钢丝作业培训教材印刷版新.docx
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钢丝作业培训教材印刷版新
钢丝作业培训教材
试井设备及工具
第一节钢丝和电缆作业的种类………………………………………3
第二节作业设备………………………………………………………4
第三节完井过程中的钢丝、钢丝绳作业…………………………...34
第四节完井过程中电缆作业……………………………………...76
第五节事故的预防与处理…………………………………………..79
钢丝电缆作业工艺
完井过程中的钢丝和电缆作业就是通过缠绕在绞车上的钢丝或电缆利用机械的上下提放达到对井下工具进行操作的目的。
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等特点,在完井作业中应用广泛。
电缆作业的设备则比较重,价格贵,操作复杂,因此,电缆作业主要用于需要即时传送井内资料的情况。
钢丝、电缆作业的特点是带压操作,即通过井口防喷装置的控制达到安全作业的目的。
钢丝和电缆作业外,完井过程中还可能用钢丝绳进行作业。
钢丝绳作业主要用于钢丝拉力满足不了要求的情况,其地面装置与电缆作业相同,所用井下工具除绳帽外基本上与钢丝作业相同。
第一节钢丝和电缆作业的种类
一、钢丝作业种类
1.探测井筒情况
1)探砂面或捞砂样。
2)测量油管长度和内径。
3)井下测试,若用地面直读式电子压力计或温度计等仪器,必须使用电缆,若用进下记录式机械压力计或储存数据的电子压力计可通过钢丝作业来完成。
4)油套管腐蚀检测。
5)高压物性取样。
2.油气井生产管柱中有关井下装置的操作和修理
1)投捞堵塞器。
2)开关滑套。
3)投捞偏心工作筒内的装置(如气举阀,注入阀等)。
4)投捞钢丝安全阀。
5)强行打开安全阀。
6)油管补贴。
7)投捞射流泵。
8)投捞测试仪器及工具。
3.处理井下事故
1)井下切钢丝。
2)打捞井下钢丝。
3)捞砂
4)打捞井下落物。
二、电缆作业种类
1)坐封桥塞。
2)射孔枪定位。
3)套管正压射孔。
4)过油管射孔。
5)油管穿孔。
6)切割油管。
7)测试。
第二节作业设备
一、地面设备
钢丝和电缆作业的地面设备的种类基本相同。
如图11-2-1钢丝和电缆作业井口设备所示,主要有绞车,井口连接头,防喷阀,防喷管,井口密封系统,滑轮和指重系统组成。
钢丝作业的井口密封系统比较简单,如图中的密封盒,而钢丝绳和电缆作业的井口密封系统较复杂,需用注脂密封系统。
1.绞车
海上完井所用的绞车为橇装式,主要为吊装运输方便,占地小。
(如图11-2-2所示)。
撬装钢丝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。
对于双滚筒绞车则同时装有两个滚筒。
若海上采油平台的吊车吨位较小,不能将绞车整体吊上平台,可将绞车设计成本体、滚筒、操作间等部分,每部分可单独吊到平台后再组装起来。
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,则控制绞车转动的方向;控制循环油量大小以控制绞车转速。
这种方向和油量大小的控制是通过调压阀来完成的。
绞车的操作台装有拉力表。
绞车的规范如表11-2-1所示。
表11-2-1OTIS绞车滚筒部分规范
说明
滚筒容量
最大线速度
最大拉力
尺寸,m
带钢丝重量
mm(m)
m/min
kg
长×宽×高
kg
无操作间单滚筒
2.34
6000
389~976
331~270
1.9×1.6×1.5
1632
双人操作间单滚筒
2.34
9000
531~1066
1451~2948
2.5×2.4×2.1
3628
双人操作间双滚筒
2.34
7600
918(满滚筒)
3265~7600
2.92.41.7
4444
4.77
5180
671(满滚筒)
4082~5180
2.井口连接头
井口连接头用于连接防喷阀和采油树,如图11-2-3井口连接头。
3.防喷阀(BlowoutPreventer,BOP)
防喷阀俗称胶皮阀,又叫钢丝阀(wirelinevalve),它跟井口连接头或采油树的顶部相连接。
当钢丝或钢丝绳或电缆在井下时,关闭防喷阀就可进行该阀以上设备的操作和维修。
该阀能密封钢丝或电缆周围,但不损坏钢丝或电缆。
