国内外井下作业工具进展及趋势-新.ppt

国内外井下工具研究进展及趋势分析 1 井下常用作业工具 地面配套工具抽油泵及辅助工具封隔器及辅助工具修井打捞工具修井螺杆钻具激光割缝筛管钻磨铣工具套管整形及修复工具 2 第一部分 地面配套工具 3 井口采油 气 树 采油 气 树的作用是控制与调节油 气 合理地进行生产 确保顺利地实施压井 测试 打捞 注液等修井与采油 气 作业 采油 气 树的型号 采油 气 树连接型式分为螺纹式 法兰式和卡箍式三种 法兰式和卡箍式最常用 采油 气 树最大工作压力由其端部或出口连接的最大工作压力决定 4 KQS25 65型采气树 总闸门 套管闸门 生产闸门 清蜡闸门 小四通 大四通 采气树与采油树结构相似 由于天然气和油的物理性质不同 其结构有一定的区别 即所有部件都采用法兰连接 套管闸门 总闸门都成对配置 一个工作一个备用 节流器采用针型阀 而不是用固定孔径油嘴 全部部件经抗硫化氢处理 节流器 针阀 5 胶皮闸门 普通防喷盒 可调光杆防喷盒 6 地面测气工具 卧式气液分离器 7 立式分离器 垫圈流量计U型管内盛水时 适于测 3000m3 d以下气流量U型管内盛水银时 适于测3000m3 d 8000m3 d气流量 临界速度流量计 适用范围 8000m3 d 8 井口控制设备 井口控制部分由自封封井器 半封封井器 全封封井器所组成 井控设备的功能 1 预防井喷 保持井筒内泥浆静液柱压力始终大于地层压力 防止井喷条件的形成 2 及时发现溢流 对油气井进行监测 以便尽早发现井喷预兆 尽早采取控制措施 3 迅速控制井喷 溢流 井涌 井喷发生后 迅速关井 实施压井作业 对油气井重新建立压力控制 4 处理复杂井况 在油气井失控的情况下 进行灭火抢险等处理作业 9 自封封井器 10 双闸板封井器 11 半封闸板 全封闸板 12 环形封井器 球形胶芯 13 控制装置 地面防喷器控制装置 简称液控装置 是控制井口防喷器组及液动节流阀 压井阀的重要设备 是钻井 修井作业中防止井喷不可缺少的装置 液控装置的功用就是预先制备与储存足量的压力油并控制压力油的流动方向 使防喷器得以迅速开关动作 14 防喷器井口安装 15 节流压井管汇 节流压井管汇是控制井内各种流体的流动 或改变流动路线 通过节流阀给井内施加一定回压的一整套专用管汇 是钻井液压防喷器的配套装置 也是控制井喷 平衡钻井工艺和恢复油气井压力的主要设备之一 16 套管头 套管头是连接套管和各种井口装置的部件 用以支持技术套管和油层套管的重力 密封各层套管间的环行空间 为安装防喷器 油管头和采油树等上部井口装置提供过渡连接 并且通过套管头本体上的两个侧口 可以进行补挤水泥 监控井沉和注平衡液等作业 17 方钻杆旋塞阀 旋塞阀分上旋塞和下旋塞 上旋塞阀接头螺纹为左旋 安装在方钻杆上端 下旋塞阀接头连接螺纹为右旋 安装在方钻杆下端 当发生井喷时 一方面用井口防喷器组封闭井口环行空间 同时根据实际情况关闭上旋塞阀或下旋塞阀 阻止井液沿管柱内上窜 以保护水龙带与立管管线 开关轻便 用专用扳手将球阀转轴旋转90度即可开关 18 上卸扣工具 液动油管钳是靠液压系统进行控制和传递动力的上卸油管扣的专用工具 19 液压钳现场应用 20 油管小滑车 21 起吊工具 吊卡是用来起吊并卡住套管 钻杆 油管 抽油杆的专用工具 起下作业时 用吊环将吊卡悬吊在游动滑车上 吊卡再卡住套管 或钻杆 油管 抽油杆 便可以进行起下作业了 吊卡一般为活门吊卡和月牙吊卡两种型式 活门吊卡 月牙吊卡 泵杆吊卡 空心杆卡子 22 吊环 吊环有双臂吊环和单臂吊环 