防掉防喷管堵头的研制与应用
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【摘 要】随着油田注水井分层流量测试工艺的不断发展，目前智能测调技术已在测试领域全面应用。其仪器在测试过程中上提到井口时经常会顶到防喷管堵头，特别是在冬季测试时会因为计量轮结冰打滑导致计数器不准，丢米数，易发生撞击防喷管堵头造成仪器掉入井内的生产事故。为了有效保护钢丝或电缆防止发生撞堵头事故的发生，研制了防掉防喷管堵头。其结构设计合理，组件配合灵活，在测试过程中上提绞车将仪器起到井口防喷管时，不会因为计数器不准，而发生仪器掉入井内的情况，从而为注水井分层流量测试工作提供了有力的安全保障，解决了生产难题，避免了生产事故的发生，具有广阔的应用前景。
【关键词】防掉；防喷；堵头
前言
在使用智能测调仪器进行注水井分层流量测试时，原来的防喷堵头使用弹簧保护仪器上端的测试电缆。现场使用防喷堵头功能单一，起不到保护作用，在从绞车到井口搬运过程中易造成电缆折断折损。在上提测试仪器时，如果计数器损坏失灵或操作人员马虎大意，会造成测试仪器撞击测试堵头，把测试钢丝或电缆撞断使仪器掉入井内。
第X采油厂 第X油矿测试队于2014年12月18日，对某注水井1进行测试。由于冬季在测调施工过程中，由于温度过低，导致测试绞车机头结冰，电缆绞车滚筒有冰碴，从而造成电缆在计量轮处打滑造成计数器计量深度不准确。绞车面板计数器显示距井口30米时，电缆实际长度与计数器显示剩余长度误差较大，仪器进入防喷管时发生撞击防喷管堵头，电缆头与电缆连接处被拉断，导致仪器掉入井内。为了解决以上问题，研制了防掉防喷管堵头。
1防掉防喷管堵头结构组成
新研制的防掉防喷管堵头主要由卡瓦外筒、套体、套体螺丝、卡瓦片负荷弹簧、调节垫片、卡瓦片、限位弹簧、限位弹簧座、密封盘根、弹簧压盖、备帽等组成图中：1-密封盘根；2-弹簧压盖；3-备帽；4-卡瓦外筒；5-套体；6-套体螺丝；7-卡瓦片负荷弹簧；8-调节垫片；9-卡瓦片；10-限位弹簧；11-限位弹簧座
2防掉防喷管堵头结构尺寸及工作原理
2.1结构尺寸
防掉防喷管堵头总体尺寸，堵头长133mm，最大外径Φ44mm，最小内径Φ3.5mm，适用于Φ3.2mm的钢铠电缆。
2.1.1密封盘根形状为椎体，长度21mm，外锥度7.5°，内锥度28°，最大外径Φ27，最小直径Φ3.5mm，用于堵头密封。
2.1.2弹簧压盖长51mm，最大外径Φ44mm，锥孔与密封盘根外锥度尺寸相配合，深度为17mm，外部有安装密封圈的凹槽及连接堵头的螺纹，外部有两个对称的平面，用41mm方扳手紧固，底部有Φ37mm内孔，内孔深度20mm，通过螺纹与主体连接并将卡瓦片负荷弹簧压紧。
2.1.3备帽外径Φ44mm，内径Φ37mm，高11mm，外部有两个对称的矩形平面，可用41mm方扳手紧固，防止连接的弹簧压盖和主体脱扣。
2.1.4卡瓦外筒长60mm，外径Φ37mm，内径Φ31.5mm，底部有Φ40mm高3mm台阶，套体套在卡瓦外筒的外表面，悬挂在卡瓦外筒台阶之上。内部有一锥形圆孔直径22mm，将卡瓦片拖住。
2.1.5套体外径Φ44mm，内径Φ39mm，长40.5mm，上部有Φ37mm台阶，高3mm，下面两个相对应的圆孔，孔直径Φ4.5mm。用于安置限位弹簧。
2.1.6套体螺丝直径M4.5mm，长4.5mm，用于固定套体。
2.1.7卡瓦片负荷弹簧为圆柱弹簧外径Φ24mm，弹簧丝直径Φ2mm，用于压紧卡瓦片。
2.1.8调节垫片外径Φ31.5mm，内径Φ21mm，高3mm，同卡瓦片弹簧配合将卡瓦片压紧。
2.1.9卡瓦片内径Φ13.25mm，底部为锥面，用于卡住绳帽头。
2.1.10限位弹簧外径Φ30mm，弹簧丝直径Φ3mm。当上提拉力超过80kg限位弹簧被压缩。