参见图11-2-4手动防喷阀和图11-2-5液压双级电缆防喷阀,BOP两边的活塞总成前端部分各有一个软胶皮作用是密封,不损伤钢丝以及各有一个钢丝导向板,活塞总成在外部的机械或液压作用下,逐渐向中心靠拢。
钢丝在导向板的作用下,回到中心位置,并在不被损伤的情况下被夹在两个活塞总成中心,把井内压力封住,防止外喷。
钢丝作业和电缆作业的密封芯子略有不同。
钢丝的密封芯子外边是平的,而电缆或钢丝绳的密封芯子的外边有半圆槽。
防喷阀内有一个平衡阀。
当防喷阀关闭并且防喷管内没有压力时,要直接打开防喷阀非常困难且易于损坏防喷阀,因此,需要先打开平衡阀,等防喷阀上下压力平衡后,再打开防喷阀,最后重新关闭平衡阀。
为了操作方便和安全,除手动防喷阀还有液压控制的防喷阀,如图11-2-5液压双级电缆防喷阀,可用手压泵在甲板上操作。
4.防喷管(Lubricator)及快速接头
防喷管带有快速连接头,能承受高压的管子,用于在压力下允许井下工具进出井筒。
防喷管下部连接防喷阀,上联盘根盒或电缆注脂密封系统。
防喷管的长度一般为2.4m(8ft),每次作业需要使用多节防喷管。
防喷管一般可分两种类型:
下节和上节。
上节防喷管容纳绳帽、加重杆和震击器,可用内径小的管子制成。
下节防喷管需要容纳井下装置,如堵塞器等,内径大。
下节防喷管装有泄压阀,用于防喷管泄压,有的还装有两个泄压阀。
如图11-2-6所示。
选择防喷管要考虑下列情况:
1)尺寸,包括直径和壁厚。
2)压力等级。
3)井内含腐蚀介质情况。
4)长度。
5)材料。
6)泄压阀。
7)快速接头及其类型。
8)护丝(螺纹保护帽);
9)标识。
图11-2-7快速接头仅用手上紧不用管钳,密封靠“O”形圈。
有压力时,松开非常困难。
表11-2-2OTIS手动单闸板BOP规范
总成号
46B0152
46B098
46B0163
46B0113
46B0106
46B0142
46BT166
46B0114
46B0112
名义尺寸,in
工作压力,psi
3
5000~
10000
3
5000
3
10000
4
5000~
10000
4
5000
4
10000
4
15000
63/8
5000
63/8
5000
服务环境
最小内径,in
Std
2.94
H2S
2.98
H2S
2.94
H2S
4.00
H2S
4.00
H2S
4.00
H2S
3.98
Std
6.38
H2S
6.38
顶部联接扣快速接头母头(密封内径,in)
5-4Acme
3.500
53/4
4Acme
4.00
53/4
4Acme
4.00
61/2
4Acme
4.75
83/8
4Acme
5.25
83/8
4Acme
5.25
91/2
4Acme
6.25
83/4
4Acme
7.50
91/2
4Acme
8.00
底部联接扣快速接头公头及接箍(外径,in)
5-4Acme
3.496
53/4
4Acme
3.996
53/4
4Acme
3.996
61/2
4Acme
4.746
83/8
4Acme
5.246
83/8
4Acme
5.246
91/2
4Acme
6.246
83/4
4Acme
7.496
91/2
4Acme
7.996
平衡总成
密封芯子总成、左头
46B096
46B010
46B096
46B010
46B085
46B016
46B096
46B050
46B085
46B030
46B085
46B030
46B542
46B0169
46B096
46B0131
46B085
46B037
密封芯子总成、右头
公头O型圈
46B09-9101236-H
46B09-9101236-H
46B015-910V1342-H
46B049-9101348-H
46B029-910V1427-H
46B029-910V1427-H
46B0168
-910V1359-H
46B0130-9101441-H
46B0396-910V1443-H
修理包
盲堵
46B0R152-46A088
46B0R152-46A088
46B0R163-46A0382
46B0R113-46A0211
46B0R106-46A0599
46B0R106-46A0599
46B0R166-46A0601
46B0R114-46A0411
46B0R112-46A0604
母扣保护盖
公扣保护盖
46B342
46B343
