液压举升快速返排系统安装装置的设计

贺启强　杭发琴　肖　姝　刘常福　徐文庆　魏　斌

（中石化胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东东营　257000）

液压举升快速返排系统安装装置的设计

贺启强杭发琴肖姝刘常福徐文庆魏斌

（中石化胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东东营257000）

为满足大排量、高效率的试油排液需求，研制出一种液压举升快速排液装置。然而该装置的举升液压缸利用普通油管滑车及支架进行安装容易发生液压缸活塞杆损坏、油缸侧翻的问题。通过分析举升液压缸在安装过程中的运动特点，对油管滑车轨道系统的滑车、车轮、滑车轨道和轨道支架等部件进行了针对性改进，设计出适合液压举升快速返排系统安装时使用的安装装置。改进后的安置装置提升了系统操作安全性，满足现场需求。

液压举升快速返排；液压缸；油管滑车

目前，胜利油田的主力油田已经进入开发的中后期，开发重点逐渐转向油层埋藏深、地层能量低、渗透性较差的难开发油藏，尤其是低渗、特低渗油藏，往往需要进行压裂、酸化等措施，才能实现增产、增注。这类油藏地层压力低、渗透率低，容易发生水锁，现场在进行压裂酸化以及放喷后往往不进行抽汲排液，入井液返排率低，导致入井液长时间滞留并污染地层，严重影响施工效果［1-4］。

胜利油田开发出一种压裂后快速返排工艺，采用试油连续举升地面装置配套压裂抽汲联作管柱，在探井试油及油水井排液方面代替常规抽汲方式，具有操作简单、调参方便、连续举升等优势［3-8］。该工艺在现场应用中，存在冲次受限及装机功率较大的问题，经过优化设计后形成了液压举升快速返排系统，在提高抽汲冲次的同时，可以有效利用负载势能、降低装机功率。然而，其举升设备液压缸在现场安装时，需要人工搬运液压缸配合井口大钩在油管桥上移动，以保证液压缸平稳移动。应用普通油管滑车可以节省人力，但一方面油缸无法固定，存在油缸与小滑车脱离、油管桥发生侧倾的危险；另外一方面，液压缸活塞杆直接接触小滑车，油缸重量作用在活塞杆上，存在损坏活塞杆的危险。为此，在传统油管滑车的基础上依次对滑车、车轮、滑车轨道和轨道支撑等部件加以改进［9-10］，设计出满足适合液压返排举升系统的快速安装装置，从而减轻劳动强度、提升安装速度和操作安全性。

1　液压缸运动状态分析

举升液压缸在安装前位于油管桥上处于水平状态，在安装过程中由井口游车大钩配合人工搬运共同完成：一方面由井口游车大钩提升液压缸向上运动，另一方面通过人工推动液压缸，油管滑车在油管桥上滑动，逐渐靠近井口，最终转变为井口上方的垂直状态。

2　油管滑车轨道系统的整体改造

油管滑车轨道系统包括小滑车和支撑轨道，通过分析液压举升返排系统在安装过程中的运动特性及滑车轨道系统的受力情况，进行有针对性改进。

2.1小滑车的改进

液压缸在安装过程中，其轴线与水平面夹角不断变化，即液压缸围绕一条移动轴做旋转运动。普通小滑车为前后两轴结构，如图1（a）所示，液压缸与小滑车承载面相接触，无法实现绕小滑车轮轴作旋转运动。为此，将小滑车轮轴缩减为单轴式结构，如图1（b）所示，液压缸与小滑车承载面通过U型螺栓固定在小滑车轮轴上，液压缸在油管桥上移动时可以绕小滑车做旋转运动。

图1　油管滑车改进

2.2小滑车滚轮的改进

液压缸为细长型结构，在油管桥上进行移动的过程中，井口大钩相对于液压缸需要两侧对中的要求难以达到，普通小滑车车轮为等高结构，如图2（a）所示，容易发生侧翻事故。参照火车防侧翻原理，将小滑车车轮结构调整为一高一低的特殊结构，如图2（b）所示，车轮较高的一端位于轨道内侧，两轮对称安装，可以有效防止液压缸在移动过程中发生侧翻。

图2　滑车车轮改进

2.3滑车轨道的设计

滑车轨道一方面作为液压缸在井场的临时摆放位置，另一方面在液压缸安装过程中提供移动轨道，方便液压缸安装。依据轨道截面外形，初步设计出两种方案：一种为工字钢结构，如图3（a）所示，一种为管状结构，如图3（b）所示。已知液压缸重量2 t，通过计算液压缸在轨道上的受力分析得出：16#工字钢结构的轮轴最大应力为590 MPa，油管结构（Ø102 mm）的轮轴最大应力为281 MPa。而轮轴材料45#钢的屈服应力为355 MPa，所以优选管状结构轨道。

图3　滑车轨道改进

图4　轨道支架改进

2.4轨道支架的设计

普通轨道支架如图4（a）所示，轨道支撑梁位于支架最上部，在液压缸移动过程中，轨道容易发生侧滑。新设计的轨道支架将支撑梁位置下调，如图4（b）所示，起到降低设备重心、提高运动稳定性的作用；在支撑梁焊接弧形卡瓦，与圆形导轨紧密接触；支撑梁两侧的竖直结构可以有效防止轨道脱离卡瓦和轨道支架。

