液壓舉升快速返排系統安裝裝置的設計

賀啟強　杭發琴　肖　姝　劉常福　徐文慶　魏　斌

（中石化勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營　257000）

液壓舉升快速返排系統安裝裝置的設計

賀啟強杭發琴肖姝劉常福徐文慶魏斌

（中石化勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營257000）

為滿足大排量、高效率的試油排液需求，研制出一種液壓舉升快速排液裝置。然而該裝置的舉升液壓缸利用普通油管滑車及支架進行安裝容易發生液壓缸活塞桿損壞、油缸側翻的問題。通過分析舉升液壓缸在安裝過程中的運動特點，對油管滑車軌道系統的滑車、車輪、滑車軌道和軌道支架等部件進行了針對性改進，設計出適合液壓舉升快速返排系統安裝時使用的安裝裝置。改進后的安置裝置提升了系統操作安全性，滿足現場需求。

液壓舉升快速返排；液壓缸；油管滑車

目前，勝利油田的主力油田已經進入開發的中后期，開發重點逐漸轉向油層埋藏深、地層能量低、滲透性較差的難開發油藏，尤其是低滲、特低滲油藏，往往需要進行壓裂、酸化等措施，才能實現增產、增注。這類油藏地層壓力低、滲透率低，容易發生水鎖，現場在進行壓裂酸化以及放噴后往往不進行抽汲排液，入井液返排率低，導致入井液長時間滯留并污染地層，嚴重影響施工效果［1-4］。

勝利油田開發出一種壓裂后快速返排工藝，采用試油連續舉升地面裝置配套壓裂抽汲聯作管柱，在探井試油及油水井排液方面代替常規抽汲方式，具有操作簡單、調參方便、連續舉升等優勢［3-8］。該工藝在現場應用中，存在沖次受限及裝機功率較大的問題，經過優化設計后形成了液壓舉升快速返排系統，在提高抽汲沖次的同時，可以有效利用負載勢能、降低裝機功率。然而，其舉升設備液壓缸在現場安裝時，需要人工搬運液壓缸配合井口大鉤在油管橋上移動，以保證液壓缸平穩移動。應用普通油管滑車可以節省人力，但一方面油缸無法固定，存在油缸與小滑車脫離、油管橋發生側傾的危險；另外一方面，液壓缸活塞桿直接接觸小滑車，油缸重量作用在活塞桿上，存在損壞活塞桿的危險。為此，在傳統油管滑車的基礎上依次對滑車、車輪、滑車軌道和軌道支撐等部件加以改進［9-10］，設計出滿足適合液壓返排舉升系統的快速安裝裝置，從而減輕勞動強度、提升安裝速度和操作安全性。

1　液壓缸運動狀態分析

舉升液壓缸在安裝前位于油管橋上處于水平狀態，在安裝過程中由井口游車大鉤配合人工搬運共同完成：一方面由井口游車大鉤提升液壓缸向上運動，另一方面通過人工推動液壓缸，油管滑車在油管橋上滑動，逐漸靠近井口，最終轉變為井口上方的垂直狀態。

2　油管滑車軌道系統的整體改造

油管滑車軌道系統包括小滑車和支撐軌道，通過分析液壓舉升返排系統在安裝過程中的運動特性及滑車軌道系統的受力情況，進行有針對性改進。

2.1小滑車的改進

液壓缸在安裝過程中，其軸線與水平面夾角不斷變化，即液壓缸圍繞一條移動軸做旋轉運動。普通小滑車為前后兩軸結構，如圖1（a）所示，液壓缸與小滑車承載面相接觸，無法實現繞小滑車輪軸作旋轉運動。為此，將小滑車輪軸縮減為單軸式結構，如圖1（b）所示，液壓缸與小滑車承載面通過U型螺栓固定在小滑車輪軸上，液壓缸在油管橋上移動時可以繞小滑車做旋轉運動。

圖1　油管滑車改進

2.2小滑車滾輪的改進

液壓缸為細長型結構，在油管橋上進行移動的過程中，井口大鉤相對于液壓缸需要兩側對中的要求難以達到，普通小滑車車輪為等高結構，如圖2（a）所示，容易發生側翻事故。參照火車防側翻原理，將小滑車車輪結構調整為一高一低的特殊結構，如圖2（b）所示，車輪較高的一端位于軌道內側，兩輪對稱安裝，可以有效防止液壓缸在移動過程中發生側翻。

圖2　滑車車輪改進

2.3滑車軌道的設計

滑車軌道一方面作為液壓缸在井場的臨時擺放位置，另一方面在液壓缸安裝過程中提供移動軌道，方便液壓缸安裝。依據軌道截面外形，初步設計出兩種方案：一種為工字鋼結構，如圖3（a）所示，一種為管狀結構，如圖3（b）所示。已知液壓缸重量2 t，通過計算液壓缸在軌道上的受力分析得出：16#工字鋼結構的輪軸最大應力為590 MPa，油管結構（?102 mm）的輪軸最大應力為281 MPa。而輪軸材料45#鋼的屈服應力為355 MPa，所以優選管狀結構軌道。

圖3　滑車軌道改進

圖4　軌道支架改進

2.4軌道支架的設計

普通軌道支架如圖4（a）所示，軌道支撐梁位于支架最上部，在液壓缸移動過程中，軌道容易發生側滑。新設計的軌道支架將支撐梁位置下調，如圖4（b）所示，起到降低設備重心、提高運動穩定性的作用；在支撐梁焊接弧形卡瓦，與圓形導軌緊密接觸；支撐梁兩側的豎直結構可以有效防止軌道脫離卡瓦和軌道支架。

