(dǎo)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(jié)流捂強(qiáng)度計算公式D-中心管外徑;P-中心管內(nèi)壁壓σ-中心管拉應(yīng)力封隔6-中心管壁厚由材料力學(xué)第一強(qiáng)度公式得:σ1[σ因此,msa故,在甲心管破裂之前即達(dá)到臨界應(yīng)力,隨著屮心管外徑與壁厚之比的減少,中心管所能承受的壓強(qiáng)越大。二、老式節(jié)流器結(jié)構(gòu)及原理老式節(jié)流器結(jié)構(gòu)這樣一來,通過的減少,可以較好的解決油管承壓問題,減少老式節(jié)流器主要由上接頭、調(diào)節(jié)環(huán)、墊環(huán)、壓簧、中心管、“O”驗井口作業(yè)返工現(xiàn)象型膠圈、凡爾、水嘴、芯子、凡爾座接頭組成通過對新、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(yīng)力大大降低,反之亦可推出中心管在到達(dá)臨界應(yīng)力時,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(diào)節(jié)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(jié)流器結(jié)構(gòu)2.工作原理驗井口節(jié)流器工作原理:通常與水力壓縮式封隔器或擴(kuò)張式封隔配套使用,當(dāng)油管加液壓時,首先封隔器坐封,繼續(xù)加壓,液壓經(jīng)過水嘴作用在凡爾上,凡爾壓縮彈簧,并離開凡爾座,凡爾開啟,注入水經(jīng)油、套環(huán)形空間注入地層。調(diào)節(jié)環(huán)的作用是用來調(diào)節(jié)彈簧的松緊,控制凡爾的開啟壓力。73mm3老式節(jié)流器存在的問題3.1彈簧是易損件,長時間工作,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,承壓等級過低,也易疲勞、腐蝕斷裂而失效;中心管與上下接頭是通過絲扣連接來保證的,絲扣連接質(zhì)量的好33凡爾開啟壓力過低,導(dǎo)致封隔器還沒座封就開啟凡爾壞,直接影響到節(jié)流器的使用效果。節(jié)流器的改進(jìn)在正常工作狀態(tài)下,通過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(nèi)、外螺中國煤化工導(dǎo)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(dǎo)向面上的強(qiáng)度、耐壓等級都較低,容易出現(xiàn)破裂等現(xiàn)象,從而造成驗井口作業(yè)力FS減小,承載面CNMHGFL也會由于泊松082中國化工貿(mào)易 China Chemical Tradewww.chemmedia.com.cn中國化工信息網(wǎng)中國化工貿(mào)易2014年2月China Chemical trad■工藝設(shè)備效應(yīng)而略微減小。當(dāng)拉伸載荷繼續(xù)增大時,內(nèi)、外螺紋的導(dǎo)向面逐漸分的內(nèi)側(cè)點A,切應(yīng)力為最大值,且離,力Fs變?yōu)榱?僅承載面受力。當(dāng)拉伸載荷增大到一定程度后,逐步8fd d可以克服內(nèi)、外螺紋承載面之間的摩擦力,這時承載面之間就會發(fā)生相Imax =t,+tnax d3 2D對滑動進(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,隨著彈簧接頭的上扣扭矩越大,螺紋的嚙合長度就越長,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(dān)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(qiáng)度的影響,主要是通過增大導(dǎo)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,彈簧圈的平均力來實現(xiàn)的。直徑不變,隨著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(shù)和絲扣的傾斜角,故經(jīng)過改進(jìn)后,新節(jié)流器的開啟壓力由原來的4-5MPa增加到現(xiàn)在的也就是增加了導(dǎo)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(qiáng)度。