试井设备及井下工具简介

试井设备及井下工具简介试井的主要工作地面设备井下工具一、试井的主要工作目前，我们的试井作业主要就是通过缠绕在绞车上的钢丝或电缆下到油气井内进行各种各样的操作。钢丝的操作是通过机械的上下提放、震击来达到对井下工具打捞或投放的目的，而电缆作业除此外还可以通过电缆将电力传送到井下的仪器或工具上对其进行操作，同时可将井下仪器获得的井内资料即时传送到地面进行处理和解释。由于钢丝作业的设备简单，价格便宜，重量轻，操作简单，适用范围广和易于下井的特点，在作业中应用最广泛。电缆作业的设备则比较重，价格贵，操作复杂和不易下井，因此电缆作业主要用于需要即时传送井内资料的情况。我们目前的作业主要有以下一些项目：1、投、捞各种堵塞器2、开、关滑套3、投、捞射流泵4、砸泄油阀5、投、捞偏心管内的各种装置6、探沙面或捞沙样7、投、捞配水器8、各种测压作业9，高压物性取样另外，还有下铅印、抽吸、打捞井下落物等作业。二、地面设备钢丝和电缆作业的地面设备的种类基本相同，主要有绞车和指重系统，井口连接头，防喷阀，防喷管，井口密封系统和滑轮组成。钢丝作业的井口密封系统比较简单，只要一个防喷盒就可以了，而电缆作业的井口密封系统较复杂，需要注脂密封系统。1、绞车绞车一般分为两部分：动力部分和绞车部分。动力部分是由柴油机和液压油泵组成，柴油机带动液压油泵将动力液经高压软管输送到绞车上。绞车主要由液压马达、传动机构和钢丝滚筒或电缆滚筒组成。柴油机带动液压泵，输出液压油，液压油通过高压软管传输动力。循环的方向不同，则控制绞车滚筒转动的方向也不同，通过调压阀控制循环油量大小的变化，使绞车滚筒转速相应增大或减小。绞车的操作台上装有拉力表，用来指示钢丝张力以便判断井下工作情况和避免拉力过大而拉断钢丝，拉力表可以说是操作者的眼睛。目前现场最常用的是马丁-带克公司生产的机械拉力表，由感应器、液压管线和表头组成。感应器一端挂在防喷管上，另一端挂着地滑轮，当钢丝有拉力时，感应器受压产生压力，通过管线传到绞车里的表头，指示出拉力。表头将压力换算成拉力是在地滑轮两端钢丝的夹角为90度的基础上进行的，当夹角发生变化，指示器的拉力跟实际拉力就会发生误差，需进行校正。拉力表的维护很简单，主要是保证系统内有足够的液压油，里面不能有气体。拉力器读数校正如下表所示：角度系数（乘以读数）800.92850.96901.00951.051001.102、井口连接头我们目前使用两种井口连接头，一种是井口大脑袋，另外一种是3½”EUE---5”ACMI的井口变扣短节。3、防喷阀（BlowoutPreventer)我们通常叫BOP，它跟井口连接头相连，该阀能迅速关闭密封钢丝或电缆周围，但不损坏钢丝或电缆，当钢丝或电缆仍在井下时，关闭BOP就可以该阀以上设备的操作或维修。BOP两边的活塞总成前端各有一个软胶皮（作用是密封，不损伤钢丝）和一个钢丝导向板活塞总成在外部机械或液压的作用下，逐渐向中心靠拢，钢丝在导向板的作用下回到中心位置，并在不受损伤的情况下被夹在两个活塞总成中心，把井内压力密封，防止外喷。钢丝作业和电缆作业的密封胶皮略有不同，钢丝的胶皮边是平的，而电缆的胶皮边上有一半圆槽。4、防喷管防喷管是带有快速接头，能承受高压的管子，用于在有压力的情况下容纳井下工具进出井。防喷管下部连接BOP，上连防喷盒或电缆注脂密封系统。防喷管一般长度为2.4米（8ft)，每次作业需用多根防喷管。一般把内径大的防喷管放在下面，最下面的防喷管上一般有两个孔，一个用来装泄压阀，一个装压力表。快速接头是防喷管的一个重要组成部分，它们仅需用手上紧而不用管钳，靠内部的“O”环密封，在有压力时，很难用手松开快速接头。5、防喷盒防喷盒上装了一个能360度旋转的带护板的滑轮，滑轮能保证钢丝进入顶部密封压盖的中心，当钢丝从地面折断落井时滑轮护板有时还可以将钢丝断头抓住，滑轮能旋转360度，使滑轮能自动对准绞车的方向。