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改进型更换盘根工具的研制

(2020-08-10 16:00:36)
标签:

盘根

更换盘根工具

分类: 盘根

  摘要:在油井日常生产维护中,抽油机井取加盘根是一项经常性的工作,良好的工具可以提高这项工作的效率,进而改善生产效率。文中,根据实际情况,提出了一种改进型更换盘根工具,以期可以为抽油机井取加盘根工作提供支持。

  关键词:更换盘根工具;抽油机井;辅助工具

  0 引言

  由于油井高含水对光杆的腐蚀,间出对光杆的干磨,使得盘根的耐磨度大大降低,从而增加了更换的频率,因此抽油机井取加盘根成为油井日常生产维护中一项经常性的工作。目前盘根密封填料主要采用抽油机废旧皮带的方式进行密封,来增加盘根对密封填料的耐磨度,从而延长密封填料的更换时间。但是密封填料强度的增加对顺利更换密封填料带来了不便。

  在现有技术条件下,我们没有找到一个延长盘根使用寿命的可靠办法,但是我们可以研制一种加盘根工具,从而减少加盘根造成的停井时间,减少采油工工作量,提高抽油机井的开井时率。

  1 现状调研

  目前抽油机井取加盘根的操作步骤是首先将抽油机废旧皮带前端据成斜 45°待用,而后停井、关胶皮闸门,然后卸掉压帽取出格兰,使用平口起子、小榔头等工具取出旧盘根,然后用自制的盘根起子砸进新盘根直至盘根与盘根盒平齐后据断,然后上紧压帽、开井,单人操作时间约 15~20 min 左右。

  第一季度统计某井区抽油机井取加盘根 121 次,所耗时 40 h,在一定程度上影响了抽油机井的开井时率,并对全区的原油产量造成了一定损失,可见降低抽油机井取加盘根时间对降低时率、提高产量有一定影响。由于原加取盘根的工具比较单一,使用原更换盘根工具时间长,操作不方便,并且极易损伤光杆和盘根。因此为了快速取加好盘根,我们急需研制出一套抽油机井快速取、加盘根工具,真正意义上的解决抽油机井取加盘根时间过长的问题。

  2 对策方案的提出

  (1)采用半圆弧形状的一端可用型换盘根工具,增加接触面来提高更换时间,从而减少砸伤盘根和光杆。

  (2)制作一端是现有换盘根工具另一端采用半圆弧形状的两端可用型换盘根工具(图 1)。

图 1 方案示意图

  在手柄的另外一端距离端面 50 mm 处增加了一块厚度为 4 mm,长度为 70 mm 中空方形钢,中空方形钢手柄通过焊接的方式连接用于紧固偏心井口压盖,在手柄的前端焊接一个长 200 mm 的抽油杆,上端向上 10mm,下端切割成长方形,下端做成具有一定弧度且高低错位的压杆,从而避免皮带填料时,压杆直切光杆造成光杆的损坏,同时增加操作时榔头与光杆的距离,便于操作。

  其中,实体方形钢与空心方钢空隙作为普通井口盘根压盖用,经过手柄的焊接点下移动 10 mm,以便于在榔头压紧盘根时保留有足够的落点空间。

  3 材料强度分析

  为了确保盘根调料工具在使用的过程中满足一定的强度要求,利用有限元分析方法(FEM)对该工具的本体强度与焊接点强度以及变形程度进行了分析。由于该盘根工具主要由废旧抽油杆组成,我们查阅了抽油杆相关的标准 SY/T5029-2013,获得目前抽油杆的等级以及屈服强度。

