一種新型水平井工具的技術難點改進方案及創新點分析

摘 要：新改進的水平井工具，具有結構簡單，使用方便，維修保養容易等特點，在未來水平井作業中發展潛力巨大，為該產品產業化，改進目前遇到的技術難點有著重要意義。

關鍵詞：水平井工具；外殼；定位卡；公接頭；下轉換接頭

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.104

一種新型水平井工具在研制過程中遇到以下技術難點：（1）外殼連接強度低，提高安全性低；（2）定位卡：結構復雜，定位更困難、不準確；（3）公接頭固定器：無定位鍵槽，定位不可靠；（4）下轉換接頭：需改進定位鍵方式，使用定位更準確。（5）公母接頭：無法承受140Mpa、175℃高溫高壓。現需針對這些技術難點給出相應的改進方案并分析此新型水平井工具創新點。

1 外殼改進

將原設計兩體改為一體，增加連接強度，提高安全性。原設計為兩體，主要是加工工藝不能滿足，加工難度大，無法解決。經過技術攻關，解決了一體加工問題，目前加工工藝已經滿足要求。

2 定位卡改進

將定位卡設計成總成結構，由本體、卡子、預緊彈簧、主銷及限位銷組成。總成安裝在工具外殼的內臺階處，由兩只內六角圓柱頭螺釘固定。其優點為：（1）不用在工具外殼上加工定位卡安裝槽，降低了加工難度。由于減少了該處材料的切削，提高了工具外殼的強度；

（2）由于是內臺階，螺釘孔由密封圈密封，阻斷了該處的泥漿通道，防止循環和對接時該處泥漿短路，提高了循環清洗效果，有助于提高對接成功率。

3 公接頭固定器改進

公接頭固定器結構改進，公接頭固定器與濕接頭采用螺紋固定，是連接公濕接頭及井下儀器的關鍵部件，由公接頭、公接頭固定器、滑套、回位彈簧組成。其優點為：1）取消了穩定翼，將濕接頭穩定翼改在工具外殼上固定，降低了公接頭固定器的加工難度；2）增加了滑套及回位彈簧，起到單向閥的作用。滑套是常閉狀態，關閉工具外殼上的主循環孔，可以有效防止外部較大尺寸雜質進入工具內部。而內部產生的體積較大的雜質可以通過滑套開啟主循環孔排出，保證了循環清洗效果，能夠有效提高對接成功率。

4 下轉換接頭改進

下轉換接頭是連接公濕接頭和井下儀器的關鍵部件，同時配備承壓插針，防止泥漿泄漏時進入儀器，提高了儀器的安全性，由外殼、承壓插針、5700快速螺母、3700連接套組成。其優點為：（1）與公接頭固定器之間連接采用5700快速螺母形式，連接方式簡單、快捷，而且可以互換使用5700儀器的快速螺母；（2）與儀器的連接采用3700連接套，連接方便，零件可與3700儀器互換；（3）內部采用承壓插針，為儀器的安全提供雙保險。

5 公母接頭改進

公母接頭設計特點為：（1）壓力平衡式設計，可耐壓140Mpa；（2）固定方式采用螺紋固定，安裝方便，固定可靠；（3）長度小，對減小水平井工具長度；（4）公、母接頭的平衡短節相同，可互換使用，減少了配件數量。

耐壓的解決：由于采用了硅油平衡式結構，導致濕接頭各部件與井底泥漿之間沒有相對壓力，濕接頭的耐壓性能取決于7芯承壓插頭的耐壓性能，而7芯承壓插頭的制造工藝及檢驗流程保證了其耐壓性能。以下是7芯承壓插頭的工藝流程：（1）車間加工→半成品→32MPa氣密試驗→插針拉力試驗→出廠檢驗。（2）140MPA壓力測試裝置→成品。需要說明的是32MPa氣密試驗---保證產品沒有裂紋及其他缺陷，能夠實現密封，插針拉力試驗---保證插針能夠承受140MPA壓力差產生的推力；出廠檢驗---140MPA壓力測試，裝置保壓8小時，保證每件承壓插頭檢驗合格。

耐溫的解決：濕接頭的金屬材料主要是17-4PH沉淀不銹鋼、QBe2鈹青銅及304不銹鋼，耐溫都高于175℃，其耐溫性能主要取決于橡膠件及塑料件。該型濕接頭采用了氟橡膠及PEEK，保證了耐溫性能。

6 創新點分析

（1）工具本體：采用集固定、對接、導向、定位等功能于一體的結構。該工具本體改進了原有工具的內錐面設計，而是采用倒角設計，內孔直徑從兩端由外到內逐漸減小，機械加工簡便。

（2）定位機構：摒棄了原來的張力環設計，而是由螺旋彈簧和定位卡組成，彈簧產生初始的預緊力，定位卡則起定位作用。

特點： 1）結構簡單，機械加工簡便；2）沒有應力集中，使用壽命長；

3）定位卡受力時有“抱緊”趨勢，可以杜絕誤動作--由于泥漿壓力差而中途頂開濕接頭，需重新把管串提到直井段對接。

（3）導向機構：設計了三個均勻分布的軸向槽，集導向、居中、泥漿循環功能于一身。在濕接頭對接后，沿軸向的三個槽身使得濕接頭的上下連通，避免了濕接頭因為壓力差而脫開的可能，減少了工程事故的發生。同時測井過程中不用停下來灌泥漿，大大降低了現場作業的勞動強度和鉆機占用時間。

（4）結構簡潔：Easy PCL由51類標準部件構成，部件種類及數量較原有水平井測井系統（近70類部件）有明顯的減少。

（5）性能優良：最大外徑94mm，長度1617mm。可用于4-1/8″裸眼井和4-1/2″套管井（國內首創）。

（6）操作簡便：各總成的連接采用快速接頭，現場連接速度快； 工具本身沒有需要保養的地方，只需清洗干凈即可投入下次作業。

參考文獻：

[1]許建國，王峰，劉長宇.水平井滑套分壓工藝技術及現場應用[J].鉆采工藝，2008，31（增）：54-561.

[2]岳前升.東方1-1氣田水平井鉆井液技術[J].天然氣工業，2005（12）：19-20.

作者簡介：張登鳴（1987-），男，黑龍江海林人，本科，初級職稱，從事石油行業。