可調(diào)式洗井快速連接工具的研制

中國石化河南油田分公司井下作業(yè)處 產(chǎn)品研發(fā)QC小組

（河南 南陽 473132）

可調(diào)式洗井快速連接工具的研制

中國石化河南油田分公司井下作業(yè)處 產(chǎn)品研發(fā)QC小組

（河南 南陽 473132）

小組概況

小組概況見表1。

表1 小組概況

課題分析與確定

洗井是在地面向井筒內(nèi)打入一定性質(zhì)的洗井工作液，把井壁和油管上的結(jié)蠟、死油、鐵銹、雜質(zhì)等臟物混合到工作液中帶到地面的施工。洗井的目的是把井筒內(nèi)的污物沖洗出來，避免油層被污物堵塞，影響注水。及時有效快速的洗井將會為下一步井下作業(yè)工序奠定良好的基礎(chǔ)。

當前對于注水井洗井的操作流程是：把洗井管柱下到預(yù)定位置-拆封井器-安裝井口流程-開始洗井。當洗井結(jié)束，進行下一步作業(yè)時，還需要拆卸注水井流程-重新安裝封井器。其中：拆卸封井器-安裝井口流程，拆卸注水井流程-重新安裝封井器4個流程為洗井準備工序。

當前對注水井洗井的操作流程如圖1所示。

經(jīng)過現(xiàn)場測算，拆封井器和安裝注水井流程需要50min鐘的時間，拆注水井流程和安裝封井器需要50min，整個準備工序需要100min左右。洗井準備工序耗費時間長，勞動強度大，增加了作業(yè)成本。由于井下贓物的沉降時間為20min左右，如果洗井不及時還將容易造成臟物沉淀卡管柱現(xiàn)象。既影響作業(yè)進度，還可能增加作業(yè)施工難度或者造成井下事故。

我們對最近4年來注水井作業(yè)次數(shù)進行了統(tǒng)計（見表 2）。

表2 注水井作業(yè)次數(shù)統(tǒng)計表

從表2可以看出，油田進入中后期后，對注水井作業(yè)是逐年增多。小組成員認為很有必要減少注水井洗井準備時間，需要對此進行研究，開展活動，為此，我們從以下2個方面進行了課題分析（見表3、表 4）。

我們通過以上的分析，從實現(xiàn)的難易程度、使用效果和經(jīng)濟成本等多個方面綜合評估后，我們確定了本次活動的課題為：可調(diào)式洗井快速連接工具的研制。

目標制定及可行性分析

1 目標值

根據(jù)工作經(jīng)驗和實際要求，我們的目標設(shè)定為洗井準備時間90min降低到20min以內(nèi)。

表3 課題一分析

表4 課題二分析

2 目標可行性分析

①小組成員有多年的實踐工作經(jīng)驗，有石油工程、機械設(shè)計、井下作業(yè)方面的專業(yè)技術(shù)人才，我們有能力解決這個問題；②由于當前的作業(yè)操作流程多，勞動強度大，該項目得到了上級領(lǐng)導(dǎo)和作業(yè)操作人員的大力支持；③由于井下贓物的沉降時間為20min左右,如果洗井不及時將容易造成臟物沉淀卡管柱現(xiàn)象。因此我們有能力，也必須完成該目標。

方案的提出與論證

我們小組成員結(jié)合工作中的實踐經(jīng)驗，分析了原水井流程、井口裝置和油管管柱的實際情況。考慮到工具的通用性，根據(jù)對井口流程安裝誤差的測量,該工具要達到的要求：實現(xiàn)縱向60mm和橫向40 mm的長度調(diào)節(jié),以及橫向可以360°方向轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)。

根據(jù)我們的研究分析，我們從材質(zhì)選用、長度調(diào)節(jié)、密封方式、連接方式等方面提出了多種設(shè)計方案，并進行了評估（表5）。

1 材質(zhì)選用方案的評估論證

工具的材質(zhì)選用可以很好的實現(xiàn)經(jīng)濟效益和工具的功能。針對洗井快速連接工具選用的材質(zhì)（見表6）我們提出2種方案，并對方案進行了評估。

