节流器的改进与应用

中国化工贸易工艺设China Chemical Trade2014年2月节流器的改进与应用青聪蒋茜杨佳坤牛红倪海涛(中原油田采油五厂,河南濮阳457001)摘要:本文针对老式节流器存在的技术缺陷,从中心管、连接丝扣、压缩弹簧等方面进行了创新设计、硏制,解决了老式节流器在验井口时因节流开启压力低、中心管耐压等级低导致封隔器不易座封及高压下节流器打掉落井等诸多问题。关键词:节流器中心管弹簧概述返工、安全隐患等诸多问题为确保现场施工安全,油田在进行压裂、酸化、挤灰等重大措施都需要更换专用井口并对套管短节、井口采油树试压合格。日前验井口主要使用节流器+Y341封隔器+丝堵管柱,其中,节流器是确保封隔器坐封和泄流的重要工具,井口验漏原理示意图如图1所示。经统计,2010年以来,胡庆油田累计出现验井口施工时封隔器不易坐封和节流器打掉落井8井次,不仅造成了不少经济损失,同时还耽误了正常作业进度。通过对老式节流器存在的技术缺陷进行分析,从中管耐压强度、压缩弹簧等方面进行了改进,解决了老式验井口节流器中心管耐压等级低、节流开启压力低导致不易封隔器座封等诸多难题。图3中心管改进前后壁厚对比节流捂强度计算公式D-中心管外径;P-中心管内壁压σ-中心管拉应力封隔6-中心管壁厚由材料力学第一强度公式得:σ1[σ因此,msa故,在甲心管破裂之前即达到临界应力,随着屮心管外径与壁厚之比的减少,中心管所能承受的压强越大。二、老式节流器结构及原理老式节流器结构这样一来,通过的减少,可以较好的解决油管承压问题,减少老式节流器主要由上接头、调节环、垫环、压簧、中心管、“O”验井口作业返工现象型胶圈、凡尔、水嘴、芯子、凡尔座接头组成通过对新、老中心管打压35MPa,O老=127.75MPa和om=575MPa在相同压力下,明显新中心管的拉应力大大降低,反之亦可推出中心管在到达临界应力时,新中心管能承受的压力更大2中心管丝扣的改进率0上接头;2-调节环;3-垫环;4-压簧;5-中心管;6、7O”型胶圈;8-凡尔;9-水嘴;10-芯子;11-凡尔座接头图2老式验井口节流器结构2.工作原理验井口节流器工作原理:通常与水力压缩式封隔器或扩张式封隔配套使用,当油管加液压时,首先封隔器坐封,继续加压,液压经过水嘴作用在凡尔上,凡尔压缩弹簧,并离开凡尔座,凡尔开启,注入水经油、套环形空间注入地层。调节环的作用是用来调节弹簧的松紧,控制凡尔的开启压力。73mm3老式节流器存在的问题3.1弹簧是易损件,长时间工作,易疲劳、腐蚀断裂而失效图4中心管改进前后丝扣对比32中心管管壁太薄,承压等级过低,也易疲劳、腐蚀断裂而失效;中心管与上下接头是通过丝扣连接来保证的,丝扣连接质量的好33凡尔开启压力过低,导致封隔器还没座封就开启凡尔坏,直接影响到节流器的使用效果。节流器的改进在正常工作状态下,通过丝扣将中心管与接箍拧接在一起。拧中心管的改进以后由于内、外螺中国煤化工导向面上将分别受中心管的改进主要是针对厚度的改进,原中心管管壁较薄,抗拉到力FL和FS的作载荷后,导向面上的强度、耐压等级都较低,容易出现破裂等现象,从而造成验井口作业力FS减小,承载面CNMHGFL也会由于泊松082中国化工贸易 China Chemical Tradewww.chemmedia.com.cn中国化工信息网中国化工贸易2014年2月China Chemical trad■工艺设备效应而略微减小。当拉伸载荷继续增大时,内、外螺纹的导向面逐渐分的内侧点A,切应力为最大值,且离,力Fs变为零,仅承载面受力。当拉伸载荷增大到一定程度后,逐步8fd d可以克服内、外螺纹承载面之间的摩擦力,这时承载面之间就会发生相Imax =t,+tnax d3 2D对滑动进而发生滑脱失效在弹簧不被破坏的情况下,即一定的情况下,D不变,随着弹簧接头的上扣扭矩越大,螺纹的啮合长度就越长,在拉伸载荷作用下,簧丝宽度d的增加,弹簧所承受的载荷随之增加分担载荷的螺纹也就越多,接头就越不容易发生滑脱。增大上扣扭矩对此次,弹簧的改进为将弹簧簧丝的宽度183mm改进为22mm连接强度的影响,主要是通过增大导向面与承载面上的接触压力和摩擦而弹簧圈的平均直径不变。