石油大学采油工程 第9章油水井维修及事故处理

第9章油水井维修及事故处理第9章油水井维修及事故处理9.1修井设备与工具9.2油井小修9.3油井大修思考题第9章油水井维修及事故处理9.1修井设备与工具9.2油井小修9.3油井大修第9章油水井维修在生产过程中，油、水井经常会发生一些故障，如不及时修理和排除，就会导致井的停产或报废。修井就是为恢复井的正常生产而进行的一系列维修和解除故障的工作。修井的目的和任务就是恢复井的正常生产，提高井的生产时率和利用率，以最大限度地增加井的产量。9.1修井设备与工具修井作业的设备和工具比较多，本节对一般常用的工具和设备作一简述。其详细规范、技术性能等可参阅《采油技术手册》。一般按设备的性能和用途，可分为动力设备、起下设备、旋转设备、循环设备、井口装置及工具等。9.1.1动力设备动力设备主要有通井机和修井机两种类型。它们都是在拖拉机或汽车上安装一部绞车，利用发动机带动绞车滚筒转动，通过钢丝绳把动力传递给提升系统。对于日常修井作业，采用修井机较好，它自带提升设备转盘和泵(这是与通井机的主要区别)，机动性能强，功率大,施工方便，有利于实现机械化操作。而通井机多用于地形比较复杂的井。（1）通井机。通井机是目前各油田修井作业中最常用的一种动力设备，它的作用是用于起下油管、钻杆（抽油杆）以及井下打捞、抽汲等施工作业，是一种履带自行式拖拉机型的修井动力设备（一般不带井架）。其越野性能好，适用于低洼地带。但它的缺点是行走速度慢，不适应快速转移施工的要求。常用的通井机型号有兰州通用机械厂制造的红旗-100型鞍山红旗拖拉机制造厂制造的AT-10型、青海拖拉机制造厂制造的XT-12型、XT-15型等。AT-10型、XT-12型、XT-15型通井机与红旗-100型通井机比较,具有启动方便（电启动）功率大、制动性能好、操作省力等优点，适用于中、深井作业。AT-10型通井机的外形如图9-1所示。（2）修井机。修井机是修井施工中最基本、最主要的动力来源，它的作用是起下管（杆）柱及井下工具，完成提捞、抽汲和打捞等任务，是一种轮胎式自带井架的修井设备。它行走方便，安装简单，适用于快速搬迁施工作业，其缺点是低洼、泥泞地带、雨季翻浆季节行走和进入井场相对受限制。各油田使用的修井机类型较多，有的型号已被逐渐淘汰。目前使用较多的有W65B型、XJ350型、XJ250型、XJ450型、XJ80型、XJ-6501型、XJ-120型、XJ40型、LJ-350型、WILLSON42B-500型等。外形如图9-2所示。9.1.2起下设备起下设备由井架和提升系统组成。提升系统由游动系统(包括天车．游动滑车、大钩、钢丝绳)和吊环、吊卡组成。（1）井架。井架是用来支持游动系统，进行起下作业的设备。在井下作业过程中，井架的用途主要是装置天车，支撑整个提升设备，以便悬吊井下设备、工具和进行各种起下作业，有的井架还可以将油管（或钻杆）立放或立柱式排放。一般修井时均采用固定式轻便井架或修井机自带各种类型的井架，特殊的大修作业时，需使用钻井井架。井架的种类很多，分类的方法也有所不同。从井架的可移动性来分，有固定式井架和可移动式井架；从结构特点来分，有桅杆式（即单腿式）、两腿式、三腿式和四腿式几种;从井架的高度来分，固定式井架又可分为18m、24m、29m等几种井架。目前在井下作业中，常用的固定式井架有BJ-18型、BJ-19型和JJ-80-18型等。由于固定式井架的利用率低，转移及立放工作需要靠其它设备来完成，不够经济，国内外都在逐渐用可移动式井架来取而代之。可移动式井架的优点是机动性强，利用率高，并且不需要专门的安装队来安装和拆除。因此，可移式井架得到了广泛应用。图9-3天车结构示意图（2）天车。天车安装在井架顶部最高处（故称天车），是游动系统的固定部件，通过钢丝绳与游动滑车构成游动系统，以完成悬吊与起下作业。由一组定滑轮、天车轴、天车架及轴承等主要零件组成，如图9-3所示。目前常用的天车有3~8轮，同装在一根天车轴上，排成一行。