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顶驱钻机内防喷阀存在问题及改进措施
chinacir.com.cn   2009-4-9      文字大小:[ ]  收藏本页
     摘要:顶驱内防喷阀因受跳动等不均匀载荷常出现断裂、使用周期短的现象,严重影响钻井连续生产。提出了改进内防喷阀的两套方案,一是改进已出厂在用的顶驱内防喷阀结构,经两年多的现场使用未出现断裂问题,寿命延长数倍;二是提出了新生产制造顶驱内防喷阀的改进方案,该方案可改善内防喷阀的受力状态,彻底解决易断裂问题。 
关键词:顶驱;防喷阀;问题;措施 

  水平井、大位移井、深井、复杂地层井的钻井起下钻过程中,常出现阻卡、垮塌等各种复杂情况,转盘驱动有许多局限性,顶驱的出现就解决了这一问题。我国已先后引进数十台顶驱,来完成高难度井的钻井工程,获得显著的经济效益,并为钻井走出国门奠定了坚实的基础。我们在现场使用过程中,除充分感受了顶驱的优点外,发现顶驱的上、下内防喷阀存在着的断损坏问题,严重影响钻井施工的正常进行。 

  1 上、下内防喷阀的作用及结构顶驱的上、下内防喷阀安装在顶驱主轴下部,上内防喷阀的作用是:在钻进过程中,卸开钻杆接头时,保护水龙带内的泥浆不流失;一旦发现井涌,立即坐卡瓦,将顶驱与钻柱对好扣,进行旋扣和紧扣,关闭遥控上内防喷阀,下放顶驱到井口。下内防喷阀的作用是:在井涌时,如果需要使用止回阀或其它井控附件继续下钻,则关闭下内防喷阀后,把下内防喷阀从上内防喷阀上卸下,在下内防喷阀的上部接入合适的转换接头、止回阀和循环短节,进行正常的井控程序。内防喷阀结构由本体、阀座、阀心及附件组成。在本体安装阀心的位置,开有控制阀心开、关的两个孔。开孔位置相对本体来说,是上内防喷阀本体上最薄弱的位置。顶驱下内防喷阀结构由本体、阀座、阀心及附件组成。在本体安装阀心的位置,开有控制防喷阀开关的一个孔。开孔位置相对本体来说是下内防喷阀本体上最薄弱的位置。 

  2 造成防喷阀断裂的因素
  目前,上、下内防喷阀在使用过程中普通存在本体断裂问题,一直困扰着生产商和用户。引起这一问题的主要因素是跳钻。正常钻进过程中,上、下内防喷阀通过转换接头连接着井下钻具,上、下内防喷阀随着顶驱主轴转动,带着井下钻具转动,井下钻具的重量又通过上、下内防喷阀传递到顶驱上。当井下发生跳钻时,振动通过钻具传递给上、下内防喷阀再到顶驱上,使顶驱振动,并导致摆动,顶驱摆动又通过上、下内防喷阀传递给钻具,使振动加剧。上、下内防喷阀安装阀心的位置,在顶驱主轴上是薄弱的地方,由于剧烈振动,使该处损伤,直至断裂。 

  3 采取的措施 
  针对井下跳钻等因素导致顶驱振动的问题,为了降低顶驱振动的幅度,在转盘上安装了一个橡胶补心,来缓解顶驱的振动。安装后对保护钻具、降低因钻具振动碰打转盘发出的噪音起了一定的作用,但对降低顶驱振动的幅度效果不明显。为此,通过增加防喷阀外径尺寸的办法来提高防喷阀的强度。选用TDS-3S型顶驱的上内防喷阀,按照图1的尺寸加工,两端加工成长8mm、直径187 mm,用于安装接头锁紧装置。上内防喷阀起动器外套内径由Φ187.5 mm,加大到Φ203.7 mm,以实现上内防喷阀开关的遥控功能。以河南油田的顶驱为例:该台顶驱的上内防喷阀在2001年10月断裂后,由于订购的备件没有到货,现场仅有一个本体尺寸是Φ203.2 mm长是1 000 mm的上内防喷阀,为保证生产,现场人员把该上内防喷阀经过机加工后代替原顶驱的上内防喷阀,安装到顶驱上,一直使用至今,在经受住了地层跳钻、处理井下事故震击等因素影响后,已使用了20个月。由此可见:顶驱本体尺寸加大后,不仅满足了生产的需要,而在强度上也得到了加强,并且延长了上内防喷阀的使用寿命,节约了生产成本。 

  4 对防喷阀改进设想 
4.1 上内防喷阀的改进措施 
  (1)上内防喷阀是由于承受井下钻的重量并受到震击等外界因素的影响后,导致断裂损坏的 
解决这一问题的关键是在保证上内防喷阀作用的前提下,使防喷阀在工作中不承受井下钻具的重量并且免受外界因素的影响。最好的措施是在设计制造时,把上内防喷阀从顶驱主轴的下部移到顶驱的上部,安装在现在冲管的位置上,把冲管总成安装到上内防喷阀的上部,顶驱提环加长、主轴下部尺寸缩短,但整体尺寸保持不变。这一措施能够从根本上解决上内防喷阀由于受井下跳钻等外界因素的影响而断裂损坏这一技术难题,上内防喷阀还可终身使用,经济效益非常可观。 
  (2)对已经出厂使用的顶驱,其上内防喷阀只有安装在原来的位置上,承受着井下钻的重量,并且要经受井下跳钻等外界因素的影响。要延长上内防喷阀的使用寿命,只有通过增强上内防喷阀本体强度,增加强度。考虑到生产成本因素,唯一措施是:加大本体尺寸,即由原来的外径Φ187mm,加大到Φ203.2 mm,两端加工成长80 mm、直径187 mm,用于安装接头锁紧装置和扶正套,如图1所示,强度能满足生产需要,使用寿命是原来上内防喷阀的6倍。 

4.2 下内防喷阀的改进措施 
下内防喷阀由于它在顶驱中的特殊作用,必须安装在顶驱主轴下方,以便在井涌时,从顶驱主轴上卸下,再在其上安装转换接头、止回阀和循环短节,进行正常井控程序。解决“下内防喷阀断裂损坏”这一问题,只有从增强下内防喷阀本体强度上下功夫,增加强度。考虑到生产成本因素,唯一措施是:加大本体尺寸,即由原来的外径Φ187mm,加大到Φ203.2mm,两端加工成长80mm、直径187 mm,用于安装接头锁紧装置和扶正套。强度除满足生产需要,使用寿命是原来下内防喷阀的10倍。