46B342
46B343
46B446
46B434
46B448
46B436
46B451
46B439
46B451
46B439
46B454
46B442
46B452
46B440
46B454
46B442
表11-2-3OTIS公司快速接头规范表
API法兰尺寸
in
标准OTIS快速接头
ACME
快速接头密封直径
内径
服务环境
工作压力
In
mm
In
mm
Psi
kg/cm2
21/16
5-4
3.500
88.90
2.06
52.32
Std
5.000
351.50
2.06
52.32
Std
10.000
703.00
2.06
52.32
Std
15.000
1054.50
53/4-4
4.000
101.6
2.06
52.32
H2S
5.000
351.50
2.06
52.32
H2S
10.000
703.00
2.06
52.32
H2S
15.000
1054.50
29/13
5-4
3.500
88.90
2.56
65.02
Std
5.000
351.50
2.56
65.02
Std
10.000
703.00
2.62
66.55
Std
15.000
1054.50
53/4-4
4.000
101.60
2.62
65.02
H2S
5.000
351.50
2.56
65.02
H2S
10.000
703.00
61/4-4
4.000
101.60
2.56
66.55
H2S
15.000
1054.50
31/16
5-4
3.500
88.90
2.62
74.68
Std
10.000
703.00
53/4-4
4.000
101.60
2.94
76.20
H2S
10.000
703.00
71/2-4
5.500
139.70
3.00
76.20
H2S
15.000
1054.50
31/8
5-4
3.500
88.90
3.00
76.20
Std
5.000
351.50
53/4-4
4.000
101.60
3.00
76.20
H2S
5.000
351.50
41/16
61/2-4
4.750
120.65
4.00
101.60
Std
5.000
351.50
4.00
101.60
Std
10.000
703.00
83/8-4
5.250
133.35
4.00
101.60
H2S
5.000
351.50
4.00
101.60
H2S
10.000
703.00
91/2-4
6.250
158.75
4.00
101.60
H2S
15.000
1054.50
51/8
81/4-4
6.188
156.98
5.00
127.00
Std
5.000
351.50
5.00
127.00
Std
10.000
703.00
9-4
6.750
171.45
5.00
127.00
H2S
5.000
351.50
5.00
127.00
H2S
10.000
703.00
71/16
83/4-4
7.500
190.50
6.38
162.05
Std
5000
351.50
91/2-4
8.000
203.20
6.38
162.05
H2S
5.000
351.50
111/2-4
8.250
209.55
6.38
162.05
H2S
10.000
703.00
121/4-4
7.000
177.80
5.12
130.04
H2S
15.000
1054.50
快速接头主要有三种类型,OTIS型,BOWEN型和OMSCO型。
5.盘根盒
盘根盒的用途是进行钢丝作业时密封钢丝井让钢丝通过但流体不能通过。
(1)普通盘根盒
如图11-2-8盘根盒,其本体上部装了一个能360°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,滑轮护板有可能将钢丝头抓住。
同时能使滑轮能自动对准绞车的方向。
滑轮直径主要有254mm和392mm(10in和16in)两种,前者有于2.4mm(0.092in)及其以下直径的钢丝,后者用于2.6mm(0.018in)及其以上直径的钢丝。
盘根盒内部的防喷滑动塞上端抵在带螺纹的密封套上,钢丝断裂时,滑塞可以挤出盘根自动将井内流体封住。
通过盘根盒上的泄压阀放掉压力就可以在带压情况下,更换上部盘根。