他的作用是与游动滑车大钩相连 下连吊卡便于起下作业 23 吊卡 吊环现场应用 24 地锚 地面管线锚定工具 25 地面管汇连接附件 管汇是用于冲砂 压裂 酸化和堵水等施工时 改变正反循环或交替往井内打入不同液剂 可以不用停泵进行 并有控制高压液流的作用 它由一些高压闸门 油壬 弯头 三通和短节等组成 油壬 120 公弯头 120 母弯头 母三通 90 母弯头 26 活动弯头的两臂是采用两件组成 中间采用高压活动弹子联体进行密封紧密连接在一起 其作用是改变施工管线的连接方向和便于管线的连接 27 抽汲防污染工具 在试油工作中 早期用的抽汲防污染工具一级密封防喷盒 后来发展成两级密封防喷盒 滚轮抽吸防喷盒 液压防喷盒等使抽吸工作更加合理 安全 可靠 目前防污染效果最理想的是液压防喷盒 28 液压防喷盒 液压防喷盒是用于油井试油或抽汲过程中钢丝绳及井口的密封 以防止酸液 原油和水从钢丝绳 井口喷出 污染环境 以改善工作环境条件 减轻工人劳动强度的一种专用工具 工作时靠手压泵产生的压力油经液压管线及控制阀被输送到防喷盒本体内 推进活塞 使密封胶筒产生径向的多级的收缩 对钢丝绳和防喷盒本体同时进行密封 在钢丝绳下放时 手压泵必须回油 使活塞复位 密封胶筒松懈 内孔扩大 钢丝绳在扶正轮扶正状况下可迅速下放 基本参数 工作压力 16MPa最大工作行程 60mm外型尺寸 122 780重量 40 89kg 29 防污染液压防喷盒结构示意图1 轴承压盖 2 扶正轮 3 木螺钉 4 螺杆 5 卡接头 6 螺栓 7 支撑体 8 U形销 9 卡环 10 主体筒 11 护碗 12密封胶柱 13 排污套 14 排污接头 15 密封盘根 16 密封盘根 17 液缸 18 油堵 19 传压接头 20 密封盘根 21 护套 22 复位弹簧 23 活塞 24 下接头 30 抽子头及抽汲胶筒 绳帽卡子 防喷盒 防喷管 排污管 液压管 钢丝绳 31 第二部分 抽油泵及辅助工具 32 抽油泵 有杆抽油泵根据抽油泵的装配和在油管中固定方式可分为管式抽油泵和杆式抽油泵 从用途上又可分为常规泵和特种泵两类 33 管式泵 管式泵一般由泵筒总成 柱塞总成 固定阀固定装置 固定阀及打捞装置组成 管式泵结构简单 成本低 承载能力大 但检泵需要起下全部油管 工作量比杆式泵大 适用于浅井或中深井 管式泵可分为整筒泵和组合泵 整筒泵泵筒的材质一般为铬钼铝 经氮化处理 硬度高 耐磨 耐腐蚀 结构简单 但加工难度大 组合泵泵筒强度高 衬套材质一般为20CrMn 经渗碳或碳氮共渗处理 硬度高 耐磨 衬套短 易加工 但衬套易错位 34 35 36 无杆采油泵 电动潜油泵一般指整套装置 该装置分为井下 地面和电力传送三部分 井下部分主要有多级离心泵 油气分离器 保护器和潜油电机 地面部分主要有变压器 控制柜和井口 电力传送部分是电缆 电动潜油螺杆泵包括 井下机组 井下电缆 电泵井口 控制柜和变压器 37 泄油器 抽油井检泵需要提出抽油泵前必须把油管内油泄掉 这个功能由泄油器完成 目前常用的泄油器有撞击式泄油器 往复式泄油器 挡板式泄油器 滑套式泄油器 70泵挡板式泄油器 撞击式泄油器 挡板式泄油器 38 抽油杆脱卡器 抽油杆扶正器 抽油杆扶正器 抽油杆防脱器 39 第三部分 封隔器及辅助类工具 40 封隔器是在套管里封隔油层的重要工具 它的主要元件是胶皮筒 通过水力或机械的作用 使叫皮筒鼓胀密封油 套管环行空间 把上 下油层分开 达到某种施工目的 封隔器的种类很多 按封隔器封隔件实现密封的方式分为 自封式 压缩式 扩张式 组合式四种 封隔器 41 封隔器型号 