滑轮的直径主要有254mm（10in）和392mm（16in）两种，前者用于2.4mm（0.092in）及其以下直径的钢丝，后者用于2.6mm（0.108in）及其以上直径的钢丝。通过拧紧上部的盘根压帽就可以密封钢丝，防喷盒下面内部的防喷滑动塞上端抵在带丝扣的密封套上，钢丝断裂时，滑塞可以挤出盘根自动将井内流体密封住。另外还有一种液压盘根压帽，它可以接在普通手动防喷盒上部，从地面可以通过手压泵和液压软管，很方便地调节密封盘根的松紧，省去了操作人员爬上防喷管顶端紧盘根压帽的麻烦，增强了操作的安全系数。6、注脂密封系统在电缆作业中必需要用注脂密封系统，它是用来将密封脂注入高压流管里，以润滑电缆和密封井口。压缩空气经过滤器、调压阀、润滑器进入注脂泵工作，注脂泵就泵出高压的密封脂进入流管的下部，并向上流动，在此过程中，密封脂混合部分井下油气，最后从流管上部的泄脂管线流出。密封脂注入压力一般要高于井口压力3.5MPa（500psi），这样密封脂进入流管之后，有一部分流向井口，大部分都向上流，由于密封脂粘度较大，流管与电缆之间的间隙很小，就在流管内产生很大的压力降，从而达到密封井口的目的。流管的长度可随井压的不同而改变，井口压力越高，流管需要的长度就越长。不同的电缆需要不同的流管内径，内径太小电缆不易通过，内径太大不能密封井口压力。要求流管内径和电缆外径之差不应超过0.254mm。从泄流管线流出的密封脂一般都带有井液，不能重复使用。7、滑轮滑轮有天滑轮和地滑轮两种用途，天滑轮可用支架固定或挂在钻机大钩或井架的适当位置，地滑轮用于将钢丝或电缆从防喷管顶部拉到钢丝或电缆滚筒的平面，这样将钢丝或电缆的拉力点从防喷管顶部转移到采油树或井盖上，从而减少钢丝或电缆的侧拉力载荷，防止将防喷管拉弯以致破坏。滑轮的直径要能满足要求，直径太小容易使钢丝或电缆疲劳，一般来说，钢丝或电缆的直径越大，所需要的滑轮直径也越大。8、计数器每台绞车内都有计数器，它由绞车前面盘缆器上的记数轮，计数器软轴和绞车内的表头组成。每次作业工具下井前，计数器都要调零，调零位置视现场情况而定，有时是工具串底部在钻台面调零，有时是工具串顶部在防喷盒处调零。三、井下工具1、基本工具串钢丝作业的基本工具串包括钢丝绳帽、加重杆、震击器和万向节等，钢丝作业的投捞工具都可以接在基本工具串下面，完成不同的井下作业。基本工具串的顶部都加工有外提捞颈，一旦在井下脱扣，非常便于打捞。1.1绳帽绳帽起着连接钢丝和井下其它工具的作用，由于钢丝在井下会旋转，因此要求绳帽内部跟钢丝连接的部分相对于绳帽主体能旋转自如，即钢丝在井下旋转时，绳帽及其下面连接的工具串能够不旋转或少旋转，避免井下工具由于旋转而脱扣，造成工具落井事故。1.2加重杆加重杆主要用于防喷盒内盘根的摩擦力、斜井中井壁对工具串的摩擦力和井内压力产生的上推力使钢丝作业工具能到达井下一定的深度，另外加重杆靠其自身的重量可以提供向上或向下的震击力而促进完成井下控制工具的投捞。加重杆的尺寸和重量由作业井的井况、所要求的震击力和所投捞的井下工具的尺寸来决定。大部分加重杆由钢铁制成，为了便于操作，有些井需要增加加重杆的密度，需选用钨合金钢制造的加重杆，有的采用在钢管内灌水银或铅来增加重量，但要注意不要将这种灌水银或铅的加重杆用于需要进行井下震击的钢丝作业。1.3震击器除测压外其它钢丝作业的下井工具串都要用到震击器。在井下装置的投捞过程中经常需要切断销钉，或者在打捞井下装置时需要很大的力量，仅仅靠钢丝的拉力是远远不够的，只有靠震击器的震击力才能完成。震击器在撞击的时候是一个做功的过程，撞击能量跟加重杆重量及撞击时的速度平方成正比，因此要获得强大的震击力，获得震击器运动速度非常重要。震击器向下运动的速度靠加重杆的下滑获得，向下震击的能量比较有限，如果在大斜度井或高粘度井作业，震击器下落的速度就非常有限。震击器向上运动的速度可靠提高绞车滚筒速度获得，如果绞车操作得当，震击器可获得很大的上行速度。基于上述分析，在下井工具上，用于向下切断的销钉的强度较小，而向上切断的销钉的强度较大。