带压装置论文（精选7篇）
带压装置论文 篇1
摘要：利用非稳态传热数学模型计算了加热管表面的瞬态温度变化情况, 并确定了装置的加热功率, 同时根据实物测绘结果设计、加工了一套带压作业装置井口保温系统。结果表明, 加热管表面温度非稳态变化的数值模拟结果与现场测试值吻合较好, 所设计制造的带压作业装置井口保温系统满足了冬季修井作业要求, 具有升温快、保温效果好、安全便捷的优点。
关键词：带压作业,保温,加热功率,非稳态
在石油工业采油注水井带压修井作业中, 油井井口装置裸露的主要散热部件包括三闸板、井口四通、防盗阀、地面裸露套管等[1—3], 如图1所示。由于东北三大油田都处于开发中后期, 采油注水井修井工作量很大, 需要在寒冬季节继续进行施工。在白天修井施工中, 起下油管等工作能保证地下水与地面装置中的水充分循环, 不会造成井口设备冰冻。晚上停止施工后, 地面装置散热损失大, 使三闸板等设备中的水冻结, 导致第二天继续施工困难, 排除冰冻故障一般采用明火烘烤的方式, 需要几个小时才能进行正常施工, 既影响工作进度又存在安全隐患。为了不影响施工进度, 并为作业工人创造适宜的工作环境, 本文设计了一套加热保温装置, 保证带压作业装置内的水维持液体状态。
加热保温装置的设计关键是确定设备散热量, 加热管的表面温度与散热量存在彼此依赖关系, 因此确定加热管的表面温度显得至关重要[4]。加热功率的确定既要考虑设备达到热稳定状态所需要的时间, 同时还要以待加热体的整体温度维持零摄氏度以上为目标, 因此需要根据加热管表面温度场的非稳态变化确定系统达到稳态的时间, 以及达到稳态后加热管的加热功率。为了保证加热管的加热量有效利用, 在加热管背对待加热设备一侧使用高温绝热材料 (高纯硅酸铝) 减少对外的散热量。
为了节省施工时间, 同时又能避免因使用明火而造成的安全事故的发生, 本文在对复杂外形结构的待保温结构现场精确测绘的基础上, 考虑加热管的非稳态温度变化利用传热学理论确定了装置的加热功率, 设计了一套带压作业装置井口保温系统。所设计制造的加热保温装置不仅加热保温效果好, 而且安全、便捷、操作方便。
1—三闸板;2—井口四通;3—防盗阀;4—地面套管
1 井口保温装置设计思路
在修井现场没有常备电源的情况下, 散热损失有几种补充途径。一是太阳能, 目前太阳能电池容量有限, 储能能力不能满足散热要求能量;二是燃油加热锅炉, 在修井作业中选用燃油加热锅炉, 有两个致命缺陷, 首先是锅炉如果仅为晚上停止修井作业时, 为三闸板等部件保温加热使用, 等修井作业时必然需要停止锅炉热水循环。锅炉功率不能很大, 热水循环管路很容易在低温时冻裂。如果把管路热水放空, 也会造成很大浪费。其次, 燃油锅炉耗油量远高于燃油发电机组, 运行成本也很大。三是燃油发电机组, 该项技术比较成熟, 应选用合适的发电机组, 设计降压变压控制柜组件, 把电压变为36 V, 用安全电压带动加热管对设备进行加热, 保证运行安全。考虑功率需求和装置的便携性及节能要求, 选择2台5 kW柴油发电机组, 经过2台加热控制柜变为36 V安全电压给各裸露部位保温加热。
柴油发电机供给的220 V直流电经过变压器调整为36 V, 利用控制柜为加热保温装置提供充足的电能, 保温壳体是在精确测绘基础上, 由经过详细绘图设计的三闸板保温加热装置、井口四通保温加热装置和地面套管保温加热装置组成, 保温壳体内侧铺设加热管, 加热管与设备通过辐射方式传递热能, 加热管另一侧与高温绝热材料紧密接触, 尽量减少加热管向外部环境散热。
三闸板是主要的散热部件形状复杂、体积大, 是带压作业装置中散射量最大、最容易冻结, 同时也是保温结构设计的难点, 如图2所示。因此, 本文以三闸板保温结构设计为例, 对井口装置保温系统设计进行说明。
三闸板保温装置设计主要分为以下几个步骤:三闸板装置测绘、加热功率计算、三闸板保温装置设计及加工。其中加热功率计算需要深厚的传热学理论基础, 另外两部分需要有较强的机械制图基础和工程背景。由于修井作业停止后, 会放掉高于三闸板位置的液体, 因此从三闸板以下进行保温加热是符合传热学机理的。根据三闸板结构, 考虑现场工人操作方便, 三闸板保温结构设计成两个分体结构, 如图3所示。三闸板的左右两部分保温加热装置分别安装后利用卡扣连接, 对扣用螺栓互相固定, 共布置10 kW加热功率, 左右两部分各布置5 kW, 左或右部分5 kW加热功率分别由两台发电机提供。
2 三闸板加热功率计算
本套加热保温装置的主要目的是保证带压作业装置不冻结, 因此三闸板加热功率是以设定设备表面温度为5℃ (设备内部水不冻结, 而且有一定的安全裕量) 来进行计算的。加热功率主要包括以下几部分:与待保温设备表面辐射、对流换热;高温加热管以导热和对流形式通过高温绝热材料向大气传递热量。加热功率的确定对于加热保温结构设计是一个关键环节, 本文在考虑加热管表面温度非稳态变化的情况下, 考虑圆肋、环肋的散热损失, 给出了加热管表面温度变化规律的计算公式[5]:
由热力学第一定律:
式中
式 (1) 、式 (2) 联立后可列出加热管温度变化的非稳态数学模型, 但其中有加热管表面温度和加热功率两个未知数, 因此为了对其进行求解, 首先应考虑设备达到稳态后加热管表面温度不随时间变化, 即
(3) 式中ε为加热管表面发射率, σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数,