通过上部的盘根压帽和油杯可以上紧压帽,密封和润滑钢丝。
(2)液压控制盘根压帽
液压盘根压帽如图11-2-9,这种压帽可接在普通盘根盒上部,从地面通过手压泵和液压软管很便捷地调节密封盘根的松紧。
它与标准的盘根盒连接非常容易,只需将盘根盒上的止动螺帽和盘根压帽卸下,装上液控盘根压帽即可。
6.注脂密封系统
如图11-2-10注脂密封系统是用来将密封脂注入高压流管里,以润滑电缆和密封井口的常用设备。
压缩空气经过滤器,调压阀,润滑器进入注脂泵,注脂泵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,最后从流管上部泄脂管线流出。
由于密封脂粘度较大,流管与电缆之间的间隙非常小,在流管内产生很大的压力降,从而达到密封井口压力的目的。
(1)空气调节系统
压缩空气的压力一般最大为0.7MPa(100psi),根据注脂泵效的不同在注脂泵出口处可达53、60和98MPa(7500、8500和14000psi)的压力。
过滤器是用于过滤压缩空气里的杂质水分,保护注脂泵的运动部件。
调压阀是用于调节压缩空气的压力,一般调节在0~0.7MPa(0~100psi)之间。
润滑器须装上机油,工作时机油慢慢滴下润滑注脂泵的运动部件减少磨损。
注脂管线的上端装有止回阀,为防止油气倒流入注脂泵。
(2)密封油脂
密封油脂在使用过程中必须有合适的粘度,粘度太高会造成油脂流动阻力增加使注脂泵难以工作;粘度太低,造成井口密封性能不好。
美国Bowen公司推荐的密封油脂为TexcoMarfaxNo.2,其粘度在37.8℃(100℉)为1412SSU,在98.9℃(210℉)为91.7SSU或lubei一chenLC一275油,其粘度在37.8℃(100℉)为5200SSU在98.9℃(210℉)为238SSU。
(3)液压盘根盒
液压盘根盒主要由主体,活塞、铜塞、胶皮、盘根所组成,当手压泵向盘根盒送液压油或机油时,活塞向下移动,推动铜塞压紧橡胶盘根,抱住电缆。
这样就可以用手压泵的压力来防止电缆运动,而又使井液不会喷出。
当手压泵泄压后,活塞在弹簧作用下向上移动从而使电缆松开。
油脂注入压力一般要高于井口压力3.5MPa(500psi),这样油脂进入流管之后,有一部分流向井口,大部分向上流,在流管内产生很大的压力降从而达到密封井口原理的目的。
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。
不同的电缆需要有不同的流管内径,内径太小,电缆不易通过,流管内径太大,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(0.010in)。
从泄流管线流出的油脂一般都带有井液,一般不能重复使用。
7.滑轮
如图11-2-11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上。
这样将钢丝或电缆的拉力点从顶点移到采油树上,从而减少对防喷管侧拉力载荷,防止防喷管拉弯以致破坏。
滑轮直径要合理,直径过小容易使钢丝或电缆疲劳。
8.拉力表
拉力表用于指示总负载以便判断井下工作情况,避免拉力超过其拉力强度而被拉断。
目前现场最常用的拉力表是马丁一戴克(MARTIN-DECKER)公司生产的WS一9和WS一14型机械拉力表,如图11-2-12。
另外,还有一些电子拉力表。
WS一9和WS一14型拉力表主要是量程不同,都由感压器,液压管线和表头组成。
感压器一端挂在采油树上,另一端挂着地滑轮,当钢丝有拉力时,感压器受压产生压力,通过管线传到绞车上的表头,指示出拉力。
9.防掉器
如图11-2-13防掉器安装在防喷管以下。
起下钢丝或电缆时,它们可从防掉器的叉形瓣片中间的槽通过。
工具串由井底进入井口后,工具串把瓣片顶起成竖状,工具串完全通过后,在弹簧力的作用下,瓣片倒落成水平状,把工具串挡在防喷管内,这时,工具串不会因任何故障落井。
工具串下井时,用液压或手动将瓣片竖直,工具串通过后,板片会自动落下来。
10.注油器
如图11-2-14注油器,安装在盘根盒与防喷管之间,主要用于在作业时注入润滑油润滑钢丝,从而保护钢丝,易于钢丝起下。
另外,还可用于注入防冻剂等化学药剂。
11.工具捕捉器
如图11-2-15捕捉器,用于抓住井下工具串顶部打捞颈,便于钢丝作业。
用液压泵加压推动衬套可释放工具串。
12.其它
