液压旋转密封装置的应用

为了满足油田小修作业中的旋转密封要求,保护环境,减少原油污染,桩西采油厂研制了一种井口液压旋转密封装置,并连续在7口井上进行了现场试验和应用,证明这种装置具有较好的工艺适应性和旋转性能,在油田的修井作业中起到了重要作用。为小修作业实现钻、冲、铣综合配套工艺技术提供了有利条件,解决了一项技术难题。1　工作原理及技术参数井口液压旋转装置是由液压钻盘、旋转胶芯、压盖补芯块等组成(如图1)。其工作原理是胶芯座在改进的液压钻盘内,由压盖补芯块压紧,旋转力由液压钻盘传递给方钻杆,在对井下管柱起下操作和旋转起下操作时,自…     

液封气减压装置的研制

为了提高气井带压作业过程中气体的有效密封,创新性地研发了液封气减压装置。该装置位于气井带压作业装置上部,主要由上下环形防喷器、液封气短节、蓄能器、传动缸、控制阀、水泵等组成。利用蓄能器原理,采用两个环形防喷器形成高压密闭腔体,采用液体辅助密封气体,并润滑防喷胶芯,提高胶芯使用寿命。经接箍通过环形防喷器时胶芯的形变与应力分析,表明胶芯橡胶的接触应力值变化比较稳定,可以实现对井下气体的可靠密封,提高气井带压作业的安全性能。     

一种新型冲砂自封装置的研制与应用

现有高压自封装置不能防管柱偏磨,易造成密封失效;且结构复杂、重量大、高度过高,造成井口安装与操作不方便。针对此问题,研制了可调偏高压自封装置,采用整体式胶芯、对半式壳体结构,设有调偏机构。经现场应用表明,该装置具备高压自封功能,安装方便、轻巧实用、可调偏、密封效果好,能满足冲砂施工中密封井口要求。     

环形防喷器设计的几个要点分析

环形防喷器是井口防喷控制装置的重要组成部件之一。它可在需要时封闭各种形状的钻具,并可在井内无钻具的情况下全封井口。由于环形防喷器对于封闭井口有重要的作用,因此它的设计必须达到规定的要求。在设计过程中,活塞行程的确定、活塞与本体间的行程配合、活塞与本体间的密封等都是必须重视的问题。此外,还根据胶芯铁芯在运动过程中形状不变的特性提出了一种计算活塞行程的方法,让环形防喷器胶芯设计合理,能实现全封井口的功能。     

带压作业闸板防喷器胶芯密封性能分析

利用三维建模SolidWords软件及有限元分析软件ABAQUS,建立了带压作业闸板防喷器胶芯与管柱密封结构的三维简化模型。该密封结构属于组合式密封结构,由丁腈类橡胶(NBR)组成的橡胶基体和超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)组成的耐磨块构成。研究了3种不同封井压力作用下胶芯与管柱之间的应力分布规律。结果表明:在液压封井力为20 MPa时,该闸板防喷器胶芯可用于密封井底压力不超过35 MPa的带压作业环空; 胶芯失效位置主要集中在橡胶基体与上下垫板接触区域及耐磨块圆弧面上靠近中线位置区域,与现场实际应用中胶芯的失效位置基本相符,验证了分析的正确性。     

球形防喷器胶芯密封钻具效果评价

国产球形胶芯的密封性能差、使用寿命低,不能满足钻井作业需求.以FH35-35型球形防喷器胶芯为研究对象,建立胶芯密封钻杆的三维有限元模型.分析结果表明:胶芯上部及底部出现应力集中,是导致胶芯发生破坏的主要原因；密封长度随活塞位移增加而逐步增长,但密封压力的增长却有一段停滞期,指出活塞最小行程不宜低于166 mm;胶芯内圆柱高度在210～220 mm时,密封压力、密封长度最佳,且密封区域的应力低,有助于提高胶芯的使用寿命.     

FZDR56-21型多功能抽油光杆密封器研制

多功能光杆密封器是超稠油热采井口装置的重要部件,具有现场带压更换抽油光杆的功能,还可对胶芯进行定期更换,实现快速更换光杆密封盘根的目的。为了优化结构,采用Pro/E三维软件进行实体建模,并对其进行三维应力、应变校核。该产品的应用解决了后期抽油光杆带压更换的难题,为稠油热采井日常生产、作业提供技术支撑。     