负荷在294~490kN，轮径有432mm、460mm、525mm和567mm四种，适用的钢丝绳直径为18.5~26mm。（3）游动滑车。游动滑车通过钢丝绳与天车组成游动系统，使从绞车滚筒钢丝绳来的拉力变为井下管柱上升或下放的动力，并有减轻动力设备的负荷的作用。由一组滑轮组成（一般滑轮的数目为3~4个），同装在一根游车轴上,排成一列，如图9-4所示,起重量为300~1176kN，本身重量为290~1000kg，适用的钢丝绳直径为18.5~22mm。为了保证修井施工能够安全、优质、快速地进行，选用要适当，不能超负荷作业。施工作业前要对各机械部件详细检查，经常维修保养。（4）大钩。大钩的作用是悬吊井内管柱，实现起下作业。主要由钩身、钩座及提环组成，DG-130大钩如图9-5所示。目前在现场上使用的主要图9-4游动滑车结构示意图图9-5大钩的结构是三钩式大钩，即有一个主钩和两个侧钩。主钩用于悬挂水龙头，两个侧钩用于悬挂吊环。三钩式大钩和游动滑车组合在一起构成组合式大钩（也称游车大钩）。组合式大钩的主要优点是可减少单独式游动滑车和大钩在井架内所占的空间，当采用轻便井架时，组合式大钩更具优越性。（5）钢丝绳。钢丝绳的主要用途是通过天车把绞车、游动滑车连在一起组成游动系统，从而把绞车的旋转运动变为游动滑车的升降运动，达到起下作业的目的。另外，钢丝绳还可用于井架绷绳，固定稳定井架，使井架能承载井下作业管柱负荷。钢丝绳是由钢丝中间夹麻芯缠死制成的，它的种类很多,从结构组成（股数和丝数）上分有619、624、937等几种（前边数字代表钢丝绳的股数，后边数字代表钢丝数）；从捻制方法与形式上来分，有左旋与右旋、顺捻和逆捻之分。捻制方法不同，其特点也不同，顺捻钢丝绳的伸缩性大，易松股打扭，强度不如逆捻钢丝绳大，但它的弯曲性、耐磨性好;逆捻钢丝绳不易松股，强度比顺捻要大。因此，可以根据不同需要，不同负荷，正确选择使用。新钢丝绳不应有压扁、松股及生锈等缺陷。欲剁断钢丝绳时，在距断口两端各20mm处用铝丝扎紧，以防松股，用锋利扁铲剁断。钢丝绳直径应用游标卡尺度量，钢丝绳外表面应涂润滑油保养。由于施工作业内容和所用设备的规格不同，所用钢丝绳也应有所不同，对所用钢丝绳要进行合理选择，现场上一般用绞车滚筒直径D与钢丝绳的直径d的比例关系选择，即以D22d为选择标准。（6）吊环。吊环是起下管柱时连接大钩与吊卡用的专用提升用具。吊环成对使用，上端分别挂在大钩两侧的耳环上，下端分别套入吊卡两侧的耳孔中，用来悬挂吊卡。图9-6活门式吊卡1—吊卡体；2—活门销子；3—吊卡活门;4—手柄；5—锁扣销子；6—锁扣图9-7月牙形吊卡1—壳体；2—凹槽；3—插栓；4—手柄；5—弹簧;6—弹簧底垫按结构不同，吊环分单臂吊环和双臂吊环两种形式，单臂吊环是采用高强度合金钢锻造而成，具有强度高、重量轻、耐磨等特点，因而适用于深井作业。双臂吊环则是用一般合金钢锻造、焊接而成，因此只适用于一般修井作业中。单臂吊环在起下管柱过程中，因重量轻而消耗体力少，但套入吊卡耳孔中较困难。双臂吊环重量较大，但套入吊卡耳孔比较方便。（7）吊卡。吊卡是用来卡住并起吊油管、钻杆、套管等的专用工具。在起下管柱时，用双吊环将吊卡悬吊在游车大钩上，吊卡再将油管、钻杆、套管等卡住，便可进行起下作业。修井作业施工中常用的吊卡一般有活门式和月牙形两种。基本结构形式如图9-6、图9-7所示。活门吊卡的特点是承重力较大，适用于较深井的钻杆柱的起下。月牙形吊卡的特点是轻便、灵活，适用于油管柱或较浅井的钻杆柱的起下。（8）抽油杆吊卡。抽油杆吊卡是起下抽油杆的专用吊卡，主要由卡体、吊环和旋转卡套等组成，如图9-8所示。图9-8抽油杆吊卡示意图1—卡体；2—吊环；3—卡具；4—手柄抽油杆吊卡中间的卡具（卡套）是可以更换的，可以更换直径从19~25mm的各种卡套，以适用于不同规格抽油杆的起下作业。一般工作负荷为50kN，可以适用于一般井深的起下抽油杆作业。