利用肋的导热计算公式及相关对流、辐射方程, 假定环境温度为-20 ℃, 并与公式 (1) —式 (3) 联立, 即可求得该设备的加热功率, 同时可得到加热管达到稳态后的表面温度。经过计算可知, 三闸板加热保温装置的加热功率为9.4 kW, 此时加热管的表面温度为123.5 ℃。
得到稳态情况下的加热功率及加热管表面温度以后, 再代入到瞬态传热数学模型 (2) 中, 即可求得加热管温度随时间的变化情况, 如图4所示, 由图中可看出, 三闸板达到稳态所需的时间为54.5 min。
根据上述原则设计了一套井口加热保温装置, 为了验证理论计算结果的可靠性及该套井口加热保温装置的使用效果, 在吉林油田修井现场对其进行了现场试验, 试验环境温度波动范围为-16 ℃—-20 ℃。试验过程中, 首先启动发电机, 分别在三闸板保温装置的加热管、三闸板表面及加热保温设备外表面选择三个有代表性的部位布置温度测点进行测试, 每隔大约5分钟进行一次读数, 直到数据稳定。测试结果显示, 经历了55 min以后, 系统达到稳定状态, 三闸板表面温度为 (5.3±0.3) ℃, 满足现场施工要求。加热管表面温度随时间的变化情况与理论计算结果吻合较好, 误差在10.0%以内, 如图4所示。
3 结论
(1) 带压作业装置井口加热保温系统设计过程中突破了技术关键, 研究选择了适宜的加热保温热源, 并利用调压控制装置将220 V直流电压调整为36 V的安全电压, 保证了保温加热过程既安全又环保;
(2) 利用温度场瞬态时域数学模型得到的加热管表面温度数值解与现场实测数据吻合很好, 其相对误差在10.0%以内;
(3) 三闸板保温加热装置、防盗阀保温加热装置和井口四通保温加热装置进行现场试验时, 在55分钟内均达到稳定状态, 温升很快;
(4) 试验结果表明, 所研制的带压作业修井井口保温系统满足工艺要求, 解决了带压修井作业过程冬季夜晚井口设施冻结造成第二天施工困难的难题, 系统安全、可靠, 满足了工艺指标要求。
参考文献
[1]谢永金, 曹立明.新型不压井作业设备的研究.石油机械, 2007;35 (9) :161—461
[2]张存有.油轮货油加热和保温过程传热机理研究.大连海事大学, 2007
[3]崔斌, 带压作业修井装置的研制.石油矿场机械.2007;36 (1) :63—66
[4]Chen B C M.Cargo oil heating requirements for an FSO vessel con-version.Marine Technology, 1996;33 (1) :58—68
[5]Incropera F P, Dewitt D P.Fundamentals of heat and mass transfer.John Wiley&Sons Inc, 2005
油水井带压作业装置的研究 篇2
对于大庆油田而言,油田开发进入中后期,不压井作业越来越频繁。该作业可以缩短施工周期,节约作业成本,安全环保性更好[1,2,3]。针对用户的实际需求,对油水井带压作业装置进行了研究。
1总体方案
整套装置由井口装置总成及液压控制装置总成两大部分组成。
1.1井口装置总成
防喷器装置总成包括游动万能卡瓦、环形防喷器、液动闸板防喷器、主液缸、框架总成、油管滑道、扶梯、支撑底座及护栏等,整套装置结构简单、配置较少。下部的液动闸板防喷器既有安全卡瓦作用又有固定卡瓦作用;中间的环形防喷器主要是密封管柱,防止环套空间油液喷出;上部的万能卡瓦与下部的安全卡瓦及主油缸共同配合倒出管柱和接箍。
环形防喷器。发现井涌需要封井时,从控制系统输来的高压油从壳体下油口进入活塞下部关闭腔推动活塞向上运动,迫使胶芯沿球面上向心运动,支承筋相互靠拢,将其间的橡胶挤向井口中心,实现密封钻具或全封闭井口。打开时,液控压力从壳体上油口进入活塞上部开启腔,推动活塞下行,胶芯在本身弹力作用下复位,将井口打开。
液动单闸板防喷器。由壳体、侧门、液缸、闸板总成及闸板锁紧装置等主要零部件组成。壳体、侧门等主要承压件采用高强度、高韧性合金钢锻造成型,并经适当热处理,保证在工作压力下使用安全可靠。
其他配置包括主液缸、框架总成、扶梯、逃生滑道、油管滑道、支撑底座及护栏等。扶梯可方便操作人员上下作业平台;油管滑道作业时能方便快捷地将提出的油管移出井口;支撑底座可提高整套设备的稳定性;护栏可提高作业人员的安全性。
1.2液压控制装置总成
液压控制装置总成由底座、电动机、联轴器、齿轮泵、油箱、蓄能器组、电机防爆控制箱、上平台操作箱、液压集成块及液压管线等组成,主要控制井口防喷器装置总成中各防喷器及主液缸的动作,整套系统结构简单、操作方便、便于维修。
2技术指标
3现场应用
该装置于2015年在大庆油田采油一厂高134-斜395井、中1-丙141井、中501-324井进行了现场应用,通径186mm能满足起下大直径工具要求,环形防喷器密封性能良好,游动万能卡瓦可作为承重卡瓦使用,主液缸及游动卡瓦带动油管上提、下放工作正常,液控系统操作灵敏、安全可靠,能满足低压油水井环保、防喷起下油管作业。
4结论
油水井带压作业装置适用于压力不超过5 MPa的低压油水井的环保作业,整套装置一方面可以密封油水井的环套空间,防止井内油水外溢污染环境;另一方面作业安全可靠、成本低、效率高,可以满足油田需要。
参考文献
[1]樊奖平,张高峰,王学佳,等.带压作业装置现状与发展[J].石油矿场机械,2008,37(12):11-15.
[2]雒继忠,李开连,延晓鹏,等.不压井带压作业装置的引进与改进[J].石油化工应用,2009,28(1):10-12.
