摘要：頂驅內防噴閥因受跳動等不均勻載荷常出現斷裂、使用周期短的現象,嚴重影響鉆井連續生產。提出了改進內防噴閥的兩套方案,一是改進已出廠在用的頂驅內防噴閥結構,經兩年多的現場使用未出現斷裂問題,壽命延長數倍;二是提出了新生產制造頂驅內防噴閥的改進方案,該方案可改善內防噴閥的受力狀態,徹底解決易斷裂問題。
關鍵詞:頂驅;防噴閥;問題;措施
水平井、大位移井、深井、復雜地層井的鉆井起下鉆過程中,常出現阻卡、垮塌等各種復雜情況,轉盤驅動有許多局限性,頂驅的出現就解決了這一問題。我國已先后引進數十臺頂驅,來完成高難度井的鉆井工程,獲得顯著的經濟效益,并為鉆井走出國門奠定了堅實的基礎。我們在現場使用過程中,除充分感受了頂驅的優點外,發現頂驅的上、下內防噴閥存在著的斷損壞問題,嚴重影響鉆井施工的正常進行。
1 上、下內防噴閥的作用及結構頂驅的上、下內防噴閥安裝在頂驅主軸下部,上內防噴閥的作用是:在鉆進過程中,卸開鉆桿接頭時,保護水龍帶內的泥漿不流失;一旦發現井涌,立即坐卡瓦,將頂驅與鉆柱對好扣,進行旋扣和緊扣,關閉遙控上內防噴閥,下放頂驅到井口。下內防噴閥的作用是:在井涌時,如果需要使用止回閥或其它井控附件繼續下鉆,則關閉下內防噴閥后,把下內防噴閥從上內防噴閥上卸下,在下內防噴閥的上部接入合適的轉換接頭、止回閥和循環短節,進行正常的井控程序。內防噴閥結構由本體、閥座、閥心及附件組成。在本體安裝閥心的位置,開有控制閥心開、關的兩個孔。開孔位置相對本體來說,是上內防噴閥本體上最薄弱的位置。頂驅下內防噴閥結構由本體、閥座、閥心及附件組成。在本體安裝閥心的位置,開有控制防噴閥開關的一個孔。開孔位置相對本體來說是下內防噴閥本體上最薄弱的位置。
2 造成防噴閥斷裂的因素
目前,上、下內防噴閥在使用過程中普通存在本體斷裂問題,一直困擾著生產商和用戶。引起這一問題的主要因素是跳鉆。正常鉆進過程中,上、下內防噴閥通過轉換接頭連接著井下鉆具,上、下內防噴閥隨著頂驅主軸轉動,帶著井下鉆具轉動,井下鉆具的重量又通過上、下內防噴閥傳遞到頂驅上。當井下發生跳鉆時,振動通過鉆具傳遞給上、下內防噴閥再到頂驅上,使頂驅振動,并導致擺動,頂驅擺動又通過上、下內防噴閥傳遞給鉆具,使振動加劇。上、下內防噴閥安裝閥心的位置,在頂驅主軸上是薄弱的地方,由于劇烈振動,使該處損傷,直至斷裂。
3 采取的措施
針對井下跳鉆等因素導致頂驅振動的問題,為了降低頂驅振動的幅度,在轉盤上安裝了一個橡膠補心,來緩解頂驅的振動。安裝后對保護鉆具、降低因鉆具振動碰打轉盤發出的噪音起了一定的作用,但對降低頂驅振動的幅度效果不明顯。為此,通過增加防噴閥外徑尺寸的辦法來提高防噴閥的強度。選用TDS-3S型頂驅的上內防噴閥,按照圖1的尺寸加工,兩端加工成長8mm、直徑187 mm,用于安裝接頭鎖緊裝置。上內防噴閥起動器外套內徑由Φ187.5 mm,加大到Φ203.7 mm,以實現上內防噴閥開關的遙控功能。以河南油田的頂驅為例:該臺頂驅的上內防噴閥在2001年10月斷裂后,由于訂購的備件沒有到貨,現場僅有一個本體尺寸是Φ203.2 mm長是1 000 mm的上內防噴閥,為保證生產,現場人員把該上內防噴閥經過機加工后代替原頂驅的上內防噴閥,安裝到頂驅上,一直使用至今,在經受住了地層跳鉆、處理井下事故震擊等因素影響后,已使用了20個月。由此可見:頂驅本體尺寸加大后,不僅滿足了生產的需要,而在強度上也得到了加強,并且延長了上內防噴閥的使用壽命,節約了生產成本。
4 對防噴閥改進設想
4.1 上內防噴閥的改進措施
(1)上內防噴閥是由于承受井下鉆的重量并受到震擊等外界因素的影響后,導致斷裂損壞的
解決這一問題的關鍵是在保證上內防噴閥作用的前提下,使防噴閥在工作中不承受井下鉆具的重量并且免受外界因素的影響。最好的措施是在設計制造時,把上內防噴閥從頂驅主軸的下部移到頂驅的上部,安裝在現在沖管的位置上,把沖管總成安裝到上內防噴閥的上部,頂驅提環加長、主軸下部尺寸縮短,但整體尺寸保持不變。這一措施能夠從根本上解決上內防噴閥由于受井下跳鉆等外界因素的影響而斷裂損壞這一技術難題,上內防噴閥還可終身使用,經濟效益非�？捎^。
(2)對已經出廠使用的頂驅,其上內防噴閥只有安裝在原來的位置上,承受著井下鉆的重量,并且要經受井下跳鉆等外界因素的影響。要延長上內防噴閥的使用壽命,只有通過增強上內防噴閥本體強度,增加強度�？紤]到生產成本因素,唯一措施是:加大本體尺寸,即由原來的外徑Φ187mm,加大到Φ203.2 mm,兩端加工成長80 mm、直徑187 mm,用于安裝接頭鎖緊裝置和扶正套,如圖1所示,強度能滿足生產需要,使用壽命是原來上內防噴閥的6倍。
4.2 下內防噴閥的改進措施
下內防噴閥由于它在頂驅中的特殊作用,必須安裝在頂驅主軸下方,以便在井涌時,從頂驅主軸上卸下,再在其上安裝轉換接頭、止回閥和循環短節,進行正常井控程序。解決“下內防噴閥斷裂損壞”這一問題,只有從增強下內防噴閥本體強度上下功夫,增加強度。考慮到生產成本因素,唯一措施是:加大本體尺寸,即由原來的外徑Φ187mm,加大到Φ203.2mm,兩端加工成長80mm、直徑187 mm,用于安裝接頭鎖緊裝置和扶正套。強度除滿足生產需要,使用壽命是原來下內防噴閥的10倍。
具體信息，請見
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