表5 方案明細表

表6 材質(zhì)選用對比表

2 長度調(diào)節(jié)方案的評估論證

長度調(diào)節(jié)段是洗井快速連接工具的核心部分，長度調(diào)節(jié)設(shè)計是否可靠和實現(xiàn)快速有效的調(diào)節(jié)是降低洗井準備時間的主要因素，該設(shè)計是整個工具是否能實現(xiàn)通用性和成功的關(guān)鍵。

（1）采用螺紋調(diào)節(jié)+鎖緊螺母方案（如圖2）

該方案采用上接頭與連接彎頭之間的連接螺紋調(diào)節(jié)長度，鎖緊螺帽固定位置，螺紋調(diào)節(jié)方式是我們常用的長度調(diào)節(jié)模式。加工工藝簡單，結(jié)構(gòu)簡明，使用安全可靠。

（2）采用滑套調(diào)節(jié)+鎖緊螺母方案（如圖3）

該方案通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)滑套的位置來調(diào)節(jié)長度，用鎖緊螺帽和擋環(huán)來固定位置。該結(jié)構(gòu)組件多，但是長度調(diào)節(jié)便捷可靠。

（3）2種方案的對比論證（見表 7）。

3 密封方案的評估論證

因注水井注水管線壓力一般在15MPa～20MPa，因此設(shè)計密封壓力為22MPa，在接頭和連接彎頭之間必須設(shè)計密封圈。由于經(jīng)常需要調(diào)節(jié)長度，且長度調(diào)節(jié)范圍較大，在調(diào)節(jié)過程中密封圈要與工件的表面進行摩擦，容易損壞密封圈。因此，對工件的加工精度要求很高，為了降低加工難度和提高密封的可靠性，我們必須對密封圈的設(shè)置位置進行方案論證。

（1）采用密封圈內(nèi)置方案（如圖 4）。

該方案是在連接彎頭的內(nèi)壁上設(shè)計2道密封槽。上接頭外表面密封段與密封圈之間實現(xiàn)密封。

（2）采用密封圈外置方案（如圖 5）。

該方案是在連接頭的外表面上設(shè)計2道密封槽。連接彎頭內(nèi)壁密封段與密封圈之間實現(xiàn)密封。

（3）2種方案的對比論證（見表8）

4 連接方案的評估論證

連接方案主要是指洗井連接裝置與原井流程之間的連接方案。一般有2種：法蘭方式和卡箍方案。

（1）采用法蘭連接方案（如圖6）

該方案中：洗井快速連接工具上接頭與井口流程連接部分采用法蘭盤連接，法蘭盤連接在井口流程中是一種常見的連接方式。2片法蘭通過6條螺栓連接在一起。

（2）采用卡箍連接方案（如圖7）

表7 方案驗證對比表

表8 方案驗證對比表

該方案中：洗井快速連接工具上接頭與井口流程連接部分采用卡箍連接，卡箍連接在井口流程中是一種常見的連接方式。2片弧形卡箍片通過2條螺栓連接在一起。

（3）2種方案的對比論證（見表9）

5 選定結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)以上對比和評估，我們在這4個方面分別選定了以下方案（見表10）。

表9 方案驗證對比表

表10 方案選定明細表

根據(jù)選定方案，我們設(shè)計了快速洗井連接裝置結(jié)構(gòu)圖（如圖8）。

方案實施

1 制定對策措施

表11為對策措施表。

2 對策實施

實施1：上接頭的研制（見圖9、表12）。

實施2：鎖緊螺帽和擋環(huán)的研制（見圖10、表13）。

表11 對策措施表

實施3：調(diào)解套的研制（見圖11、表14）。

實施4：密封圈的研制（見圖12、表15）。

實施6：下接頭的研制（見圖14、表17）。

實施7：組裝工具，現(xiàn)場安裝實驗（見圖15）。

表12 上接頭研制的實施步驟

表13 研制的鎖緊螺帽和擋環(huán)實施步驟

表14 調(diào)節(jié)滑套實施步驟

表15 密封圈實施步驟

表16 連接彎頭實施步驟

表17 下接頭的研制實施步驟

（1）組裝實驗：時間（2009 年 7 月）；地點（作業(yè) 9隊作業(yè)井場）

使用洗井快速連接工具后，注水井洗井的操作流程由原來的7個工序減少為5個：把洗井管柱下到預(yù)定位置-安裝連接裝置（用時9.5min）-洗井-拆卸連接裝置（用時6.5min）-下步作業(yè)。

