新型防顶打捞工具设计及应用

王发元，高栋梁，韩兵奇，常发旺，韩正伟

(中国石油大学(华东) 机电装备教学实习总厂，山东 东营 257061)

油田生产中的电泵分层采油或电泵井防砂工艺中，由防顶卡瓦和Y211、Y221 等封隔器组成的封层丢手管柱及由防砂管组成的防砂丢手管柱，在起下油管作业时，难免会有电缆卡子和电缆护皮落井，沉积在防顶卡瓦内锥体上，在打捞防顶封层或防砂管柱时，打捞十分困难。鉴于此，对防顶打捞技术进行了分析研究，力图简化作业过程，提高作业效率。

1 问题分析

1.1 作业工艺

常规工具打捞的一般作法是首选用对扣捞矛打捞，捞不上时再用公锥造扣打捞。

电泵井封隔器释放解卡过程中，用对扣捞矛捞获防顶内锥体时，不能限位锁紧，在活动解卡时，内锥体可能再次下移张开卡瓦牙，不利于封隔器的解卡。

公锥造扣打捞有两种方法:一是长尖公锥，造扣打捞防顶内锥体，如果防顶上方有电缆卡子或电缆护皮沉积，造扣打捞将十分困难;二是长尖公锥打捞不成功时，则采用秃头短公锥，造扣打捞防顶上部内腔。公锥造扣打捞是打捞电泵防顶的有效手段，但是由于公锥造扣打捞时费时、费力、易损伤油管、工人劳动强度大，不到万不得已不采用此方法打捞，且公锥造扣在多次活动解卡时，会经常脱钻。

1.2 工具结构

1)对扣捞爪与胀管均为圆形结构，对扣时为360°圆周与防顶内锥体螺纹咬合，如果内锥体上部有落物沉积，将很难成功捞获;

2)对扣捞矛只有一级对扣，在对丢手管住进行解卡时难以保证工具与内锥体不再次脱扣，造成防顶卡瓦再次坐封;

3)公锥在打捞时，如需倒扣作业，可能会造成多段管柱的松扣，出现落鱼丝扣倒散现象，形成多鱼顶，增加打捞次数，加大工人劳动强度。

2 防顶打捞工具

2.1 打捞作业要求

1)工具捞到落鱼后解卡不脱扣;

2)打捞工具强度高，不断脱;

3)打捞作业必须操作简便，不损伤油套管;

4)打捞作业不受小落物的影响;

5)尽量减少环境污染，节能减排。

2.2 打捞工具设计

2.2.1 选材

由打捞作业要求可知，打捞作业工具体宜选用中碳钢，既有一定的硬度，能保证打捞牙在打捞过程中不变形，不松脱;又有一定的韧性和较高的强度，保证打捞作业顺利进行。捞矛牙可采用低碳钢或低碳合金钢渗碳处理，提高表面硬度，保留内部韧性，提高捞矛牙的综合性能。

在调质状态下，45 钢和40Cr 与GCr15 对磨时的摩擦因数基本相同，但45 钢的磨损量要小于40Cr，而强度相当，因此，在工件形状不太复杂的情况下采用45 钢。在淬火加低温回火处理状态下，45 钢的摩擦因数和磨损量均高于40Cr，在强调工件耐磨性时，宜选用40Cr;在高频淬火加低温回火处理和在离子氮化处理状态下，45 钢的摩擦因数与磨损量均接近40Cr 的摩擦因数与磨损量，在保证强度的情况下，可考虑采用45 钢以降低生产成本［1］。

该打捞工具的结构设计中，下级对扣螺纹牙采用40Cr 合金钢调质处理，既为了保证刚性和强度，也保证了调质工件的形变;上级内腔打捞牙采用20Cr 渗碳淬火处理，提高打捞牙的硬度，有利于防顶卡瓦内腔的打捞和卡紧，其余部件采用45#钢调质处理。

2.2 结构

新型防顶打捞工具主要由外套、二级胀管、活塞、内腔打捞牙、扁对扣牙等组成，如图1 所示。该工具采用两级组合捞矛结构设计，下级为内锥体螺纹打捞头，上级为防顶内腔液压捞矛。下级打捞头采用扁形结构设计［2］，可以更好的进入内锥体内部进行对扣;二级胀管有变径通道，可进行冲洗和投球打压作业，打压后可完成油管内的自泄油功能，避免造成地面环境污染。

2.3 操作原理

利用下级扁对扣牙与防顶卡瓦内锥体撞击对扣，上级内腔打捞牙打压胀开咬紧落鱼内腔的原理以实现二级分步打捞。

1)下级对扣打捞

下放工具至防顶卡瓦进入打捞腔，打捞头与防顶卡瓦内锥体咬合，管柱内加压上提，内锥体上移，卡瓦牙收缩，防顶卡瓦解卡。

2)上级液压打捞

当防顶卡瓦底部封隔器需要大力活动解卡时，向油管内投Ф28 mm 钢球，与二级胀管内部台阶形成密封副，当悬重不小于打捞管柱自重时，由地面打液压，滑动套被迫下移，推动上级内腔打捞牙，剪断剪钉，内腔打捞牙与二级胀管配合卡紧防顶内腔，实现上级打捞，同时打开自泄油通道，此时可大力活动解卡，从而捞出全部防顶封层管柱或防砂管柱，完成打捞作业。

