伸缩扶正器的研制与应用

【摘要】在中国石油安全形势及避免环境污染比较严峻的情况下，务必减少或避免目前所用大套管扶正器带来的井口无控制问题，加工制作″伸缩扶正器″可以顺利通过井口并达到在大套管内起到扶正管串的作用。

【关键词】套管 井喷风险 扶正器 伸缩扶正器 效果

在油田的开发过程中，完井套管尺寸不一，入井工具外径有很大的变化，给施工造成一定的困难或事故；在∮222.44mm套管的井内下入大直径工具往往需要拆井口后才能下入，再套装上井口采油树（或大四通），拆、装井口耗时耗力，井口一旦发生溢流造成不可控制的局面。为改进目前状况，陆上作业区监督站人员加工改进了直径可伸缩的扶正器，其外径在156-210mm之间自由伸缩；在过通径159.42mm的井口大四通时能自由通过，达到在∮222.44mm的套管内扶正打捞工具或生产管柱之目的，经过在T105-1井打捞桥塞、G65-P1井打捞防落物两口井实验效果很好，减少了拆装井口的次数，提高了井控安全系数。

1 目前大套管使用∮210mm刚性扶正器存在诸多弊端和带来的风险

1.1 增加劳动强度

每下一个或再次作业时每起一个∮210mm扶正器都要拆、装一次通径为∮159.42mm套管短节；拆装井口工人劳动强度大；

1.2 延长施工周期

每起一个∮210mm扶正器都要拆、装一次通径为∮159.42mm套管短节，第一次拆装后须进行井口试压；耗时6小时，延长了施工周期；

1.3 掉小件落物

拆装井口时掉小件落物的几率大增，增加了作业难度；

1.4 无控制井喷风险大

拆装井口时无控制风险大，出现井涌现象，有时甚至发生井喷，造成环境污染事故，造成严重的社会影响。

针对上述情况经过分析研究在不拆井口的情况下实现顺利通过后扶正块张开，达到扶正管柱、减小摆动的目的；而张开的力度是制约扶正效果的关键。

2 伸缩扶正器的研制理念

QC小组成员在伸缩扶正器设计方面保持创新思维，坚持以人为本为理念，以安全第一为己任、以提高工作效率为原则。伸缩扶正器的研制目的就是在不拆井口的情况下，下电泵、螺杆泵、防落物及其打捞作业时能顺利随着管柱下到井内，达到扶正效果，在一定程度上不但减轻了工人的劳动强度，同时也降低了拆装井口造成的井控风险；在现场实验发现问题及时改进，达到结构合理、安全可靠。

3 弹力支撑强度计算依据

套管短节内径159.42mm，设计伸缩扶正器本体最大外径156mm.在弹性限度内，扶正块外径达到210mm，一个扶正块三组弹簧的支撑强度300kg时，根据胡克定律得出一支弹簧的弹力F=kX / 3。

（1）管柱摆动2°时：

径向受力（对套管内壁的压缩力）F=轴向力G*sin2°=300Kg*0.0349 ≈10.5Kg ――扶正块不被压缩

（2）井斜达到15°时：径向受力F=轴向力G*sin15°=300Kg*0.2588=77.64Kg：一支弹簧受力25.9kg

――扶正块受此径向力作用下压缩距x=F/k≈1mm，几乎不被压缩变形。

4 使用条件

9 5/8″套管完井深度一般在2600米以内，使用大直径扶正器基本在2000米、斜度在20°以内；从上述数据显示，设计该扶正器符合扶正油水井管柱的需要。

4.1 影响弹簧弹性系数的因素

k为弹性系数，其数值等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力，与其材料，弹簧丝径，弹簧圈的直径，单位长度的匝数及弹簧的原长有关。在其他条件一定时弹簧越长，单位长度的匝数越多，k值越小；温度越低k越大； k取值范围26-32万牛/米。

5 不同井况下方案检验

5.1 现场试验

产品改进后，小组成员决定进入现场应用：有效地解除了施工难题，确保了施工环境安全、同时也提高了工作效率。

5.2 改进后伸缩扶正器的技术特点与使用要求

5.2.1功能

使用安全可靠，解除了施工中井控风险和地面污染；实现不拆井口可达到相应的设计目的。

5.2.2特点

耐压高（试验压力为31.25Mpa），密封性好，承载能力强；扶正块支撑力度适中，一旦压缩腔进入沙子，对应的漏沙孔可脱出，沙子不会沉积。

5.2.3使用

使用方便，把外径156mm的本扶正器与打捞、泵柱提升连接很容易的下入、起出不必拆装油管头，完全符合冀东相关工序的要求，可重复使用。

5.2.4维护

（1）轻拿轻放，配件损者更新。

（2）放置在支架上，每使用一次，从井上入库前务必拆开清洗，把压缩腔内注满黄油；便于下次使用。

6 效果分析

6.1 下新、旧扶正器换装井口产生费用对比

截至2012年12月共实验3井次，平均作业周期由原来的6天降至3.5天，由于未拆井口工人的劳动强度大大降低的同时也避免了井内落物的发生，确保了安全生产，提升了社会效益；实验伸缩扶正器单井可控节约：720225元至300百万。

6.2 实现目标值

该工具方便使用，灵活可靠，将目前能够避免发生事故井的可能性由70%提高到98%以上。施工现场的井控安全和环保方面得到保障，安全作业可靠性达到100% 。

6.3 应用后的经济效益评价

自2011年12月开始研究制作伸缩扶正器以来，提高了相应工序作业施工安全性，提高了工作效率（缩短了工期）；从方案设计到现场试验，都取得了成功。 小组成员在团队精神、质量意识、进取精神、QC工具运用技巧、工作热情干劲和解决问题能力方面分别有了不同程度的提高，为今后的全面质量管理工作创造了良好条件。

6.4 应用后的效果评价

（1）能够解决因下大直径工具拆装井口次数频繁造成的施工困难；降低施工中的井控风险和减少小件落物事故。

（2）经调查目前油田未使用类似工具，此工具在工艺和技术方面有很大的应用和推广空间。

7 制定巩固措施及应用前景分析

（1）把伸缩扶正器的设计资料图纸整理归档。

（2）制定了《伸缩扶正器的使用操作规程》，确保该工具的正确安装与使用。

（3）编写《绳索扶正器的使用说明书》并与质量合格证一同放入包装盒带到施工现场，并对施工人员进行了操作培训，确保该装置的正确使用。

目前该产品已经申请专利，为更好的利用该产品打下来基础。

8 结论

通过成功研制伸缩扶正器，减轻了作业工的劳动强度，避免了无控制井喷风险，减少了环境污染，缩短了占井周期，提高了社会效益，收到了显著效果，超出我们所设定的目标值，圆满达到设计目的。