9.1.3旋转设备转盘是一个齿轮减速器，它将发动机传来的水平旋转运动变成转台的垂直旋转运动。安装在转台中央、井口的上面，是井下作业中主要的旋转设备。在修井过程中，可完成以下工作：（1）传递转矩和转速，转动井中钻具。在修井钻进时，转盘要在钻杆不断往井中送进的情况下带动钻具旋转，并保证钻具具有足够的扭矩和必要的转速，以便钻水泥塞、坚固的砂堵或加深井眼等。（2）在起下钻过程中，承托井中全部钻杆柱的重量。（3）完成卸扣、卸钻头和处理事故时倒扣、造扣、套铣、磨铣等工作。9.1.4循环设备在井下作业（修井）施工中，循环冲洗设备的主要作用是向井内打入各种液体介质，实现循环和洗井工艺，以满足压井、冲砂、替喷（诱喷）、洗井、增产措施中向井内泵送酸液和压裂液以及水力喷砂射孔等项作业的要求。循环冲洗设备主要包括泥浆泵（车）、洗井车（水泥车）、高压洗井管线、水龙头、弯头及管汇等。（1）泥浆泵（车）。在大修和井下作业施工过程中，泥浆泵主要用于循环修井工作液，完成冲洗井底、冲洗鱼顶等项作业施工。一般有条件的井场可配备电驱动泥浆泵，在无电源情况下，配备柴油机驱动的泥浆泵。与修井机配套的泥浆泵主要有双缸双作用泵和三缸单作用泵两种形式。图9-9泥浆泵的结构示意图1—空气包；2—排出阀；3—拉杆密封涵；4—活塞拉杆；5—皮带轮；6—上水阀；7—缸套；8—中心拉杆；9—十字头；10—连杆双缸双作用泵有两个缸，每个缸中的活塞在一侧吸入的同时，另一侧则排出，活塞往复一次，吸入、排出各两次。三缸单作用泵有三个缸，三个活塞，活塞仅一面给流体施加压力，活塞往复一次，泵做一次吸入和排出。按液缸的布置方式分类，往复泵有卧式、立式之分；按活塞式样分类，有活塞泵、柱塞泵之分。对修井泵来说大都为卧式活塞泵。泥浆泵的基本结构如图9-9所示。（2）洗井车（水泥车）。能进行洗井、循环、压井、封堵及注水泥等作业的车装洗井设备统称洗井车。一般都是由洗井泵和动力运载车两部分组成。泵被安装在车上，泵是完成上述循环洗井等项作业的主要设备。车的作用有两个：一是供给泵驱动力，二是起运载作用。因此可选用不同规格的泵和不同类型的汽车，组合制造出多种类型的洗井车。目前现场上常见的洗井车有300型和400型等几种。（3）压裂车。压裂车的组成基本与水泥车相同，压裂车所用的往复泵多为三缸单作用卧式柱塞泵。其特点是功率高、排量大、压力高，且运载车辆越野性能强。一般在大修施工作业中水泥车满足不了要求时及压裂施工中使用压裂车。目前，常用的压裂车型号有：YLC-500、SYC-700、ACF-700、YLC-1000、LC-1050、NOWSCO/STP2000、W1500/K184、SJX5321TYL105、FC-2251等。（4）水龙头。水龙头的作用是悬吊井下管柱、连接循环冲洗管线中固定部分和旋转部分，可完成洗井、冲砂、解卡循环等施工作业，具有高压密封循环修井工作液通道的功能。水龙头由固定和转动两大部分组成，基本结构形式如图9-10所示。使用时，固定部分与提升大钩连接，起到悬吊井下管柱的作用，活动部分与方钻杆相连接，并能随同方钻杆和井下管柱一同转动。（5）水龙带。水龙带是由一层内橡胶、几层帘线布、几层中间橡胶及钢丝网层制成的中空软管。主要作用是便于高压管线连接，满足修井施工中所需要的在带高压状态下进行上下活动、使高压管线通道可以弯曲与转向等要求。作业施工中使用时，水龙带两端插有倒齿型钢接头，倒齿所插入的水龙带外部有两道卡箍，防止使用时压力高将接头蹩开。水龙带的用途很广，按其工作压力和管径的不同，分为工作压力8MPa、10MPa、15MPa、20MPa，直径为50.8mm、73mm、88.9mm、114mm等几种规格。（6）管汇及弯头。管汇，又叫总机关，它的作用是汇集液流和改变液流方向，并有控制高压液流的作用。它由一些高压阀门、油壬、弯头、三通和短节等组合而成。对管汇的技术要求是：每个组件必须能耐高压，质量合格。新的管汇使用前一定要经过试压检验（或探伤检测），合格后方可使用。使用时不仅各部件能耐额定高压，而且各连