  目前井区井深大致在 2 000~3 000 m 范围内,因此普遍采用的抽油杆等级为 C 类,从表中可以看出, C类抽油杆的材料类型为优质碳素钢或合金钢,其抗拉强度在 621~793 MPa,屈服强度> 414 MPa,伸长率>13%。在焊接材料的选择上我们选用电焊,焊条选择E5016(J506),它屈服强度> 400 MPa,抗拉强度>490 MPa 的低氢钾型药皮的碳钢焊条,它与母材抗拉强度相近,具有良好的力学性能和抗裂性能,用于中碳钢和低合金钢的焊接,对于焊接点强度的分析,我们通过的现有焊接标准查阅表面 :常规熔焊中,焊缝的强度一般为母材强度的 60%~70%,压力焊中焊缝的强度一般为母材强度的 70%~90%,本次焊接主要采用常规焊接,根据母材的强度计算得到焊接点强度为 291 MPa。盘根盒压盖螺纹主要为 2~2.5 in,根据螺纹标准查的改尺寸,螺纹最大旋合扭矩为 2 744 N ﹒ m,根据上述参数确定模拟的约束条件与施加载荷,对其强度进行模拟。

  通过施加 2 744 N ﹒ m 可以看出在焊接点与焊接点下部的本体处发生应力集中现象,通过计算焊点处应力为 192 MPa,本体处最大应力为 123 MPa,均小于焊点与材料本体的抗拉强度,满足设计强度要求。

  4 确定实验地点进行实验

  井区试验验证,使用该工具后明显提高了更换质量,减少了更换时间。

  该改进型更换盘根工具体积小、携带方便、操作简单,一人操作时间平均 11 min,操作中不易砸伤光杆和盘根,并且安全性高。事故发生率为 0,完成了设计要求。

  4.1 确定改进方案

  通过不断的试用,大家反映很好,使用该工具后不用像以前一样需要很多工具,我们在把手上开一个斜45°的槽,在槽内来固定皮带盘根后来切盘根,这样既增加了该工具的又一项功能又改善了切盘根的质量。

  4.2 效果确认

  经现场操作验证,该工具具有以下优点 :

  (1)消除对砸盘根时砸伤手指和对光杆的伤害,该工具手抓时不在垂直用力面下,所以避免了砸伤手指的可能。另一侧成 S 形,从而留给操作榔头时一定的空间,所以不易将光杆砸伤产生毛刺,造成盘根使用寿命短,频繁加盘根的现象。

  (2)砸盘根时容易把盘根砸变形,起不到密封的作用,在加入盘根过程中用力不均匀盘根容易变形,造成盘根加入后密封效果不是很理想,该工具另一侧成圆弧形,可以有效地防止盘根在砸入的过程中对盘根的伤害。

  (3)该工具自带紧固盘根压盖功能和切割盘根固定功能,使之更加集成化,避免操作时来回拿工具从而节约时间。

  (4)使用该工具比原工具节约了 5 min 的更换时间,减少了停机时间。5 经济效益

  (1)该改进型更换盘根工具的研制从设计到完成,全部利用废旧材料加工,成本为 0 元。

  (2)使用改进型更换盘根工具在井口上进行换盘根操作平均需要 11 min,对比活动前减少 4 min,活动期间共计进行 25 井次操作,减少停机占产时间 4*25=100min,按单井平均日产油量为 5 t/ 日,可多产油 0.35 t,原油按 3 000 元 /t 计,增产效益为 1 050 元。6 安全效益

  改进型更换盘根工具的应用,杜绝了因操作过程中砸伤手指事故的发生,提高了更换质量,延长了更换周期,保证了操作者人身的安全,减少了生产现场的不安全因素和环境污染,产生了安全效益。

  7 社会效益

  人员熟练掌握了此项操作的要领,力求把更换盘根造成的事故降为 0。

  标准化 :

  (1)整理了相关技术图纸和资料,装订成册存档,便于以后推广。

  (2)编制了《改进型更换盘根工具的使用要求》,纳入到工具管理范围中。

  (3)制定该装置的制作工艺方案标准及操作规程标准,对员工进行了培训指导,确保了该工具的正确使用 . 并积极在作业区其他区块进行推广应用。

  作者:伍丽琨,郭军

  参考文献 :

  [1] 蔡俊杰,龚家勇,秦世群,等 . 全位调偏盘根盒的研制与应用 [J]. 河南石油, 2003(04).

  [2] 何新飞,黄发大,李建国 , 等 . 防刺漏盘根盒的研制与应用 [J]. 石化技术, 2016(11).

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