新型井口铁的设计

王艾华，强建伟，贾连山

(1.胜利油田滨南采油厂 华滨福利机电有限公司，山东 滨州 256659 2.胜利油田 孤岛采油厂，山东 东营 257231)

正常情况下油井每个月都要测试一次示功图，通过示功图及时了解抽油机负荷变化情况及井下泵的工作状况,为油井的合理开采提供可靠依据，并判断油层供液能力的好坏程度，选择适当的抽油参数来延长设备的使用寿命，有效降低油井的吨液耗电，降本增效，提高经济效益。还可根据示功图反映的具体情况进行诸如碰泵、对扣、洗井等相应群扶措施，减少趟井率和作业费用，缩短作业占用时间，增加原油产量。

1 背景介绍

2016年2月后投产的新井采用了光杆电加热工艺，光杆直径由原来的φ28 mm增加到φ36mm(图1)，井口铁的内孔为φ35 mm，外径为φ44 mm，井口铁安装不到光杆上。如果把井口铁的内、外径按比例增大，就会超过测试仪器的最大开口尺寸46 mm，造成现有测试仪器无法进行正常测试。如果没有示功图就影响第一手趟井资料，只能出“检泵、解剖”作业方案。根据起原井的情况，进行分析、判断，制定下一步的具体方案。还需要给作业队再发变更方案，给出正确的作业指令，从而延长油井的作业占用时间，影响原油产量、能源消耗和设备寿命。

2 方案的确定

2.1 尺寸的确定

首先参考现有井口铁的结构、尺寸，再根据现场实际情况进行尺寸的确定。

由于光杆的直径是φ36mm，那么立柱的内孔应该不小于φ37 mm，考虑到加工精度、热胀冷缩和立柱的切削量，选定内孔直径为φ38 mm；由于测试仪器的最大开口尺寸是46 mm，那么立柱与测试仪器接触的尺寸小于46 mm，应考虑到测试过程中方便安装、拆卸，确定与测试仪器卡口配合的尺寸为45 mm。由于井口铁只承受压应力就不用对新设计的井口铁进行扭曲、抗拉方面的校核。

图2是原设计和新设计的井口铁立柱的横截面积对比图，下面是对原设计和新设计立柱横截面积的计算。

A原设计=π(432-352)÷4=490 mm2

(1)

A新设计1=π(452-382)÷4=456 mm2

(2)

A新设计2=扇形面积+三角形面积-πr22=π×262+2×262sin32.21°cos32.21°-π×192=839 mm2》A原设计

(3)

为了节约成本，在使用相同材料和加工工艺的前提下，新设计1的抗压缩变形强度达不到要求，舍弃它。新设计2的抗压缩变形能力比原来大，完全能满足现场要求，故选择新设计2。

根据板、座的现有尺寸，同时参考方卡子的紧固螺栓直径，增大板、座的高度到40 mm、78 mm(原来20 mm、46.5 mm)，用M24(方卡子的固定螺栓是M22)进行连接。

把井口铁的三个配件从中间纵向切割开来，在井口安装时用螺栓连接即可。

2.2 材质与加工工艺的确定

针对井口铁所受到的压应力，查《机械设计手册》后采用A3的钢板和45圆钢。

切割过程中为了保证圆孔的外形尺寸，切削量越小越好，为此采用线切割。

为了增加立柱的强度对其进行了调质处理。

2.3 力的校核

由于选择的材料和原配件一样，有效承载面积比原来大，采用要求更高的热处理工艺，所以就省略了力的校核步骤。

2.4 现场试验

新型井口铁加工完成后，于2016年5月12日，在注采901站的KXK71P2这口油井上进行了试验。把油井停在下死点后，打上方卡子，摘掉负荷，然后把新型井口铁安装到光杆上，用螺栓紧固好后，再把方卡子固定住，带上负荷后把另一个方卡子拆卸下来，打磨光杆；送电；开抽，运行15 min后成功进行了示功图测试。在试验过程中发现该工具仍然存在一些不足之处，需要进一步地完善改进。

存在问题：

1)用螺栓连接时，两半板、两半座不能保证在各自同一水平面内，使得立柱受力不均，产生变形。

2)抽油杆缓下时，立柱有可能掉下来。

2.5 新型井口铁的改进

对存在的问题逐一进行了彻底地改进:

首先，针对板、座的错位问题进行整改，把板、座横向切开，改成上下两半，这样既能保证板、座的平面性，又能保证板、座的强度和对中性，采用内六角螺栓连接，有效减少板、座的厚度。

其次，新型井口铁安装到光杆上后，把切成两半的立柱用点焊的工艺一边焊一个点，两半立柱位置相对固定，又不影响测试仪器的安装，还方便今后的拆卸。

改进后，板、座的有效受力面积发生改变(图3)，需要重新进行计算。

经计算可知：

A改进=727mm2>A原来

所以，改进后板、座的有效受力面积安全可靠。

3 现场应用

新型井口铁改进后(图4)，又在KXK71P5井上进行试验，新型井口铁轻便、灵活、安全、可靠、示功图测试顺利。

2016年8月在注采901站、注采902站的电加热光杆油井上推广应用，并对安装新型井口铁的油井使用情况进行了统计，见表1。

从表1中可以看出安装使用新型井口铁后光杆直径大的新井都能够进行示功图的测试，电加热光杆的油井示功图测试率达到了100%。

2016年9月1日对光杆电加热油井进行了示功图测试，其中KXK623-12油井的示功图显示供液不足，再结合此井的液面深度，及时调整了油井的冲次，由原来的每分钟4次，降低到每分钟2.5次，减少了能源的浪费和设备的磨损，延长了设备的使用寿命。

油井KXK71P4于2016年9月6日开井，可是开抽后无液体，因为此井已经安装了新型井口铁，所以能够对此井进行示功图测试，测出的示功图显示抽油杆断脱，随后发出相应的作业措施方案，提前1.5 d开井，减少了停井时间，提高了开井时率。此井产量是每天18 t，吨油价3 600元，已创经济效益9万余元。

表1 油井示功图测试情况统计表

截止到目前为止，新型井口铁在孤岛油田已经推广应用36井次，其加工方便，安装简单，安全可靠，解决了部分油井示功图不能测试的问题，为地质技术人员提供油井真实、可靠的油井资料，为油井的日常管理提供可靠数据。一年多来，这些油井根据测试的示功图及时降低冲次7井次，节约电能6万余度；及时发现泵漏、抽油杆断脱2井次，节约作业维护时间4.5 d，多产原油62 t，创经济效益22万余元。