42 表 43 支撑压缩式封隔器 该类型封隔器以井底 或卡瓦封隔器和支撑卡瓦 为支点 地面加压一定管柱重力老坐封的封隔器 可进行分层试油 采油 卡水 堵水和酸化等施工作业 主要技术参数 44 Y111 114封隔器的结构示意图1 上接头 2 中心管 3 长胶筒 4 隔环 5 短胶筒 6 盘根 7 承压接头 8 剪断销钉 9 盘根 10 滑动接头 11 下接头等组成 45 该封隔器可防止油管柱的轴向移动 靠下放一定管柱重力坐封封隔器 压缩胶筒 使其直径变大 封隔油 套环行空间 可用于分层试油 卡堵水 浅层酸化压裂 与丢手配合可实现无管柱封层 卡瓦压缩式封隔器 主要技术参数 46 封隔器下井过程中 滑动销钉处于短轨道内 卡瓦上行程被限位 不能接触锥体 无法实现坐封 此时 扶正器摩擦块在弹力作用下 与套管内壁产生摩擦力 维持扶正器与管串同步运行 保持滑动销钉处于短轨道内 达到预定位置时 上提管串一定距离 使滑动销钉进入长轨道 完成转轨 然后 下放管串 锥体迫使卡瓦张开 卡瓦与套管内壁咬合 完成封隔器的支撑 在管柱下压力达到一定值时锥体剪钉被剪断 锥体上行压迫胶筒 使胶筒径向扩径 7 10吨 完成封隔器坐封 解封时 上提管柱 胶筒失去约束缩径 锥体随管柱上行与卡瓦脱离 卡瓦在箍簧及扶正器拉力的共同作用下 解除支撑 完成解封 工作原理 47 Y211 114封隔器结构示意图1 上接头 2 长胶筒 3 中心管 4 隔环 5 短胶筒 6 限位套 7 锥体 8 剪断销钉 9 卡瓦 10 箍簧 11 卡瓦座 12 稳钉 13 扶正座 14 扶正块 15 弹簧 16 滑环销钉 17 滑环 18 轨迹管 19 下接头 48 扩张式封隔器 该封隔器使用时必须与定压单流凡尔同时使用 封隔器工作时 油管内加压 液体通过下接头水眼进入中心管与胶皮筒空间 使胶筒向外扩张 完成坐封 压力达到一定值时 定压单流凡尔打开 形成管柱内与环空的液流通道 由于定压凡尔的阻流作用 管柱内压力永远大于环空压力 封隔器保持密封工作状态 当封隔器内外无压差时 排出内腔液体 胶筒收缩 封隔器解封 可应用于注水 酸化压裂等管串施工 该封隔器结构简单 操作方便 49 K344 110封隔器结构图 475 8 1 上接头 2 盘根 3 胶筒钢碗 4 硫化芯子 5 下接头 6 中心管 50 技术参数 51 Y221型封隔器 用途可用于封层 卡水 压裂 酸化 地层测试等 技术参数 52 Y531型封隔器 用途Y531 115封隔器应用于51 2 套管的压裂施工 坐封方式 投球正憋压 技术参数刚体最大外径 115mm内通径 50mm工具长度 1570mm工作压差 35MPa耐温 150 连接扣形 27 8 TBG 53 Y344型封隔器 用途与定压凡尔配用 可应用于注水 酸化压裂 验串等施工 该封隔器结构简单 操作方便 技术参数 54 Y241型封隔器 用途Y241 114封隔器用于51 2套管的防砂作业 可进行正循环填砂 挤压填砂 全部施工一次管拄完成 具有结构合理 工艺先进 作业方便安全可靠等优点 应用于51 2 套管的压裂施工 技术参数 刚体最大外径 114mm内通径 58mm工具长度 1975mm工作压差 30MPa耐温 150 连接扣形 27 8 TBG封隔器坐封憋压压力 18 20MPa 55 井口试压堵塞器 用途井口试压堵塞器是我公司根据井控要求 针对于大量使用的18 35 28 35型封井器 现场试压使用进行设计攻关而自行研制的一种新型工具 该堵塞器主要应用于封井器与井口设备组装后的整体试压验收 该工具在技术上不但满足封井器试压需要 