2.5裝置裝配體

將改進后的各部位進行組裝，滑車系統裝配圖如圖5所示。舉升液壓缸安裝時，液壓缸一端由井口游車大鉤懸掛，在大鉤提升作用下沿滑車軌道前進，與此同時，液壓缸及軌道后方的滑車托板沿滑車軸做旋轉運動，直至液壓缸完全直立在井口；舉升油缸拆卸時，其過程完全相反，液壓缸底部固定在滑車軌道的單軸油管滑車后，作業工人拖動液壓缸沿滑車軌道后退，井口大鉤緩慢下放，直至液壓缸完全平穩安置于滑車軌道上。

圖5　液壓舉升快速返排油管滑車系統

利用此系統，可以實現舉升液壓缸快速高效地安裝與拆卸，對于減輕現場作業工人勞動強度及提高操作安全性具有積極意義。

3　結論

（1）液壓返排舉升裝置安裝過程中，液壓缸的運動是一種水平和垂直方向上的復合運動，應用常規油管滑車系統進行安裝存在側翻和損壞液壓缸活塞桿的危險，難以滿足現場應用要求。

（2）改造后的油管滑車系統，分別對油管滑車、滑車滾輪、滑車軌道、軌道支架進行了優化改進，可以有效防止舉升液壓缸側翻、活塞桿損壞，提升了系統操作的安全性。

［1］李石磊，商永海，秦林興.壓裂與抽汲泵返排聯作工藝在勝利油田的應用［J］.油氣井測試，2009，18（5）：45-46.

［2］邵立民.低滲透油氣藏壓裂返排一體化工藝技術［J］.天然氣與石油，2013，31（3）：59-60.

［3］謝甜，汪德彰.試油連續排液技術在江漢油田的應用［J］.江漢石油職工大學學報，2011，24（6）：54-56.

［4］常峰，羅燕，劉丙生，等.壓裂后快速返排工藝技術的研究［J］.石油機械，2009，37（5）：56-58.

［5］徐文慶，張振海，鄒光皓，等.試油連續舉升地面裝置的研制與應用［J］.石油機械，2008，36（11）：45-47.

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［7］姜有才，蔡茂佳，何新偉.探井連續試油排液配套技術的研究［J］.管理學家，2014（10）：562.

［8］姚展華，楊姝蔚，胡書博，等.低滲透油氣井排液技術綜述［J］.石油礦場機械，2013，42（4）：78-82.

［9］張青海，馬祥輝，王鳳龍. 油管滑車的改進與應用［C］.關玉雙. 井下作業技術論文集.北京：石油工業出版社，2004：304-306.

［10］濮良貴，紀名剛. 機械設計［M］. 北京：高等教育出版社，2001.

（修改稿收到日期2015-04-28）

〔編輯李春燕〕

西部鉆探大尺寸SAGD水平井鉆探成功

近日，由西部鉆探承擔的全過程工程技術施工作業，國內首組大尺寸SAGD水平井FHW3122P/I井組告捷。

FHW3122P/I井組是新疆油田2014年在風城油田重45井區部署的一組試驗性SAGD水平井，也是西北地區首組大尺寸SAGD水平井。其中，FHW3122P井設計井深1 489 m，FHW3122I井設計井深1 467 m。FHW3122P/I水平井二開、三開井眼尺寸由常規設計直徑311.2 mm、215.9 mm增加到直徑444.5 mm、311.2 mm。

2014年，西部鉆探在認真總結往年SAGD水平井技術服務成功經驗的基礎上，持續完善技術方案和操作標準，優選GE-MWD儀器和磁定位儀器，確保在鉆井提速的同時實現井眼軌跡精確控制。

FHW3122I井三開采用RMRS磁導向技術，針對800 m長水平段施工面臨井眼清潔、井下復雜等一系列問題，制定了一套全面、高效的技術措施。施工中，嚴格執行施工措施，高質量完成定向施工。定向段井眼軌跡以全段、全程無復雜，安全、高效滿足設計要求的業績完美收官。大尺寸SAGD水平井的告捷，不僅開創了西北地區大尺寸SAGD水平井施工先河，也填補了國內大尺寸SAGD水平井施工空白。

（供稿海斌）

Design of the installation apparatus for the quick-flowback system by hydraulic lifting

HE Qiqiang, HANG Faqin, XIAO Shu, LIU Changfu, XU Wenqing, WEI Bin
（Research Institute of Petroleum Engineering, Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying 257000, China）

In line with the production requirement for large displacement and high efficiency of oil testing and fluid flow, Shengli Oilfield has developed a rapid drainage device with hydraulic lifting; the prototype has been utilized on site and all the performance parameters meet the production requirement. However, the installation of the hydraulic lifting cylinder needs manual lifting together with wellhead traveling block lifting; whereas, when if it is installed using common tubing tackle and support, then problems may occur like damage to the piston rod in hydraulic cylinder and rollover of the oil cylinder, so this method does not meet field requirement. Through analyzing the movement characteristics of oil cylinder during installation of the hydraulic lifting cylinder, specific improvement has been made to all the parts on tubing tackle system and the installation apparatus has been designed which is applicable to the installation of quick-flowback system with hydraulic lifting. The improved installation apparatus improves the safety of operation system and meets the field requirements.

quick-flowback with hydraulic lifting; hydraulic cylinder; tubing tackle

TE933

B

1000 – 7393（ 2015 ） 03 – 0128 – 03

10.13639/j.odpt.2015.03.030

賀啟強，1984年生。2010年畢業于哈爾濱工業大學機械制造及其自動化專業，碩士研究生，現主要從事機械采油技術研究與推廣工作，助理工程師。電話：0546-8795860。E-mail：syheqq@126.com。

引用格式：賀啟強，杭發琴，肖姝，等.液壓舉升快速返排系統的安裝裝置［J］.石油鉆采工藝，2015，37（3）：128-130.