带压换闸门装置在风城油田的应用 篇3
关键词：SAGD井,带压,井口装置,更换闸门
1 带压换闸门的工艺技术现状
常规带压换闸门技术都是采用堵塞器封堵油管内径或封堵井口四通和六通的旁通通道进行更换闸门的方法。这两种方法都是利用堵塞器堵塞流体通道, 而达到暂时截流的作用。截流后再更换完损坏部件, 可以立即解堵生产, 从而达到带压更换闸门的作业目的。
1.1 采用堵塞器封堵油管内径更换闸门的方法
堵塞器堵塞油管内径就是利用带压设备或特殊的设备, 把和油管内径匹配的堵塞器下入到预定油管位置后, 座封丢手暂时封闭油管达到截流作用, 在更换完损坏的井口部件后, 然后进行打捞解堵, 恢复井口正常生产。
1.2 采用封堵井口旁通通道更换闸门的方法
封堵井口旁通通道的方法就是用一种特殊堵塞器, 引入到需更换闸门一侧的四通或六通内腔中, 采取各种座封方式使堵塞器封堵旁通内腔, 以达到截流状态而及时更换损坏部件, 然后再解堵恢复生产的方法。
根据这些方法以及新疆风城油田SAGD双管井井口特点, 采取机械堵塞密封井口六通旁通通道更换闸门的方法, 是比较易于加工制作和可靠程度较高的方法。
2 带压换闸门装置工作原理
新疆油田公司工程技术公司研制的带压换闸门装置, 采用的是机械堵塞密封井口六通旁通通道的方法, 该装置的原理如下:
2.1 固定支撑和限位设计
该装置固定支撑和限位充分利用了井口本身条件, 通过支撑杆一端和下端井口闸门法兰连接, 另一端和支撑法兰连接。固定法兰卡死固定在要更换闸门内侧法兰处, 再通过四个连杆和支撑法兰连接, 形成三个固定点, 使接头螺栓组件和螺杆有了可靠的支撑和限位作用。
2.2 堵塞工具设计
该装置利用接头螺栓组件通过外力压缩以及井内压力, 共同作用在组件上的V型密封件上使之胀封, 从而达到堵塞六通通道内腔的目的。该组件和螺杆通过螺纹连接, 再通过旋转螺杆尾部螺帽, 使螺杆和该组件一起进退。在该组件的前端是Ø48m m的滑套, 当滑套前进并抵到井口六通内管柱的外壁后, 我们通过正旋转施压, 使滑套相对组件产生运动而挤压处的V型密封件, 使之产生膨胀而达到密封通道内腔的目的。如果在更换完闸门后, 反旋转螺杆尾部螺帽, 就可退出该组件而达到解堵恢复井口原状。
该组件的胀封后的限位没有采用卡瓦的方式, 而是通过螺杆和工艺法兰给的预紧力达到支撑限位作用, 安全上有一定的保障。该装置的解封只需卸掉预紧力即可, 方便快捷可控性很强。
2.3 承压密封设计
该装置大部分密封部位, 都是采用便捷、可靠的法兰密封方式。其它依靠密封件密封的部位是接头螺栓与六通通道内腔之间的密封以及盘根法兰与螺杆之间的密封。
这两个密封点是整个装置特别重要的部位, 因为在整个作业过程中, 在拆除井口闸门后, 井内压力全部作用在这些密封件上。而整个井口控制完全依靠这些密封件, 所以密封材料选择和密封方式尤其重要。为了确保密封安全, 密封材料选择了软硬结合的方式, 可以达到更好的高温, 高压安全密封要求。
3 带压换闸门装置施工注意事项
(1) 施工前要确保装置的完好, 各部件灵活好用。
(2) 检查钢圈、螺帽、螺杆、密封件等配件不得有任何缺陷, 不能因这些配件的问题, 造成井控失控。
(3) 施工前要指定有经验和熟悉该装置原理和操作流程的人员指挥, 施工人员要明确分工, 交待操作要点, 确保每一步的正确操作。
(4) 施工中各岗位要密切配合, 要严格按操作流程施工, 不能因无谓的误操作, 造成严重的后果。
(5) 密封件的安装要严格按要求安装, 操作要轻巧, 避免损坏密封件。
(6) 施工作业中要做好硫化氢等有害气体检测工作, 做好应急设备和车辆的安排, 并针对单井制定应急抢险预案, 有了完善的应急措施方可施工。
4 带压换闸门装置的问题和改进建议
带压换闸门井口装置, 经过对风城作业区FHW34142井带压4MPa换23/8闸门一个和FHW203I注汽井换23/8闸门一个成功实验后, 验证该装置基本可以完成带压换闸门作业。但实际操作中还是有需要进一步改进的问题:
配件凌乱没有归类存储。建议使用专用的部件公用柜并做好标识, 且利于吊装。使用时调到现场即可, 即利于保养又利于快速现场安装。
该装置支撑方式没有通用性, 建议支撑点改为以六通井口本体为支撑点, 可以很好的解决这个问题。
各种法兰太多, 没有统一的方向标识, 安装过程容易造成闸门方向不平的问题。建议在哑铃法兰和盘根法兰上标识清楚螺孔顺序的位置。
密封件通入六通内腔和退出六通内腔在带压情况下, 旁通堵塞工具的送入取出辅助工具目前是手动, 建议改进丝杆的传动方式, 达到省时省力的目的。
哑铃法兰的放压和测压分为两处, 位置对安装法兰螺丝造成困难。建议可采取安装一个高压三通考克的方式, 位置选在不影响安装法兰螺丝的地方。
5 结论
总之该装置还是较为安全可靠的带压作业装置。如果采取其它作业方式平均每井次作业费用要20~30万左右, 而采用这套带压装置费用只需5万元左右, 只是其它作业的六分之一, 有很好的经济效益。更为重要的是用这种技术更换闸门, 可以在不停产的情况下作业, 避免了对油气井的井下工具、产层产生伤害, 能保持生产井的原有生产状况, 对整个油田的保护起到很好的作用。而且该工艺安全、可靠, 配套设备少, 省时省工, 对油田更换井口闸门的作业具有广阔的市场应用前景。
参考文献
[1]田玉琛, 谢平, 陈磊, 雷永莉, 高红萍.利用可捞式油管桥塞不压井更换井口闸门技术[J].断块油气田, 2009, (04)
