摘要：頂驅(qū)內(nèi)防噴閥因受跳動等不均勻載荷常出現(xiàn)斷裂、使用周期短的現(xiàn)象,嚴(yán)重影響鉆井連續(xù)生產(chǎn)。提出了改進(jìn)內(nèi)防噴閥的兩套方案,一是改進(jìn)已出廠在用的頂驅(qū)內(nèi)防噴閥結(jié)構(gòu),經(jīng)兩年多的現(xiàn)場使用未出現(xiàn)斷裂問題,壽命延長數(shù)倍;二是提出了新生產(chǎn)制造頂驅(qū)內(nèi)防噴閥的改進(jìn)方案,該方案可改善內(nèi)防噴閥的受力狀態(tài),徹底解決易斷裂問題。
關(guān)鍵詞:頂驅(qū);防噴閥;問題;措施
水平井、大位移井、深井、復(fù)雜地層井的鉆井起下鉆過程中,常出現(xiàn)阻卡、垮塌等各種復(fù)雜情況,轉(zhuǎn)盤驅(qū)動有許多局限性,頂驅(qū)的出現(xiàn)就解決了這一問題。我國已先后引進(jìn)數(shù)十臺頂驅(qū),來完成高難度井的鉆井工程,獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益,并為鉆井走出國門奠定了堅實的基礎(chǔ)。我們在現(xiàn)場使用過程中,除充分感受了頂驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)外,發(fā)現(xiàn)頂驅(qū)的上、下內(nèi)防噴閥存在著的斷損壞問題,嚴(yán)重影響鉆井施工的正常進(jìn)行。
1 上、下內(nèi)防噴閥的作用及結(jié)構(gòu)頂驅(qū)的上、下內(nèi)防噴閥安裝在頂驅(qū)主軸下部,上內(nèi)防噴閥的作用是:在鉆進(jìn)過程中,卸開鉆桿接頭時,保護(hù)水龍帶內(nèi)的泥漿不流失;一旦發(fā)現(xiàn)井涌,立即坐卡瓦,將頂驅(qū)與鉆柱對好扣,進(jìn)行旋扣和緊扣,關(guān)閉遙控上內(nèi)防噴閥,下放頂驅(qū)到井口。下內(nèi)防噴閥的作用是:在井涌時,如果需要使用止回閥或其它井控附件繼續(xù)下鉆,則關(guān)閉下內(nèi)防噴閥后,把下內(nèi)防噴閥從上內(nèi)防噴閥上卸下,在下內(nèi)防噴閥的上部接入合適的轉(zhuǎn)換接頭、止回閥和循環(huán)短節(jié),進(jìn)行正常的井控程序。內(nèi)防噴閥結(jié)構(gòu)由本體、閥座、閥心及附件組成。在本體安裝閥心的位置,開有控制閥心開、關(guān)的兩個孔。開孔位置相對本體來說,是上內(nèi)防噴閥本體上最薄弱的位置。頂驅(qū)下內(nèi)防噴閥結(jié)構(gòu)由本體、閥座、閥心及附件組成。在本體安裝閥心的位置,開有控制防噴閥開關(guān)的一個孔。開孔位置相對本體來說是下內(nèi)防噴閥本體上最薄弱的位置。
2 造成防噴閥斷裂的因素
目前,上、下內(nèi)防噴閥在使用過程中普通存在本體斷裂問題,一直困擾著生產(chǎn)商和用戶。引起這一問題的主要因素是跳鉆。正常鉆進(jìn)過程中,上、下內(nèi)防噴閥通過轉(zhuǎn)換接頭連接著井下鉆具,上、下內(nèi)防噴閥隨著頂驅(qū)主軸轉(zhuǎn)動,帶著井下鉆具轉(zhuǎn)動,井下鉆具的重量又通過上、下內(nèi)防噴閥傳遞到頂驅(qū)上。當(dāng)井下發(fā)生跳鉆時,振動通過鉆具傳遞給上、下內(nèi)防噴閥再到頂驅(qū)上,使頂驅(qū)振動,并導(dǎo)致擺動,頂驅(qū)擺動又通過上、下內(nèi)防噴閥傳遞給鉆具,使振動加劇。上、下內(nèi)防噴閥安裝閥心的位置,在頂驅(qū)主軸上是薄弱的地方,由于劇烈振動,使該處損傷,直至斷裂。
3 采取的措施