闸板防喷器胶芯密封及损坏机理分析

以闸板防喷器胶芯为研究对象,通过试验确定了胶芯的本构关系,建立了闸板防喷器胶芯与钻杆的三维简化模型,对胶芯与钻杆进行了接触分析。研究了4种不同冲击载荷作用下胶芯与钻杆之间的接触应力分布规律,结果表明,在胶芯与钻杆的接触面上出现了一个长条形的应力集中区,对密封起主要作用;冲击压力的不断增加,使得胶芯与钻杆之间的接触面积不断减小是导致胶芯密封失效的原因,并将该分析结果与油田现场胶芯密封钻杆的实际情况进行了比较,发现胶芯损坏的部位均处于胶芯接触应力集中处。     

105MPa抗硫井口装置研制与应用

针对高压及含硫化氢(H2S)、氯离子(Cl-)等强酸性环境对井口装置性能的要求,研制了105MPa抗硫井口装置。该井口装置采用十字双翼型结构,同时对金属密封、芯轴式悬挂器、顶丝总成等进行了创新设计。现场应用表明:该井口装置性能完全满足酸性环境下的工作要求,安装操作方便,密封效果好,工作可靠。     

外压检测装置密封胶芯偏心距优选有限元分析

以外压检测装置密封胶芯为研究对象,通过对防喷器闸板胶芯的密封原理研究,建立胶芯密封过程的非线性大变形有限元仿真模型,根据仿真结果,对密封胶芯的重要结构参数——偏心距进行优选。结果表明:偏心距越大,胶芯的等效应力越大,接触应力也越大,最大接触应力主要分布在胶芯的圆弧部分;偏心距越大,胶芯圆弧部分和平面部分的接触应力不均勾性增大;优选偏心距e为0.5mm。     

便携式井口防喷器试压装置研制与应用

针对油田修井用井口防喷器日常密封性试压检查不能在修井作业场实现的难题,研制了便携式井口防喷器试压装置。该试压装置能在修井作业现场对防喷器试验检查,及时发现存在的故障及安全隐患,提高井口防喷器使用的可靠性和安全性。现场应用表明：该试压装置设计合理,技术先进,使用方便,运行安全可靠,可满足井口防喷器的日常性密封试压检查的需要,能减少修井作业安全事故的发生。     

旋转防喷器胶芯结构分析及优化

旋转防喷器是欠平衡钻井的关键设备,带压作业过程中其密封性能是保证安全生产的重要因素。现有的国产旋转防喷器存在胶芯密封不严以及易发生疲劳损伤失效等问题。鉴于此,利用ABAQUS软件建立了旋转防喷器胶芯动态密封有限元模型,对胶芯预紧工况下和起下钻工况下旋转防喷器的力学性能进行了分析,分别讨论了胶芯硬度和铁芯结构对旋转防喷器胶芯使用寿命的影响。分析结果表明:在带压下钻过程中,胶芯呈轴向拉伸变形状态,起钻过程中胶芯呈向上压缩变形状态,且起钻和下钻工况对胶芯密封性能影响不大,下钻工况的密封性能略大于起钻工况;胶芯材料硬度为80 HA时,胶芯的使用寿命最长;优化改变铁芯结构可使胶芯使用寿命延长。室内密封试验以及现场试验证实了有限元优化结果的可靠性。研究成果对延长胶芯使用寿命和提高油田作业安全具有重要的现实意义。     

不动管柱热采井口光杆密封装置

针对稠油热采层位连通的井在注汽过程中井口高温高压蒸汽刺喷造成频繁作业、停抽时间长、注汽成本高的问题,研制了一种耐高温、高压的不动管柱热采井口光杆密封装置。采用该装置不需动力设备,也不用起出油井管柱、拆装井口和移动抽油机,便可实施安全注汽,井口更换盘根时无需排空放压,同时还能起到二级盘根密封和自润滑的作用。该装置在胜利油田应用20余套,成功率100%。因作业造成的占产时间由原来的3.9 d缩短为19 m in,并大大减轻了劳动强度。     

煤层气欠平衡钻井旋转控制头胶芯密封特性分析

旋转控制头胶芯的密封性能是影响煤层气欠平衡钻井施工效果的重要因素。根据煤层气钻井工况,对井口偏心工况、起钻和钻进工况下,旋转控制头胶芯和钻具间的接触压力进行了有限元模拟研究,并分析了胶芯不同结构参数对胶芯密封性能的影响,为煤层气钻井低压密封胶芯的优化设计和研制提供了依据。结果表明:胶芯与钻具间的接触压力随偏心距的增大而增大,且靠近偏心侧的接触压力较大;钻进工况下,钻具本体和接头部分的接触压力都明显小于起钻工况;接触压力随外锥角的减小而增大,随内锥角的减小而减小,但变化量较小;摩擦力随主密封段长度的增加呈线性增加,钻杆接头部分明显大于本体。现场应用实践验证了分析结果的正确性。     

