連續油管滾筒旋轉密封總成拆裝工具的設計與應用

張 乾，宋 文，羅明望，耿 滕，滕俊男，楊 志，黃利超

（中國石油渤海鉆探工程公司井下技術服務分公司，天津 300283）

連續油管滾筒旋轉密封總成（以下簡稱“旋轉密封總成”）是將滾筒內、外部管匯連接，且又滿足滾筒旋轉功能的關鍵裝置。在連續油管作業過程中，泵注流體必須經過旋轉密封總成才能進入連續油管作用于目的井段。由于工作液中含有雜質、且具有一定的腐蝕性，作業過程中易造成旋轉密封總成刺漏污染環境，降低施工效率。

以維護保養旋轉密封總成為例，常規修理方式是從滾筒軸承中將旋轉密封拔出，其次用頂絲將旋轉密封總成中的軸承頂出，對內部空間進行清理，更換密封填料及墊片等。但是，旋轉密封總成與滾筒軸承內部易發生銹蝕，導致旋轉密封總成很難從滾筒軸承套中拔出。如果對其進行維護保養，需要先將滾筒從現場托運回基地，將滾筒上纏繞的連續油管倒到備用滾筒上，消除作用在旋轉密封總成上的負荷，避免拆卸過程中發生機械傷人事故；其次，將滾筒上旋轉密封總成對應一側的液壓馬達拆下，以及連接在旋轉密封總成上的滾筒內、外部管匯拆除，用吊車吊住旋轉密封總成，作業人員配合保持旋轉密封總成平衡，用長鐵棍從液壓馬達另一側捅入至旋轉密封總成，敲擊鐵棍裸露端，將旋轉密封總成緩慢捅出，脫離滾筒體，對其進行維護保養。

1 設計思路

由于旋轉密封總成（如圖1所示）為金屬材質、體積大、結構復雜，且旋轉密封總成內、外部由管匯（如圖2所示）連接，在常規的拆裝維護保養過程中，依靠人力配合吊車很難保證旋轉密封總成平穩拔出。常規維護保養旋轉密封總成不僅耗費大量人力、物力、財力，且存在較大安全隱患。因此，本文設計出一種結構簡單、安裝方便、便于操作的旋轉密封總成拆裝工具，提高工作效率，降低作業安全風險。

圖1 旋轉密封總成及軸承套

圖2 旋轉密封總成一側

1.1 “平衡移動”原理

旋轉密封總成與滾筒體之間的裝配間隙非常小，由于銹蝕、拔出力不平衡等原因，在將其拔出的過程中，容易發生偏磨而導致其卡死，需要將其敲擊回位，建立平衡，再次拉拔，直至將其從滾筒體軸承套內拉出。旋轉密封總成無法順利拔出的主要原因是其在拔出過程中發生了失去了平衡，運用“平衡移動”原理，設計了一個大套筒（以下稱“外套筒”，如圖3所示），外套筒底部端面與滾筒體緊密貼合，保證旋轉密封總成平直引出不偏磨，并將其收納至外套筒內。

圖3 外套筒

1.2 “作用力與反作用力”原理

外套筒可以保證旋轉密封接頭總成從滾筒體中拔出過程中保持平衡，在操作過程中不發生外套筒滑動。如果要將其拔出，還需要設計一個拉拔裝置，借助外套筒提供一個反向作用力，實現將旋轉密封總成拉出或壓入滾筒體軸承套。根據“作用力與反作用力”原理，在外套筒內部設計一個內套筒（以下稱“鎖套”），利用原有的頂絲螺栓孔將鎖套固定在旋轉密封接頭總成上，再通過旋轉設計的連接絲杠提供一個反向作用力，實現將旋轉密封總成從滾筒體軸承套中拔出或擠入。鎖套與連接絲杠如圖4所示。