針對井下跳鉆等因素導(dǎo)致頂驅(qū)振動的問題,為了降低頂驅(qū)振動的幅度,在轉(zhuǎn)盤上安裝了一個橡膠補(bǔ)心,來緩解頂驅(qū)的振動。安裝后對保護(hù)鉆具、降低因鉆具振動碰打轉(zhuǎn)盤發(fā)出的噪音起了一定的作用,但對降低頂驅(qū)振動的幅度效果不明顯。為此,通過增加防噴閥外徑尺寸的辦法來提高防噴閥的強(qiáng)度。選用TDS-3S型頂驅(qū)的上內(nèi)防噴閥,按照圖1的尺寸加工,兩端加工成長8mm、直徑187 mm,用于安裝接頭鎖緊裝置。上內(nèi)防噴閥起動器外套內(nèi)徑由Φ187.5 mm,加大到Φ203.7 mm,以實現(xiàn)上內(nèi)防噴閥開關(guān)的遙控功能。以河南油田的頂驅(qū)為例:該臺頂驅(qū)的上內(nèi)防噴閥在2001年10月斷裂后,由于訂購的備件沒有到貨,現(xiàn)場僅有一個本體尺寸是Φ203.2 mm長是1 000 mm的上內(nèi)防噴閥,為保證生產(chǎn),現(xiàn)場人員把該上內(nèi)防噴閥經(jīng)過機(jī)加工后代替原頂驅(qū)的上內(nèi)防噴閥,安裝到頂驅(qū)上,一直使用至今,在經(jīng)受住了地層跳鉆、處理井下事故震擊等因素影響后,已使用了20個月。由此可見:頂驅(qū)本體尺寸加大后,不僅滿足了生產(chǎn)的需要,而在強(qiáng)度上也得到了加強(qiáng),并且延長了上內(nèi)防噴閥的使用壽命,節(jié)約了生產(chǎn)成本。
4 對防噴閥改進(jìn)設(shè)想
4.1 上內(nèi)防噴閥的改進(jìn)措施
(1)上內(nèi)防噴閥是由于承受井下鉆的重量并受到震擊等外界因素的影響后,導(dǎo)致斷裂損壞的
解決這一問題的關(guān)鍵是在保證上內(nèi)防噴閥作用的前提下,使防噴閥在工作中不承受井下鉆具的重量并且免受外界因素的影響。最好的措施是在設(shè)計制造時,把上內(nèi)防噴閥從頂驅(qū)主軸的下部移到頂驅(qū)的上部,安裝在現(xiàn)在沖管的位置上,把沖管總成安裝到上內(nèi)防噴閥的上部,頂驅(qū)提環(huán)加長、主軸下部尺寸縮短,但整體尺寸保持不變。這一措施能夠從根本上解決上內(nèi)防噴閥由于受井下跳鉆等外界因素的影響而斷裂損壞這一技術(shù)難題,上內(nèi)防噴閥還可終身使用,經(jīng)濟(jì)效益非�？捎^。
(2)對已經(jīng)出廠使用的頂驅(qū),其上內(nèi)防噴閥只有安裝在原來的位置上,承受著井下鉆的重量,并且要經(jīng)受井下跳鉆等外界因素的影響。要延長上內(nèi)防噴閥的使用壽命,只有通過增強(qiáng)上內(nèi)防噴閥本體強(qiáng)度,增加強(qiáng)度�？紤]到生產(chǎn)成本因素,唯一措施是:加大本體尺寸,即由原來的外徑Φ187mm,加大到Φ203.2 mm,兩端加工成長80 mm、直徑187 mm,用于安裝接頭鎖緊裝置和扶正套,如圖1所示,強(qiáng)度能滿足生產(chǎn)需要,使用壽命是原來上內(nèi)防噴閥的6倍。
4.2 下內(nèi)防噴閥的改進(jìn)措施
下內(nèi)防噴閥由于它在頂驅(qū)中的特殊作用,必須安裝在頂驅(qū)主軸下方,以便在井涌時,從頂驅(qū)主軸上卸下,再在其上安裝轉(zhuǎn)換接頭、止回閥和循環(huán)短節(jié),進(jìn)行正常井控程序。解決“下內(nèi)防噴閥斷裂損壞”這一問題,只有從增強(qiáng)下內(nèi)防噴閥本體強(qiáng)度上下功夫,增加強(qiáng)度�？紤]到生產(chǎn)成本因素,唯一措施是:加大本體尺寸,即由原來的外徑Φ187mm,加大到Φ203.2mm,兩端加工成長80mm、直徑187 mm,用于安裝接頭鎖緊裝置和扶正套。強(qiáng)度除滿足生產(chǎn)需要,使用壽命是原來下內(nèi)防噴閥的10倍。
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