壓裂高壓管件扳手的設計與應用

林 蕾

（中國石油集團長城鉆探工程有限公司壓裂公司，遼寧盤錦 124000）

0 引言

目前國內各大油氣田的開采已陸續進入中后期，壓裂成為油氣井增產穩產不可或缺的一項重要措施。壓裂作業主要是將混合均勻的攜砂液體通過壓裂泵車加壓后注入到相應地層，進而起到改造地層的目的。施工過程中，高壓管件主要負責輸送加壓后的壓裂液體。

現階段常用的高壓管線長度有6 種規格，分別是0.5 m、1 m、1.5 m、2 m、3 m 和5 m，可以在現場根據實際需要進行選擇。高壓管件選定后，就得進行管線的現場連接，從作業井口到地面再到壓裂泵車，一條支路一般會有25～30 個連接節點，每個節點都需要進行緊固。以往的緊固方式是采用18 磅（8.165 kg）的大錘敲擊由壬頭的翼形螺母，一個節點需要敲擊十多次才能滿足試壓要求，一條支路連下來往往需要三四個人輪流敲擊，勞動強度大、危險系數高，費時費力。而且，敲擊的過程對高壓管件也造成一定損壞，帶來安全隱患，降低使用壽命。

針對傳統敲擊作業的各種弊端，特意研制一種高壓管件扳手，扳手制作簡單，使用方便，利用杠桿原理進行安裝和拆卸作業，省時省力。

1 壓裂高壓管件簡述

常用的高壓管件有整體直管、活動彎頭、岐形三通、T 形三通、旋塞閥、單流閥等，最高耐壓值一般在15 000 psi（105 MPa）和20 000 psi（140 MPa），由壬連接螺紋的規格型號一般是Fig1502 或Fig2002，常用高壓管件的尺寸是2英寸（5.08 cm）和3 英寸（7.62 cm）。105 MPa 管件一般應用于常規油氣井壓裂作業，140 MPa 管件主要應用于非常規頁巖氣井壓裂作業。

根據井場大小和施工規模選擇所需的高壓管件尺寸和數量，常規壓裂作業一般采用單支路或雙支路管線就可以滿足需求，大型水平井或頁巖氣井壓裂作業需要連接四支路或六支路管線（圖1、圖2）。

圖1 單支路管線壓裂作業

圖2 四支路管線壓裂作業

2 高壓管件傳統安裝與拆卸方式及其弊端

高壓管件的傳統安裝與拆卸方式主要依靠敲擊作業，為保證在試壓期間和施工過程中管件的不刺、不漏，通過人力將由壬頭擰緊后，再使用大錘對翼形螺母進行緊固（圖3）。有時因管線不平或連接處干澀，還需要用大錘連續敲擊多次，費時費力。此外，高壓管件由壬頭的翼形螺母被敲擊的頻次越多，越容易產生變形（圖4）。

傳統安裝與拆卸方式的弊端主要有2 個：①需多人輪流敲擊，勞動強度大，危險系數高，費時費力；②連續敲擊對管件本體造成損害，翼形螺母易變形，降低管件使用壽命。

圖3 傳統安裝與拆卸方式

3 高壓管件扳手的設計與實踐應用

通過研究翼形螺母的結構特點及尺寸大小，結合壓裂現場管件使用的工況，制作一副高壓管件扳手（圖5）。并在壓裂作業現場，對研制的高壓管件扳手進行實踐應用（圖6）。

安裝步驟：①將管件由壬頭的公頭和母頭用手擰緊；②將扳手的頭部與翼形螺母進行咬合；③順時針用力轉動扳手的手柄，直至轉不動為止。拆卸步驟與安裝步驟相反。

高壓管件扳手的應用優點：①代替大錘進行敲擊作業，降低勞動強度和危險系數，省時省力；②制作簡單，使用方便，研制成本低；③充分保護由壬頭翼形螺母，延長管件使用壽命。

圖4 變形的翼形螺母

圖5 高壓管件扳手結構

圖6 高壓管件扳手的現場應用

4 小結

高壓管件扳手是在實踐當中通過不斷摸索、總結而研制出來的，前后多次更改設計圖紙，確立最終設計方案。扳手在壓裂作業現場應用2 年多，效果明顯，在預測施工壓力較高的情況下，還能使用鐵管延長手柄進行加固，再用大錘敲擊3～5 次即可滿足實際需求。該扳手使用和攜帶方便，具有推廣價值。