[2]文成槐, 尹强, 文蜀.带压安全更换井口闸阀技术的研究与应用[J].钻采工艺, 第25卷2期
带压作业装置在油气水井中的应用 篇4
1 带压作业的原理
利用一定的井口设备和工艺方法, 在井底压力小于地层压力的欠平衡条件下进行修井、完井作业。常规修井作业的步骤是泄压——修井——注水——复产, 而带压作业技术则省去了泄压和注水这2个步骤, 直接进行修井施工。不压井, 防止了地层污染, 有效保护了油气层;不放喷, 避免了污染生态环境。该技术还缩短了油井复产时间, 常规修井复产产量恢复到正常通常需要半年左右。而带压作业技术因为避免了放水泄压, 也解决了由于水井压力长期居高不下的问题, 把复产的平均时间缩短到2个月。在对有压力的井进行现场施工时, 高压油气水井带压作业技术安全性较高。可避免井内管柱飞出造成的伤人、毁机等事故。
2 带压作业的几种类型
在石油化工厂内, 经常出现几种情况:
(1) 局部切出部分设备进行检修;
(2) 更换管线、阀门;
(3) 管线、阀门出现泄漏等。在装置继续运行, 无法对管线内的可燃液体或可燃气体进行退料、吹扫、置换的上述情况下, 对管线进行封堵、接管或者堵漏作业, 称为装置运行带压作业, 它是一种高危作业。并不是所有管线、在任何工艺条件下都可以实施带压作业。因此, 是否具备条件实施带压作业, 事前必须作出相关的安全判断, 并做好充分的作业安全准备。带压作业主要有如下几种:带压停止输送介质双封堵、带压不停止输送介质双封堵、带压四封堵、带压停止输送介质单封堵、带压不停止输送介质单封堵、带压接管、带压堵漏等。
3 带压作业装置在油气水井中的应用
3.1 高温介质带来的危险性
介质温度达到自燃点或者沸点, 排放到空气中会自燃、暴沸, 不能封堵作业;介质温度高于100℃, 排出物遇水, 会暴沸, 现场要注意防水防雨;高温介质会使封堵皮碗或者开孔机、封堵机、夹板阀的密封件降低或者失去密封性能, 对此事前要分析清楚皮碗橡胶、密封件的耐高温性能、耐高温的时效性, 正确选用。若排放出的高温介质, 对于盛装介质的容器、运输介质的车辆以及在现场存放介质, 都有很高的安全要求。如果管线较大, 或者两个封堵点之间计划隔离系统较大, 正常排放的高温介质就比较多。如果将高温介质排入排污管线, 就会损坏管线、引起暴沸、导致管线升压。如果用车辆运输, 罐车不能适应于高温介质, 且罐车一般都是装备微启安全阀, 高温介质具有较高的蒸汽压, 其挥发出的气相, 就会导致出现车辆罐体泄压能力不足的问题。因此, 在高温介质正常排放量大的情况, 不能封堵作业。
3.2 低温介质带来的危险性
低温介质会使封堵皮碗的加强钢结构护板、封堵机与护板之间的连接件 (都不是低温钢) 出现冷裂纹, 或者大大降低其冲击韧性。在较长时间, 较高压力下, 将造成封堵失效。突然喷发介质, 特别是在封堵点下游管线已切开的情况下喷发, 更加危险。低温介质也会使封堵皮碗、开孔机、封堵机、夹板阀的密封件降低或者失去密封性能。因此, 事前要分析清楚皮碗橡胶、密封件、钢结构的耐低温性能、耐低温的时效性, 正确选用。对于较高压力的冷介质, 封堵皮碗的加强钢结构护板、封堵机与护板之间的连接件事前要作探伤检查。
3.3 负压介质带来的危险性
管线为负压, 在带压接管、开孔过程中, 会进入空气, 增加了系统内的氧含量, 破坏了系统内的负压环境, 一般不能封堵作业。
3.4 高压介质带来的危险性
(1) 管线内为高压, 如果其压力超出开孔机、封堵机、堵塞、夹板阀的允许工作压力, 就会造成泄漏。因此, 事前要注意核准作业设备的允许工作压力, 并进行单机试压。
通常作业人员仅仅是接一个1”或者2”左右大小的短管, 就作为排放管。这样会带来不少安全问题:一是管线只是实现了单功能, 即是可以检查、检测到封堵效果;二是没有实现远距离排放, 只能实现现场排放。而用火点也是在现场, 在用火点实施排放, 是要发生事故的;三是当封堵点突然出现泄漏时, 会在防火墙与封堵点之间的管道内空间出现排放不及时、憋压的情况, 而管道内防火墙一般只能承压0.1~0.2MPa, 如果是在焊接计划加装阀门的管道法兰的时间段内, 因憋压而冲破管道内防火墙, 就会发生人员伤亡事故, 且此时要封堵的管道已被切开, 泄漏很难控制。以下做法, 应更为安全, 应是关键性的安全措施:一是开孔接排放管, 要用大管线, 一般若封堵管段为DN500, 开孔应有5”大小;二是要用长距离管线, 引至装置外安全地带。排放管段要用法兰连接, 便于拆卸安装, 增强通用性, 做到每次封堵作业, 可以重复利用;三是在靠近开孔点的排放管段的低点, 安装检查检测管, 管口应位于用火点下风向。检查检测管长度应适中, 出口距离过近, 对现场用火不安全, 距离过远, 由于泄漏介质走的路程长, 不利于及时发现封堵点已泄漏;四是在开孔点近处的排放管段低点, 安装压力表, 检测防火墙与封堵头皮碗之间泄漏介质的压力。
4 结论
尽管带压作业在我国还属于起步阶段, 带压作业装置还有待进一步改进, 但随着国家对环境保护力度的进一步加强, 带压作业这一新生事物必然会在我国油田的发展中得到进一步的推广应用。
参考文献
[1]杨贵兴, 王松麒, 张艳红, 等.带压作业技术研究与应用[J].石油机械, 2011 (S1) :180-182
[2]张野.高温不压井防喷带压作业装置在辽河油田的应用[J].科技创新导报, 2012 (02) :67-68
