井口液压防喷举升装置的研制与应用

曹治军

（北方斯伦贝谢油田技术（西安）有限公司，西安 710065）

在油田采油测试中，测井所用的井下资料必须借助井口防喷密封装置来完成[1]。在配注压力较高的情况下测试时，必须增加加重杆的长度，以防喷管的长度也相应增加。工人站在操作平台上操作时会引起防喷管左右摇摆，因此在测试过程中还需操作工人站立在防喷管操作平台上用扳手拧紧压帽，以减小防喷溢流，导致工作的危险性大大增加[2]。另外，有些采油平台场地空间狭小、井间距较小，且测井和试井的地面设备难以运输，安装与拆卸费时费力，大大增加了施工作业的难度，致使常规的攀爬式人工举升防喷管已无法胜任此类工况的测试需要[3]。目前，大都采用吊车协助防喷密封装置来完成作业测试。这种方式所配备的人员设备较多，成本费用高，且安装与拆卸费时、费力，特别是对操作范围狭小、井间距较小、地面测试设备难以运输的井场，选用吊车作业给操作工人带来了诸多不便[4]。

针对上述问题，研制了一种安全程度高、便于携带及操作的井口液压防喷举升装置，以解决现有人工举升防喷管费时、费力、测试场地环境较差、空间范围狭小、地面测试设备难以运输以及现场人员操作不便利等问题。该装置具有结构简单、质量较轻、携带方便、安全性高等特点，特别是在测试井作业中的场地环境差、空间范围狭小的地方具有极大的优势，拥有较好的市场前景和良好的经济效益。

1 技术分析

1.1 装置结构

液压防喷举升装置结构示意图如图1所示，主要由采油树1、井口短接2、锥面密封组件3、升降套4、由壬组件5、防喷管6、缸体/活塞组件7、电动泵组件8、举升支架9和地面支撑组件10等组成。其中：井口短接、锥面密封组件和升降套依次连接，举升支架、升降套和缸体/活塞组件采用销钉连接，举升支架套装在井口短接台阶处且用手轮固定，井口短接安装在采油树上，地面支撑组件与举升支架铰链连接，电动泵组件与缸体/活塞组件螺纹密封连接。

1.2 工作原理

该装置利用便携式电动泵提供动力源，向缸体/活塞组件注入液压油后，活塞伸长，通过举升支架和缸体/活塞结构的协调动作实现防喷管的举升功能。待防喷管直立后，电动泵进入保压状态，锥面密封组件与井口短接自动对接并扶正，通过调整由壬接头的行程，最终实现防喷管的对接、扶正、密封功能。待测试作业完毕后，在防喷管自重的作用下，电动泵泄压、液压油回流、活塞杆缩短并缓慢下降，从而完成防喷管的倾倒功能。

1.3 技术参数

液压防喷举升装置的材质主要为TC4钛合金，防喷管容纳仪器的长度为6 m，外径小于46 mm，4 m防喷管的最大举升质量为100 kg，6 m防喷管的最大举升质量为60 kg，连接扣型为2-7/8 TBG，适用环境为水井或油气井，举升动力源为电动泵。

2 关键部件设计

2.1 防喷管的举升能力设计

容纳仪器的质量和长度决定了防喷管的举升能力，是整个液压防喷举升装置设计的核心之一。考虑到人工搬抬举升支架不能过重，该装置选用12 mm厚的TC4钛合金板材焊接而成，既保证了足够的强度，又降低了使用质量。另外，考虑到电动泵排量限制和现场的工况，维持系统结构平衡所需压力也不能过大。防喷管的力学模型简图如图2所示，防喷管1和防喷管2通过由壬接箍连接，通过缸体/活塞的伸缩可使防喷管绕绞轴A作旋转运动，从而实现防喷管液压举升功能。具体结构设计参数如下。

防喷管1的长度L1=4 000 mm，质量G1=40 kg；防喷管2的长度L2=2 000 mm，质量G2=20 kg；防喷管1和防喷管2的外径D=80 mm，内径d=60 mm，弹性模量E=211 GPa，屈服强度σs=725 MPa；作用在防喷管2右端的质量G3=20 kg，力臂L3=100 mm，支撑跨距L4=1 000 mm。

取活塞直径d=50 mm时，根据力矩平衡原理，维持系统结构平衡所需压强P1为：

计算可得：P1=21 MPa。

防喷管属于悬臂梁弯曲，根据弯曲变形理论，防喷管的最大弯曲强度σmax为：

计算可得：σmax=145 MPa。

根据力矩平衡原理和弯曲变形理论[5]，经过以上设计参数选型计算，维持系统结构平衡所需压强为21 MPa，防喷管的最大弯曲强度87.4 MPa远小于防喷管的弯曲极限强度145 MPa。可见，该装置的设计选型参数合理，结构可靠。

2.2 现场操作规程

使用液压防喷举升装置时，要先将井口短接与采油树螺纹密封连接，然后将液压防喷举升装置安装在井口短接上。安装防喷管，再将连接好的测试仪器串安装入防喷管内，在防喷管的上端安装防喷头，然后连接好相应的管线，并启动电动泵组件，通过举升支架和缸体/活塞组件的协调运动完成防喷管的举升。待防喷管直立时，电动泵组件停止工作，并进入保压状态，然后调节由壬接头，确保锥面密封组件与井口短接可靠密封。之后打开井口阀门，滑轮组配合电缆传输下放仪器串到达指定目标层位后，便可开始测试作业。待仪器测试完毕后，再反向进行上述过程，将各部件拆装，以便保管和运输。

3 现场应用

该井口液压防喷举升装置在大庆钻探工程公司测井公司进行了现场试验，且在扶余和新民地区搭配集成式五参数测井仪器中进行了5口井次的现场试验。结果显示，完成一次液压防喷举升装置和下井仪器的安装和拆除综合时检大约2 h。现场试验的基本参数如表1所示。随后，该装置在全国各大油田推广使用，迄今使用次数上千井次。

表1 现场试验的基本参数

4 结论

（1）井口液压防喷举升装置的研制及应用，避免了测试人员站立在采油树上安装防喷管的情况，降低了工人的劳动强度，提高了测试安全性和施工效率。

（2）该装置具有结构简单、质量较轻、便于操作、安全可靠性高等优点，适用井场小、雨季吊车无法进入、吊车设备不充足的情况。

（3）通过使用该装置，节约了成本费用，减轻了工人的劳动强度，特别是在测试井作业中的场地环境差、空间范围狭小的地方具有极大的优势，拥有较好的市场前景和良好的经济效益。