水泥浆稠化桨杯拆卸装置的研制及应用

肖 尧，刘文明，齐 奔，李 茜，胡星彤，朱 禹，蒋 磊

( 渤海钻探工程有限公司 第二固井公司，天津 300280)

固井作业前，需要用高温高压稠化仪模拟井底条件对水泥浆的稠化时间进行检测，以保障施工安全。随着勘探开发的不断深入，深井、超深井不断增加，井底温度不断提高，高温稠化试验也变得越发频繁。高温稠化试验中，水泥浆强度发展快。实验结束后，需等待较长的降温时间，才能将稠化桨杯从釜体中取出。在此过程中，水泥浆已变成坚硬的水泥石，将搅拌桨叶总成固化在桨杯中，水泥石与桨杯内壁会产生一定的胶结强度，很难用人力拆卸[1-3]。

目前，国内对待已固化的稠化桨杯拆卸方法主要是三种：①人工慢慢敲击；②通过千斤顶等机械设备给定压力；③直接更换新的桨叶杆。对于这三种方法，我们不难发现在拆卸过程中比较繁琐，对稠化桨杯和桨叶的损害比较严重，成本消耗很大。

1 水泥浆稠化桨杯拆卸装置

1.1 研究思路

为了提高实验效率，降低桨杯损耗，设计专门的已固化稠化桨杯拆卸装置。该装置通过高压气源对固化在稠化桨杯内的水泥石和桨叶总成施加自上而下高压气，从而吹出水泥石达到水泥稠化拆卸的目的。该装置不仅能使一般固化在桨杯内水泥石轻易取出，还可以将桨杯上盖打不开的情况下桨杯内水泥石轻易取出，而不会破坏桨杯以及固化在水泥石内的桨叶和桨轴，从而减少了桨杯、桨叶、桨轴的修理更换成本。

1.2 评价装置

该油井水泥浆稠化实验桨杯拆卸装置主要由底座、顶板、顶板挡板、螺杆、进气嘴和工作筒等部分组成(见图1)。底座和顶板平行设置，两者之间通过多个螺杆连接，螺杆底端固定在底座上，顶板位置能沿螺杆上下移动，顶板中部设孔，且孔的直径大于油井水泥浆稠化实验桨杯的外径；同时，顶板在孔的两侧对称设置卡槽，顶板挡板插入卡槽封闭孔内。工作筒为耐高压工作筒，被顶板挡板固定在底座和顶板之间，其内侧设有环形凸台，环形凸台的内径小于油井水泥浆稠化实验桨杯的外径，进气嘴设置于顶板挡板上，与工作筒的内腔连通，通过进气嘴外接的高压气源实现气压的供给。

图1 水泥浆稠化桨杯拆卸装置

2 应用方法与效果评价

2.1 应用方法

该油井水泥浆稠化实验桨杯拆卸装置实操示意图如图2所示，该装置的使用方法如下：①将完成实验的稠化桨杯的顶盖卸掉，放入工作筒内；②将桨叶末端插进底座圆孔内，并用挡板固定好；③用气嘴连接好稠化桨杯和高压气源管线；④通过控制高压气源给定气压，通过气嘴将气压传到稠化桨杯内部，气压从上至下带动包裹有水泥石的所述搅拌桨叶总成向下移动；⑤搅拌桨叶总成通过底座圆孔脱离稠化桨杯，敲掉所述水泥石，取出所述搅拌桨叶总成，完成拆卸。

图2 水泥浆稠化桨杯拆卸装置平面图

2.2 效果评价

2.2.1不同密度水泥浆体系胶结后拆卸效果评价

对于目前实验室应用1.25、1.50、1.65、1.90 kg/L的4种水泥浆体系进行稠化胶结实验，首先让桨杯内水泥浆在80 ℃条件下完成稠化实验，取出桨杯放置室内继续让桨杯内水泥石强度发展24 h，促使其与桨杯内壁充分胶结，再通过此装置进行拆卸，每组拆卸实验重复测试3组，统计其拆卸结果。结果发现该装置的拆卸完成率为100%，统计结果如表1所示。

表1 不同密度水泥浆体系胶结24 h后拆卸结果统计

从表1可以看出，1.90 kg/L水泥浆胶结24 h拆卸完成的平均气压为1.8 MPa，为所需的最大气压值；1.25 kg/L水泥浆胶结24 h拆卸完成的平均气压为1.2 MPa，为所需的最小气压值，不同水泥浆体系的水泥石与桨杯内壁胶结24 h，在一定的气压范围内均能有效完成顶通拆卸。

2.2.2水泥石不同胶结时间拆卸效果评价

采用1.90 kg/L水泥浆体系在80 ℃稠化温度条件下，进行稠化实验，待水泥浆发展成水泥石后取出室温放置24、48、72 h，再通过此装置进行拆卸，每组拆卸实验重复测试3组，统计其拆卸结果。评价不同胶结时间对拆卸实验的影响情况，评价结果见表2。

表2 同种水泥石胶结不同时间拆卸结果统计表

从表2可以看出，随着胶结时间的延长，仅拆卸所需的顶通压力增加了0.2～0.3 MPa，对桨杯能否成功拆卸未产生影响。

2.2.3应用效果情况

该套装置在2020年7月在实验室内进行了推广应用，对半年的试验情况进行了跟踪，统计出水泥浆稠化实验固死桨杯的拆卸情况，并与推广前相同时间段拆卸情况进行了对比，结果见表3。

表3 2020年不同月份固死桨杯拆卸情况统计表

从表3可以看出，在该装置在7月推广固死桨杯的成功拆卸率达100%，较年初推广前的前6个月的成功拆卸率83%大幅提升。完全解决了高温试验固死桨杯难以拆卸造成桨杯以及固化在水泥石内的桨叶和桨轴损坏的问题。

3 结论

该装置一改以往以机械和液压作为拆卸动力，创新性地采取高压氮气，为固死桨杯提供动力，整个过程更加方便、环保、易于操作。该装置不仅能使一般固化在桨杯内水泥石轻易取出，还可以在桨杯上盖打不开的情况下，将桨杯内水泥石轻易取出。该套装置推广应用后，拆卸成功率达100%，不会破坏桨杯以及固化在水泥石内的桨叶和桨轴，从而减少了桨杯、桨叶、桨轴的修理更换成本。