同时有较好的经济效益和社会效益 主要技术参数 56 丢手工具不能单独使用 需与卡瓦封隔器配合起来使用 丢手工具不能封隔油套环空 下部的封隔器可以单独使用 丢手工具在工作状态下 可维持封隔器的座封负荷 保证封隔器的密封性能 并可实现施工管串与封隔器的脱离 不需要时可以使用专用打捞工具捞取 丢手工具 57 丢手工具结构示意图1 连杆2 丢手接头3 护套4 皮碗压环5 皮碗6 上接头7 卡瓦壳体8 固定销钉9 剪断销钉10 凡尔球11 锥体12 连杆接头13 卡瓦14 卡瓦挡环15 顶丝 58 主要技术参数 59 护罩定压凡尔 护罩定压凡尔一是用于油 气 井的压裂喷砂及酸化挤酸作业 实现油井增产的目的 二是造成节流压差 保证封隔器所需的坐封压力 60 工作原理 非工作状态时 凡尔在弹簧的弹力作用下关闭 工作时 从油管内投球 泵入高压液体 液压经中心管的孔眼作用于凡尔上 推动凡尔和护罩一起压缩弹簧上行 凡尔被打开 液体经凡尔和油 套管环行空间进到地层 多级使用时 在中心管内需加滑套芯子 745 6护罩定压凡尔结构示意图1 上接头 2调节环 3 中心管 4 弹簧 5 凡尔 6 护罩 7 滑套 8 凡尔座 9 下接头 61 技术参数 连接扣型 27 8TBG内通径 55钢体外径 110工具长度 620mm开启压力 0 4MPa工作压力 30MPa适用套管 51 2 以上套管 套压凡尔 套压凡尔用于压裂 酸化等施工管串 可实现施工过程中或施工后的反洗井作业 62 工作原理 油水井内管串的环空压力大于套压凡尔的开启压力时 凡尔上行 使环空与管串间的通道打开 过流 即可实现反洗井作业 套压凡尔结构示意图1 上接头 2 调节环 3 垫环 4 弹簧 5 中心管 6 盘根 7 凡尔 8 盘根 9 压套 10 密封垫 11 下接头 63 水力锚 水力锚主要用于油水井采油 注水 压裂 酸化等作业施工管串中 在液压作用下起锚定管柱 防止油管与套管产生相对位移 多配合无支撑封隔器使用 水力锚结构示意图1 水力锚壳体 2 压环 3 稳钉 4 盘根 5 压簧板 6 内弹簧 7 外弹簧 8 螺钉 64 水力锚技术参数 65 套管刮削器 套管刮削器是用于刮除残留在套管内壁上的水泥块 水泥环 硬蜡 各种盐类结晶或沉淀物 射孔毛刺以及套管锈蚀后所产生的氧化铁等赃物 以便畅通无阻地下入各种井下工具 目的在于提高工具下入和完成作业的成功率 如封隔器坐封成功率高 66 技术参数 67 桥塞用于 油 水井堵水 调层 挤酸 试油等施工中 代替打水泥塞 还可用于自喷井 抽油井的不压井作业施工以及高凝井的防污染施工等措施井中 68 炮眼冲洗器 用途用于射孔后冲洗炮眼 保证孔眼的畅通 技术参数工具总长 1116mm刚体外径 114mm连接扣型 27 8TBG适用套管 51 2 皮碗外径 132mm 69 安全接头 安全接头同管柱一起下入井内 当管柱遇卡或动作失灵可很容易将此接头旋开 收回安全接头以上工具及管柱 再行处理下部管柱和工具 技术参数 70 各种变扣接头 71 扶正器 扶正器是用来扶正管柱的一种工具 可以保证封隔器更好的密封 72 第四部分 修井打捞工具 73 在修井作业中 打捞作业占三分之二以上 而井下落物种类繁多 形态各异 主要有管类落物 杆类落物 绳类落物 井下仪器工具类落物 破损胶皮 卡瓦及磨套铣金属碎屑等 打捞工具就是针对不同落物的特点设计制造的 主要包括打捞筒 打捞矛 公锥 母锥 强磁打捞器 老虎嘴 内钩 外钩 一把抓 捞杯 钢丝刷等 74 可退倒扣捞筒 可退式倒扣捞筒是一种通过落鱼外部并可实现旋转倒扣的打捞工具 