[3]马新珉, 瞿华.带压作业技术的应用前景[J].油气田环境保护, 2010 (01) :40-43
带压装置论文 篇5
关键词：带压检泵,抽油杆万能防喷,抽油杆万能夹持
0 引言
带压作业是依靠特殊的修井设备，在油、气、水井井口带压的情况下实现管柱的安全、无污染起下作业[1]。它可以有效地解决高压水井、自喷油井、新射孔和压裂井的作业难题，提高注水时效和水井利用率，大大地减少油层污染，避免因压井而对地层产生的伤害。现阶段，国际上已经普遍应用带压作业技术，研发了多种带压作业装置，还构建了配套的技术体系。目前国内带压起下油管设备已趋于成熟，但油井的带压作业，尤其是抽油杆的带压起下技术还不完善。主要原因是：(1)井下抽油杆规格多，没有通用合适的防喷器作保证；(2)全井抽油杆直径的上下变化大，缺乏通用的抽油杆夹持工具；(3)井下抽油杆接箍变径比较大，扶正器分布位置不确定，给防喷工作造成困难。本文介绍一种带压起下抽油杆作业装置，较好地解决了以上的问题。
1 带压起下抽油杆作业装置总体结构
图1为带压起下抽油杆作业装置，它由全封、万能抽油杆夹持装置、抽油杆万能液动防喷器、下横梁、三通、液动放喷阀、抽油杆接箍探测装置、中横梁、防喷伸缩管、举升油缸、上横梁、大变径抽油杆自封刮油器等组成。其中万能抽油杆夹持装置、抽油杆万能液动防喷器、抽油杆接箍探测装置和0m～2.5m的伸缩防喷管的组合极大地提高了本装置的通用性，为带压起下抽油杆作业提供了完整的解决方案。
图2为万能抽油杆夹持装置，它将现有的半圆弧夹持面改为V型夹持面，来适应不同直径抽油杆的夹持要求；Ⅴ型夹持面上的网纹槽结构能提高夹持效果，防止抽油杆与其之间产生串滑现象，同时在其表面的淬硬层能提高卡瓦座的使用寿命。
图3为抽油杆万能液动防喷器，主要由上盖、球形胶芯、支撑环、活塞和下壳体组成。其中心通径为Φ65mm（油管通径为Φ62mm），通过卡箍与油管相连，当抽油杆在其内腔经过时实现防喷作用。该密封方式理论上可以实现零座封，不受抽油杆直径影响，无论多复杂的井下状况都能适应。
1-油管全封；2-万能抽油杆夹持装置；3-抽油杆万能液动防喷器；4-下横梁；5-三通；6-抽油杆接箍探测装置；7-液动放喷阀；8-防喷伸缩管；9-举升油缸；10-中横梁；11-上横梁；12-万能抽油杆夹持装置；13-抽油杆万能液动防喷器；14-大变径抽油杆自封刮油器
抽油杆接箍探测装置由金属刮板、联接螺钉、传动转轴、限位垫片、张紧轮、卡簧、凸轮、紧固螺钉、密封圈、张紧弹簧及主体组成，在解决抽油杆表面清蜡问题的同时，能使在接箍和扶正器通过时产生的直径变化通过转轴输出，为抽油杆带压作业中的接箍和扶正器的位置探测提供了有效的途径。
大变径抽油杆自封刮油器由上盖、胶芯、下座组成。胶芯是采用高弹性柔软型硅橡胶制成，倒喇叭口形，结构合理，不影响作业速度，中间通孔直径有Φ16mm、Φ19mm、Φ22mm三规格，视井下抽油杆状况而选择。
1-左油缸总成；2-活塞；3-壳体；4-左卡瓦座；5-竖直孔；6-右卡瓦座；7-水平孔；8-右油缸总成
1-上盖；2-球形胶芯；3-联接螺栓；4,6,7,8,10-密封圈；5-支撑环；9-活塞；11-下壳体
2 带压起下抽油杆装置工作原理
本装置通过控制液动放喷阀、特有的万能抽油杆夹持装置和抽油杆万能液动防喷器，结合抽油杆接箍探测装置和大变径抽油杆自封刮油器，实现带压起下抽油杆作业。与常规抽油杆作业装置不同的是，其万能抽油杆夹持装置能够对不同直径的抽油杆进行可靠夹持，为抽油杆起杆和下杆作业提供可靠的夹持保证；其抽油杆万能液动防喷器能够解决各种规格的抽油杆防喷问题，为带压检泵提供了可靠保证；其抽油杆接箍探测装置能够解决抽油杆表面的清蜡问题，又能顺利通过接箍和扶正器，为抽油杆带压作业提供了有效的接箍和扶正器的位置探测途径；其大变径抽油杆自封刮油器能够解决抽油杆接箍和扶正器通过的问题，结合下部的三通，还可将所刮原油集中收集，有效地避免了井场污染，为抽油杆起柱环保作业提供保障。
万能抽油杆夹持装置通过控制两侧油缸推动活塞来调节两侧卡瓦座，使得两侧卡瓦座上具有网纹槽的Ⅴ型夹持面适应对不同直径抽油杆的夹持，在防止抽油杆与V型夹持面之间产生串滑现象的同时实现可靠夹持，给使用带来极大的方便。
抽油杆万能液动防喷器在抽油杆在其内腔经过且井下有压力需要密封时，液压油在A、B口进回油，活塞在压力油推动下向上挤压球形胶芯，球形胶芯同时受到上盖内球面的反作用向中间团抱将抽油杆周边完全密封，从而实现防喷作用。
抽油杆接箍探测装置在油井起提抽油杆工作过程中，金属刮板受张紧弹簧的作用始终贴靠在抽油杆上，抽油杆上的结蜡就会被金属刮板刮下，当抽油杆接箍（或扶正器）通过时，接箍（或扶正器）就会拨动金属刮板克服弹簧作用力反向转动，可传输至另一端的凸轮驱动蜂鸣器按钮实现遇接箍鸣叫。
大变径抽油杆自封刮油器在起提抽油杆过程中，胶芯封住抽油杆实现刮油，所刮原油经下座上的三通出口流向原油收集池，当接箍或扶正器通过时，该胶芯会被自然胀开，抽油杆只有轻微受阻，作业速度几乎不受影响，保证了抽油杆的无污染作业。
3 变径防喷带压起下抽油杆作业工艺流程
3.1 起杆过程
当井下压力不足以推动抽油杆，抽油杆无上窜趋势时，可以直接采用修井机上的大吊来起杆以提高效率。其过程如下：关闭液动放喷阀及其上方的抽油杆万能液动防喷器，大吊上提抽油杆；当接箍探测装置发出鸣叫信号后，暂停或放慢大吊上提速度，关闭上方的抽油杆万能液动防喷器，打开液动放喷阀来释放防喷伸缩管中的压力后，再打开上方的抽油杆万能液动防喷器，继续上提抽油杆，直至接箍（或扶正器）露出；卸下此杆后，继续上述作业过程来起出下面的油杆，直至完成全部作业。