在弹簧不被破坏的情况下,弹簧圈的平均力来实现的。直径不变,随着弹簧簧丝宽度的增加,弹簧所承受的载荷随之增加。此次中心管丝扣的改进,增加了丝扣的扣纹数和丝扣的倾斜角,故经过改进后,新节流器的开启压力由原来的4-5MPa增加到现在的也就是增加了导向面与承载面上的接触压力和摩擦力,从而增加了丝9-12MPa。而验井口封隔器的座封压力一般为8MPa左右,这就能保扣的连接强度。证在封隔器座封的前提下验证井口是否渗漏,减少因封隔器问题导致3弹簧的改进的验井口失败,更好的保证验井口的有效性、高效性节流器使用的弹簧是密圈螺旋弹簧,螺旋弹簧簧丝的轴线是一空1技术参数间螺旋线(如图6a),其应力和变形的精确分析比较复杂,但由于其适用套管内径:51/2″;7螺旋角α很小,便可忽略不计α的影响,认为弹簧簧丝横截面与弹1中心管:外径66mm/内径46mm簧轴线(亦即与F力)在同一平面内,同时,其簧丝横截面的直径d42钢体最大外径:112mm远小于弹簧圈的平均直径D,还可不计簧丝曲率的影响,近似地使用1.3总长度:542mm直杆公式。44开启压力2MPa4.5工作温度:<120ofitts4.6连接方式:丝扣连接Altttttttt四、应用与推广1.实验情况↑↑1t1时间、地点:新型验井口节流器于2013年10月15日在中原油田采油五厂工泵队大院试验1.2使用工具:变扣、加厚短节各一根,试压泵一台、压力表(a)块实验情况图5当新型验井口节流器压力打到10MPa的时候,凡尔压缩弹簧,使以簧丝横截面将弹簧分成两部分,截面以上部分如图6(b)所其离开凡尔座,凡尔开启,注入水经孔道轨迹流出节流器如上所述,可认为F与簧丝横截面在同一平面内。为保持截出部2应用情况分的平衡,要求横截面上有一个与横截面相切的内力系。这个内力系自新型验井口节流器于2013年11月2日在47号站H5-208井试简化成一个通过截面形心的力Fs(即剪力)和一个矩为T的力偶(即验以来,累计共计应用15口井。每一口井均是差不多当压力打到扭矩)。由平衡方程F=F,r=lOMPa的时候,套管出口开始返水,关住套管阀门后,继续打压至与剪力F、对应的切应力,可认为均匀分布于横截面上,即35MPa,井口仍不刺不漏,且停泵10min后,水泥车压力表的压力波F 4F动在0.5MPa以内。有效率100%。五、结论与扭矩T对应的切应力z2,用圆截面直杆扭转公式计算新型节流器可有效实现井口验漏,其接近10MPa左右的开启压T 8FD力可以确定封隔器的顺利座封,保证了井口验漏的正常进行。2.新型验井口节流器设计合理,增加了中心管及压簧等配件的强石和κ2的分布状况已分别表示于图6(c)和(d)中。在横截面的度,减少了各配件的损坏,而且便于维修,使用期更长。任意点上,总的切应力是剪切和扭转两种应力的矢量和。在靠近轴线上接第058页名称RNmm)RNhm)A%)口形貌一样,都是疲劳断裂,而另两个螺栓则是截面积不足以承担所螺栓A118受的力而断裂,由于这种对称性,所以认为是由于安装过程中的两个螺栓B///安装过松,两个安装过紧导致这种对称性的呈现。所以建议在安装螺84栓的过程中使用力矩扳手,以达到受力均匀的情况螺栓C3.由于维修工对抽油机进行保养维护时,一直未对螺栓进行更换螺栓D未考虑到由于螺栓不断受到交变应力所引起的疲劳断裂,建议适当时长螺栓900815期对其进行更换。≥12≥63三、改进措施参考文献1由于这4个螺栓的热处理都有不当的问题,所以怀疑所使用的姚启君金属力学性能试验常用数据手册机械工业出版社螺栓均存在这样的问题,建议对其进行大规模更换,以防止类似事故史美堂金屈材料及热处理技术出版社发生。若不更换,或者因客观原因不能全部更换,应对在用的螺栓外李文成.金厩材料失效分中国煤化工表面进行磁粉检验,对内部进行超声波探伤,打硬度,对个别有问题的螺栓进行解剖。作者简介:高玉奇CNMHG2对4个螺栓的检验,还发现一个问题,就是其中两个螺栓的断www.chemmedia.com.cn中国化工信息网China Chemical Trade中国化工贸易083