基于TRIZ理論提高淺封井解封安全性

文/大慶油田有限責任公司 李洪亮 趙增權 張勇 揚義興 田軍

1 背景及意義

Y445-114封隔器主要用于淺封井封堵使用，在解封過程中，由于井內存有一定的壓力，在解封瞬間，封隔器伴隨油管會從井內瞬間飛出，如圖1所示，會對井口操作人員人身安全構成嚴重威脅，同時從井內噴出的污油污水對井場周邊環境造成嚴重污染，給企業造成巨大損失。目前行業內還沒有有效預防和解決措施，所以研制橋塞在解封時防上頂防噴打撈工具，對橋塞封隔器解封時飛管事故的發生具有重要的意義。

圖1 橋塞解封功能模型圖

2 問題分析

淺封井在封堵過程中，當再次解封時，井內會存在一定的壓力，為杜絕飛管事故的發生，首先可建立功能模型圖，如圖2所示，運用“76個標準解”得出消除有害作用，經過現場評估，無法找到低投入解決橋塞防頂問題的解決方案，繼續對井內封堵工具進行分析，井內污油污水和存在的壓力是有害的，按照消除有害作用壓力與液體的改進措施，并逐條進項分析，最理想方案是使得封隔器在井內實現安全泄壓，因此，經過目前現場使用的橋塞解封工具，當橋塞解封時無法控制橋塞和管柱上頂，需研發橋塞防頂打撈工具滿足封堵井解封要求。

圖2 物場模型圖

3 橋塞防頂設計

通過專利檢索系統，查找相關專利，仍無法解決起打撈管柱時井內飛管的問題；確定解決目標是“提高淺封井解封的安全性”。

于是運用TRIZ工具進項分析、解決這一問題，首先我們運用九屏圖法，確定了當前系統，同時找到了它的子系統和超系統，以及它們的過去和未來，其次運用因果鏈，通過機、法、環三個方面分析，找到淺封井解封安全性低的原因，如圖3所示。

圖3 因果鏈分析

通過系統功能分析，分析組件之間的相互作用關系，對照功能陳述表，構建功能模型，通過功能裁剪解決作用不足的問題，如圖4所示。通過資源分析，在系統資源、子系統資源和超系統資源中，對物資、能量、信息、空間、時間、功能六個方面進行分析，運用S曲線進行分析處于成長期，目前油田淺封井解封橋塞作業采用工具通過專利查詢，共查得2項實用新型專利，因此判斷目前淺封井解封橋塞作業工具處于成長期階段，有較大的創新空間，如圖5所示。

圖4 功能分析與裁剪

圖5 S曲線分析

運用最終理想解法，我們確定問題的最終理想解是橋塞封隔器自己實現泄壓解封。

通過提出問題，確定問題功能，查詢科學效應庫，找到功能代碼控制物體位移F6，篩選并運用效應現象；

通過技術矛盾分析，當在水泥塞下部增加循環泄壓閥時，確定要解決的技術矛盾為 TC- 1，發生在（增加橋塞解封的安全性）與（設備變得復雜）之間。得到改善的參數：27.可靠性，惡化的參數：36.設計變復雜，對照阿奇舒勒矛盾矩陣表得到參考創新原理為3個原理，得出方案；

通過物理矛盾分析，（平衡封隔器向上頂力）應該（增加），以滿足（解封施工效率高）要求 。（平衡封隔器向上頂力）應該（減小），以滿足（封隔器重量減少）要求。

從時間分離、空間分離、條件分離、整體與部分分離到4個方面，從而得出有效方案。

為了進一步接近最終理想解，我們利用金魚法把問題分為現實和幻想兩部分，現實部分是下井工具解封橋塞時上頂飛管、噴油，幻想部分是：解封橋塞時安全解封，利用可以利用的資源分析，又運用[STC算子]展開思維想象，

3.8 針對效應不足的[物場模型]，通過增加新的物和場，滿足提高淺封井解封安全性的要求，

3.9 應用小人法，通過橋塞封隔器解卡的瞬間井內壓力較大，打撈管柱容易被壓力上頂造成飛管的作用不足來構建問題[小人模型]，并增加了新的小人自動泄壓構建模型，如圖6所示。

圖6 小人法

4 橋塞防頂打撈工具的研制與應用

針對起油管橋塞進行解封過程中，當橋塞解封的瞬間，封隔器膠筒收縮后，由于井內有壓力，管柱負荷較低時，橋塞和油管會從井內飛出，油氣出現二次泄露，對人員安全及環境造成嚴重污染，針對這一情況，我們采用預先作用原理、周期作用原理。研制了橋塞防頂打撈器。如圖7所示。

提高淺封井解封安全性技術路線圖對淺封井解封安全性的問題進行分析將以上方案進行匯總，我們通過發散思維，運用TRIZ理論創新工具，得到更加合理的技術方案。對橋塞進行上下調節，從而達到控制管柱上頂，釋放油套環形空間的目的，有效解決了淺封井解封安全性的問題，如圖7所示。

圖7 橋塞防頂打撈器

結語

運用TRIZ理論和工具設計橋塞防頂工具，共運用了16個TRIZ工具，得出36個方案，其中可行性方案22個，專利預案5個，成功解決橋塞防頂的難題。