（2）效果驗證

表18為洗井快速連接工具試驗情況統(tǒng)計表。

試驗結(jié)果表明：洗井快速連接工具的平均用時是16.1min，其它各項指標合格，達到了快速安裝的設(shè)計要求。

效果檢查

1 應(yīng)用效果

洗井快速連接工具自2009年7月至12月在60口井上進行了應(yīng)用。

由表19可以看出，洗井快速連接工具平均用時16.5min。

2 目標完成

大大降低洗井準備用時，效果顯著，小組圓滿完成此次活動目標。

3 經(jīng)濟效益

表18 洗井快速連接工具試驗情況統(tǒng)計表

表19 洗井快速連接工具使用情況統(tǒng)計表

（1）提高作業(yè)效率，節(jié)約成本費用

活動前平均準備時間為100min，應(yīng)用洗井快速連接工具以后平均每口井可以節(jié)約1.5h左右，洗井快速連接工具總共應(yīng)用60口井，平均每口井減少作業(yè)時間1.5h、每天費用1.8萬元，年節(jié)約作業(yè)費用（60×1.5）÷8×1.8＝20.25 萬元。

（2）減少作業(yè)占產(chǎn)，增產(chǎn)增效

按每口井減少作業(yè)占產(chǎn)，每口井每天生產(chǎn)原油2t，年可增效：（60×1.5）÷8×2×2 800＝6.3 萬元

（3）制作洗井快速連接工具的成本

加工10套洗井快速連接工具，每套費用2 500元。

10×2 500＝2.5 萬元

共取得直接經(jīng)濟效益：20.25+6.3－2.5=24.05萬元

4 社會效益

（1）洗井快速連接工具的研制成功，解決了注水井洗井準備用時長的問題，減少了工序，降低了勞動強度，提高了作業(yè)效率，得到了操作工人廣泛的好評。

（2）在整個活動中，小組成員積極參與全過程，使小組成員了解了日常工作中技術(shù)革新的重要性以及質(zhì)量管理活動的開展方法，此次活動的明顯效果激發(fā)了小組成員繼續(xù)創(chuàng)新的興趣，大家都表示將在以后的工作中總結(jié)經(jīng)驗對生產(chǎn)中的技術(shù)難題進行攻關(guān)，為企業(yè)的發(fā)展作出自己應(yīng)有的貢獻。

鞏固措施與標準化

（1）修訂洗井快速連接工具的技術(shù)參數(shù)：①最大外徑φ114mm；②最小內(nèi)徑φ56mm；③最大密封壓力：22MPa；④縱向調(diào)節(jié)60mm；⑤橫向調(diào)節(jié)40mm；⑥橫向可以360°方向調(diào)節(jié)。

（2）制定《洗井快速連接工具使用要求》(規(guī)程號：HNYT-XJGC-09-13)，要求操作人員按規(guī)程操作。

（3）進一步修訂洗井快速連接工具圖紙，并作為標準圖紙存檔 （圖紙編號：HNYT-JX-09-22，如圖18）。

（4）該裝置已經(jīng)申報國家專利，申請?zhí)枮椋?009 20307833.7。

下步打算

洗井快速連接工具的研制成功，減少了工序，降低了勞動強度，提高了作業(yè)效率，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。我們將在此次活動的基礎(chǔ)上，加強該工具在我處的推廣應(yīng)用。下一步我們將針對《油管液壓鉗牙塊快速取換工具的研制》開展活動。

??立崗

2010-07-08