圖4 鎖套與連接絲杠

根據上述設計思路，將外套筒、鎖套、連接絲杠和扳手等進行組合，形成了旋轉密封總成專用拆裝工具，如圖5所示。

圖5 旋轉密封總成拆裝工具

2 實施方法

根據設計思路，設計出如圖5所示旋轉密封接頭總成專用拆裝工具（以下簡稱“拆裝工具”），主要包括外套筒、鎖套、連接絲杠和扳手四大部分，將拆裝工具安裝至滾筒體上，通過旋轉扳手調整大螺母在連接絲杠上的行程，便可實現對旋轉密封總成拆卸與安裝。

2.1 拆裝工具安裝

借助滾筒體上的四個頂絲孔，用小螺栓與頂絲孔連接，將鎖套連同連接絲杠一起與滾筒體固定為一體，再將外套筒通過連接絲杠安裝至滾筒體上，旋入大螺母，直至外套筒底部端面與滾筒體完全貼合，再將大螺母旋入連接絲杠，便完成了對專用拆裝工具的安裝。

2.2 旋轉密封總成拆卸與安裝

將拆裝工具安裝固定好后，將大螺母旋入至外套筒底部端面與滾筒體完全貼合，用扳手旋轉連接絲杠上的大螺母，大螺母沿連接絲杠旋入或旋出，實現對旋轉密封總成的拔出或擠入。

旋轉密封總成拆下后，借助導鏈將其緩慢下放至地面，取下扳手，將大螺母從連接絲杠上旋出，取下大套筒；再將鎖套上的四個固定螺栓卸松取下，將鎖套連同連接絲杠一同取下，便完成了對旋轉密封總成的拆卸。接下來便可對旋轉密封總成進行維護保養。旋轉密封總成維護保養完成后，按照2.1組裝順序將專用拆裝工具組裝完成，將連接絲杠調至旋轉密封總成收納進大套筒內，借助導鏈將組裝后的旋轉密封總成升至滾筒體軸承套處，即實現對旋轉密封總成的組裝。

3 拆裝工具的應用

某井連續油管施工過程中，旋轉密封總成失效，漏失嚴重，被迫停止作業。現場施工人員利用新研制的專用拆裝工具對旋轉密封總成進行拆裝修理工作，整個修理過程僅3名作業人員，用時3h，就完成了對旋轉密封總成拆卸、維護保養和組裝工作，恢復正常施工。如圖6所示為現場作業人員采用專用拆裝工具拆裝旋轉密封總成。

圖6 旋轉密封總成拆裝工具

通過對公司現有9 套連續油管作業設備在各市場的施工情況統計，旋轉密封總成拆裝工具已在所有作業設備進行配備應用，現場應用情況見表1。該拆裝工具應用后，無需將連續油管滾筒托運回基地將滾筒上纏繞的連續油管倒掉再維護保養，消除了吊裝作業和道路運輸過程中存在的安全風險；同時無需將滾筒上纏繞的連續油管倒到備用滾筒上，大幅縮短了維護保養周期，減少了施工現場等停。

表1 現場應用情況

現場應用表明，常規方法維護保養旋轉密封總成作業時間長，且由于需要吊裝和運輸等作業，需要參與作業的人員多，同時產生了較高的作業費用；采用專用拆裝工具對旋轉密封總成進行維護保養作業，作業時間大幅縮短，作業效率提高約22倍，減少了施工現場的等停時間，且不會造成作業成本的增加，維護保養作業實現省時、省力、省錢，而且更加安全、高效。

4 結論

（1）通過調整設計的專用拆裝工具的外形尺寸參數，就可以實現對不同型號滾筒旋轉密封總成的拆裝。

（2）設計的專用拆裝工具結構簡單、安裝方便、便于操作，可在現場直接進行拆裝修理，極大提高了工作效率，降低了拆裝過程中存在的安全風險。

（3）建議采用設計的專用拆裝工具定期對旋轉密封總成進行維護保養，及時更換旋轉密封總成內損壞的密封元件，修復偏磨的軸承套，調整裝配間隙，消除作業過程中旋轉密封總成失效帶來的安全環保隱患，減少施工等停。