2.5装置装配体

将改进后的各部位进行组装，滑车系统装配图如图5所示。举升液压缸安装时，液压缸一端由井口游车大钩悬挂，在大钩提升作用下沿滑车轨道前进，与此同时，液压缸及轨道后方的滑车托板沿滑车轴做旋转运动，直至液压缸完全直立在井口；举升油缸拆卸时，其过程完全相反，液压缸底部固定在滑车轨道的单轴油管滑车后，作业工人拖动液压缸沿滑车轨道后退，井口大钩缓慢下放，直至液压缸完全平稳安置于滑车轨道上。

图5　液压举升快速返排油管滑车系统

利用此系统，可以实现举升液压缸快速高效地安装与拆卸，对于减轻现场作业工人劳动强度及提高操作安全性具有积极意义。

3　结论

（1）液压返排举升装置安装过程中，液压缸的运动是一种水平和垂直方向上的复合运动，应用常规油管滑车系统进行安装存在侧翻和损坏液压缸活塞杆的危险，难以满足现场应用要求。

（2）改造后的油管滑车系统，分别对油管滑车、滑车滚轮、滑车轨道、轨道支架进行了优化改进，可以有效防止举升液压缸侧翻、活塞杆损坏，提升了系统操作的安全性。

［1］李石磊，商永海，秦林兴.压裂与抽汲泵返排联作工艺在胜利油田的应用［J］.油气井测试，2009，18（5）：45-46.

［2］邵立民.低渗透油气藏压裂返排一体化工艺技术［J］.天然气与石油，2013，31（3）：59-60.

［3］谢甜，汪德彰.试油连续排液技术在江汉油田的应用［J］.江汉石油职工大学学报，2011，24（6）：54-56.

［4］常峰，罗燕，刘丙生，等.压裂后快速返排工艺技术的研究［J］.石油机械，2009，37（5）：56-58.

［5］徐文庆，张振海，邹光皓，等.试油连续举升地面装置的研制与应用［J］.石油机械，2008，36（11）：45-47.

［6］马珍福.探井压裂酸化后快速排液配套技术［J］.中国化工贸易，2014（2）：269.

［7］姜有才，蔡茂佳，何新伟.探井连续试油排液配套技术的研究［J］.管理学家，2014（10）：562.

［8］姚展华，杨姝蔚，胡书博，等.低渗透油气井排液技术综述［J］.石油矿场机械，2013，42（4）：78-82.

［9］张青海，马祥辉，王凤龙. 油管滑车的改进与应用［C］.关玉双. 井下作业技术论文集.北京：石油工业出版社，2004：304-306.

［10］濮良贵，纪名刚. 机械设计［M］. 北京：高等教育出版社，2001.

（修改稿收到日期2015-04-28）

〔编辑李春燕〕

西部钻探大尺寸SAGD水平井钻探成功

近日，由西部钻探承担的全过程工程技术施工作业，国内首组大尺寸SAGD水平井FHW3122P/I井组告捷。

FHW3122P/I井组是新疆油田2014年在风城油田重45井区部署的一组试验性SAGD水平井，也是西北地区首组大尺寸SAGD水平井。其中，FHW3122P井设计井深1 489 m，FHW3122I井设计井深1 467 m。FHW3122P/I水平井二开、三开井眼尺寸由常规设计直径311.2 mm、215.9 mm增加到直径444.5 mm、311.2 mm。

2014年，西部钻探在认真总结往年SAGD水平井技术服务成功经验的基础上，持续完善技术方案和操作标准，优选GE-MWD仪器和磁定位仪器，确保在钻井提速的同时实现井眼轨迹精确控制。

FHW3122I井三开采用RMRS磁导向技术，针对800 m长水平段施工面临井眼清洁、井下复杂等一系列问题，制定了一套全面、高效的技术措施。施工中，严格执行施工措施，高质量完成定向施工。定向段井眼轨迹以全段、全程无复杂，安全、高效满足设计要求的业绩完美收官。大尺寸SAGD水平井的告捷，不仅开创了西北地区大尺寸SAGD水平井施工先河，也填补了国内大尺寸SAGD水平井施工空白。

（供稿海斌）

Design of the installation apparatus for the quick-flowback system by hydraulic lifting

HE Qiqiang, HANG Faqin, XIAO Shu, LIU Changfu, XU Wenqing, WEI Bin
（Research Institute of Petroleum Engineering, Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying 257000, China）

In line with the production requirement for large displacement and high efficiency of oil testing and fluid flow, Shengli Oilfield has developed a rapid drainage device with hydraulic lifting; the prototype has been utilized on site and all the performance parameters meet the production requirement. However, the installation of the hydraulic lifting cylinder needs manual lifting together with wellhead traveling block lifting; whereas, when if it is installed using common tubing tackle and support, then problems may occur like damage to the piston rod in hydraulic cylinder and rollover of the oil cylinder, so this method does not meet field requirement. Through analyzing the movement characteristics of oil cylinder during installation of the hydraulic lifting cylinder, specific improvement has been made to all the parts on tubing tackle system and the installation apparatus has been designed which is applicable to the installation of quick-flowback system with hydraulic lifting. The improved installation apparatus improves the safety of operation system and meets the field requirements.

quick-flowback with hydraulic lifting; hydraulic cylinder; tubing tackle

TE933

B

1000 – 7393（ 2015 ） 03 – 0128 – 03

10.13639/j.odpt.2015.03.030

贺启强，1984年生。2010年毕业于哈尔滨工业大学机械制造及其自动化专业，硕士研究生，现主要从事机械采油技术研究与推广工作，助理工程师。电话：0546-8795860。E-mail：syheqq@126.com。

引用格式：贺启强，杭发琴，肖姝，等.液压举升快速返排系统的安装装置［J］.石油钻采工艺，2015，37（3）：128-130.