基于TRIZ理论提高浅封井解封安全性

文/大庆油田有限责任公司 李洪亮 赵增权 张勇 扬义兴 田军

1 背景及意义

Y445-114封隔器主要用于浅封井封堵使用，在解封过程中，由于井内存有一定的压力，在解封瞬间，封隔器伴随油管会从井内瞬间飞出，如图1所示，会对井口操作人员人身安全构成严重威胁，同时从井内喷出的污油污水对井场周边环境造成严重污染，给企业造成巨大损失。目前行业内还没有有效预防和解决措施，所以研制桥塞在解封时防上顶防喷打捞工具，对桥塞封隔器解封时飞管事故的发生具有重要的意义。

图1 桥塞解封功能模型图

2 问题分析

浅封井在封堵过程中，当再次解封时，井内会存在一定的压力，为杜绝飞管事故的发生，首先可建立功能模型图，如图2所示，运用“76个标准解”得出消除有害作用，经过现场评估，无法找到低投入解决桥塞防顶问题的解决方案，继续对井内封堵工具进行分析，井内污油污水和存在的压力是有害的，按照消除有害作用压力与液体的改进措施，并逐条进项分析，最理想方案是使得封隔器在井内实现安全泄压，因此，经过目前现场使用的桥塞解封工具，当桥塞解封时无法控制桥塞和管柱上顶，需研发桥塞防顶打捞工具满足封堵井解封要求。

图2 物场模型图

3 桥塞防顶设计

通过专利检索系统，查找相关专利，仍无法解决起打捞管柱时井内飞管的问题；确定解决目标是“提高浅封井解封的安全性”。

于是运用TRIZ工具进项分析、解决这一问题，首先我们运用九屏图法，确定了当前系统，同时找到了它的子系统和超系统，以及它们的过去和未来，其次运用因果链，通过机、法、环三个方面分析，找到浅封井解封安全性低的原因，如图3所示。

图3 因果链分析

通过系统功能分析，分析组件之间的相互作用关系，对照功能陈述表，构建功能模型，通过功能裁剪解决作用不足的问题，如图4所示。通过资源分析，在系统资源、子系统资源和超系统资源中，对物资、能量、信息、空间、时间、功能六个方面进行分析，运用S曲线进行分析处于成长期，目前油田浅封井解封桥塞作业采用工具通过专利查询，共查得2项实用新型专利，因此判断目前浅封井解封桥塞作业工具处于成长期阶段，有较大的创新空间，如图5所示。

图4 功能分析与裁剪

图5 S曲线分析

运用最终理想解法，我们确定问题的最终理想解是桥塞封隔器自己实现泄压解封。

通过提出问题，确定问题功能，查询科学效应库，找到功能代码控制物体位移F6，筛选并运用效应现象；

通过技术矛盾分析，当在水泥塞下部增加循环泄压阀时，确定要解决的技术矛盾为 TC- 1，发生在（增加桥塞解封的安全性）与（设备变得复杂）之间。得到改善的参数：27.可靠性，恶化的参数：36.设计变复杂，对照阿奇舒勒矛盾矩阵表得到参考创新原理为3个原理，得出方案；

通过物理矛盾分析，（平衡封隔器向上顶力）应该（增加），以满足（解封施工效率高）要求 。（平衡封隔器向上顶力）应该（减小），以满足（封隔器重量减少）要求。

从时间分离、空间分离、条件分离、整体与部分分离到4个方面，从而得出有效方案。

为了进一步接近最终理想解，我们利用金鱼法把问题分为现实和幻想两部分，现实部分是下井工具解封桥塞时上顶飞管、喷油，幻想部分是：解封桥塞时安全解封，利用可以利用的资源分析，又运用[STC算子]展开思维想象，

3.8 针对效应不足的[物场模型]，通过增加新的物和场，满足提高浅封井解封安全性的要求，

3.9 应用小人法，通过桥塞封隔器解卡的瞬间井内压力较大，打捞管柱容易被压力上顶造成飞管的作用不足来构建问题[小人模型]，并增加了新的小人自动泄压构建模型，如图6所示。

图6 小人法

4 桥塞防顶打捞工具的研制与应用

针对起油管桥塞进行解封过程中，当桥塞解封的瞬间，封隔器胶筒收缩后，由于井内有压力，管柱负荷较低时，桥塞和油管会从井内飞出，油气出现二次泄露，对人员安全及环境造成严重污染，针对这一情况，我们采用预先作用原理、周期作用原理。研制了桥塞防顶打捞器。如图7所示。

提高浅封井解封安全性技术路线图对浅封井解封安全性的问题进行分析将以上方案进行汇总，我们通过发散思维，运用TRIZ理论创新工具，得到更加合理的技术方案。对桥塞进行上下调节，从而达到控制管柱上顶，释放油套环形空间的目的，有效解决了浅封井解封安全性的问题，如图7所示。

图7 桥塞防顶打捞器

结语

运用TRIZ理论和工具设计桥塞防顶工具，共运用了16个TRIZ工具，得出36个方案，其中可行性方案22个，专利预案5个，成功解决桥塞防顶的难题。