立杆——用于将防喷管提到防喷阀顶部并保持着这个高度以便放入或拉出钢丝工具串。
防喷管一一一用于提起防喷管。
捆链——用于将立杆紧固在采油树上。
绳块——用于提起或下放防喷管。
钢丝夹——在提起或下放防喷管或打捞作业时用于夹住钢丝。
二、钢丝、钢丝绳作业基本井下工具
1.基本工具串
钢丝作业基本工具串包括钢丝绳帽、加重杆、震击器和万向节,见图11-2-16。
钢丝作业投捞工具可接在基本工具串下面,可在带压情况下,完成各种不同作业。
基本工具串上的工具,顶部都加工有外打捞颈,一旦在井下脱扣,便于打捞。
(1)绳帽
绳帽起着连接钢丝或钢丝绳与井下测试仪器或井下工具的连接作用。
由于钢丝或钢丝绳在井下会旋转,因此,要求当钢丝或钢丝绳在井下旋转时,绳帽及其下部连接的工具、仪器不旋转或少旋转,避免井下工具、仪器由于旋转而脱扣,造成落井事故。
l)钢丝绳帽。
钢丝绳帽内打钢丝结的小圆环可以使钢丝作业工具自由旋转,内部装有一个小弹簧,其作用是在震击拉伸时,防止钢丝结拉出,起缓冲垫作用。
2)钢丝绳绳帽。
钢丝绳绳帽如图11-2-17,最大可用于7.9mm(5/16in)的钢丝绳。
根据绳帽中卡块的不同可分为两种类型,超负荷脱手型(A)和平面型(B)。
超负荷脱手型:
该类型绳帽的卡块(A)开有一个槽,当钢丝绳的拉力达到满负荷的一定百分比时,卡块能将钢丝绳卡断,卡块不同,其百分比也不同,有五种分别设计为50%、60%、70%、80%和90%的卡块五种设计可供选择。
平面型:
该类型卡块(B)的内面没有槽,是一个平面,被设计成可达到满负荷拉力,但经验表明当拉力达到钢丝绳破断拉力的90%时,钢丝绳常常在卡块的顶端被拉断。
这种绳帽和加重杆之间必须用万向节连接起来,避免由于钢丝绳在下井过程中的转动,而将扭力传给工具串造成工具串脱扣等问题。
表11-2-4常用加重杆规范
部件号
公称尺寸
in
螺纹
投捞颈外径
in
最小抓距
in
最大外径
in
长度
ft
重量
lb
44B2
44B42
44B43
44B3
44B44
44B45
44B7
11/2
11/2
11/2
17/8
17/8
17/8
17/8
15/16-10
15/16-10
15/16-10
11/16-10
11/16-10
11/16-10
15/16-10
1.375
1.375
1.375
1.750
1.750
1.750
1.375
1.44
1.44
1.44
1.44
1.44
1.44
1.44
1.50
1.50
1.50
1.88
1.88
1.88
1.88
2
3
5
2
3
5
5
101/2
161/2
341/2
16
251/2
631/2
631/2
(2)加重杆
加重杆主要用于克服盘根盒盘根的摩擦力和井内压力产生的上顶力使钢丝作业工具能到达井下一定的深度。
另外,加重杆靠其自身重量可以施加向上或向下的力而完成井下控制工具的投捞。
加重杆的尺寸和重量由要求的冲击力和所投捞的井下控制工具尺寸来确定。
加重杆顶部设计有打捞颈,如图11-2-18,大部分加重杆由钢铁制成,其常用规格见表11-2-4。
有些井需要增加加重杆的密度,选用钨合金钢制造加重杆。
有的采用在钢管内灌水银或铅来增加重量。
要注意的是不要将这种灌水银或铅的加重杆用于需要井下震击的钢丝作业。
(3)震击器
很多钢丝、钢丝绳作业的下井工具串都要用震击器,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强的力量,仅仅靠钢丝或钢丝绳拉力是远远不够的,只有靠震击器的震击力才能完成。
震击器在撞击时是一个做功的过程,为了获得强大震击力,除取决于被震装置或工具内销钉的刚性,内外剪切筒间隙,震击器下部工具串的弹性阻尼作用外,撞击能量与加重杆重量及撞击时的速度平方成正比。
震击器向下运动的速度靠加重杆的下滑获得,因此,向下震击的能量比较有限。
如果在高斜度井或高粘度井作业,震击器下落的速度就更有限。
震击器向上运动的速度可靠提高绞车滚筒速度获得。
因此,用于向下切断的销钉强度小,而向上切断的销钉强度大。
l)链式机械震击器。
该震击器结构简单,可上下震击,是最常用的震击器,如图11-2-19所示。
其常用规范见表11-2-5链式震击器常用规范。
冲程长的震击器有助于
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