用于機械防砂管柱的兩階安全接頭結構原理及優勢分析

劉生平

摘要：為了防止機械防砂管柱被整體卡死在油井井筒內，通常在管柱中使用安全接頭，安全接頭的主要功能是在打撈管柱遇卡時可以有效丟開，實現分段打撈解卡管柱的作用，但是也相應的增加了打撈工作量。本文介紹了一種新式安全接頭，其在具備丟手功能的同時，還有活動連接功能，具備分段解卡管柱并一次性打撈整體管柱的作用，技術優勢明顯。

關鍵詞：解卡;安全接頭;活動連接

機械防砂是一種成熟的治理油井出砂的技術方法，該技術存在的最大問題是在長井段油井實施時，由于機械防砂管柱較長，在井筒內極易形成砂卡，解卡失敗則會造成油井復雜施工甚至油井報廢等后果，目前解決該問題的主要方法是在機械防砂管柱中按照一定長度間隔加裝安全接頭。

1 安全接頭的作用及缺點

在實施機械防砂技術時，安全接頭可以實現打撈被砂卡的防砂管柱時有效丟開，使安全接頭以上的管柱被解卡撈出井筒后，再次下撈錨進行解卡打撈安全接頭以下的被卡管柱，降低防砂管柱在井筒卡死的概率。目前常用的安全接頭從丟開方式上主要有：反扣型、滑套性、剪釘型。這些安全接頭丟開后均需再次或多次打撈才能將機械防砂管柱全部撈出井筒，增加了解卡打撈的工作量和生產成本。

2 兩階安全接頭的結構原理

通過打撈被卡機械防砂篩管的現場實踐發現，一旦安全接頭以上的管柱解卡成功后，往往較容易打撈出安全接頭以下的管柱，但是受安全接頭的功能限制，需經過多次打撈作業才能使井筒內被卡管柱完全撈出。因此，設計研制了具有分兩個階段脫開功能的安全接頭，命名為兩階安全接頭，該安全接頭具有輔助其以上管柱解卡的作用，同時可與其以下的管柱保持連接狀態，實現被卡管柱的分段解卡并可一次性撈出井筒的功能。

2.1 結構組成

兩階安全接頭的結構與傳統的剪釘型安全接頭類似，總體上為內外筒結構（圖1），分別與其上下的機械防砂篩管連接，外筒和中心管由一階銷釘連接，在一定的拉力作用下銷釘可被剪斷，外筒和中心管脫開。

此時，外筒與中心管可延軸向活動，但是受襯套的阻擋作用，外筒與中心管不可脫開，從而形成活動連接狀態（圖2），在此狀態再施加一定拉力，可使連接中心管和襯套的二階銷釘剪斷，實現安全接頭的丟手功能。

2.2 工作原理

實施機械防砂技術時，在防砂管柱中每隔一段安裝1個兩階安全接頭。以使用1個該安全接頭的管柱構成為例，防砂管柱由上至下為：錨定封隔器+機械防砂篩管+安全接頭+機械防砂篩管+絲堵（圖3）。

打撈被砂卡的機械防砂管柱時，管柱所受重力和浮力與砂卡阻力相比可忽略不計，設打撈管柱可施加的最大上提拉力為，安全接頭以上機械防砂管柱受到的砂卡阻力為，安全接頭以下機械防砂管柱受到的砂卡阻力為，安全接頭的一階銷釘被全部剪斷和二階銷釘被全部剪斷設計為相同的最小剪切力，由于機械防砂管柱不同部位受到的砂卡阻力不同，所以在解卡管柱時會出現3種情況，相應的安全接頭也呈現3中不同的工作狀態。

（1）當?且?時，被砂卡的機械防砂管柱解卡成功，可以整體被打撈出井筒，安全接頭保持完好狀態。在這一過程中，安全接頭的作用是連接管柱，其體現的功能與傳統的安全接頭相同。

（2）當?且?時，則安全接頭的一階銷釘全部剪斷，這時外筒及其以上的管柱解卡成功且為可活動狀態，同時可將上提拉力直接作用在中心管上，此時若，則中心管及其以下管柱解卡成功，且機械防砂管柱整體可以一次性被打撈出井筒，安全接頭呈活動連接狀態。在這一過程中，安全接頭活動連接其上下的機械防砂管柱，實現了被砂卡的管柱分段解卡的同時一次性被打撈出井筒的功能。

當外筒及其以上的管柱解卡成功且將上提拉力直接作用在中心管上時，若，則安全接頭的二階銷釘全部剪斷，這時安全接頭以上的管柱解卡成功，外筒和襯套可以被打撈出井筒，而安全接頭以下的管柱解卡失敗，中心管隨被砂卡管柱留在井筒內，安全接頭呈丟開狀態。在這一過程中，安全接頭的作用是脫開管柱，其體現的功能與傳統的安全接頭相同。

2.3 基本參數

匹配7吋套管油井設計的兩階安全接頭的基本參數，總長度600mm，外徑150mm，內徑100mm，管壁厚均為6.5mm，抗內壓5MPa，脫開拉力100～600KN（根據機械防砂管柱長度調整銷釘抗剪切強度）。其他規格套管內應用該工具需調整該接頭的外徑和內徑參數。

兩階安全接頭的技術優勢

兩階安全接頭具有傳統安全接頭的功能，在機械防砂管柱被砂卡時可以使管柱在安全接頭位置脫開，實現管柱的分段解卡打撈。同時，兩階安全接頭在一階銷釘全部剪斷后可以在機械防砂管柱中起活動連接作用，進而實現了被砂卡的管柱分段解卡的同時一次性被打撈出井筒，減少了打撈次數，從而減少工作量和生產成本，其技術優勢是傳統安全接頭所不具備的。

參考文獻：

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