当井下压力使得抽油杆有上窜趋势时，可以采用本装置中的举升油缸进行起杆，修井机大吊携吊卡配合扶正抽油杆。其过程如下：关闭液动放喷阀、上方的万能抽油杆夹持装置（卡持抽油杆）和抽油杆万能液动防喷器，举升油缸上举，其他部件处于打开状态；当举升油缸行到最高点后，关闭下方的抽油杆万能液动防喷器和万能抽油杆夹持装置（卡持抽油杆），打开液动放喷阀释放出防喷伸缩管中的压力后，再打开上方的万能抽油杆夹持装置（松开抽油杆）和抽油杆万能液动防喷器，让举升油缸下行。重复上述动作，直至接箍露出，卸扣取下抽油杆，如此往复，完成整个起杆作业。在起杆过程中，由于井下单流阀的作用，会有大量的原油随抽油杆带出，此时防喷伸缩管起到了储存原油的作用。当油缸下行时，大变径抽油杆自封刮油器保证了所储原油经液动放喷阀流出，避免了井场的污染。
3.2 下杆过程
当井下压力不足以推动抽油杆，抽油杆无上窜趋势时，可以直接采用修井机上的大吊来下杆。下杆过程中撤下接箍探测装置的张紧弹簧，使刮板始终处于打开状态。下杆过程如下：关闭下方的抽油杆万能液动防喷器和液动放喷阀，其他部件都处于打开状态，大吊通过吊卡携抽油杆下行，接箍通过上方的抽油杆万能液动防喷器后，就关闭上方的防喷器并打开下方的防喷器，继续下行；估计接箍已经通过下方的防喷器后关闭下方的防喷器，再打开液动放喷阀和上方的防喷器继续下行。重复上述过程，直至全部油杆下完。
当井下压力使得抽油杆有上窜趋势时，可以采用本装置中的举升油缸进行下杆，修井机大吊携吊卡配合扶正抽油杆。下杆过程中撤下接箍探测装置的张紧弹簧，使刮板始终处于打开状态。其过程如下：首先将举升油缸上行至最高点，再关闭液动放喷阀、上方的抽油杆万能液动防喷器和万能抽油杆夹持装置（卡持抽油杆），其他部件都处于打开状态；接着让抽油杆被夹持随着举升油缸下行，当油缸下行到最低位后，关闭下方的抽油杆万能液动防喷器和万能抽油杆夹持装置（卡持抽油杆），打开液动放喷阀、上方的油杆万能液动防喷器和万能抽油杆夹持装置（松开抽油杆），再将举升油缸上行到最高点。重复上述过程，直至全部油杆下完。
3.3 现场工艺安装
拆除井口采油树，吊车将本装置吊至井口，用比本装置的总体高度还长的抽油杆穿过本装置中心通孔，导出井口抽油杆。将本装置下部（全封下口）通过卡箍与井口联接。固定好本装置后，再将液压控制管线分别与全封、万能抽油杆夹持装置、抽油杆万能液动防喷器、液动放喷阀、举升油缸上对应的控制油口相连。液动防喷阀出口通过水龙带接放喷灌（池）。将接箍探测器输出凸轮与蜂鸣器按钮接好。车间装配如图4所示，施工现场如图5所示。
4 结束语
(1）带压起下抽油杆作业装置较好地解决了目前抽油杆规格多所引起的防喷器通用性差、夹持装置和其接箍及扶正器位置不确定等原因引起的操作、防喷、刮油效果差等实际问题，在保护井场不受污染的情况下提高了油井检泵的作业效率。
(2）本带压起下抽油杆作业装置，可以直接同带压起下油管的作业设备配合使用，利用它的液压源作为本装置的动力。因此，结构简单，易于操作，安全可控性强，有较高的推广价值。
该装置在江苏油田带压检泵18井次，取得了较好的经济效果。
参考文献
[1]冯斌,林燕.带压作业技术的理论研究及现场应用[J].中国石油和化工标准与质量,2012(6):79.
[2]郭永辉,于燕.国内不压井(带压)作业技术应用现状探讨[J].中外能源,2009(6):61-63.
[3]孙红春.抽油杆缺陷检测及模式识别的研究[D].沈阳:东北大学,2008:1-15.
[4]吴则中,钟永海,孟忠良,等.我国抽油杆研制工作的现状及发展方向[J].石油机械,2008(2):63-66,84.
带压装置论文 篇6
承压部件带压堵漏技术是指运行系统中的承压元部件,因气孔、砂眼等不易扩大的缺陷引起的介质外泄,在不停用及不改变运行系统的情况下，阻断泄漏的施堵技术。它适用于蒸汽、空气、油和水等介质运行系统中的管道、容器、阀门、法兰等承压部件的泄漏。
其原理是：在破坏原有密封空间的条件下，重新建立新的密封空间，达到消除泄漏的目的。
其方法有强注式堵漏、焊补堵漏、卡箍夹垫堵漏、捻压堵漏、焊接泄压密封装置等。强注式堵漏可应用于管道、阀门、法兰、三通、大小头（异径管）等部位，其主要方法是：根据泄漏点情况，制作专用夹具（必要时也可以不用夹具）紧固在泄漏部位上，然后将专用密封剂通过专用的高压注射枪注入，密封剂能够迅速固化形成新的密封空间，从而消除漏点。由液压动力单元、注胶单元组成，系统总成见图1。液压动力单元包括手动液压泵、管路、压力表计；注胶单元包括高压注射枪、注胶嘴、密封胶。
焊接泄压密封装置可应用于阀门、管道等部位，该装置带有泄压功能，即可以实现处理漏点时的无压焊接，焊接完成后可以完成密封。即在泄漏点焊接引出泄压管，在泄压管末端可以装设螺纹副密封或阀门形成密封系统。
2 夹具设计及工艺
2.1 设计原则
(1)夹具的紧固件必须保证足够的强度。
(2)夹具上要打适量的注射孔,一般为对称布置，若系法兰泄漏，注射孔应设在两螺栓之间。为的是满足密封剂充满密封腔为准，同时要考虑卸载。
(3)夹具密封腔尺寸要大于泄漏点尺寸，可增设密封结构，来应对泄漏点过大的情况。
(4)夹具密封腔壁厚可以与泄露元件壁厚相同，也可以稍薄于泄漏元件壁厚。
