电缆剪断器与自动旋转打捞器的研制与应用

李 丹，杨凤凯，郭雨微

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163000)

0 引 言

在采油测试过程中，由于仪器运行速度快，并且工具串在井筒内的间隙较小，经常会在仪器串上起过程中出现遇卡的情况[1]。当发生这种情况时，通常采用震荡方式进行解卡。由于目前油田使用的国产电缆存在外铠偏硬韧性不足的特点[2]，在震荡解卡过程中，电缆受力容易断裂，不仅会造成仪器和部分电缆同时掉落井内，造成后续打捞困难，还会使剩余电缆缆芯断裂位置不明，从而无法使用，造成电缆浪费。

根据现场工作经验，设计出电缆剪断器与自动旋转打捞器，总结出“一剪二捞”的处理办法。其中“一剪”指应用井下电缆剪断器对电缆进行剪断处理；“二捞”指应用自动旋转打捞器对仪器进行打捞。

1 井下电缆剪断器

井下电缆剪断器适用于井下测试层段，由4部分组成，如图1所示，分别为绳帽部分、加重部分、剪断器以及下部保护套。

图1 井下电缆剪断器整体结构示意图

4个部分中间位置均留有开槽设计，开槽直径可达到3.6 mm，能够将电缆安装到剪断器中间，通过各部分旋转，使开槽位置错落，加上护套的保护，即可保证井下电缆剪断器顺着电缆进行下放，而不会脱落。

剪断器的两侧各有一片胀片，如图2所示。胀片的下部直径比仪器的鱼顶稍小一些，上部是锋利的斜铲。用螺丝将胀片固定在剪断器的两侧，通过固定轴，每片胀片都可活动自如。下部外胀，则上部斜铲收缩。仪器下井后，电缆位于每组胀片固定轴的中间位置，当井下电缆剪断器下放到井下，遇到遇卡仪器时，仪器的鱼顶部分将撞击剪断器胀片下部，使胀片下部外胀，通过固定轴，上部的斜铲向内收缩，上部斜铲锋利，电缆将被剪断。在下放仪器时，下部护套朝下，绳帽朝上。绳帽的设计如图3所示，可以方便地在完成一次电缆剪断后，通过打捞卡瓦对井下电缆剪断器进行打捞。

图2 井下电缆剪断器胀片示意图

图3 井下电缆剪断器绳帽示意图

剪断器在工作过程中右侧胀片受力分析如图4所示。

图4 剪断器右侧胀片受力分析图

根据杠杆原理可得：

F2sinθ·L2=F1L1

(1)

2F2cosθ=mg

(2)

式中：F2为鱼顶对单侧胀片的挤压力；F1为胀片受固定轴拉力；L1和L2为力矩；mg为胀片的重力。

由式(1)和式(2)联立可得:

F1=mgsinθ·L2/2cosθ·L1

因为固定轴对胀片的拉力越大，连动胀片上部斜铲对电缆的剪切力越大，而拉力F1与胀片重力相关，所以剪断电缆的剪切力与剪断器重力有关。剪断器加重装置设计如图5所示，可以根据不同情况增加数量，从而增加剪断电缆的力，使电缆断裂。

图5 剪断器加重装置示意图

2 自动旋转打捞器

剪断电缆后，避免了电缆井下堆积，只需通过自动旋转打捞器对仪器进行打捞即可。目前现有的打捞器为卡瓦打捞器、鱼刺打捞器等[3]。虽然每一种打捞器都可针对不同情况进行处理，但遇卡事故多样，对于遇卡仪器贴靠套管壁以及处于粘稠介质或砂埋环境里的情况都不理想[4]。据数据统计，大庆油田2019年仪器遇卡49井次，打捞成功41井次(含仪器破损5井次)，成功率只有73%，不仅影响正常生产，还会造成经济损失。

运用实证分析法，对从“中国裁判文书网”以“患者知情同意”为关键词检索到的95份判决书进行统计分析，通过图表的方式将统计数据以直观的形式予以展现，以判决书及统计结果为基础，分析司法实践中侵害患者知情同意权责任纠纷案件的特点、问题提出相应的完善对策。

针对此情况，设计了自动旋转打捞器，如图6所示，包括快速连接头、打捞短接、导入装置。

图6 自动旋转打捞器组成示意图

快速连接头采用卡扣式，其示意图如图7所示。它在整个打捞器的最上部，可以快速连接电缆和电缆头，不易断裂。打捞短接中的旋转电机可以在特定时间与地点，带导入器自动旋转，使遇卡仪器可以多方位与导入器接触，方便打捞。打捞短接中的导流孔可以使井内泥质、油污等通过，方便打捞器移动。在打捞短接内设有延时控制装置，采用CD4060组成定时器的时基电路可以精确控制延长时间，使打捞器的旋转电机可以在预定深度进行自动开启旋转。

图7 卡扣式快速连接头示意图

打捞器配备两种形状的导入器，分别是太极形和斜面形。

太极形导入器示意图如图8所示。针对遇卡仪器贴靠套管壁的情况设计，外径114 mm，适用Φ139.7 mm套管。它顶端有喇叭口，喇叭口壁薄容易切入遇卡仪器与套管壁之间，靠近喇叭口一侧的位置，设有捞槽，捞槽宽度16 mm，承重2 000 kg。在打捞过程中，经过旋转，可将鱼顶导入捞槽，从而提高打捞成功率。

图8 太极形导入器示意图

斜面导入器示意图如图9所示。针对粘稠介质及砂埋环境设计，外径54 mm，斜面角度45°。自动旋转打捞器带动斜面进行旋转，使其可以像铲子一样松动井内油污或砂质，一旦遇到鱼顶，即可沿斜面进入捞槽，卡住鱼顶，提高打捞成功率。

图9 斜面形导入器示意图

打捞时，将打捞器与钢丝头快速连接，对延时控制装置进行设定，然后下放自动旋转打捞器，旋转电机在预定深度特定时间进行旋转，带动不同形状的导入器，通过卡槽卡住鱼顶后上提钢丝，完成打捞。

3 现场应用

2020年10月大庆油田一厂地区XXX井测井作业过程中，984 m遇卡，由于仪器价值高，多次震荡解卡有损坏仪器的可能，于是采用“一剪二捞”的方法进行处理。通过电缆剪断器在电缆头顶端剪断电缆，既保证了没有电缆落井又减少了电缆浪费。再通过太极形导入器配合自动旋转打捞器进行打捞，设定延时时间为15 min，下井一次打捞成功，总用时37 min。仪器经简单维护可正常运行。

4 结束语

井下电缆剪断器利用井口与井下仪器的高度差，巧妙运用与电缆连接的仪器鱼顶的大小，使其可以在仪器遇卡时从电缆头顶端剪断电缆，防止电缆从中间断开，既可避免部分电缆随仪器掉井造成打捞困难，同时也避免了电缆浪费。

自动旋转打捞器在电缆从根部断裂的基础上单独对仪器进行打捞。在不同情况下配合不同导入器，延时设置导入装置的旋转时间，使仪器鱼顶卡住打捞器卡槽，大大提高了打捞成功率。

与原有的打捞方式相比，“一剪二捞”的方式更加合理。虽然增加了步骤，但是总体上操作简便，缩短打捞时间，成功率高，避免了电缆不必要的浪费，更能保护遇卡仪器的安全。