745-5节流器故障原因与解决方案

2021-12-11 02:13张晓峰
油气·石油与天然气科学 2021年12期
关键词:节流井口弹簧

张晓峰

摘要:本文结合油田生产现状,分析745-5 节流器产生故障的原因,通过较小的技术改进,增大745-5节流器的开启压力和耐压性能,扩大了该工具的应用范围,通过运用于实际生产,取得了良好的效果。

关键词:节流器;故障;验井口;验套;解决;改进;现场应用;效益评价

一、问题提出

745-5节流器(以下均简称为节流器),结构由上接头、调节环、隔环压缩弹簧、中心管、单流阀、阀座接头等组成。原用途是用于分层注水,现主要用于油、水井验井口、验套等施工。

在油、水井作业施工中,验井口、验套施工是必不可少的作业内容,节流器是采油、注水井验井口、验套施工作业中使用最广泛的井下工具,也是决定施工作业成败的关键工具。我厂目前共有油水井840多口,每年作业施工需要验井口、验套使用745-5节流器200多套。因作业施工技术要求变化,验井口施工试压大幅提高后,频繁发生多井次节流器中心管的断脱、变形、封隔器坐封不完全等原因造成验井口、验套作业失败,通过查阅《井下工具使用台帐》、《井下工具回收拆卸记录》等日常工作资料发现:6个月共使用节流器98套,发生故障14井次,节流器使用平均故障率高达14.2%,节流器故障率高已严重影响了采油生产,达不到采油工艺要求。

745-5节流器属于可修复多次使用工具,,平均每套下井重复使用的次数在5次以上。由于重复修复使用次数较多,加之该型号节流器原来是应用于分层注水使用,其阀座开启压力仅为0.7-1.2MPa。为了验证是否因为加起来阀座开启压力低导致作业失败,我们先对封隔器试压30MPa、20MPa、10MPa、8MPa、5MPa,然后测量封隔器的胶筒压缩距离分别为60mm、60mm、60mm、60mm、54mm,由此说明,由于井下情况的特殊性,部分封隔器在节流器开启时还没有完全坐封,从而造成封隔器失效,验套(井口)作业返工。说明节流器开启压力低是造成封隔器坐封不完全,导致施工作业失败的主要原因,因此,提高节流器的开启压力是首先要解决的问题。为了用作验套、验井口施工,将开启压力调节到了5-8MPa,但是在作业现场验套、验井口施工时,400型水泥车压力难以准确控制,试压时瞬间压力超过40MPa(节流器理论承压载荷为30MPa),造成节流器频繁损坏。

经拆检已报废8套节流器发现:其中6套中心管变形而报废,另2套因中心管丝扣断脱发生节流器落井事故。通过对断脱的中心管测量,发现中心管断裂部位壁厚不足2mm。分析认为节流器中心管壁薄、承压强度低是造成节流器报废、中心管断脱事故的主要原因;在作业现场施工易发生封隔器未完全坐封节流器就开启,造成验套、验井口作业失效。为达到验套、验井口施工中封隔器完全坐封后节流器再打开的效果,现有节流器开启压力仅5MPa已无法满足现场需要。

二、工作原理

施工时,在节流器上部联接水力压缩式封隔器、下部联接底部球座,水力压缩式封隔器上部联接油管柱。将联接好的管柱下放到预定高度,从油管柱内打压6~8MPa ,封隔器坐封,液流经节流器中心管的水槽作用单流阀,单流阀压缩弹簧而离开阀座接头,阀门打开,节流器阀头开启,水流进入要检验的管柱,继续打压至35MPa,检验井口、套管是否合格。

三、解决方案:

为解决节流器中心管变形、断脱、开启压力较低等问题,通过对节流器中心管进行测量:中心管外径为73mm、内径为63mm,本体壁厚为5mm,丝扣处壁厚仅2mm;其弹簧外径为18mm。经测量并结合现场作业施工要求反复试验,对节流器进行以下改进改进:

1、将中心管外径改为66mm,内径减少到46mm,两端连接丝扣由2寸半平式油管改为2寸加大油管扣,使其本体壁厚达到10 mm,丝扣处壁厚达到7mm,节流器的承压强度由30MPa提高到40MPa以上。加厚中心管内通径为46mm,与封隔器内通径相同,不影响液流通过;节流器中心管尺寸虽进行改进,但加工工艺不变,工作性能得到大幅提高,可以有效避免节流器断脱、中心管变形等问题,并且为下一步的弹簧改进留下了余地。

2、节流器弹簧由直径18mm增加到22mm,弹簧弹力增加可以使节流器开启压力由5MPa提高到8-10MPa,承压强度由30MPa提高到40MPa以上,确保封隔器完全坐封后节流器开始工作。弹簧直径加粗,但最大外径为113mm,与改进前节流器最大外径一致,最小内径虽然比改进前缩小,但改进的中心管的内径有所缩小,因此,不影响工具组装使用。

节流器结构尺寸虽进行改进,但加工工艺不变,该项改进由生产廠家按要求加工,因此不需要额外增加成本。

四、现场中的应用

1、经济效益

1)节流器中心管及弹簧的改进,可要求生产厂家按要求加工,因此不需要额外增加成本。

2)每年可以减少断脱事故6-8井次,减少验套、验井口作业封隔器失效8井次,按一次打捞作业费用2.1万元平均5-6次打捞成功,每次验套、验井口费用0.7万元计算,可减少作业成本67.5万元;

3)可以减少打捞作业时间每井次5-8天左右,按每口井平均产油1.5吨计算,可累计减少45吨油的损失,按每吨油0.4815万元计算,每年可实现增效21.67万元。

4)中心管加厚可避免作业现场使用时高压造成中心管变形报废问题,使节流器重复修复使用次数提高到每套8-10次,按照每套节流器1138元计算,每年可以多修72套,节约成本8.19万元。

每年共计可以节约97.36万元。

2、社会效益及应用情况

改进后的节流器在工作过程中,可以有效避免节流器断脱、中心管变形、封隔器验套、验井口失效等问题,可提高作业时效、减少油水井站产时间,具有较好的社会效益。截止目前,改进后的745-5节流器全面应用于我厂的验井口验套施工作业中已下井使用400多井次,使用效果良好。

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