2.1.11限位弹簧座外径Φ44mm，顶部有深度为7mm的圆柱形凹槽，用于安装限位弹簧，下面有一锥形斜面用于绳帽的导向。
2.2工作原理
测试过程中仪器下入井内进行测调，待各个层段调配完成后，仪器起到井口防喷管内顶到防喷管堵头，绳帽头沿斜面进入防掉防喷管堵头内，顶住卡瓦片，当上提张力超过限位弹簧启动负荷80kg，限位弹簧被压缩，卡瓦片齿张开时绳帽头进入卡瓦内夹住绳帽上部的伞形台阶。此时继续上提仪器，上提力超过电缆的抗拉极限，电缆在电缆头处被拉断，绳帽头卡在防掉防喷管堵头内，从而避免仪器落井事故的发生。如果上提力低于80kg，防掉防喷管堵头不工作。当仪器起出上顶力超出限位弹簧预设力后，仪器被卡住，防止电缆折断及冲顶掉卡事故的发生。
2.2主要技术参数
2.2.1材质为普通碳素结构钢即45#钢。
2.2.2最大外径Φ44mm。
2.2.3卡瓦片启动弹簧弹力20kg。
2.2.4限位弹簧弹力80kg
3现场试验
为了验证此工具有效性，于2014年12月16日在第X采油厂X矿某注水井2进行现场试验。
3.1测试仪器连接
首先将测试电缆穿过防喷管堵头，然后再穿过防掉防喷管堵头及仪器绳帽。切掉一段电缆钢套，露出一段测试电缆线。把电缆线与测试仪器上单接头连接，再把测试电缆卡在仪器卡口处，上紧螺丝连接固定。把绳帽头与井下仪器连接，再将防喷管堵头与防掉防喷管堵头连接。
3.2井口现场试验
3.2.1人工操作上提试验
按操作方法把电缆穿过测试堵头和防掉堵头，连接测试仪器。再把仪器放到防喷管内，上紧测试堵头。绞车操作人员正常匀速摇动绞车手柄上提仪器，听到仪器在防喷管内撞击堵头的声音后，并且系统显示上提力没有超过80kg，按正常测试操作卸下堵头取出仪器，防掉堵头未将绳帽头卡住，可正常卸下仪器。
3.2.2测试绞车上提试验
再將仪器放到防喷管内后，上紧测试堵头。启动绞车上提仪器，仪器撞击放喷管堵头，并且上提力超过电缆抗拉强度，导致电缆与绳帽头脱离，电缆从堵头抽出落到地面。停下绞车将滚筒刹车手柄拉紧，卸下堵头，仪器绳帽头卡在防掉堵头内。把测试堵头及测试仪器一起从放喷管取出，在地面使用专用工具把防掉堵头拆开，取出测试仪器。检查测试仪器完好无损伤。
经过两次实验证明，在上提撞击力小于80kg条件下，防掉堵头无法将绳帽头卡住，且不影响正常测试。
3.3操作注意事项
3.3.1防喷管堵头与防掉堵头必须连接紧固，避免防掉堵头落入井内。
3.3.2定期检查更换密封盘根，避免盘根长期磨损，腐蚀，失效。
3.3.3定期检查内部弹簧张力不足以及弹簧腐蚀生锈，造成弹簧失效。
3.3.4防掉堵头内油污，杂质过多影响卡瓦片工作。
3.3.5经常检查备帽松紧度，防止防掉堵头脱扣。
4现场应用
4.1操作方法对比
正常测试操作时测试钢丝或电缆只穿过测试堵头，使用防掉放喷管堵头时测试钢丝或电缆还要穿过防掉堵头。
4.2使用效果对比
正常测试时人工摇动绞车造成仪器撞击堵头是硬撞击，可能把电缆撞断过连接处脱开，造成仪器掉入井内。使用绞车上提仪器撞击堵头一定会造成电缆脱开或断裂，造成仪器掉入井内。
使用防掉堵头测试时人工摇动绞车撞击堵头会有弹簧缓冲的感觉，不会造成电缆脱开或断裂，使用绞车上提仪器撞击堵头会造成电缆脱开或断裂，但是测试仪器被防掉堵头卡住防止掉入井内。
5结论
5.1防掉防喷管堵头制作工艺简单，操作安全，方便快捷，适用于钢丝或电缆测试。
5.2防掉防喷管堵头可以重复的使用，有效的减少了打捞、连接电缆头等工作量。
5.3防掉防喷管堵头试验获得成功并且已经在生产现场应用了4年多，具有广阔的应用前景。
（作者单位：大庆油田有限责任公司第五采油厂）
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