證在封隔器座封的前提下驗證井口是否滲漏,減少因封隔器問題導(dǎo)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(jié)流器使用的彈簧是密圈螺旋彈簧,螺旋彈簧簧絲的軸線是一空1技術(shù)參數(shù)間螺旋線(如圖6a),其應(yīng)力和變形的精確分析比較復(fù)雜,但由于其適用套管內(nèi)徑:51/2″;7螺旋角α很小,便可忽略不計α的影響,認(rèn)為彈簧簧絲橫截面與彈1中心管:外徑66mm/內(nèi)徑46mm簧軸線(亦即與F力)在同一平面內(nèi),同時,其簧絲橫截面的直徑d42鋼體最大外徑:112mm遠(yuǎn)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總長度:542mm直桿公式。44開啟壓力2MPa4.5工作溫度:<120ofitts4.6連接方式:絲扣連接Altttttttt四、應(yīng)用與推廣1.實驗情況↑↑1t1時間、地點:新型驗井口節(jié)流器于2013年10月15日在中原油田采油五廠工泵隊大院試驗1.2使用工具:變扣、加厚短節(jié)各一根,試壓泵一臺、壓力表(a)塊實驗情況圖5當(dāng)新型驗井口節(jié)流器壓力打到10MPa的時候,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)所其離開凡爾座,凡爾開啟,注入水經(jīng)孔道軌跡流出節(jié)流器如上所述,可認(rèn)為F與簧絲橫截面在同一平面內(nèi)。為保持截出部2應(yīng)用情況分的平衡,要求橫截面上有一個與橫截面相切的內(nèi)力系。這個內(nèi)力系自新型驗井口節(jié)流器于2013年11月2日在47號站H5-208井試簡化成一個通過截面形心的力Fs(即剪力)和一個矩為T的力偶(即驗以來,累計共計應(yīng)用15口井。每一口井均是差不多當(dāng)壓力打到扭矩)。由平衡方程F=F,r=lOMPa的時候,套管出口開始返水,關(guān)住套管閥門后,繼續(xù)打壓至與剪力F、對應(yīng)的切應(yīng)力,可認(rèn)為均勻分布于橫截面上,即35MPa,井口仍不刺不漏,且停泵10min后,水泥車壓力表的壓力波F 4F動在0.5MPa以內(nèi)。有效率100%。五、結(jié)論與扭矩T對應(yīng)的切應(yīng)力z2,用圓截面直桿扭轉(zhuǎn)公式計算新型節(jié)流器可有效實現(xiàn)井口驗漏,其接近10MPa左右的開啟壓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(jié)流器設(shè)計合理,增加了中心管及壓簧等配件的強(qiáng)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。任意點上,總的切應(yīng)力是剪切和扭轉(zhuǎn)兩種應(yīng)力的矢量和。在靠近軸線上接第058頁名稱RNmm)RNhm)A%)口形貌一樣,都是疲勞斷裂,而另兩個螺栓則是截面積不足以承擔(dān)所螺栓A118受的力而斷裂,由于這種對稱性,所以認(rèn)為是由于安裝過程中的兩個螺栓B///安裝過松,兩個安裝過緊導(dǎo)致這種對稱性的呈現(xiàn)。所以建議在安裝螺84栓的過程中使用力矩扳手,以達(dá)到受力均勻的情況螺栓C3.由于維修工對抽油機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)時,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(yīng)力所引起的疲勞斷裂,建議適當(dāng)時長螺栓900815期對其進(jìn)行更換?！?2≥63三、改進(jìn)措施參考文獻(xiàn)1由于這4個螺栓的熱處理都有不當(dāng)?shù)膯栴},所以懷疑所使用的姚啟君金屬力學(xué)性能試驗常用數(shù)據(jù)手冊機(jī)械工業(yè)出版社螺栓均存在這樣的問題,建議對其進(jìn)行大規(guī)模更換,以防止類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,或者因客觀原因不能全部更換,應(yīng)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(nèi)部進(jìn)行超聲波探傷,打硬度,對個別有問題的螺栓進(jìn)行解剖。作者簡介:高玉奇CNMHG2對4個螺栓的檢驗,還發(fā)現(xiàn)一個問題,就是其中兩個螺栓的斷www.chemmedia.com.cn中國化工信息網(wǎng)China Chemical Trade中國化工貿(mào)易083