(5)为保证夹具夹具能够承受介质压力和外部紧固力，不产生变形，必须保证其具有足够的刚度和强度。
(6)夹具的材质应和泄漏部件的材质相同或接近，根据泄漏部件的工作介质和工作参数，合理选用夹具，高于泄漏材质强度的材料不得采用。
2.2 夹具的设计加工工艺以适用于管道的对夹式夹具为例。
图2所示为两瓣对夹式夹具，我们设计的夹具一般以此为基础,再根据泄漏部件的实际形状和尺寸加以演变。
(1)夹具本身结合面的外侧以及夹具与泄漏部件结合式夹具的外侧必要时应加工坡口，坡口形式由夹具几何尺寸和介质参数而定。
(2)密封空间径向尺寸d2，一般d2=（d1+10-12)mm左右，其外型尺寸d3=（d2+20-26)mm，但对重要高参数部件，d3要随介质参数和夹具几何尺寸而变。
(3)耳子外型尺寸L2由夹具尺寸及泄漏部件外围空间而定。螺孔中心距L应以能紧螺栓为准，若过大会降低耳子刚度。
(4)夹具密封空间的轴向长度b1由泄漏部件的实际轴向长度而定。确定该尺寸时要检查清楚泄漏部件实际强度降低段的轴向长度b，使b1=（b+10-20)mm；夹具的圆周方向密封面的轴向宽度b2一般为10mm，但对于高参数、大尺寸的泄漏部件，要由介质参数和夹具的几何尺寸而定。
(5)耳子的厚度a2由泄漏介质参数和夹具几何尺寸而定，要保证耳子有足够的刚度，以减少紧螺栓时的变形，介质参数高几何尺寸大，耳子就厚。我们要以夹具结合面可以施焊为准，上下耳子间距a1一般为10mm以上。
(6)泄漏量大排泄孔就应多，尺寸应大，排泄孔的大小和多少根据泄漏量的多少而定。
(7)一般介质压力高，流道空间小，注胶孔就比较多，同时夹具尺寸大注胶孔也比较多。注胶孔与注胶嘴用螺纹连接，其数量由夹具的几何尺寸定。
(8)由于设备本身存在制造误差，使d1比d略小0.1～0.25mm，一定要测量泄漏部位的实际尺寸d（指泄漏管道的外径），偏差随部件尺寸大小而变,直径大的偏差可大一些。
(9)采用一块或两块原料制作，可以使用密封室、耳子分别加工后焊接的方法，也可以使用密封室、耳子为一体的加工方法，将结合面加工到要求精度，表面粗糙度一般为5～6级。
3 带压堵漏技术在炼油和化工装置中的应用举例
某厂锅炉给水换热器123-C为U型管式换热器，其结构简图见图3。管箱接管为法兰连接，壳侧接管为焊接。设备的内径为900mm，总长6680mm，筒体材质为SA387GR11CL2，管板法兰材质为SA-336F11，密封面堆焊Inconel600，管箱筒体材质为16MnR（正火），管箱大法兰材质为16MnIV。管束被24条M80×4×650螺栓载在管板固定在壳体上，螺栓材质为35CrMoA，螺母为40Mn，管箱被24条M72×4×600液压拉伸螺栓载在管板上，螺栓材质为35CrMoA，螺母为40Mn。
该设备泄漏之初采用紧固管板螺栓等方法，但未见显著成效，为保证装置连续稳定运行，采取带压堵漏方法。
制作凸型法兰夹具（见图4），夹住管板与管箱泄漏面，夹具两侧分别堆焊在管板与管箱上，借此来固定夹具；由夹具注胶孔，注入密封胶，达到密封效果。
由此，泄漏转移至封头螺栓处，采取的办法是，在螺栓上钻出两个孔，一个注胶孔，一个泄压孔，将螺栓与螺母、螺柱与封头法兰密封焊死，然后向注胶孔内注入密封胶达到密封效果（见图5）。
4 结论
在大型炼油和化工装置中，在开车及正常生产中难免有接管内介质泄漏，为了不影响正常运行，必须采用带压堵漏方法进行堵漏，实践证明这种方法不但在技术理论上可行，而且在实际中也是行之有效，简单易行，能及时制止介质泄漏，对保证正常生产，消除泄漏现象，有着积极有效的作用。
参考文献
[1]蒙东英,廖柯熹,颜力.带压堵漏夹具设计理论与编程[J].油气储运,2010(02).
[2]曹秀云.石油化工设备带压管道堵漏方案探讨[J].石油和化工设备,2010(02).
带压装置论文 篇7
1 管道泄漏分析
管道泄漏概括起来可以分为:管段泄漏;管件泄漏;阀门泄漏三大类。管段由管子相互对接的焊缝组成。管件由法兰、螺纹连接件、弯头、三通、异径管等管配件组成。阀门由生产工艺确定的各类阀门组成。
1.1 管段泄漏
归纳起来有以下几方面原因:1) 焊缝缺陷:2) 各种腐蚀 (应力、晶间、电化学、浸蚀或汽蚀等) ;3) 压力波动及介质的“水锤”引起的振动, 导致焊缝缺陷扩展、法兰螺栓松动、垫片比压下降;4) 高速流动的介质在改变方向时, 对局部金属管壁的不停冲刷, 壁厚逐渐减薄, 直至穿孔泄漏。
1.2 管件泄漏
法兰、弯头、三通、异径管、丝扣连接件等, 一方面由于其本身就是潜在的“泄漏点”受螺栓紧固力、垫片材料及垫片回弹、法兰密封的粗糙度等影响, 存在泄漏可能, 另一方面, 由于其相对于直管来说几何形状的不连续性, 在介质腐蚀、冲刷、振动等因素的作用下, 在焊缝、流体转向处的弯头、三通处易发生泄漏。
1.3 阀门泄漏
同样由受到输送介质压力、温度、振动、冲刷等因素的作用下, 阀门填料或阀体容易产生泄漏。
2 带压堵漏密封技术的基本原理与方法
以密封材料本身的机理为基本依据, 在泄漏部位安装专用夹具, 利用泄漏本体和专用夹具之间的形成的空腔, 采用专用的高压注剂工具将密封胶注入腔室, 并充满整个腔室空间, 使密封胶的挤压力与泄漏介质的压力相平衡, 建立一个新的密封结构来堵塞泄漏通道, 阻止介质的外泄。
图1是带压堵漏技术的原理。操作过程如下:
F.泄漏点, G.用于密封的夹具, D.注剂旋塞阀, C.注剂接头, A.挤压活塞, E.排放接头 (也是注剂注入接头) .