在落鱼无法整体捞出时可实现倒扣部分打捞 又可实现脱离落鱼即可退 技术参数 75 73可退倒扣捞筒结构示意图1 上接头 2 释放销钉 3 轨迹套 4 筒体 5 弹簧 6 卡瓦 7 带键套 8 引鞋 76 可退式组合捞筒 用途可退组合捞筒ZLT T系列结构简单 可通过改变卡瓦实现不同直径尺寸落鱼的打捞 打捞施工中 可实现鱼顶冲洗以及打捞后密封洗井 在打捞负荷过大 落鱼无法捞出时可退出打捞 通过更换引鞋可实现在7 95 8 套管内的打捞 技术参数 见下页 77 78 抽油杆打捞筒 抽油杆打捞筒用于打捞油 套管内断落的抽油杆本体 79 套管内抽油杆捞筒结构图 油管内抽油杆捞筒结构图 80 整形打捞筒 用途及特点 整形捞筒用于打捞有一定范围径向变形的管类落物 无须修整鱼顶修捞同时进行 ZXLT 115 73整形捞筒技术参数 适用套管 51 2 改变引鞋可实现大管径内打捞 打捞范围 27 8 TBG最大修整范围 85mm打捞负荷 437KN连接扣型 31 2 TBG 可根据要求改变扣型 81 可退倒扣打捞矛 用途可退倒扣打捞矛用于伸入管内部实现对管类落鱼的打捞 并可实现旋转倒扣 在落鱼无法整体捞出时可实现倒扣部分打捞 又可实现脱离落鱼 技术参数 82 可退接箍打捞矛 用于打捞落鱼顶部为油管接箍或钻杆接箍的落物 在落鱼无法捞取时可通过下压管柱旋转退出打捞 属于对扣捞矛 73油管接箍捞矛结构示意图 83 可退接箍捞矛的技术参数 84 丢手打捞矛 用途专门用于打捞丢手封隔器的专用打捞矛 在落鱼无法捞取时可通过下压管柱旋转退出打捞 技术参数 85 HLM型滑块捞矛 HLM型滑块捞矛用于无需冲洗鱼顶进行落物打捞 落物可在一定上提负荷作用下解卡 滑块捞矛具有可伸入落物腔体的深度大 打捞范围大特点 基本参数 86 公锥 母锥 母锥是一种专门从油管 钻杆等管状落物外壁进行造扣打捞的工具 对于无内孔或内孔堵死的圆柱形落物打捞效果更好 公锥是一种专门从油管 钻杆 套铣管 封隔器等有孔落物的内孔进行造扣打捞的工具 对于带接箍的管类落物打捞成功率较高 87 强磁打捞器 在钻井或修井过程中常由于某些原因把修井工具上的某些小零件掉到井内 影响正常施工作业的进行 强磁打捞器可在120 以下高温井下进行正常打捞作业 操作简单 效率高 88 一把抓 是一种专门用于打捞井底不规则的小件落物 如钢球 凡尔座 螺栓 螺母 刮腊片 钳牙 扳手 胶皮等 的打捞工具 89 老虎嘴用于打捞试井钢丝一类的绳类落物 也可以打捞胶皮 老虎嘴 内钩 外钩 90 捞杯一般用于磨铣施工中捕捞金属碎屑 91 钢丝刷 用于打捞泵套 较短的管状物 中间带眼的胶皮等落物 92 打捞辅助工具 铅印的主要作用是探测鱼顶的形状 有时也用于探测套管变形情况 铅硬度比钢铁小的多 塑性好 在加压状态下钢铁鱼顶与铅体发生挤压 在铅体上印下鱼顶形状的痕迹 这种痕迹称为 铅印 铅印 笔尖 93 第五部分 修井螺杆钻具 94 螺杆钻具 用途广泛用于钻井 修井作业 用泥浆或清水等高压液体驱动马达 带动钻头或磨铣工具钻井 造斜 钻开水泥塞 树脂塞及其它堵塞物 磨铣落物或在套管上开窗侧钻 特点1 工作中钻头旋转 管柱不旋转 减少磨阻 2 采用多马达 实现较低的转速和较的扭矩输出 3 输出部分采用组合密封技术 密封可靠 运转效率高 确保轴承及输出轴良好工作 4 改革了传统的联轴节部分 柔性杆传动提高钻具可靠性 缩短钻具长度 5 旁通阀采用悬球式结构 使其在任何介质中开启灵活 95 技术参数 96 第六部分 不锈钢绕丝筛管及激光割缝筛管 97 激光割缝筛管 我公司引进德国生产的激光割缝设备可根