电潜泵采油井口电缆穿越器的研究与开发

井口电缆穿越器是电潜泵采油井口上用于贯穿油管挂和上法兰,并连接电潜泵和井上电源的一种装置。新研制的井口电缆穿越器在其本体与井上、井下电缆抽头连接处设计延伸型密封环,建立了可靠密封;在接头耦合处采用接触应力锥面密封结构;选用新型电缆解决了高压、强电流和电缆间间距小等难题,并设计了穿越棒,使穿越器具有安装迅速、安全性好、密封性高、性能稳定可靠以及操作方便等特点。该电缆穿越器已成功应用于电潜泵采油井口,具有广阔的应用前景。     

冲砂同心管用Z331型自封封隔器研制

在同心管冲砂方式转化作业过程中,自封型封隔器是实现井底冲砂液流转向所必需的井下工具。为解决常规皮碗状自封封隔器使用寿命短、易砂阻、易砂卡的技术难题,研制了同心管用Z331型囊状自封封隔器。通过封隔器的结构设计、工作原理及囊状橡胶密封圈的有限元数值模拟,研究了Z331型囊状封隔器的工作特性、密封有效性及冲砂作业适用性能。耐磨蚀囊状橡胶密封胶筒可有效预防封隔器密封胶筒落砂,有效控制砂阻、砂卡管柱,同时提高了橡胶密封面因冲砂作业反复活动起下管柱而所需的耐磨蚀性能。为冲砂同心管型自封封隔器的设计提供了一种新的方法。     

140MPa气密封试验装置在采(油)气井口装置的应用

采(油)气井口装置的气密封特性对保障其现场使用安全和环保至关重要。建立140MPa气密封试验装置,将进一步提高井口及井控装置的可靠性、减少和避免井喷失控着火事故的发生。它能对采(油)气井口、节流压井管汇、防喷器、套管头、平板阀等进行气密封试验,促进国产井口装备质量的提高。气密封试验结果可为生产厂、用户提供设计、生产、装备及使用方面的质量改进信息。     

海洋钻井井口承压保护装置的研制

海洋石油钻完井作业一般实行批钻批完模式,钻井作业结束后井口敞放,待一批井全部钻井结束后再转入完井作业。这种作业模式存在安全隐患,管内外都有可能有油气溢出,同时,由于没有安装油管四通、采油树或盲法兰,无法控制套管内的压力,有可能导致井涌、井喷等事故。针对上述情况,研制了海洋钻井井口承压保护装置,当钻井作业结束后,可直接将井口承压保护装置安装在套管头或油管四通上,能够方便快捷监测到井内压力变化情况;当发生溢流、井涌的情况下能够进行压井作业,恢复井下安全;此外还可防止井内落物,保证作业安全。海洋钻井井口承压保护装置结构紧凑、密封性能好、操作方便灵活、性能稳定可靠,填补了海洋油田井口保护空白,显著提高了批钻批完钻井模式的安全性。     

抽油机井口密封装置效率的研究

抽油机井口密封装置所消耗的密封功率虽然只占抽油机所消耗总功率的一少部分,但是随着密封装置结构型式、密封材料、润滑条件和填料压盖加载力的不同而有较大差别.为使井口密封装置降低功率消耗,提高效率,进而提高抽油机系统效率,本研究采用不同密封材料、不同润滑条件在实验室和试验井上对井口密封装置密封功率进行了测试,计算了效率,并对进一步合理使用井口密封装置提出了建议.     

三高井井喷失控着火井口重置关键技术与装备

“三高井”井喷失控着火后,井口火势大、热辐射高、流体冲击力强,对抢险技术、装备要求极高。井口重置作为“三高”失控井抢险救援中最关键、难度最大的环节,面临新井口下放困难、连接法兰不容易对中、人员难以近井口作业等瓶颈问题,传统的扣装法、磨装法已无法完成此任务。针对此种情况,中国石油川庆钻探工程公司经过攻关,形成了操作灵活、适用范围广、易实现对中、且对中时间短的钢丝加压法,可克服高压气流对新井口向上的冲击力的重力加压法,集卡紧装置、密封装置为一体、可以实现远程一键控制的一体化重置法。采用攻关后的“三高井”井喷失控着火井口重置关键技术及装备,已在土库曼斯坦、川渝地区、新疆地区等多口井井喷失控着火处置中发挥了极其重要作用,成功完成井口重置。目前,该技术已达到国际先进水平。