目前，我们常用的震击器有四种：机械震击器、液压震击器、强力震击器、管式震击器。1.3.1机械震击器该类型的震击器结构简单，可以上下震击，是最常用的震击器，一般有20”和30”两种冲程，冲程长的震击器有助于增加震击时的速度，但易于损坏。1.3.2液压震击器当井下钢丝作业操作位置较深时，普通的机械震击器常常无法获得足够的向上震击力，如果操作不当，还可能达不到震击的效果。机械震击器向上震击时不用很大的力就能将震击器拉开，由于钢丝的弹性，在地面的绞车拉力达到预想的大拉力之前，井下的震击器就可能已拉到顶端，达不到应有的速度，形成无效震击。液压震击器就是为解决这些问题而设计的。液压震击器有拉开阻尼作用，当钢丝拉力较小时拉不开震击器，当钢丝达到一定拉力时，震击器内部的液压油才能慢慢通过间隙很小的活塞使震击器慢慢打开，打开一点距离，活塞到达扩径部位后，活塞就能自由向上运动，在这段时间里，地面绞车操作者有足够的时间拉到想拉到的拉力，在这种大拉力下，活塞能快速向上运动而产生很大的震击力。震击后，由于活塞内有单流阀，震击器闭合时很容易。震击器内的液体为液压油，要选择合适的液压油以适应井下的温度，要保证有30秒的延迟时间。需要注意的是，在同时使用机械震击器和液压震击器的情况下，决不要把液压震击器接在机械震击器之下，这会由于液压震击器有减震作用而减弱机械震击器向下震击的能力。1.3.3强力震击器基于液压震击器所讨论的理由，可使用该工具来代替液压震击器，该工具用于向上震击作用。在下井前，根据预计的井下情况调节所需的向上拉力，在井下需要向上震击设用绞车拉到工具拉力设定值加上钢丝及其井下工具重量后，震击杆上行一点距离后就可与下部锁定机构脱开，在钢丝的大拉力下产生强大的震击力。震击完成后，下放震击杆，由于控制锁定机构的弹簧力很小，震击杆很容易插入锁定机构。1.3.4管式震击器能上下震击，可用于较大冲程的震击，由于在震击器拉开和闭合的过程中需从小孔排液，所以震击比较缓和。1.4万向节万向节是一种球形关节设计，它中间可以自由旋转并可弯曲一定的角度。使用它可以实现震击器与投捞工具、震击器与加重杆、加重杆与加重杆之间的角度偏转，以利于调节工具串与油管倾斜方向一致，特别是在弯曲油管中和定向井中进行钢丝作业是，万向节是必不可少的。因为加重杆和震击器不能调节其弯曲度，加上万向节就可使工具串在井内随油管偏转，从而减少遇卡。万向节应经常检查，以确保它的螺纹、球和销钉都处于良好的工作状态，如果销钉松动，就必需更换，以避免它掉入井内。1.5变扣、快速接头在作业中，如果工具串中各个工具的扣型不一样，就需要用变扣才能把它们连接起来。变扣有以下几种：大变小（11/16”-10--15/16”-10）、小变大（15/16”-10--11/16”-10）、丝扣--快速接头、快速接头--丝扣。快速接头一般接在基本工具串和井下工具之间，目的是在多次钢丝作业之间能够快速更换井下工具，便于井口操作。也有的工具串是从上到下都使用快速接头连接。二、基本投捞工具基本投捞工具可以打捞或投放井下装置，如果井下装置被卡死或不容易捞出，还可以剪切断工具内的销钉，让工具和井下装置脱手，有利于处理事故，有的井下装置的正常投放也需要投捞工具切断销钉脱手，使井下装置正常留在井下，而投捞工具起出井口，有的投捞工具既可当打捞工具，又可当投放工具。2.1SB用于投捞有外提捞颈的井下装置，靠向下的震击作用切断销钉造成脱手，它属于OTIS“S”系列投捞工具，根据芯子长短不同，“S”系列投捞工具可分为SB和SS，SB的芯子长，抓距短，SS的芯子短，抓距长，通过更换芯子可以相互变换。SB接在基本工具串下面就可以下放入井，当SB在井下和井下装置接触，圆筒的下部就越过提捞颈，并迫使爪张开，然后弹簧使爪子回收就可以抓住井下装置，利用向上震击的力量把井下装置提起。由于向上震击芯子不移动，因此向上震击不回剪切销钉。然而，如果井下装置被卡死或不想拉出它，则可以向下震击切断销钉造成脱手。为了剪切销