0 引 言
在油田井下作业起下油管过程中，会发生井涌、井喷和油管上顶现象，如果不及时控制，不仅影响施工进度，而且会造成安全事故。当油管管内出现管涌或井喷时，通常的解决办法是快速拧上一个油管旋塞阀，但这种办法危险性高，可靠性低，存在很大的安全隐患。出现上顶现象时传统的解决办法是：①在油管接箍上部拧入一根油管短节，给油管短节套上一个油管吊卡，吊卡拉环处穿上一个钢丝绳环，钢丝绳环一头下拉油管吊卡，另一头挂在游车大钩上，油管吊卡压住油管接箍，钢丝绳绕过井口下四通的旁通，上提游车大钩，反向压住油管，以防油管继续上串。 ②作业时，在井口防喷器上部安装一个防顶卡盘，油管上顶时，手动操作防顶卡盘的手柄，使卡盘内的卡瓦上移并卡住油管，油管越往上，卡瓦牙被卡得越紧，从而防止油管继续上冲。这些井口操作劳动强度很大，工作过程中人工操作存在较大的安全隐患，每年都会发生一定数量的工人伤亡事故。此外，溢出液体造成井场污染，对环境产生破坏[1-2]。
针对油田生产提高作业安全性,减少和杜绝环境污染,减轻工人劳动强度的需求,依据API Spec 6A 20版《井口装置及采油树设备规范》及SY/T 6690-2008《井下作业井控技术规程》，研制了远程控制液压油管防顶防喷装置。该装置的应用实现了远程控制、安全、快捷和环保的施工作业。
1 技术分析 1.1 结构整个控制装置主要由液压快插式油管堵塞器、液压伸缩式摆臂、液压控制系统及液动防顶卡盘等组成，整体安装示意图如图 1所示。
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| 图 1 装置井口安装示意图 Fig.1 Schematic of device installation on wellhead 1-液压防顶卡盘；2-液压快插式油管堵塞器；3-液压伸缩式摆臂；4-辅助摆动液缸；5-连接支架。 |
1.2 工作原理
所有的液缸动作都是通过专用的远程控制箱液压站的换向阀控制实现的。通过液压伸缩摆臂及辅助摆动液缸装置，液缸将液压快插式油管堵塞器送至井口中心位置，插于油管内，操作堵塞器完成油管内封堵。液压快插式油管堵塞器下方安装液动防顶卡盘，液动防顶卡盘安装于井口法兰上，用于防止油管管柱上顶。远程液压控制装置提供液压源，连接液压管线与液压快插式堵塞器、液动防顶卡盘、液压伸缩摆臂及辅助摆动液缸连接，提供油压，实现油管防顶防喷作业。远程控制箱为双联箱，一个箱体内安装液压站，一个箱体用于储存整套装置。所有部件使用完毕后可以拆卸分解，集中放置在远程控制箱体内，方便存放和运输中转[3-5]。
1.3 主要技术参数油管内最大压力35 MPa,适用油管外径73.0和88.9 mm,液压快插式油管堵塞器通径30 mm，摆臂伸缩量1 000 mm，摆臂最大拉力50 kN，最大承受防顶载荷500 kN。
1.4 主要技术特点该装置具有如下特点：①油管上顶管内溢突发状况时实现全部机械自动化控制，保证了人员安全。②液压快插式堵塞器结构新颖，密封可靠，既能快速堵塞油管，又能开关油管内通道，保证压井需要。③整套装置远程控制，安装和施工方便，可靠性高。④远程控制箱为双联箱，液压站和所有部件集中放置，方便存放和运输中转。
2 关键结构设计 2.1 液压快插式油管堵塞器液压快插式油管堵塞器结构如图 2所示。其中，旋塞阀部分包括由壬上接头、弹簧、上阀座、阀体、下阀座、阀开关及扳手等。
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| 图 2 液压快插式油管堵塞器结构示意图 Fig.2 Structural schematic of the hydraulic quick plug-in tubing plug 1-旋塞阀部分；2-主体；3-外壳；4-中心管；5-一级活塞；6-二级活塞；7-活塞套；8-压帽；9-密封圈；10-胶筒座；11-胶筒；12-导向头。 |
利用液压伸缩摆臂及辅助摆动液缸装置，液缸将液压快插式油管堵塞器送至井口中心位置，对正于油管接箍上方。操作远程液压控制装置液压控制阀，使液压快插式油管堵塞器的上油口进液，推动一级活塞和二级活塞下行，直到一级活塞卡瓦牙进入油管接箍内，利用卡瓦牙上端台阶限位。二级活塞继续下行，撑开端部的卡瓦牙，使卡瓦牙咬紧油管内壁内螺纹，锁死液压快插式油管堵塞器与油管的位置；继续下行压缩胶筒完成封堵油管内通道的目的。当管内溢流情况得到解决后，操作远程液压控制系统液压控制阀使液压油从液压快插式油管堵塞器的下油口进液，迫使一级活塞和二级活塞上行，回到初始位置，完成解堵。
2.2 液压伸缩式摆臂液压伸缩式摆臂采用特制内通道双级油缸，油路通道布置在油管内部，减少了外露的液压管线，在保证起升行程的条件下，降低了油缸的高度。辅助摆动油管采用工程用单级液缸，用于将整套装置推向井口中心或拉回井口外侧。
2.3 液动防顶卡盘[6-7]液动防顶卡盘结构如图 3所示。操作远程液压控制装置对应液压控制阀，液缸推动连杆使两半式卡瓦体沿锥面上移，于是沿锥度斜面把油管卡紧。当油管因为上顶力越大时，卡瓦体会随之上移，越卡越紧，把油管卡住，不会再上窜。
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| 图 3 液动防顶卡盘示意图 Fig.3 Schematic of hydraulic anti-jack chuck 1-液缸；2-壳体；3-连杆部分；4-液缸支座。 |
2.4 远程控制装置[8]
远程控制装置主要由双联箱体、液控柜、外接电源、电控箱、照明灯、电动机、液压泵、多联液压换向阀、压力表、快速接头和液压管线等液压附件组成。双联箱中一个箱体内安装液压站，一个箱体用于储存整套装置。所有部件使用完毕后可以拆卸分解，集中放置在远程控制箱体内，方便存放和运输中转。
3 现场模拟试验现场模拟试验包括液压快插式油管堵塞器密封试验和液压防顶卡盘试验。
模拟油管未发生上顶现象时，油管内出现溢流现象。通过操作远程控制箱液压站的换向阀将整套装置由井口外侧对正于油管中心，然后插入液压快插式油管堵塞器。仅需34 s就完成堵塞器从井口外侧的对中、插入油管直至堵塞密封整个过程，整个过程操作可靠，动作灵活、无卡阻。压力升至10 MPa，稳压时间不少于10.0 min，此过程无渗漏、无冒汗现象。
模拟油管发生上顶现象，操作液压防顶卡盘，利用大钩上提，提供油管上顶力；逐级缓慢增加上提力至300 kN，未发生油管打滑和卡不住的现象。
4 结 论(1) 现场模拟试验结果表明：远程控制液压油管防顶防喷装置基本实现了井口快速对正，快插式油管堵塞器具有密封、防喷和压井功能。利用装置中的液压防上顶卡盘使防上顶的功能更为可靠。
(2) 该装置的自动化控制和远程控制在油田安全生产、环境保护和减轻施工人员劳动强度方面做出了贡献。
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