淺談軸向伸縮徑向錯位補償防噴管設計

郭冬，段武，許永雷，王新衛，郭小艷，付瑩

（1.寶雞石油機械有限責任公司；2.國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心，陜西 寶雞 721002）

防噴管是在井口帶壓的情況下，完成連續管作業或鉆井工具串起下必不可少的井控設備。目前現場使用時，一般由多根連接而成，一根與一根之間直接通過由壬或法蘭剛性連接，整個防噴管串一端與井口設備相連，一端與安裝于注入頭下部的防噴盒相連，使防噴盒和井口設備之間形成密封空間，實現帶壓起下工具串。在適應不同工具串長度時，需組合不同長度的防噴管串，形成接近工具串長度的防噴管串，同時需要對注入頭高度位置進行調節，從而調節防噴盒位置，以滿足不同長度連續管作業或鉆井工具串帶壓起下的要求。

常規防噴管存在著如下缺點和不足：第一，現有的防噴管單根長度不可調節，需配套多種不同長度的防噴管，使用不方便，且通過組合后形成的防噴管串長度只能接近工具串；第二，整根防噴管串為剛性結構，現場安裝難度大，勞動強度大，操作復雜；第三，難以適應注入頭高度位置不可調節、防噴管和防噴盒及井口設備采用剛性連接需準確對正的連續管復合鉆機實現欠平衡鉆井作業的要求。為此，設計研發了軸向伸縮徑向錯位補償防噴管，該防噴管可軸向伸縮，且伸縮長度為調節范圍內任意長度；可徑向錯位補償，防噴盒、防噴管、井口設備三者中心不需要完全對中。

1 系統組成及特點

軸向伸縮徑向錯位補償防噴管主要由上連接接頭、徑向錯位補償機構、伸縮機構、下連接接頭組成，零部件配合面設置有密封結構，整個防噴管為中空密封結構。設計充分考慮了防噴管軸向、徑向補償量及與常規防噴管互換性的問題，能充分滿足連續管作業或鉆井工具串起下工藝和程序要求，簡化工作流程，降低工作難度。

圖1

1.1 徑向錯位補償機構

徑向錯位補償機構用于補償上連接接頭與下連接接頭不在同一軸線上的錯位值。

該機構由4 部分組成：公球面接頭、母球面接頭、密封圈、球面螺母，通過球面螺母將4 部分組合在一起，公球面接頭與母球面接頭內部為中空結構，可通過連續管或工具串。公球面接頭球面上設置有密封槽，用于安裝密封圈，公球面接頭與母球面接頭之間球面屬于配合面，由于該機構內部為球面結構，因此可在調節范圍內旋轉任意角度，同時在球面上設置密封圈，使機構內部可密封一定壓力，密封為靜密封，公球面接頭與母球面接頭在調節好角度后通過球面螺母鎖緊。

圖2

1.2 伸縮機構

伸縮機構用于補償上連接接頭與下連接接頭在軸線上長度變化。

該機構由5 部分組成：內筒、外筒、防塵套筒、防塵圈、組合密封，內筒為中空結構，可通過連續管或工具串，內筒外壁設置有外螺紋，外筒設置有內螺紋，內筒和外筒通過螺紋連接形成螺旋傳動機構，從而使兩者可通過相對旋轉實現整體伸縮，內筒外壁上設置有組合密封，使內筒和外筒可伸縮同時內部密封。外筒外側設置有防塵套筒，防塵套筒上部設置有防塵圈，防塵套筒與內筒通過螺釘固定，防塵套筒可在內筒伸縮時隨動，使內筒伸出的螺紋部分形成密閉空間，防止螺紋受到污染。內筒和外筒分別通過螺紋與上下兩個徑向錯位補償機構相連形成一個整體，通過螺釘緊定，連接部分均設有靜密封圈，確保了防噴管內部的密封空間。

圖3

2 創新技術

軸向伸縮徑向錯位補償防噴管采用徑向錯位補償機構和伸縮機構，滿足了6 個自由度方向上的錯位補償，且在允許補償范圍內實現補償任意長度和任意角度。徑向補償采用球面設計，使單結構擺動角度基本不受限制，單根防噴管上下兩端均設置有該機構極大地增加了徑向補償范圍；伸縮機構采用內外筒結構，內筒和外筒通過螺紋連接形成螺旋傳動機構，從而使兩者可通過相對旋轉實現整體伸縮，操作簡單方便，內外筒螺紋長度可按需定制，使軸向補償范圍不受限制。防噴管各部件內部均采用螺紋連接，降低了安裝和后期維護難度。

3 結語

軸向伸縮徑向錯位補償防噴管是根據連續管作業或鉆井工具串起下時設備與井口對中難度大，不同作業內容設備高度不同的實際工況設計的一款高適應性防噴管，采用了徑向錯位補償和伸縮機構，使防噴管的安裝過程中防噴盒、防噴管、井口設備三者中心不需要完全對中，通過防噴管自身結構去補償偏移量，減小了設備連接時的對中難度，設備連接更加方便；伸縮長度為調節范圍內任意長度，使防噴管可主動去適應注入頭和井口之間的高度，減少現場安裝工作量和防噴管配置數量及規格。