2.4 主要技术参数

防顶打捞工具主要技术参数见表1。

表1 防顶打捞工具主要技术参数

3 操作方法

3.1 下级对扣打捞

1)下放工具至防顶卡瓦上部2 ～3 m;

2)水泥车打压冲洗防顶卡瓦上部泥沙;

3)冲洗同时下放工具，使得工具锥体打捞头进入防顶卡瓦打捞腔内;

4)下放管柱加压上提，观察悬重表变化，确认是否打捞成功，打捞成功上提;

5)若未打捞上，正转管柱90°，重新下放加压上提，观察悬重表，确认打捞成功;

6)停水泥车，上提管柱至井口，完成工具初级对防顶卡瓦打捞。

3.2 上级液压打捞

1)在遇需要打捞防顶封层管柱或防砂管柱时，下级对扣打捞完成，继续下放工具，使得内腔打捞牙进入落鱼管柱内;

2)向油管内投Ф28 mm 钢球;

3)观察悬重表，悬重大于打捞管柱自重时，水泥车打压;

4)观察悬重表变化，悬重降低，说明自泄油道打开;

5)上提管柱至井口，实现两级打捞，打捞出防顶封层管柱或防砂管柱。

4 注意事项

1)工具在使用前，检查工具各部件是否连接牢固;

2)工具在使用过程中，应边开泵冲洗，边缓慢下放工具。至落鱼后如无法对接，应旋转工具以便使其头部调整在可与落鱼连接的适当位置，切勿用工具硬撞落鱼。在确定一级打捞无法实现，应拆除一级捞头或明确工具一级打捞头部与防顶卡瓦锥体端面碰撞后，方可投球打压使二级卡瓦牙有效的咬住落鱼上接头内壁以确保打捞成功［3，4］;

3)工具在使用后，应拆开检查各部件是否有损伤;如有应及时维修或更换;在确定各部件完好的情况下，应先用煤油清洗后重新组装;

4)工具存放时，注意涂油防锈。

5 主要技术特点

5.1 前级扁对扣牙设计

当打捞遇到工具上有电缆卡子和电缆护皮沉积时，传统对扣捞矛对螺纹打捞无法与防顶内锥体螺纹撞击对螺纹，无法旋进对螺纹;新型防顶打捞矛，前级内锥体捞头采用扁形结构设计，可以顺利的拨开防顶及内锥体上的电缆卡子，避开电潜泵机组电缆护皮，在撞击对螺纹不成功时，可旋转对螺纹，与内锥体螺纹部分咬合，捞获内锥体。解决了传统对扣捞矛打捞时的对螺纹的空转问题，提高了井下作业的工作效率，降低了现场工人劳动强度。

5.2 后级液压捞矛结构设计

后级液压捞矛增大了工具抗拉力，提高了安全使用性能，也是为了大力活动解卡操作的需要。因为在防顶卡瓦连接的底部封隔器解封解卡过程中，经常需要大力活动解卡操作，为了此操作不至于扭坏下级扁形捞矛设计而设计了后级液压再次打捞。同时，后级再次打捞是在前级打捞成功解除防顶锚定后而实施的，前后级两点卡紧，相对固定，活动解卡时，防顶卡瓦不会再次张开，方便管柱解卡。后级液压打捞可完全代替公锥造螺纹，替代了公锥造螺纹打捞过程中的不足和缺陷。

6 现场应用

1)2011 年7 月16 日，现12-08 井砂堵严重，在用有专用防顶对扣捞矛和公锥无法成功打捞情况下，拆除了内锥体打捞头，实施后级液压打捞，将井内防顶卡瓦及卡封管柱全部顺利捞出;

2)2012 年3 月9 日，在胜利油田辛6-31 井，防顶放置几年，进行过多次检电泵作业，打铅印后得知防顶上有电缆卡子，新型防顶捞矛下井后一次成功捞出防顶及卡封管柱，提出的防顶内腔有较长的电缆卡子。

通过以上两口井的现场使用，新型防顶打捞工具的优越性得到了实践验证，内锥体打捞头能有效方便地避开电缆卡子和电缆护皮捞获防顶内锥体，并成功解卡。

7 结论

新型防顶打捞工具采用两级组合捞矛结构设计，下级为内锥体螺纹打捞头，上级为防顶内腔液压捞矛，既可单级使用，亦可组合操作;能有效避开沉积在内锥体上的电缆卡子和电缆护皮，投球打压后，可实现后级内腔打捞，操作简单、安全可靠，并实现了自泄油，防止提喷管。试验表明，该工具能顺利完成对有落物沉积管柱的打捞，提高了一次作业成功率，降低了工人劳动强度。

［1］ 傅璞.40Cr 热处理工艺及其组织与性能［J］.机械工程与自动化，2005，132(5):110-114.

［2］ 孟少农.机械加工工艺手册［M］.北京:机械工业出版社，1991.

［3］ 王新纯.井下作业施工工艺技术［M］.北京:石油工业出版社，2005.

［4］ 万仁溥，罗英俊.采油技术手册［M］.北京:石油工业出版社，1993.