1) 将注剂旋塞阀D安装在密封夹具G上并使旋塞阀处全开状态;2) 将密封夹具安装在泄漏部位, 泄漏点被设置在夹具的密封腔内, 该夹具不仅要容纳密封剂, 同时要承受密封注剂注入和介质泄漏形成的压力。3) 为保证注剂顺利注入, 在卡具设置了E排放接头, 在高压油泵的作用下, 高压油推动注剂枪内的活塞向前移动;4) 注剂枪的前端是密封注剂室, 密封注剂被强行注射到卡具与泄漏部位之间的密封腔内;5) 当密封剂注射到时, 泄漏会停止。关闭最后一个旋塞阀, 完成堵漏作业。
3 堵漏夹具的设计
管道泄漏时的实际状况要比理论上的分析复杂的多, 尤其是涉及带压堵漏技术的实际应用时, 管道上的泄漏位置、泄漏缺陷的外部轮廓的非几何特征, 是制约夹具设计的不利因素, 也是制约带压堵漏技术普及应用的不利因素。因此夹具设计是带压堵漏技术的关键。
夹具是注剂式带压堵漏技术的重要组成部分之一, 它是加装在泄漏缺陷的外部与泄漏部位外表面共同组成的密封空腔的金属构件。可以说在注剂式带压堵漏技术应用中, 相当大的工作量都是围绕着夹具的构思、设计、制作来进行的, 也是堵漏工作中较难的部分。
注剂式带压堵漏技术是在特定条件下实施的一项应急修补技术, 所处理的各种泄漏部位及接触到的泄漏介质是千差万别的, 而夹具设计的优劣直接关系到堵漏密封作业能否成功以及使用寿命的长短, 但是在实际应用中, 可能会遇到更加复杂的情况, 有些泄漏部位甚至很难设计出理想的夹具, 即使设计出了夹具也难以牢固的安装在泄漏部位上, 而有些常规的泄漏点, 例如法兰的泄漏, 可以说采用注剂式带压堵漏技术加以消除, 成功率相当高。但在现场实际动态堵漏作业时, 由于锈蚀、错口、偏口等原因, 却有可能发生堵漏失效的情况, 或者当时止住了泄漏, 但两三天后又出现二次泄漏。为什么产生这类问题?除了一些客观因素之外, 主要还是夹具的设计问题, 可以说在正确选用堵漏注剂的前提下, 夹具的优化设计是注剂式带压堵漏技术成功与否的关键。因此, 在对夹具的设计和制造过程中应遵循下列准则。
1) 良好的吻合性。
要求设计制作的夹具形状必须与泄漏部位的外部形状良好的吻合。
2) 足够的强度和刚度。
设计夹具的压力等级应高于泄漏介质压力数倍以上。
3) 分块合理。
夹具应当是分块结构, 安装在泄漏部位上后再连接成刚性整体。
4) 合适的密封空腔。
夹具与泄漏部位之间必须有一个密闭的密封空腔, 以便于注射和包容密封注剂, 维持足够的密封比压止住泄漏。
4 注剂式带压堵漏技术
采用注剂式带压堵漏技术对泄漏设备进行封堵, 需综合考虑专用密封剂、专用夹具、专用工器具、操作技术之间的协调互补作用[3]。
案例:泄漏装置、设备及部位如下。
1) 泄漏设备。热力车间DN300蒸汽主管道泄漏。
2) 泄漏部位及状况。泄漏部位:法兰密封面泄漏造成;泄漏状况:双面泄漏, 如图2、3所示。
3) 泄漏介质参数, 见表1。
各部位见表2、图2、3。
4) 由于法兰位置不佳, 安装夹具及操作需搭建操作平台。由于温度较高, 腐蚀严重, 在安装夹具时有一定的危险, 故采取了相应的安全防护措施。夹具结构形式为凸形法兰夹具。
5) 根据现场尺寸、泄漏点位置情况, 设计相应形状的夹具来满足堵漏需要, 而且在传统凸形夹具基础上进行了改进, 增加了一道捻缝槽, 对该泄漏法兰实施了注剂式带压堵漏技术, 封堵非常成功, 具体情况如下。
选用Q235板材制作夹具, 由于法兰连接的错口量较大, 而且阀门端法兰外缘不规则, 故设计成单侧偏心法兰夹具。从堵漏的实践中体会到, 夹具与泄漏部位外面的接触间隙, 对于堵漏密封作业来说, 是十分重要的。如图4所示, 是在凸形夹具基础上改进的夹具, 它的基本结构与凸形夹具一样, 但其封闭功能的实现则在很大的差异, 这种夹具泄漏法兰上后, 借助风动工具或扁冲将夹具边缘捻变形, 使其与泄漏法兰形成紧密接触, 夹具的封闭性能明显提高。
6) 根据泄漏介质的参数, 选用YW-2密封注剂。
7) 准备好安全防护用品和作业用工器具。
8) 现场作业时, 先在泄漏法兰上标注出偏口位置, 并使其与夹具偏口位置相对应安装, 并尽量捻小夹具与泄漏法兰的间隙, 连接高压注剂枪进行注剂作业, 泄漏一旦停止, 注入密封注剂的过程即告完成, 不可强行继续注入, 以免把密封注剂射到泄漏管道中。
5 结论
带压密封技术在管件外泄漏处理中的运用, 不仅不需要停车或对系统进行隔离, 不需要对系统进行泄压, 可以减少非计划停车次数, 节省大量的能源, 减少了企业的经济损失。同时带压堵漏属于一种应急抢修性质的工作, 工作环境恶劣, 作业中不确定因素多、风险大, 作业前的风险分析一定要充分, 安全措施一定要落实到位。对漏点的处理是一种临时措施, 有一定的局限性和时效性, 在有条件的情况下, 要对泄漏部位进行彻底检修。
摘要：在特定条件下实施的一项应急修补技术, 所处理的各种泄漏部位及接触到的泄漏介质是千差万别的, 而夹具设计的优劣直接关系到堵漏密封作业能否成功以及使用寿命的长短。为此, 笔者在传统的凸形夹具基础上, 增加一道捻缝槽, 明显提高了密封性能和成功率。
关键词：带压堵漏技术,管道,应用
参考文献
[1]王金荣.压力容器压力管道带压密封技术[M].北京:天津大学出版社, 2007.
[2]HG/T20201-2007, 带压密封技术规范标准[Z].